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控制水分活度延长种子贮藏寿命

发布时间:2018-04-02      点击次数:1338

该应用报告来自美国METER Group, Inc.公司。

水、温度和氧气这三个环境因素对于确定储存种子的寿命至关重要。本应用报告主要关注水分。对于种子对水分的反应,种子可以分为两类:正常性种子和顽拗性种子。正常性种子可以干燥到低水分含量而不收损害。顽拗性种子和其他植物组织类似,因为如果它们干燥到临界水分含量以下,它们就会遭受干燥死亡。本应用报告主要涉及正常性种子,但所描述的原则对于两种类型的种子都适用。

种子水分测量

为了充分描述种子中的水分状态,有必要采取两种水分状况的衡量标准。一种涉及种子的的水的量,另一种设计种子中水的能量状态。种子中水的量通常以水分含量表示,通过特定的干燥程序失水的量除以种子的湿或干的重量。这个比例有时乘以100来表示含水量的百分比。能量状态可以用水分活度或者水势来表示。实际应用中,水分活度等于水分和温度与种子平衡时的气体的相对湿度。水势是种子中单位体积水潜在能量。它等于每单位体积水中以除去种子中无限小量的水的工作量。相对应水势的是化学势,或者是水的部分特定的吉布斯自由能。

对于给定温度下的样品,水势和水分活度有一个对应关系:

式中,R是其他常数,T是温度,Mw是水的分子量。

水分活度和水势是在一个封闭的空间中种子平衡后测量气体的相对湿度。水分活度和相对湿度一一对应,而水势从上面的公式中计算得到。AquaLab水分活度仪是用于测量水分活度的的仪器。一般来说,需要放置5g左右的样品,样品平衡后测量气体的露点温度来得到水分活度。样品温度通过红外传感器测量,并且来校正温度差异。5分钟内即可得到测量结果。

水分吸附等温线

随着种子的水分含量变化,水分活度也在变化。对于一个特定的种子,存在着水分活度和水分含量的一一对应关系,这个关系称之为水分吸附等温线。如果已经有某个样品的水分吸附等温线,可以测量水分活度或者水分含量就可以得到另外一个参数的信息。如果没有现成的水分吸附等温线,需要确定哪个指标是zui能代表过程并且测量,因为每个种类的种子的水分吸附等温线都是*的,没有一个通用的等温线可以用来转换计算另一个指标。

1列出了油菜籽和小麦的水分数据。可以看出,在相同水分活度数据,油菜籽的水分含量都要比小麦低。表中也列出了相应的水势数据。显而易见,每个种类的种子的等温线都不一样,可以是不同栽培品种之间,这个由种子的生长环境有关系,以及测量的温度也有关系。更多的水分活度和水分含量数据可以参考Roberts的工作(1972)。

哪个指标更适合用于预测种子的寿命?

水分含量长期以来用于描述水分对种子生活力的影响,被用于推荐使用一个特定的水分含量储存条件来延长种子的寿命。这些关系取决于每个不同的品种。RobertsEllis1989)列出了水分含量和寿命的对数关系,但是这个关系也是由于每个品种的不同而不同。

另一方面,RobertsEllis1989)发现水分活度和寿命之间的关系是线性的,而且和品种之间没有关系。这是因为水分活度测量的是水分中能参与化学反应和物理过程的利用程度。利用水分活度来描述种子里水的状态具有水分含量所无法提供大许多优势。水分活度消除了每个种子批次之间的差别,提供了一个种子水分状态和生活里之间的通用的、简单的(线性)关系。

水分活度

水势(MPa

油菜籽水分含量(g/g

小麦水分含量(g/g

0.10

-314

0.031

0.060

0.20

-219

0.039

0.080

0.30

-164

0.045

0.093

0.40

-125

0.052

0.106

0.50

-94.4

0.060

0.120

0.60

-69.6

0.069

0.132

0.70

-48.6

0.080

0.147

0.80

-30.4

0.093

0.163

0.90

-14.3

0.121

0.215

 

水分活度应用于种子zui长的寿命

RobertsEllis1989)的研究发现正常性种子的生活力的损失速率在水势-350MPa-14MPa之间,随着水势的增加而增加。对应的水分活度为0.10-0.90 aw。低于-350MPa0.077 aw)时,随着水分含量的减少,种子的生活力只有很小的变化。这个zui低点对应的水分含量为2-6%之间。显然,简单且快速的水分活度测量能够提供了解种子储存的*水分,然而接下来的研究工作需要知道*的水分含量是多少。

种子外壳的复杂性

当种子有外壳时,水分含量的作用变得更少,种子和外壳具有相同的水分活度,但是水分含量差别巨大。外壳的重量是里面种子的几倍,而且外壳材料的吸附等温线与种子完全不一样。水分活度是水分迁移的驱动力,这样,当种子被外壳包裹时,平衡水分活度是确定种子寿命的*指标。

例如,如果种子和外壳的平衡水分活度为0.10 aw,种子的水分含量可能是0.06 g/g,然而,外壳的水分含量是0.02 g/g。由于外壳的质量比种子的质量大很多,整个种子的水分含量会接近0.02 g/g。如果种子安全储存的水分含量低于0.06 g/g,并且整个种子只干燥到0.06 g/g时,对水分活度而言,这不是一个安全的指标。有外壳的种子水分含量测量对于确定种子干燥成都是否符合规范几乎没有任何价值。另一方面,如果指标要求水分活度低于0.10 aw以保证安全储存,则整个种子可以很容易干燥到该水分活度。种子和外壳的水分活度是相同的,并且可以不用进行任何处理测量。

总结

种子的水分状况可以用水分含量或者水分活度(水势)来描述。由于历史原因,水分活度并不常用,但对于与种子寿命有关的条件具有明显的优点。zui重要的是,它与寿命直接以及明确相关,临界水分活度对于不同品种都是一样的。关于有外壳和没有外壳的种子的临界点也是类似的,这对于水分含量并不是这种情况。水分活度测量更快、更容易,而且具有比水分含量更多的信息量。

AquaLab作为专业的水分活度解决方案,采用可溯源的镜面冷凝露点方法,是ISOAOAC和美国USPFDA等推荐使用的方法,能够在5分钟内快速测量样品的水分活度。目前有80%的用户都选择使用AquaLab水分活度仪。

如有需要,请AquaLab北京办事处(01065610082

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