本研究由乔菊香、杨晓洪、姚宗泽、滕彩玲、赵秦、Hoàng Minh Tú、毛进和刘艳芳共同完成，分别来自云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所、农业农村部植物新品种测试（昆明）分中心以及越南农业农村发展部作物生产司国家植物测试中心。该研究于2025年发表在《杂交水稻》（Hybrid Rice）期刊的第40卷第2期，文章编号为1005-3956(2025)02-0015-09。

学术背景

水稻是全球超过一半人口的主要粮食作物，其种子活力对种子质量和稻谷产量具有至关重要的影响。目前，种子活力的检测方法主要依赖于发芽试验，这种方法具有破坏性且耗时较长。为了弥补现有检测方法的不足，本研究旨在探索基于多光谱成像（Multispectral Imaging, MSI）的颜色特征在水稻种子活力检测中的应用潜力。多光谱成像技术结合了成像和光谱技术，能够同时获取目标物体的空间和光谱信息，为种子活力的无损检测提供了新的可能性。

研究流程

本研究包括以下几个主要步骤：

1. 材料准备
   研究选取了6个水稻品种，分别为JHona 26、Kaliboro::IRGC77201-1、Botra Fotsy::IRGC77840-1、Wu Ke Nuo::IRGC59990-1、Joalbhanga 499::IRGC6560-1和Kyeema::Gervex 1656-C1。这些品种来源于美国农业部的Rice Diversity Panel（RDP），并于2020年在云南省楚雄彝族自治州禄丰市彩云镇进行了扩繁。

2. 人工加速老化处理
   为了获得不同活力梯度的种子，研究采用了人工加速老化处理。具体方法为：每个品种取100粒种子，单层放入密封袋中，于42℃水浴中分别进行0、5、10和20天的老化处理。老化处理结束后，种子在25℃下放置1周，随后进行光谱图像信息采集。

3. 多光谱图像采集与NCDA分析
   利用多光谱成像系统Videometer Lab4™采集水稻种子的多光谱图像。该系统配备500万像素的CCD相机和19个窄带大功率LED光源，确保光源的均匀性和一致性。图像采集前，使用白色平板、黑色平板和圆斑点平板进行校准。每个样品在5～10秒内获得20张高清光谱图像（19张不同波段的光谱图像和1张RGB图像）。
   采集到的多光谱图像通过NCDA（归一化典型判别分析，Normalized Canonical Discriminant Analysis）进行转换，NCDA是一种监督变换构建方法，能够将多光谱图像划分为具有不同光谱特征的感兴趣区域（ROI），用于种子形态信息的多元分析。

4. 种子活力检测
   参照《农作物种子检验规程 发芽试验》（GB/T 3543.4—1995）进行水稻种子活力检测。种子在采集完多光谱图像后，置于光照培养箱内（28℃、14小时光照和25℃、10小时黑暗）培养14天。以胚根长度≥2毫米作为发芽标准，每天统计种子发芽数量和发芽时间。第5天测量种子幼苗长度，计算发芽势；第14天计算发芽率、发芽指数和活力指数。

5. 数据分析
   利用R语言（版本4.3.1）进行种子活力及其与多光谱数据间的相关性分析。通过软件对多光谱采集的图像进行NCDA分析，获取NCDA图像中的CIELAB色空间值，并分析其与种子活力指标的相关性。

主要结果

1. 种子活力检测结果
   老化处理后，6个水稻品种的种子发芽时间整体延长，种子活力整体下降。随着老化处理时间的延长，第1天发芽的种子数量逐渐减少，发芽整齐度也出现规律性变化。老化处理10天时，发芽整齐度明显下降，尤其是品种Kyeema::Gervex 1656-C1，表明老化处理降低了水稻种子活力，且老化10天可能是区分水稻种子是否耐老化处理的临界时间。

2. 多光谱图像分析结果
   人工加速老化处理后，6个品种的多光谱成像中CIELAB色空间值（包括CIELAB L*、CIELAB A*和CIELAB B*）总体变化不明显。然而，多光谱图像经NCDA转换后，NCDA能够将4组不同老化时间的种子进行区分，整体分为蓝色、绿色、黄绿色和红色，这与它们的活力结果基本一致。NCDA图像中的CIELAB A*、CIELAB B*与4个活力指标呈极显著负相关，其中CIELAB A*与发芽率、发芽势和发芽指数的相关性最高，相关系数分别为-0.6593、-0.6515、-0.6617。

结论

本研究通过采集6个水稻品种不同活力梯度的多光谱图像，利用多光谱图像的CIELAB色空间数据进行分析，结果表明，多光谱图像中CIELAB色空间值与种子活力指标间的相关性不显著。然而，多光谱图像经NCDA转换后，NCDA图像中的CIELAB A*、CIELAB B*与4个活力指标呈极显著负相关，表明基于多光谱图像的CIELAB色空间颜色特征值在种子活力检测中具有应用潜力。

研究价值

本研究为水稻种子活力的无损检测提供了新的理论基础，特别是在珍贵样品的种子活力检测中具有重要应用价值。与传统的发芽试验相比，基于多光谱成像的检测方法减少了对试验样品的损坏，且CIELAB色空间作为一种设备独立的颜色空间，能够有效避免设备之间的差异带来的影响，从而提高判断的准确性和普适性。

研究亮点

1. 重要发现
   多光谱图像经NCDA转换后，CIELAB A*与种子活力指标（发芽率、发芽势和发芽指数）的相关性最高，表明CIELAB A*在种子活力检测中具有重要应用潜力。

2. 方法创新
   本研究首次将多光谱成像技术结合NCDA分析应用于水稻种子活力的无损检测，为种子活力的快速、非破坏性评估提供了新的技术手段。

3. 研究对象特殊性
   研究选取了6个不同水稻品种，涵盖了粳稻、籼稻和Aus稻等多种类型，确保了研究结果的广泛适用性。

其他有价值内容

本研究还探讨了人工加速老化处理对种子颜色变化的影响，发现人工加热可能引起种子颜色的变化，但这一现象与种子内部活力变化之间的关系仍需进一步研究。此外，研究还提出了未来研究方向，包括自然老化与人工老化对种子活力及颜色变化的影响规律是否一致等。