Q2│甘蓝种子物理特性与萌发性能及顶端分生组织失效之间的关系

植物盲点现象及其重要性：Brassica oleracea(甘蓝属作物，包括卷心菜、花椰菜、西兰花等)在幼苗早期生长阶段可能出现顶端分生组织(SAM)失效的现象，称为“盲点”(Blindness)。盲点表现为叶片原基停止发育或畸形，导致植株无法形成正常的地上部分结构。该现象在低温(尤其是种子吸胀和萌发期间暴露于低温)和弱光条件下更容易发生。尽管盲点发生率通常较低，但在特定环境或种子生产条件下，可能造成高达95%的经济损失(如西兰花种植中)。盲点的成因涉及遗传因素和种子生产环境，但具体机制尚不明确。

实验材料：6个甘蓝(kohlrabi，B. oleracea var. gongylodes)F1杂交品种种子批次(品种A、B、C各2批次)，由荷兰Bejo Zaden公司提供。将种子在1.5°C的黑暗环境中吸胀48小时，模拟低温胁迫条件。

物理特性测量：叶绿素荧光分析(iXeed CF Analyzer)：通过检测单粒种子的叶绿素荧光强度(CF值)评估种子成熟度。高CF值通常与未成熟种子相关。

多光谱成像(VideometerLab)：使用19个紫外至近红外波长(375–970 nm)扫描种子，分析颜色空间(CIELab)、饱和度、色调及反射率等参数。

呼吸速率测量(Q2)：监测单粒种子在密闭小瓶中的氧气消耗速率，反映种子活力。呼吸速率低或停滞的种子通常活力较差。

植株评估：种子处理后移栽至温室(22°C，自然光照)，生长2.5–5周后评估植株状态，分为正常、盲点或死亡三类。

数据分析：使用R语言进行方差分析(ANOVA)、Tukey HSD检验、相关性矩阵和多重因子分析(MFA)，验证物理参数与盲点发生率的关系。

图1 实验流程图。种子从干燥状态到温室评估的全流程：叶绿素荧光测量→多光谱成像→低温诱导→呼吸测量→温室培养→盲点评分。

CF值与种子成熟度：品种B的批次3和品种C的批次5叶绿素含量最高(CF值分别为78.4和90.7)，显著高于其他批次。

与盲点的关联：高CF值批次(批次3和5)在低温处理后盲点发生率(19.1%和20.9%)和死亡率(43.6%和26.4%)显著更高。表明未成熟种子对低温更敏感。

图2 叶绿素荧光参数(CF值与CF面积) 不同品种和批次的叶绿素含量差异，批次3和5显著高于其他批次。

反射率与波长：近红外(870 nm)和红光(645 nm)反射率较高的批次(如批次3和5)盲点风险更高。紫外(375 nm)和蓝光(435 nm)反射率与叶绿素含量呈正相关，进一步支持未成熟种子的敏感性。

图3 多光谱特征参数(种子面积、CIELab值、反射率等) 批次3和5在颜色空间、饱和度和特定波长反射率上表现突出。

图4 低温诱导后多光谱参数变化百分比 种子吸胀后面积增大，颜色参数(如CIELab B)变化显著，近红外反射率变异(970 nm-SD)与盲点相关。

颜色空间参数：高CIELab B值(黄色调)和高饱和度的种子批次更易发生盲点(图3)。

氧气消耗模式：低温处理后，批次2(品种A)和批次4(品种B)呼吸速率最快，氧气消耗至50%的时间最短，其正常植株比例最高(≥80%)。批次1、3和5呼吸速率显著降低，氧气消耗停滞比例高，对应高盲点率和死亡率。

图5 低温诱导后氧气消耗曲线 不同批次的氧气消耗速率差异，批次2和4呼吸最快，批次1和3最慢。

最终氧气浓度：呼吸速率低的批次(如批次3)在72小时后瓶内氧气浓度仍高达66.9%，表明大量种子活力丧失。

图6 氧气消耗中位数与累积曲线(R75-POD) 批次2和4的氧气消耗曲线斜率最大，盲点率最低。

图7 Q2呼吸参数统计 批次1、3和5的氧气消耗时间(R75.Time)和最终氧气浓度(Final-O?)显著较高。

低温处理后，呼吸活跃的种子在移栽前形成的幼苗组织面积更大。组织面积与存活率呈正相关(r=0.55)，与盲点率呈负相关(r=-0.28)。

图8 幼苗组织面积示例 通过nCDA模型量化种子萌发后的组织面积，批次3组织面积最小。

图9 低温诱导后幼苗组织面积统计。批次3和5的组织面积显著小于其他批次。

第一维度(57.9%方差)将盲点和死亡种子与正常种子区分，主要贡献参数为645 nm反射率、饱和度和叶绿素含量；第二维度(14.3%方差)通过氧气浓度和组织面积区分死亡与正常种子。

图10 温室评估结果。批次3和5的盲点率和死亡率最高，批次2和4正常植株比例最高。

图11 参数相关性矩阵。叶绿素含量、多光谱参数与盲点率呈正相关，呼吸速率与存活率正相关。

1. 物理特性与盲点的关联机制

未成熟种子的脆弱性：本研究结果表明，高叶绿素含量和多光谱特征(如近红外反射率)可有效标识未成熟种子。这些种子在低温下吸胀时，代谢活动异常，导致SAM发育受阻。

呼吸速率的作用：通过种子活力的监测发现，呼吸活跃的种子能更快启动修复机制，而未成熟种子因代谢能力不足，更易在胁迫下死亡或形成盲点。

2. 技术应用潜力

种子分选技术：根据种子叶绿素荧光检测结果显示，基于叶绿素荧光分选设备(如CF-Mobile)可高效剔除易感种子，提升批次质量。

预处理方案：针对高敏感性批次，可采用种子预处理(如激素调控)降低盲点风险。

3. 研究局限与未来方向

品种特异性差异：部分参数(如紫外反射率)在不同品种中相关性不一致，需扩大样本量验证。

Bello P., Bradford K.J. Relationships of Brassica Seed Physical Characteristics with Germination Performance and Plant Blindness[J]. Agriculture 2021, 11, 220. 

种子成熟度分析仪 CFA-200/300

种子成熟度是种子活力的重要内在指标。成熟度不好的种子其芽率、芽势、拱土能力、成苗率和苗整齐度等综合指标下降，严重影响种子质量，从而影响整个生产，为此，提高种子的成熟度十分必要。在种子成熟过程中，种皮内的叶绿素会逐渐分解。因此，通过叶绿素荧光技术可以测量种子的成熟度，来协助判定合适的收获期。CFA-200/300是用来测量种子里面叶绿素含量的仪器，适用作物及种子类型：蔬菜种子，花卉种子，玉米种子，水稻种子，大豆种子等。

种子活力测定仪Q2

Q2可自动测量 1.5 ml、2 ml 玻璃小瓶中或微孔板（48/96孔板）中种子在萌发过程中的新陈代谢。可自动对正常萌发种子、高耗氧量种子、萌发不完全种子、萌发异常种子、休眠种子、死种子进行分类。

电话：021-32555118

燕子来时新社，梨花落后清明。