
种子作为农业生产的基础载体与生物技术育种的核心材料,其活力水平直接决定作物出苗率、抗逆能力及最终产量。传统种子活力评估方法如标准发芽试验、电导率法、四唑染色法等,存在检测周期长(3-7d)、操作繁琐、破坏性强或准确性不足等局限,难以满足现代农业规模化生产与生物技术高效育种的需求。
荧光技术基于种子内部生理代谢物质(如叶绿素、ATP)的荧光特性,可快速反映种子细胞结构完整性与代谢活性,为种子活力无损检测提供了技术支撑。博清生物科技(南京)有限公司研发的荧光计作为一款集成叶绿素荧光与ATP荧光检测功能的专用仪器,具备检测速度快、灵敏度高、操作便捷等特点。
一、材料与方法
(一)试验材料
选取小麦(品种:济麦 44)、玉米(品种:郑单 958)、大豆(品种:中黄13)及拟南芥(生态型:Col-0)种子为试验材料。通过人工老化处理(45℃、相对湿度85%,处理0d、2d、4d、6d、8d)获得不同活力梯度的种子样本,每个处理设3次重复,每次重复100粒种子。
(二)仪器与设备
1、核心仪器:博清生物荧光计。
2、辅助设备:人工气候箱、电导率仪、电子天平、恒温培养箱。
(三)试验方法
1、荧光参数测定
采用博清生物荧光计分别测定各样本的叶绿素荧光参数与ATP荧光强度。叶绿素荧光测定前,种子暗适应30min,测定光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)及光化学猝灭系数(qP);ATP荧光测定采用荧光素-荧光素酶法,种子研磨后提取ATP,通过仪器直接读取荧光强度值(RLU)。
2、传统活力指标测定
标准发芽试验:将种子置于25℃人工气候箱中培养7d(小麦、玉米、大豆)或4d(拟南芥),计算发芽率(正常发芽种子数/供试种子数×100%)与发芽势(前3d发芽种子数/供试种子数×100%)。
幼苗生长指标:培养结束后,测定幼苗鲜重(单株平均鲜重)。
电导率测定:将50粒种子浸泡于50mL去离子水中,25℃静置24h,用电导率仪测定浸泡液电导率值。
二、结果与分析
(一)种子活力梯度验证
人工老化处理后,各作物种子的发芽率、发芽势及幼苗鲜重均随老化时间延长显著下降(P<0.05),电导率值显著上升(P<0.05)。其中,老化8d后,小麦种子发芽率从98.3%降至35.7%,大豆种子电导率从42.6μS/cm升至138.4μS/cm,表明成功构建了不同活力梯度的种子样本。
(二)荧光参数与种子活力指标的相关性
博清生物荧光计测定的关键参数与传统活力指标存在显著相关性。Fv/Fm值与小麦、玉米、大豆、拟南芥种子发芽率的相关系数分别为0.92、0.89、0.91、0.93;ATP荧光强度与幼苗鲜重的相关系数分别为0.88、0.86、0.90、0.94,均达到极显著水平(P<0.01)。而ΦPSⅡ与qP虽也呈正相关,但相关性略低于前两项参数。
(三)博清生物荧光计与传统方法的对比
与标准发芽试验(耗时3-7d)和电导率法(耗时24h)相比,博清生物荧光计单样本检测仅需20-30s,检测效率提升显著。同时,该仪器采用非破坏性检测模式,测定后的种子仍可用于后续发芽或育种试验,而四唑染色法等传统方法会导致种子失活。此外,荧光参数的变异系数(3.2%-5.7%)显著低于电导率法(8.9%-12.3%),检测稳定性更优。
三、讨论
种子活力的本质是种子细胞代谢活性与结构完整性的综合体现。叶绿素荧光参数中,Fv/Fm反映光系统Ⅱ的最大光能转换效率,其值降低表明种子叶绿素降解或光合系统受损,直接关联种子萌发过程中的能量供给能力;ATP作为细胞代谢的直接能量来源,其荧光强度可直观反映种子呼吸代谢活性,活力越高的种子,ATP含量越高,荧光信号越强。本研究中博清生物荧光计通过同步检测这两类参数,实现了对种子生理状态的全面评估,这也是其检测准确性优于单一指标方法的核心原因。
在农业生产中,种子质量筛选是保障出苗整齐度的关键环节。博清生物科技(南京)有限公司研发的荧光计的快速检测特性可满足规模化种子筛选需求,避免传统方法因耗时过长导致的播种延误;在生物技术领域,该仪器的非破坏性检测优势的可用于珍贵种质资源的活力评估,同时不影响后续的基因编辑、组织培养等试验,为育种过程提供实时技术支持。此外,该仪器操作无需专业技术人员,可降低基层农业技术推广的门槛,具有广泛的应用前景。
本研究仅针对4种常见作物种子进行验证,未来可进一步拓展至蔬菜、花卉、林木等更多物种,同时结合分子生物学指标,深入探究荧光参数与种子活力的内在调控机制,为仪器检测参数的优化提供理论支撑。
本研究证实,博清生物科技(南京)有限公司研发的荧光计通过测定叶绿素荧光参数(Fv/Fm)与ATP荧光强度,可快速、准确、非破坏性地评估种子活力。其检测结果与传统活力指标呈显著相关,且在检测效率、稳定性和实用性上具有明显优势。该仪器可有效应用于农业生产中的种子质量筛选、生物技术育种中的种质资源评价等场景,为农业与生物技术领域的种子活力评估提供了高效可靠的技术手段,对推动农业提质增效与育种技术创新具有重要意义。




