基于低场核磁共振及其成像技术的水稻种子活力检测与评价方法研究

Seed vigor directly influence its emergence and seedling field properties and play an important role on the output of crops. In the study, we carried out quantitative and visual analysis on rice seed from the nuclear magnetic resonance spectrum and nuclear magnetic resonance imaging two dimensions based on the low field nuclear magnetic resonance (NMR) and its imaging technology, breaking through the traditional inefficient manual detection methods ( such as electrical conductivity test, the artificial ageing test).Firstly, the expressions and extraction method of inversion spectrum and proton density weighted image stably indicating seed vigor were studied to set up the rice seed vigor information feature set. Then, based on the time series, the characteristic parameters change process and differences with the dynamic change of the seed vigor were analyzed; The differences were measured between each parameter and the normal rice seed parameter sequence. Support vector machine were adopted to establish the method and evaluation model of multi-parameter fusion of rice seed vigor test by comprehensive evaluation. Finally, method model was built to measure the seed vigor by verifying the optimization model of weights and thresholds on the different varieties and using NMR. It is rapid, accurate, nondestructive. We explore a new theoretical basis and technical methods for seed vigor.

种子的活力水平直接影响其田间出苗及秧苗性质，对粮食作物的产量具有重要的影响。本项目以水稻种子为研究对象，基于低场核磁共振及其成像技术，突破传统的低效人工检测方法（如电导率测定、加速老化试验），分别从核磁共振波谱与核磁共振成像两个维度，以定量化及可视化的方式开展分析，首先研究能稳定反应种子活力的反演谱及质子密度加权像特征参数的表达及提取方法，建立水稻种子活力的信息特征集；然后基于时间序列，分析各特征参数随种子活力水平的动态变化过程及差异，以正常水稻种子参数序列为基准，测算各参数与基准间的模式距离，采用综合评判的方法，应用支持向量机建立多参数融合的水稻种子活力检测及评价模型；最后通过不同品种试验对模型权值和阈值进行验证优化，构建一套基于低场核磁共振技术的水稻种子活力检测方法模型，为种子活力的快速、准确、无损检测提供理论基础和技术方法。

为防止种子贸易市场中种子掺假、以次充好乱象丛生的现象发生，提出了一种新的水稻种子活力检测方法，以解决传统人工检测方法的不足。采用低场核磁共振技术检测水稻种子的活力，试验中观察横向弛豫时间T2、T21、T22。随着种子活力的降低，自由水的峰值开始时间(横向弛豫时间T22)、束缚水信号幅值(横向弛豫时间T21)和含水量均呈下降趋势。横向弛豫时间T22的峰值和终值没有明显的变化趋势。此外，峰值的开始、顶点和结束时间(横向弛豫时间T21)以及结合水信号幅值均无一致变化。结果表明，可以利用低场核磁共振技术快速区分水稻种子的掺假情况，为种子活力的快速、准确、无损检测提供理论基础和技术支持。为了鉴定种子的老化情况，比较种子人工老化与自然老化的差异，以新采摘的和陈年的水稻种子为研究对象，对新收获的水稻种子进行了人工加速老化试验，利用低场核磁共振技术对新采摘的、陈年的及人工加速老化试验后的水稻种子进行检测，最后结合标准发芽试验对检测结果作以验证。结果表明：人工老化种子和陈种子的总含水率均高于新种子，但自由水含水比率均高低为：人工老化种子→新种子→陈种子。说明低场核磁共振技术是一种种子活力的检测有效手段，同时该技术也可以从水分分布这一层面来简单的比较种子人工老化与自然老化的差异。人工加速老化方法准确与否直接影响稻谷耐储藏机制研究的深入开展。本研究采用低场核磁共振及其成像技术对人工加速老化周期的水稻种子样品进行监测，获取老化过程中的横向弛豫时间和质子密度加权图像。随后，将核磁共振反演得到的信息及相应的图像处理软件与标准发芽试验结果相结合，描述水稻种子在老化过程中的理化特性。随着老化时间的增加，种子的发芽率和发芽势均呈下降趋势。结果表明，未老化水稻种子T2衰减曲线速率和T2弛豫时间均高于老化水稻种子。本研究测定了种子生理生化变化过程，揭示这些变化与种子生活力及活力之间的相互关系，对种子劣变的内在机理研究提供了参考依据。