“種子平衡水分測定”的實驗方法改進

劉子凡， 羅文杰

（海南大學農(nóng)學院， 海南 海口571737）

實驗教學是高校培養(yǎng)實用型人才的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學生實踐能力、綜合能力、創(chuàng)新精神和科學素養(yǎng)等方面具有理論教學不可替代的作用［1］。種子平衡水分是種子特性的一個重要參數(shù)，“種子平衡水分的測定”是種子學實驗教學中的基礎性實驗，通過該實驗有利于學生理解平衡水分的概念及其變化規(guī)律。另外，對于分析種子干燥特性、設計干燥程序和設備及種子安全貯藏等也有重要意義。筆者從事種子學實驗課的實踐教學10余年，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)實驗方法，實驗效果通常不甚理想。因此，結合實驗過程碰到的問題，參照一些資料，在實驗過程中對相關操作方法進行了改進，保證了實驗取得較好的結果。

1 實驗原理

確定傳統(tǒng)測定種子平衡水分的方法有稱重法（Gravimetric）、測蒸汽壓法（Manomentic）及測相對濕度法（Hygrometric）［2－3］。稱重法是最常采用的試驗方法，是利用密閉容器系統(tǒng)內(nèi)的飽和鹽溶液或者不同濃度的酸溶液，產(chǎn)生一定的平衡相對濕度（或水分活度），或者輔助一定流速循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的空氣，然后連續(xù)地或者周期性地測定樣品的水分含量變化。

2 實驗改進

2.1 實驗裝置

平衡水分與種子所處環(huán)境的相對濕度、溫度、種子的品種類型及其成熟度等因素有關，它是一個熱動力學要素［4］。傳統(tǒng)的實驗裝置見圖1［5］，改進后的實驗裝置見圖2。改進內(nèi)容具體包括：1）因鐵與氯化銅飽和溶液反應，鐵絲斷裂，使鐵絲框中的種子掉入溶液，導致試驗失敗，故將小型鐵絲框換成小型銅絲框；2）框底改鐵絲為尼龍防蟲網(wǎng)，這樣既可使種子充分暴露于平衡相對濕度環(huán)境中，同時也能保證種子不會落入溶液中；3）單底改為雙底，保證可平鋪一定量的種子樣品，減少試驗誤差；4）銅絲框須離飽和溶液約3～4cm，以防實驗過程中使溶液濺濕種子樣品，影響實驗結果。5）密封的真空干燥器放置一個小電扇能加快飽和水汽循環(huán)，但會造成實驗結果偏低，試驗成本較高［6］，故將小風扇去除。

圖1 試驗裝置示意圖

2.2 平衡相對濕度

傳統(tǒng)方法是利用密閉容器系統(tǒng)內(nèi)飽和鹽溶液或不同濃度的酸溶液產(chǎn)生平衡相對濕度，但是配制硫酸溶液存在一定的危險，且無機強酸對環(huán)境產(chǎn)生污染［7］。實驗參考［8］采用飽和鹽溶液獲得不同平衡相對濕度。具體方法是：首先查表1配成9種鹽的飽和溶液，再分別量取250mL飽和溶液入9個1 000mL廣口瓶，蓋上瓶蓋，放入相應溫度的培養(yǎng)箱，查表2可知不同飽和鹽溶液在該溫度下的平衡相對濕度［9］。

圖2 試驗裝置示意圖

表1 9種鹽在不同溫度下的溶解度

表2 9種飽和鹽產(chǎn)生的平衡相對濕度（ERH）

2.3 種子樣品的選擇與處理

實驗指南中對種子樣品的處理未作任何介紹［5，7］。改進后的實驗方法增加了種子樣品的選擇和處理。1）選擇大小相同，無破損、無病蟲害的種子；2）若是制作解吸曲線，種子樣品需先加水浸泡到種子含水量約為21%（濕基）后，取出在冰箱中平衡2周，其間每天混勻一次方可使用；若是制作吸濕曲線，種子樣品先在40.5℃干燥箱中降到含水量為7%～8%（濕基）后，再在干燥器中用五氧化二磷固體脫水干燥到5%以下后使用［6］；3）種子樣品量以單層平鋪雙層尼龍網(wǎng)底為宜。

2.4 種子含水量測定順序

傳統(tǒng)實驗方法是：40g種子樣品放入廣口瓶，達到動態(tài)平衡后，測定種子含水量，得出相應的平衡水分。但是，測定種子含水量要求種子重量需在50～100g，否則會因樣品量不足，導致實驗結果誤差大。

改進方法：1）先測定經(jīng)選擇和處理后的種子樣品含水量，即初次含水量；2）稱取種子樣品重（初始種子凈重）放入雙層小型銅絲框內(nèi)，平衡若干天后稱重，直至達到恒重為止，此時的種子重量為最后種子凈重。一般在低平衡相對濕度下的種子樣品需3個星期左右方可平衡，高平衡相對濕度下的種子樣品需2個星期左右方可達到平衡；3）種子達到平衡需要的時間較長，相對濕度80%以上時霉菌的發(fā)育又很快。實驗過程中一旦觀察到置于飽和氯化鉀和硝酸鉀溶液上空的種子樣品發(fā)霉即取出樣品，稱重作為最后種子凈重［10］；4）利用公式計算平衡后的種子含水量：

2.5 模擬曲線方程，計算臨界水分

傳統(tǒng)實驗方法中僅有“制作等溫線，平衡曲線有3個明顯的階段，2個轉(zhuǎn)折點的1／2處為束縛水與自由水的界限”的描述。但對如何計算臨界水分無進一步描述，學生最后無所適從。平衡曲線是一個S曲線［7］，經(jīng)過實踐與摸索，考慮到本科生對Excel軟件熟練掌握而對統(tǒng)計軟件不熟悉的實際情況，采用Excel軟件模擬等溫線方程［11］。具體方法：1）利用實驗得出的9對平衡相對濕度（x）與相應平衡水分（y）的數(shù)據(jù)模擬出等溫線方程對方程求導數(shù)，得出函數(shù)的2個拐點3）將2個拐點的中點x＝lna／b代入S曲線方程，求出y值，該點的平衡水分即為臨界水分。

3 小 結

通過對實驗裝置的改進，增加實驗材料選擇和處理，改變種子含水量測定的時間順序，增添曲線方程的模擬，實驗誤差能顯著減少，獲得準確的實驗結果，提高教學效率和學生思考問題解決問題的能力。

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