一种耐盐品种筛选方法及作物萌发活力监测系统

本发明属于作物萌发表型监测，尤其涉及一种耐盐品种筛选方法及作物萌发活力监测系统。

背景技术：

1、种子萌发活力是反映种子质量的重要指标之一，其萌发活力的高低直接影响了产量。围绕小麦、玉米、棉花等主要作物开展的种子萌发活力研究一直是世界农业研究的热点。测定种子物理、化学、生理特性等指标可以判断种子质量，种子活力和发芽能力的快速测定主要包括：种子四唑染色快速测定法、电导率法、打破休眠和加速吸水的快速发芽法等。传统种子萌发活力监测多依赖于人工计数，存在效率低、主观性强、易损坏种子结构、操作繁琐、误差大等问题，难以满足现代育种全时序无损检测的需求。

2、现有的检测技术主要关注于对种子胚芽、胚根物理尺寸的识别检测。在胁迫环境下，种子的胚芽、胚根萌发缓慢且尺寸更小，识别精度不高。现有技术无法在胚芽、胚根萌发前对种子本身的生物活力进行预测性的检测和筛选，因此检测效率不高，且容易因采样和图像处理等各环节产生一定的识别误差和检测偏差。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是，提供一种耐盐品种筛选方法及作物萌发活力监测系统，本技术利用荧光四唑盐浸泡种子，利用种子萌发出胚芽、胚根前关键部位因吸水、呼吸作用而还原出的荧光物质作为检测目标，能够在种子萌发出胚芽、胚根前即对其萌发活力实现检测和筛选。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案提供一种耐盐品种筛选方法，其步骤包括：将消毒、冲洗后的待测种子晾干；将晾干后的种子浸泡在按照预设的盐胁迫条件调制的荧光四唑盐溶液中预处理；将预处理后的种子均匀置于铺有滤纸的培养容器中，在滤纸上喷淋照预设的盐胁迫条件调制的胁迫剂，放入人工气候箱培养；培养过程中，按照预设时间间隔，补充水分保持胁迫条件稳定，跟踪拍摄、记录并处理种子萌发的过程图像，根据种子萌发的过程图像中荧光强度以及在目标区域中的集中度筛选耐盐品种。

3、可选地，如上任一所述的耐盐品种筛选方法，其中，跟踪拍摄种子萌发的过程图像的步骤包括：按照预设的时间间隔开启激发光，在激发光环境中拍摄：培养容器中种子图像；在镜头前加装匹配于激发光波长的滤光片，拍摄培养容器中种子的荧光图像；在镜头前加装匹配于发射光波长的滤光片，拍摄培养容器中种子的环境光图像；记录并处理种子萌发的过程图像的步骤包括：标记每次拍摄的种子图像、荧光图像和环境光图像的类别及拍摄时间；对种子图像、荧光图像和环境光图像进行预处理，将预处理所得荧光信息输入预先训练好的模型中，筛选出萌发过程中荧光强度增比最大，且荧光信号集中在目标区域内增强的种子，将其标记为耐盐品种。

4、可选地，如上任一所述的耐盐品种筛选方法，其中，对每一次拍摄获得的种子图像、荧光图像和环境光图像进行预处理的步骤包括：识别图像中的标签，根据标签所处像素位置，调整各图像的形变参数，对齐并确定各图像的采样区域，然后对各图像按照预先设定的采样区域进行采样，标记采样所得各图像的类型及采样时间；对采样所得的种子图像样本与环境光图像样本进行差分处理，获得差分图像；对差分图像进行梯度分析，提取图像中的荧光富集区域；根据所述荧光富集区域构建掩膜，计算采样所得的荧光图像样本中荧光区域的平均亮度，根据平均亮度对图像中荧光信号进行增强和去噪处理，提取荧光信息。

5、可选地，如上任一所述的耐盐品种筛选方法，其中，所述模型对采样所得的每组种子图像样本、荧光图像样本和环境光图像样本执行以下步骤：先根据环境光图像样本识别并分割出各种子所对应的目标区域；按照采样时序将各荧光图像所对应的荧光信息顺序编码，并输入至卷积神经网络中提取获得动态特征；基于所述动态特征进行非线性扩展，获得荧光边界区域；计算荧光边界区域中目标区域的光强变化，提取动态特征中所对应的目标区域中荧光强度的增比；在荧光强度增比排序靠前的种子中，筛选出荧光边界区域中目标区域占比排序靠前的种子，进一步跟踪其胚根胚芽的萌发时间，将胚根胚芽的平均萌发时间最短的种子筛选为耐盐品种。

6、可选地，如上任一所述的耐盐品种筛选方法，其模型中基于所述动态特征进行非线性扩展的步骤包括：根据所述动态特征拟合出各荧光图像中荧光信息的边缘位置各点在采样时序中的变化梯度,按照如下公式将荧光边界区域的边缘各坐标拓展为，其中，表示边界位置处荧光的光强，表示调节系数，表示同光强所在位置随时间的偏移量。

7、可选地，如上任一所述的耐盐品种筛选方法，其中，按照预设的盐胁迫条件调制的荧光四唑盐溶液按照如下步骤配置：按照预设的盐胁迫条件调制相应浓度的盐溶液；在所述盐溶液中添加如下药剂组合中的任一种或其任意组合：药剂组合1：二甲氧唑黄，吩嗪二甲酯硫酸盐，刃天青；其与所述盐溶液配比后，二甲氧唑黄浓度在 0.1–0.3 mg/ml之间，吩嗪二甲酯硫酸盐浓度在0.1–0.3 mg/ml之间，刃天青浓度在0.1–0.5 mm之间；药剂组合2：wst-8，1-methoxy pms，4-mup；其与所述盐溶液配比后，wst-8的浓度在 ‌0.2–0.5 mm之间，1-methoxy pms的浓度为wst-8浓度的1/40，4-mup的浓度在0.1–0.3 mg/ml之间；药剂组合3：aie型四唑盐，pluronic f-127；其与所述盐溶液配比后，aie型四唑盐的浓度控制在5–20μm之间，pluronic f-127的浓度配比为aie型四唑盐的浓度的1/5至1/10之间。

8、同时，为解决上述技术问题，本技术还提供一种作物萌发活力监测系统，其特征在于，包括：人工气候箱，用于提供种子萌发的温度、湿度及环境光条件；激发光光源，其设置在人工气候箱中，用于在按照预设的时间间隔跟踪拍摄种子萌发的过程图像时提供激发光，激发荧光信号；拍摄设备，其设置在人工气候箱中，并配有分别匹配于激发光波长、发射光波长的滤光片，用于按照预设的时间间隔拍摄培养容器中种子图像、种子的荧光图像及种子的环境光图像；处理系统，用于按照权利要求1-6所述方法，提示相应的处理步骤，触发人工气候箱、激发光光源、拍摄设备运行，获取拍摄设备所得图像，然后：标记每次拍摄的种子图像、荧光图像和环境光图像的类别及拍摄时间；对种子图像、荧光图像和环境光图像进行预处理；将预处理所得荧光信息输入预先训练好的模型中，筛选出萌发过程中荧光强度增比最大，且荧光信号集中在目标区域内增强的种子，将其标记为耐盐品种。

9、可选的，如上任一所述的作物萌发活力监测系统，其中，所述目标区域在模型训练过程中根据种子萌发的先后顺序和/或萌发中胚芽、胚根的生长情况筛选获得。

10、可选的，如上任一所述的作物萌发活力监测系统，其中，各所述培养容器中分别在相同位置标记有各待测种子的识别信息。

11、有益效果

12、本发明通过一种耐盐品种筛选方法及作物萌发活力监测系统，其利用荧光四唑盐溶液对待测种子进行预处理，然后将其置于盐胁迫环境下进行萌发跟踪。本技术利用种子萌发过程中胚根、胚芽等吸水、呼吸强烈的区域在生长发育过程中所产生的脱氢酶对四唑盐等物质的还原反应，将种子中萌发活力较强的区域标记上荧光。由此，本技术通过对种子萌发的过程图像中荧光强度的跟踪以及胚根、胚芽等目标区域中荧光标记的集中度进行跟踪，即可在种子尚未完全萌发前筛选出在盐胁迫环境下依旧具有较强萌发活力的品种。本技术的监测系统配合对种子胚芽胚根性状的跟踪，能够更为准确且高效地筛选出耐盐品种，为植株育种提供检测依据。