玉米种子的超干贮藏水分热力学分析

ｐｙ），即所测温度范围内一定表面盖度下的吸附热量，反映吸
附位点对水的束缚能力；ａｗ１ 、ａｗ２ 分别为温度 Ｔ１ 、Ｔ２ （ 该试验
温度为 ３０ 和 １０ ℃ ）下的相对水汽压（ Ｐ ／ Ｐ０ ）；Ｒ 为理想气体
常数［８．３１４ Ｊ ／ （Ｋ·ｍｏｌ）］。
１．２．６ 种子吸湿回干（Ｈ－ＤＨ） 处理。 种子先以水湿润，随即
理，回湿后测定其发芽率、种子含水量、水分吸附等温线，通过 ３ 个指标来衡量种子的水分热力学特性。 ［结果］不同玉米品种对水分的
敏感程度不同，不同时期对水分的吸收也不同。 京单 ２８ 和农大 １０８ 是对超干燥处理较敏感的种子。 测定超干前后种子水分吸附等温
线及水分热力学参数可以判断种子的耐干性。 ［结论］从水分热力学吸附特征的角度对种子的耐干机制进行了初步探讨。
别降为 ８％和 ５％。 将超干后的种子密封于称量瓶中，备用。
１．２．２ 种子含水量（ ＷＣ） 测定。 根据《 国际种子检验规程》
（ＩＳＴＡ），用低恒温烘干箱测定，２ 次重复。 玉米种子须磨碎
后测定，烘干有效面积为 ０．２ ｇ ／ ｃｍ２ 。
１．２．３ 种子发芽率测定。 根据《 国际种子检验规程》 （ ＩＳ⁃
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２
安徽农业科学 ２０１８ 年
为 ３ 次重复的平均值。
１．２．５ 水分热力学分析。 水分的热力学吸附特征测定方法
结合的水，这部分水一般是与离子基团结合，在相对湿度小
要成分；第 ２ 项代表以多个水分子为结合对象的弱吸附位点
所结合的水，一般是以氢键与极性非离子基团结合为胶体状
数据进行比较，从数量上展示和说明研究对象的规模、水平、
对比标准是十分关键的步骤，选择合适，才能做出客观的评
价，选择不合适，可能得出错误的评价。
方程式中第 １ 项与第 ３ 项中吸附水的位点对水的吸附力量
和吸附位点数目；Ｃ 代表方程式中第 ２ 项的吸附水位点的数
目及吸附力量。 在 水 分 吸 附 等 温 线 上 找 出 ５ 个 ＲＨ 作 为
（Ｐ ／ Ｐ０ ）值以及对应的纵坐标 ＷＣ 作为 Ｗ 值代入 Ｄ’Ａｃｒｙ ／ ｗａｔｔ
方程，解方程组求得热力学参数 Ｋ、Ｋ′、Ｃ、ｋ、ｋ′值（计算 Ｋ、Ｋ′时，
ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｊｉａｏ１ ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｏ⁃ｃｈｕａｎ１ ，ＢＡＩ Ｓｕ⁃ｌａｎ２ （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２４４２；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉ⁃
ｅｎｃｅ， Ｃａｐｉｔａｌ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８）
之一就是通过测定种子中水分的吸附等温线
［７－１２］
， 用 Ｖａｎ’ ｔ
Ｈｏｆｆ 和 Ｄ’Ａｃｒｙ ／ ｗａｔｔ 分析方法测得束缚水分的不同吸附类型
和各自的吸附情况。
Ｄ’Ａｃｒｙ ／ ｗａｔｔ 方程：
Ｗ ＝ ＫＫ′（Ｐ ／ Ｐ０ ） ／ ［１＋Ｋ（ Ｐ ／ Ｐ０ ）］ ＋Ｃ（ Ｐ ／ Ｐ０ ） ＋ｋｋ′（ Ｐ ／ Ｐ０ ） ／
ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｕｌｔｒａ⁃ｄｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ；Ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ；Ｓｅｅｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ；Ｍｏｉｓｔｕｒｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ；Ｍａｉｚｅ
取 ０～２０％ＲＨ 区域的 ５ 个点；计算 Ｃ 值时，取 ２０％ ～ ６０％ＲＨ 区
域的 ５ 个点；计算 ｋ、ｋ′值时，取大于 ６０％ＲＨ 区域的 ５ 个点）。
结果与分析
２．１ 不同种子的水分吸附等温线 常规种子的水分吸附等
ｇｉｏｎ ２、ｒｅｇｉｏｎ ３，分别对应于 Ｄ’Ａｃｒｙ ／ ｗａｔｔ 公式中的 ３ 项；而顽
的水分，相对湿度为 ２０％ ～ ６０％时可在细胞中探测到；第 ３ 项
２
内，一般是与大分子的疏水端结合或吸附于已吸附的水分子
温线具有反 Ｓ 型特征，并呈现出 ３ 个明显的区段：ｒｅｇｉｏｎ １、ｒｅ⁃
代表松散结合的多分子水，相对湿度大于 ６０％时存在于细胞
上，属于自由水。 Ｐ ／ Ｐ０ 为相对水汽压；Ｋ、Ｋ′与 ｋ、ｋ′分别代表
和生活力的 ２ 个关键因素，在某种程度上可以互补［５－７］ 。 由
此，一种操作简便、运转费用低的种质资源保存技术———超
干贮藏技术得以发展起来
［８］
。 笔者以适宜超干贮藏的不同
基金项目 北京农业职业学院院级项目（ ＸＹ－ＹＦ－１６－０２） 。
作者简介 张海娇（１９８８—） ，女，黑龙江双鸭山人，讲师，硕士，从事作
ＴＡ），每次测定 ５０ 粒种子，４ 次重复。
１．２．４ 种子水分吸附等温线测定。 在 １０ 和 ３０ ℃ 下，将５０ ｇ
种子置于具有一系列不同相对湿度的密封容器中（ 即种子质
量不再增长），测定 ＷＣ，绘制种子 ＷＣ 随相对水汽压变化的
曲线，即种子在 １０ 和 ３０ ℃ 下的水分吸附等温线。 试验结果
１０８。 供试种子均为 ２０１６ 年产 ，表 １ 为玉米种子的百粒重、
发芽率和含水量。
表 １ 玉米种子的百粒重、发芽率和含水量
Ｔａｂｌｅ １ １００⁃ｓｅｅｄ ｗｅｉｇｈｔ，ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍａｉｚｅ
ｓｅபைடு நூலகம்ｄ
于常温条件下贮藏，又称超低含水率贮藏。 超干贮藏不但具
拗型种子的水分吸附等温线是简单的双曲线，这 ２ 类种子对
水分的吸附在吸附等温线上反应出明显的不同。 而在常规
种子中进行耐干能力的比较则要对各种热力学系数有详细
的了解。
表 １、２ 分别是 １０、３０ ℃ 时 ４ 种玉米种子在一定相对湿度
下达到水分平衡后的含水量，图 １ ～ ４ 是根据表 １、２ 数据制得
铺于滤纸上，再在上层覆盖 ２ 张湿滤纸，使其缓慢吸湿后回
干，如此重复 １ 次，以不经吸湿回干处理为对照。
式中第 １ 项代表以单个水分子为结合对象的强吸附位点所
１．３ 数据处理 对比分析法通常是将 ２ 个相互联系的指标
于 １５％时仍存在于细胞中，是种子在干燥状态下吸附水的主
速度，以及各种关系是否协调。 在对比分析中，选择合适的
关键词 超干贮藏；发芽率；种子含水量；水分吸附等温线；玉米
中图分类号 Ｑ ９４７．１ 文献标识码 Ａ 文章编号 ０５１７－６６１１（２０１８）１８－０００１－０４
Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｉｚｅ Ｓｅｅｄ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｕｌｔｒａ⁃ｄｒｙ Ｓｔｏｒａｇｅ
表110时4种玉米种子在一定相对湿度下达到水分平衡后的含水量table1thewatercontentoffourmaizeseedsafterequilibratingat10invarioussaturatedsaltsolutions饱和溶液saturatedsolution相对湿度relativehumidity含水量watercontent郑单958zhengdan958先玉335xianyu335京单28jingdan28农大108nongda10880h2so4584541424760h2so417072737175kac22081797983mgno3251496989593nano3633112109114112nacl756150148150148nh42so4800162167164165k2cro4893182185186184kno3907191194197195k2so4966238245235236表230时4种玉米种子在一定相对湿度下达到水分平衡后的含水量table2thewatercontentoffourmaizeseedsafterequilibratingat30invarioussaturatedsaltsolutions饱和溶液saturatedsolution相对湿度relativehumidity含水量watercontent郑单958zhengdan958先玉335xianyu335京单28jingdan28农大108nongda10880h2so4393835353960h2so415861616364kac24469647270mgno3255685818579nano36731019810399nacl752145137136138nh42so4817158158153156k2cro4867176178175178kno3955204213205206k2so49792462582502532安徽农业科学2018年图1郑单958在10和30时的吸附等温线fig1thesorptionisothermsofzhengdan958at10and30图2先玉335在10和30时的吸附等温线fig2thesorptionisothermsofxianyu335at10and30从水分的吸附等温线的形状看郑单958先玉335京单28和农大108的吸附等温线均为反s型
物种质资源创新与利用研究。 ∗通讯作者，副教授，博士，
硕士生导师，从事细胞生物学研究。
收稿日期 ２０１７－１２－３１；修回日期 ２０１８－０３－２０
种类
Ｖａｒｉｅｔｙ
郑单 ９５８ Ｚｈｅｎｇｄａｎ ９５８
京单 ２８ Ｊｉｎｇｄａｎ ２８
先玉 ３３５ Ｘｉａｎｙｕ ３３５
农大 １０８ Ｎｏｎｇｄａ １０８
安徽农业科学，Ｊ．Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃ．Ｓｃｉ． ２０１８，４６（１８） ：１－４，１５
玉米种子的超干贮藏水分热力学分析
张海娇１ ，张耀川１ ， 白素兰２∗
（１．北京农业职业学院，北京 １０２４４２；２．首都师范大学生命科学学院，北京 １０００４８）
摘要 ［目的］研究超干对玉米种子水分热力学特性的影响。 ［方法］对 ４ 个玉米品种郑单 ９５８、京单 ２８、先玉 ３３５ 和农大 １０８ 采用干燥处
百粒重
１００⁃ｓｅｅｄ
ｗｅｉｇｈｔ∥ｇ
３５．６
３８．５
３４．６
３３．３
发芽率
Ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
ｒａｔｅ∥％
９６
９６
９５
８０
含水量
Ｗａｔｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔ∥％
１２
１２
１２
１２
１．２ 方法
１．２．１ 种子超干处理。 采用硅胶室温干燥，将超干种子密封于
铝箔袋中，室温下贮藏，玉米种子经过 ２０ ｄ 处理后，含水量分
Ａｂｓｔｒａｃｔ ［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｌｔｒａ⁃ｄｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｓｅｅｄｓ． ［ Ｍｅｔｈｏｄ］ Ｔｈｉｓ ｈａｄ
ｂｅｅｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｆｏｕｒ ｍａｉｚｅ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ， Ｚｈｅｎｇｄａｎ ９５８， Ｊｉｎｇｄａｎ ２８， Ｘｉａｎｙｕ ３３５ ａｎｄ Ｎｏｎｇｄａ １０８． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ，
质改变，生活力减弱，储存品质劣变，由于胚部大，脂肪含量
高，相同条件下，玉米较其他谷物的储存稳定性差。 前人做
了大量的研究，结果表明水分对玉米储存品质影响很大，并
证明超干有利于玉米储存［１］ 。
种子超干贮藏是将种子含水率降至 ５％以下，密封后置
热力学特性的变化，以期了解超干处理对某些种子水分热力
１．１ 材料 供试种子有郑单 ９５８、京单 ２８、先玉 ３３５、农大
玉米又名玉蜀黍，俗称苞谷、棒子、珍珠米等，是世界上
种类玉米种子为材料，研究在超干处理前后种子活力及水分
米籽粒在存储过程中，随时间的延长，其内源酶活性减弱，呼
学特性的影响及与种子活力变化的关系。
吸强度降低，原生质胶体结构松弛，生物化学和物理化学性
１ 材料与方法
分布最广泛的粮食作物之一，在我国播种面积居第 １ 位。 玉
围环境关系的方法之一。 水分由于亲水和疏水的相互作用，
可以影响大分子结构，而反过来大分子结构又通过其对水分
子吸附作用的变化来影响水分子的运动状态。 已有研究表
明不耐干种子对水分的束缚能力低，较易失去吸附等温线上
第一吸附区域的强吸附水，继而引起大分子构象的变化从而
影响种子活力
［４］
。 种子含水量和贮藏温度是影响种子活力
ｓｅｅｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｆｔｅｒ ｒｅ⁃ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．
［Ｒｅｓｕｌｔ］ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ ｗｅｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ． Ｊｉｎｇｄａｎ ２８
有低温贮藏的效应，极大地延长种子寿命，而且可降低保管
费用，简便易行、高效低耗且利于环保。 在种子尤其是种质
资源和高价值种子的长期贮藏中，应用前景广阔［２］ 。 目前，
世界上许多大学和科研院所对种子超干贮藏进行了研究，最
早是 １９８６ 年英国里丁大学将芝麻种子水分由 ５％降至 ２％，
寿命提高了 ４０ 倍［３］ 。 水分热力学分析是研究种子水分与周
［１－ｋ（Ｐ ／ Ｐ０ ）］
方程由 ３ 项构成，分别代表 ３ 种水分吸附类型并分别对
应于吸附等温线上 ３ 个区段（ ｒｅｇｉｏｎ １、ｒｅｇｉｏｎ ２、 ｒｅｇｉｏｎ ３）。
Ｃｌａｕｓｉｕｓ－ｃｌａｐｅｙｒｏｎ 方程：
△Ｈ ＝ ｌｎ（ａｗ１ ／ ａｗ２ ）Ｒ×Ｔ１ ×Ｔ２ ／ （Ｔ２ －Ｔ１ ）
式中，△Ｈ 是一定水分含量下的热差焓（ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｎｔｈａｌ⁃
ａｎｄ Ｎｏｎｇｄａ １０８ ｗｅｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｕｌｔｒａ⁃ｄｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ． Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｄｒｙ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ｒｏｕｎｄ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ⁃ｄｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ． ［ Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］ Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｅｅｄ ｄｒｙ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ