多花黃精種子物理特性試驗研究

關(guān)鍵詞：多花黃精；種子；物理特性

黃精為天門冬科植物滇黃精PolygonatumkingianumColl.etHemsl.、黃精PolygonatumsibiricumRed.或多花黃精PolygonatumcyrtonemaHua的干燥根莖。黃精主要以根莖入藥，具有多種功效，如補氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎等［1］，廣泛分布于貴州、四川、湖南、湖北、河南（南部和西部）、江西等地，生長于林下、灌叢或山坡陰處。主要化學(xué)成分為甾體皂苷類、多糖類、黃酮類、生物堿類等［2］，具有抗氧化、抗骨質(zhì)疏松、抗腫瘤、抗糖尿病、抗高血脂等廣泛藥理作用［3］。黃精種子的營養(yǎng)成分有淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸等［4］。黃精是傳統(tǒng)藥食兩用植物，在食品、醫(yī)療保健方面具有一定開發(fā)前景。

種子的物理特性是指種子本身具備的或在搬運和堆積過程中顯現(xiàn)出來的各類物理性質(zhì)。種子的物理特性主要受作物的遺傳因素與外界環(huán)境因素的影響，種子的物理特性與種子加工和貯藏等生產(chǎn)環(huán)節(jié)密切相關(guān)，也與種子倉庫的構(gòu)建、種子機械裝備的設(shè)計密切相關(guān)，深入了解各種種子的物理特性，對做好種子加工、貯藏等工作，具有重要的指導(dǎo)意義。

楊昌敏等［5］通過研究蔬菜種子的物理特性，為蔬菜穴盤精量播種裝置的設(shè)計提供參考依據(jù)。TangHan等［6］根據(jù)試驗結(jié)果，確定了15種玉米種子物理特性評價的分類標準，并進行了適當(dāng)?shù)脑u價。張勇等［7］研究了綠豆的物理機械特性參數(shù)，為氣吸式精量播種機的設(shè)計提供重要的理論依據(jù)。任闖等［8］對三七種子的物理機械特性展開試驗，以期為三七精密排種器的設(shè)計與試驗研究提供依據(jù)。劉劍鋒等［9］對煙草包衣種子的物理特性和空氣動力學(xué)特性（漂浮速率、漂浮系數(shù)）進行測定，以期為煙草精密排種器的設(shè)計提供相關(guān)參數(shù)。Zdzis?awKaliniewicz等［10］研究云杉種子的基本物理特性，以滿足種子分選過程的需要。

王嘉琛等［11］通過研究雞頭黃精種子的生物學(xué)特性，以便為野生雞頭黃精的種質(zhì)資源識別和開發(fā)利用、種子質(zhì)量標準制定方面提供理論支持。目前國內(nèi)外對多花黃精的研究主要集中于種子萌發(fā)［12］、化學(xué)成分［13］、藥理作用［14］、轉(zhuǎn)錄組學(xué)［15，16］、病原鑒定［17，18］等方面。而在多花黃精種子的物理特性的研究方面還有待完善。

本研究對多花黃精種子的物理特性進行研究，包括千粒重、比重、容重、三維尺寸、休止角、含水率、孔隙度、種子活力，滑動摩擦角等，旨在為多花黃精播種裝置的設(shè)計提供參考，并在多花黃精種子清選分級、干燥、貯藏、運輸和加工等方面具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料于2023年10月16日采自銅仁市松桃縣貴州信邦制藥股份有限公司黃精種植基地（位于松桃縣正大鄉(xiāng)，海拔592m，東經(jīng)109o14′，北緯27o57′；年平均氣溫14℃，平均降雨量1100-2000mm，無霜期約300d），經(jīng)貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院王華磊教授鑒定為多花黃精PolygonatumcyrtonemaHua.的漿果。將多花黃精種子從果實中洗出，待自然風(fēng)干后，挑選無病害、飽滿且充滿光澤的種子，以便進行試驗研究。多花黃精果實的特性見表1，多花黃精的果實及種子見圖1。

1.2 試驗設(shè)備

主要的試驗設(shè)備有101-2AS烘箱（常州市華普達教學(xué)儀器有限公司）、SLY-C型微電腦自動數(shù)粒儀（浙江托普儀器有限公司）、休止角測定裝置（自制）、滑動摩擦角測定裝置（自制）、電子游標卡尺、AR224CN電子天平（奧豪斯儀器有限公司）、LGZ-260B智能光照培養(yǎng)箱（杭州綠博儀器有限公司）、數(shù)顯傾角儀（德清盛泰芯電子科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 多花黃精種子千粒重的測定 按照我國《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程其他項目檢驗》［19］中重量測定法，本試驗采用百粒法測定。隨機挑選出100粒多花黃精種子，稱出的結(jié)果乘以10，重復(fù)8次，種子的變異系數(shù)不超過4.0，得出多花黃精種子的千粒重。

1.3.2 多花黃精種子比重的測定 取一個10mL小量筒，內(nèi)裝水約1/3，記下液體所達到的刻度為L1；稱取3-5g多花黃精凈種子樣品質(zhì)量為m，放入量筒中，再觀察液體平面升高的刻度，此時的刻度值記作L2，計算出該種子樣品的體積；根據(jù)以下公式求出種子的比重，3次重復(fù)，結(jié)果保留兩位。

式中：Sg為多花黃精種子的比重或相對密度，g/mL；L1為未放種子樣品量筒中水的刻度值，mL；L2為放入種子樣品后量筒的刻度值，mL；m為稱量種子樣品的質(zhì)量，g。

1.3.3 多花黃精種子容重的測定 取一個1L的量筒，取多花黃精種子，放入量筒，種子的上表面與刻度平行此時讀數(shù)記作V；稱量此時種子的重量并計數(shù)，記數(shù)記作M；每一樣品3次重復(fù)，允許誤差5g/L，三次結(jié)果求平均值，得到多花黃精種子的容重，結(jié)果保留兩位小數(shù)。

式中：μ為多花黃精種子的容重，g/L；M為種子的重量，g；V為種子的體積，L。

1.3.4 多花黃精種子三維尺寸的測定 隨機選取多花黃精種子200粒，用電子游標卡尺測量多花黃精種子的長度、寬度和厚度。多花黃精種子形狀近似球形，可根據(jù)種子的長度L、寬度W、厚度T確定其幾何平均直徑Dg、算術(shù)平均直徑Da和球度?［20］。

式中，Da為算術(shù)平均直徑，mm；Dg為幾何平均直徑，mm；L為多花黃精種子的長度，mm；W為種子的寬度，mm；T為種子的厚度，mm；?為種子的球度；D為L、W、T中的最大值，mm。

1.3.5 多花黃精種子密度及孔隙度的測定 根據(jù)上述求出的多花黃精種子的比重和容重，求出多花黃精種子的種子密度以及孔隙度，其公式如下：

式中，ρ為多花黃精種子的種子密度；POR為種子的孔隙度；Sg為種子的比重，g/mL；μ為種子的容重，g/L。

1.3.6 多花黃精種子含水率的測定 我國《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》規(guī)定種子水分測定的標準方法為烘干減重法。本試驗采用低恒溫烘干法［21］，隨機稱取多花黃精種子，精確稱取若干試樣于潔凈干燥的稱量瓶中，質(zhì)量記為m1，置于烘箱105℃下烘8h，將稱量瓶移入干燥器中冷卻20min，稱重質(zhì)量記為m2。做三次平行試驗，取平均值。

式中，Ws為多花黃精種子的含水率（%）；m1為種子烘干前的質(zhì)量，g；m2為種子烘干后的質(zhì)量，g。

1.3.7 多花黃精種子生活力的測定 參考胡迎峰［22］等的方法。TTC濃度為0.3%，將多花黃精種子用30℃的水浸泡6h，隨機選取大小一致的種子100粒，沿種胚中心線縱切為兩半，放入培養(yǎng)皿，將少量種子置于沸水中煮沸5min，殺死細胞，作為陰性對照。向培養(yǎng)皿中加入TTC溶液，浸沒種子。置于40℃培養(yǎng)箱中避光染色24h后觀察種子染色情況。

1.3.8 多花黃精種子休止角的測定 休止角的測量參照文獻［7］方法進行。本試驗采用注入法進行測量。試驗過程中，在一定高度的支架上固定休止角測定漏斗，把多花黃精種子緩緩倒進漏斗，隨著多花黃精種子在重力作用下自由落下，會形成圓錐狀，測量種子堆底面直徑D及種子堆高度H，則種子休止角為

式中，θ表示多花黃精種子的休止角，（o），H表示種子的錐體高度，mm，D表示種子錐體的底面圓直徑，mm。測量儀器示意圖見圖2。

1.3.9 多花黃精種子滑動摩擦角及滑動摩擦因數(shù)的測定 滑動摩擦角的測量參照文獻［23］方法進行。將30粒多花黃精種子放置于斜面上，通過更換有機玻璃板、鋁合金板等來進行不同材料接觸面上多花黃精種子的滑動摩擦角。慢慢地將斜面一端抬起，觀察當(dāng)大多數(shù)種子在待測板上滑動時，利用數(shù)顯傾角儀記錄此時的角度，即為滑動摩擦角θ?；瑒幽Σ烈驍?shù)通過以下公式計算，即

式中，K表示多花黃精種子的滑動摩擦因數(shù)，θ表示種子的滑動摩擦角，（o），測量儀器示意圖見圖3。

1.3.10 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示，采用Excel2019、Origin2022和SPSS26.0軟件進行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 多花黃精種子千粒重、比重、容重、密度、孔隙度、含水率、活力

試驗結(jié)果測得，多花黃精種子的千粒重為44.98g，根據(jù)公式計算出比重為1.14，容重為805g/L，種子密度為70.84%，孔隙度為29.16%，含水率為34.46%，種子活力為97.25%。

2.2 多花黃精種子三維尺寸

200粒種子的三維尺寸均值分別為：多花黃精種子平均長度為4.65mm，平均寬度為4.04mm，平均厚度為3.52mm。分別根據(jù)公式（3）（4）計算出多花黃精種子的算數(shù)平均直徑和幾何平均直徑，計算得出算數(shù)平均直徑為4.07mm，幾何平均直徑為4.04mm。通過公式（5）計算得出，多花黃精種子的球度為86.95%。多花黃精種子的球度是指種子接近球體的程度，與種子三維尺寸密切相關(guān)，是設(shè)計影響播種機排種器過程的關(guān)鍵因素。種子球度數(shù)值越大，說明種子形狀越接近球體。研究結(jié)果可近似將多花黃精種子視為球體。其三軸尺寸的概率分布見圖4～6。

2.3 多花黃精種子休止角

對多花黃精種子休止角的測量，重復(fù)測量三次求平均值，測量計算得出多花黃精種子的平均休止角為26.29°。

2.4 多花黃精種子滑動摩擦角

多花黃精種子在有機玻璃材料的滑動摩擦角為13.7°，在不銹鋼材質(zhì)上的滑動摩擦角為15°，在鋁合金材料上的滑動摩擦角為16°，在塑料材質(zhì)上的滑動摩擦角為17.3°?；瑒幽Σ两窃酱?，滑動摩擦因數(shù)越大。有機玻璃斜面上測得的多花黃精種子滑動摩擦角最小，塑料斜面上測得的多花黃精種子滑動摩擦角最大。在多花黃精播種機設(shè)計過程中，可根據(jù)具體要求選取不同材質(zhì)。

3 討論

本文通過試驗研究了多花黃精種子的物理特性。測量了種子的三維尺寸，多花黃精種子的平均長度、寬度、厚度分別為4.65、4.04、3.52mm，球度為86.95%。測定了種子的千粒重為44.98g，含水率為34.46%。比重、容重和孔隙度分別為1.14g/mL、805g/L和29.16%。測定了種子的滑動摩擦角（不銹鋼、有機玻璃、鋁合金和塑料）分別為15°、13.7°、16°和17.3°，種子休止角為26.29°，種子活力為97.25%。

種子的物理特性受到作物品種的遺傳特性的影響，但在一定程度上還受到環(huán)境因素的影響。對種子物理特性試驗的研究，研究材料主要是農(nóng)作物種子，中藥材種子研究較少，不同文獻中對種子參數(shù)的測量方法大致相同。本文結(jié)果與王嘉琛等［11］對雞頭黃精種子生物學(xué)特性試驗的結(jié)果一致，與劉海等［24］對小白菜種子機械物理特性、任闖等［8］對三七種子物理特性試驗結(jié)果有所差異，主要是因為作物不同。研究農(nóng)作物、中藥材種子的物理特性，對于精量播種裝置的設(shè)計、種質(zhì)標準的制定、種子貯藏加工等方面具有重要意義。

4 結(jié)論

研究種子的物理特性，可應(yīng)用于種子的儲藏、運輸和加工，增加種質(zhì)資源。本文測定了多花黃精種子的物理特性，對于同類種子或不同作物種子參數(shù)的測量均可采用同樣的方法。本文通過對多花黃精種子物理特性的研究，以期為多花黃精播種機裝置的設(shè)計提供參考，并在多花黃精種子清選分級、干燥、貯藏、運輸和加工等方面具有重要的指導(dǎo)意義。