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種子作為農業(yè)生產的基礎載體與生物技術育種的核心材料,其活力水平直接決定作物出苗率、抗逆能力及最終產量。傳統(tǒng)種子活力評估方法如標準發(fā)芽試驗、電導率法、四唑染色法等,存在檢測周期長(3-7d)、操作繁瑣、破壞性強或準確性不足等局限,難以滿足現(xiàn)代農業(yè)規(guī)?;a與生物技術高效育種的需求。
熒光技術基于種子內部生理代謝物質(如葉綠素、ATP)的熒光特性,可快速反映種子細胞結構完整性與代謝活性,為種子活力無損檢測提供了技術支撐。博清生物科技(南京)有限公司研發(fā)的熒光計作為一款集成葉綠素熒光與ATP熒光檢測功能的專用儀器,具備檢測速度快、靈敏度高、操作便捷等特點。
一、材料與方法
(一)試驗材料
選取小麥(品種:濟麥 44)、玉米(品種:鄭單 958)、大豆(品種:中黃13)及擬南芥(生態(tài)型:Col-0)種子為試驗材料。通過人工老化處理(45℃、相對濕度85%,處理0d、2d、4d、6d、8d)獲得不同活力梯度的種子樣本,每個處理設3次重復,每次重復100粒種子。
(二)儀器與設備
1、核心儀器:博清生物熒光計。
2、輔助設備:人工氣候箱、電導率儀、電子天平、恒溫培養(yǎng)箱。
(三)試驗方法
1、熒光參數(shù)測定
采用博清生物熒光計分別測定各樣本的葉綠素熒光參數(shù)與ATP熒光強度。葉綠素熒光測定前,種子暗適應30min,測定光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學效率(Fv/Fm)、實際光化學效率(ΦPSⅡ)及光化學猝滅系數(shù)(qP);ATP熒光測定采用熒光素-熒光素酶法,種子研磨后提取ATP,通過儀器直接讀取熒光強度值(RLU)。
2、傳統(tǒng)活力指標測定
標準發(fā)芽試驗:將種子置于25℃人工氣候箱中培養(yǎng)7d(小麥、玉米、大豆)或4d(擬南芥),計算發(fā)芽率(正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%)與發(fā)芽勢(前3d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%)。
幼苗生長指標:培養(yǎng)結束后,測定幼苗鮮重(單株平均鮮重)。
電導率測定:將50粒種子浸泡于50mL去離子水中,25℃靜置24h,用電導率儀測定浸泡液電導率值。
二、結果與分析
(一)種子活力梯度驗證
人工老化處理后,各作物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及幼苗鮮重均隨老化時間延長顯著下降(P<0.05),電導率值顯著上升(P<0.05)。其中,老化8d后,小麥種子發(fā)芽率從98.3%降至35.7%,大豆種子電導率從42.6μS/cm升至138.4μS/cm,表明成功構建了不同活力梯度的種子樣本。
(二)熒光參數(shù)與種子活力指標的相關性
博清生物熒光計測定的關鍵參數(shù)與傳統(tǒng)活力指標存在顯著相關性。Fv/Fm值與小麥、玉米、大豆、擬南芥種子發(fā)芽率的相關系數(shù)分別為0.92、0.89、0.91、0.93;ATP熒光強度與幼苗鮮重的相關系數(shù)分別為0.88、0.86、0.90、0.94,均達到極顯著水平(P<0.01)。而ΦPSⅡ與qP雖也呈正相關,但相關性略低于前兩項參數(shù)。
(三)博清生物熒光計與傳統(tǒng)方法的對比
與標準發(fā)芽試驗(耗時3-7d)和電導率法(耗時24h)相比,博清生物熒光計單樣本檢測僅需20-30s,檢測效率提升顯著。同時,該儀器采用非破壞性檢測模式,測定后的種子仍可用于后續(xù)發(fā)芽或育種試驗,而四唑染色法等傳統(tǒng)方法會導致種子失活。此外,熒光參數(shù)的變異系數(shù)(3.2%-5.7%)顯著低于電導率法(8.9%-12.3%),檢測穩(wěn)定性更優(yōu)。
三、討論
種子活力的本質是種子細胞代謝活性與結構完整性的綜合體現(xiàn)。葉綠素熒光參數(shù)中,F(xiàn)v/Fm反映光系統(tǒng)Ⅱ的最大光能轉換效率,其值降低表明種子葉綠素降解或光合系統(tǒng)受損,直接關聯(lián)種子萌發(fā)過程中的能量供給能力;ATP作為細胞代謝的直接能量來源,其熒光強度可直觀反映種子呼吸代謝活性,活力越高的種子,ATP含量越高,熒光信號越強。本研究中博清生物熒光計通過同步檢測這兩類參數(shù),實現(xiàn)了對種子生理狀態(tài)的全面評估,這也是其檢測準確性優(yōu)于單一指標方法的核心原因。
在農業(yè)生產中,種子質量篩選是保障出苗整齊度的關鍵環(huán)節(jié)。博清生物科技(南京)有限公司研發(fā)的熒光計的快速檢測特性可滿足規(guī)?;N子篩選需求,避免傳統(tǒng)方法因耗時過長導致的播種延誤;在生物技術領域,該儀器的非破壞性檢測優(yōu)勢的可用于珍貴種質資源的活力評估,同時不影響后續(xù)的基因編輯、組織培養(yǎng)等試驗,為育種過程提供實時技術支持。此外,該儀器操作無需專業(yè)技術人員,可降低基層農業(yè)技術推廣的門檻,具有廣泛的應用前景。
本研究僅針對4種常見作物種子進行驗證,未來可進一步拓展至蔬菜、花卉、林木等更多物種,同時結合分子生物學指標,深入探究熒光參數(shù)與種子活力的內在調控機制,為儀器檢測參數(shù)的優(yōu)化提供理論支撐。
本研究證實,博清生物科技(南京)有限公司研發(fā)的熒光計通過測定葉綠素熒光參數(shù)(Fv/Fm)與ATP熒光強度,可快速、準確、非破壞性地評估種子活力。其檢測結果與傳統(tǒng)活力指標呈顯著相關,且在檢測效率、穩(wěn)定性和實用性上具有明顯優(yōu)勢。該儀器可有效應用于農業(yè)生產中的種子質量篩選、生物技術育種中的種質資源評價等場景,為農業(yè)與生物技術領域的種子活力評估提供了高效可靠的技術手段,對推動農業(yè)提質增效與育種技術創(chuàng)新具有重要意義。
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