水稻原產(chǎn)中國，是世界主要糧食作物之一。雜交水稻存在著較嚴(yán)重的裂穎現(xiàn)象，這是不育系的一種遺 傳特征。在儲藏過程中，裂穎種子易受環(huán)境的影響而使其生活力迅速衰退，導(dǎo)致發(fā)芽勢、發(fā)芽率及成秧 率迅速降低，隨著種子儲藏時間的延長，種用價值將大大降低。目前裂穎種子識別方法主要有水選法、機(jī)器視覺技術(shù)和聲學(xué)法。水選法只能應(yīng)用于將要播種的水稻 種子，不利于提高種子的儲藏性能。機(jī)器視覺技術(shù)通過采集種子圖像，進(jìn)行圖像處理以檢測出裂穎種子，但采集圖像過程中須保證裂穎一側(cè)正對照相設(shè)備，對拍攝環(huán)境、拍攝角度、設(shè)備等的要求都比較高，對 圖像不同的處理方法，得到的識別效果差異比較明顯，動態(tài)識別效果較差，且成本較高。聲學(xué)特性檢 測方法操作簡單，但是極易受到外部噪聲的干擾，因此對裝備以及環(huán)境的要求較高，成本也較高。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)樣品與設(shè)備

試驗(yàn)水稻品種: ‘川優(yōu) 6203’和‘中 1 優(yōu) 188’，四川華豐種業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，‘荃優(yōu) 123’，安徽荃銀 高科種業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，‘珍稻’，湖北省蘄春縣選育。 選取‘珍稻’正常、裂穎種子各 100 粒進(jìn)行單因素試驗(yàn); 選取‘珍稻’正常、裂穎種子各 120 粒進(jìn)行正交 試驗(yàn); 選取‘珍稻’‘川優(yōu) 6203’‘荃優(yōu) 123’‘中 1 優(yōu) 188’4 個品種的水稻種子，正常、裂穎各 500 粒作為非 樣本數(shù)據(jù)來進(jìn)行驗(yàn)證。 儀器設(shè)備: 壓電式加速度傳感器 J14236，測量范圍±50 g，頻率范圍 1 ～ 10 kHz，靈敏度 100 mV·g－1 ，質(zhì) 量 1．86 g，IEPE 電壓輸出，上海北智電子技術(shù)有限公司; 恒流電壓源 61000，上海北智電子技術(shù)有限公司; 數(shù)據(jù)采集卡 USB－1608FS，NI－Measurement Computing Corporation; 電子天平 FA2204B，上海精密科學(xué)儀器 有限公司; 電子數(shù)顯卡尺 C14896，桂林量具刃具有限責(zé)任公司; 鼓風(fēng)干燥箱 DHG9075，上海一恒科學(xué)儀器 有限公司。

1．2 物理特性測試指標(biāo)與種子發(fā)芽試驗(yàn)

1．2．1 裂穎率測試

將每個品種的水稻種子隨機(jī)抽取 100 粒，人工選出裂穎種子并計算出所占比例為裂 穎率。每個品種重復(fù) 5 次取平均值。

1．2．2 尺寸測試

每個品種的水稻種子人工選出正常、裂穎各 50 粒，用電子數(shù)顯卡尺測量籽粒的長、 寬、厚。

1．2．3 百粒質(zhì)量測試

從每個品種的水稻種子中隨機(jī)選取正常、裂穎種子各 100 粒用電子天平稱量，每個 品種重復(fù) 3 次取平均值。

1．2．4 含水率測試

根據(jù) ASAE Standard 方法對 4 個水稻品種種子進(jìn)行含水率試驗(yàn)。每個品種各取 10 g，將其放入鼓風(fēng)干燥箱中，在 130 ℃溫度下烘干 19 h，從而得到每個水稻品種的含水率。含水率以濕 基表示，每個品種重復(fù) 3 次取平均值。

1．2．5 種子發(fā)芽試驗(yàn)及幼苗生長指標(biāo)測試

根據(jù) GB /T 3543．4—1995進(jìn)行雜交水稻正常種子與裂穎種 子的發(fā)芽試驗(yàn)。超純水浸種 24 h，選擇直徑 20 cm、高 8 cm 的培養(yǎng)皿進(jìn)行培養(yǎng)。每個品種用正常種子和裂 穎種子為樣本分別進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每個樣本重復(fù) 3 次( 皿) 。發(fā)芽試驗(yàn)第 5 天記錄發(fā)芽種子數(shù)量計算發(fā)芽 勢，第 14 天記錄發(fā)芽種子數(shù)量計算發(fā)芽率，并在每個樣本中隨機(jī)選取 5 ～ 10 株幼苗測試幼苗生長指標(biāo): 根數(shù)、平均根長、莖長、葉數(shù)、葉長( 完全葉平均值) 。 數(shù)據(jù)用 Excel 2007 進(jìn)行初步整理，采用 SPSS 22 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫進(jìn)而對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并用獨(dú)立樣本 t 檢驗(yàn)分析差異顯著性。

1．3 撞擊振動測試系統(tǒng)

測試分析系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示。

金屬薄板材料選用 65Mn 彈簧鋼，鋼板一端固定另一端懸空，成懸臂梁狀態(tài)，傳感器用萬能膠固定在 鋼板自由端下表面。種子在一定的高度( H) 自由下落，撞擊鋼板隨后彈出，鋼板產(chǎn)生振動。振動給料機(jī)安 裝在高度可調(diào)節(jié)的支撐臺上，并在出料口加設(shè)一段溜槽，確保種子每次撞擊鋼板的位置都在同一范圍內(nèi)。 裂穎種子通常在頭部穎殼開裂較大并與內(nèi)部糙米分離，而正常種子穎殼勾合緊貼內(nèi)部糙米，因此為保證種 子下落時頭部撞擊鋼板，按頭朝前胚朝后的方向?qū)⒎N子放入振動給料機(jī)螺旋槽中，這樣振動給料機(jī)在出種 時種子則會沿著溜槽頭朝下胚朝上豎直下落。為保證種子撞擊鋼板后隨即彈出，使鋼板自由端向下傾斜 一定角度( 約 10°) 。

2 結(jié)果與分析

選取 4 個品種雜交水稻進(jìn)行基本物理特性與發(fā)芽試驗(yàn)，其物理特性結(jié)果如表 2 所示，種子發(fā)芽試驗(yàn)結(jié) 果及幼苗生長指標(biāo)如表 3 所示。 表

對每粒雜交水稻種子下落撞擊振動信號進(jìn)行分析并提取特征值，進(jìn)而選取閾值進(jìn)行分類。常用的振 動信號特征參數(shù)在時域上主要有電壓最大值、最小值、絕對值最大值( 簡稱為最值) 、極差、均值、均方根， 能量、斜度、峰度等。

3 結(jié)論與討論

通過測試雜交水稻種子下落撞擊金屬懸臂梁薄板振動信號的方法對裂穎種子籽粒進(jìn)行區(qū)分試驗(yàn)，試 驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn): 當(dāng)板厚為 0．25 mm、板長為 200 mm，種子下落高度為 250 mm 時識別率最高。在此組合下，采 樣頻率為 8 000 Hz 時，有效采樣點(diǎn)數(shù)平均為 1 800 左右，從開始振動到信號波動趨于穩(wěn)定大約需要 0．23 s， 因此，理論上單通道 1 s 可檢測 4 ～ 5 粒種子信號。由于測試系統(tǒng)對外界環(huán)境要求較小，且若設(shè)置成多通道 則通道間幾乎無相互干擾，因此可設(shè)置多路通道同時工作，以增加工作效率。因此，雜交水稻種子下落撞 擊金屬懸臂梁薄板的振動信號可以進(jìn)行裂穎籽粒和正常籽粒的區(qū)分。 目前雜交水稻裂穎種子的識別方法主要有機(jī)器視覺和聲學(xué)。機(jī)器視覺方法的研究又多為靜態(tài)檢測識 別，而目前已設(shè)計出的動態(tài)在線檢測系統(tǒng)對正常種子和裂穎種子的平均正確識別率在 80%左右，處理速 度為 4 粒·s －1; 聲學(xué)識別檢測方法對隔音效果要求高，為避免噪音對識別效果的影響，相對而言本研 究測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，外界環(huán)境噪音無影響，并且識別效果更穩(wěn)定。因此本研究的雜交水稻裂穎種子識 別方法與前兩者相比均有一定優(yōu)勢。 在給料設(shè)備上，目前本研究在檢測前需人工把種子樣品頭部朝前排列在振動給料機(jī)的振動盤上，否則 可能識別精度會受到影響，因此給料設(shè)備還需繼續(xù)改進(jìn)。俞亞新等根據(jù)水稻種子表面特性及慣性特 性設(shè)計出了帶有導(dǎo)向板的振動式排種器，實(shí)現(xiàn)了稻種胚胎定向排列。因此可根據(jù)目前的已有研究對給料 設(shè)備進(jìn)行設(shè)計改造，使其實(shí)現(xiàn)水稻種子頭部朝前自動定向排列功能，同時進(jìn)一步對定向排列與振動給料組 合的工作效率進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。