劉子凡， 羅文杰

（海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 海南 ?？?71737）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校培養(yǎng)實(shí)用型人才的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、綜合能力、創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)等方面具有理論教學(xué)不可替代的作用［1］。種子平衡水分是種子特性的一個(gè)重要參數(shù)，“種子平衡水分的測(cè)定”是種子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生理解平衡水分的概念及其變化規(guī)律。另外，對(duì)于分析種子干燥特性、設(shè)計(jì)干燥程序和設(shè)備及種子安全貯藏等也有重要意義。筆者從事種子學(xué)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐教學(xué)10余年，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)效果通常不甚理想。因此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程碰到的問題，參照一些資料，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)相關(guān)操作方法進(jìn)行了改進(jìn)，保證了實(shí)驗(yàn)取得較好的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)原理

確定傳統(tǒng)測(cè)定種子平衡水分的方法有稱重法（Gravimetric）、測(cè)蒸汽壓法（Manomentic）及測(cè)相對(duì)濕度法（Hygrometric）［2－3］。稱重法是最常采用的試驗(yàn)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(duì)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(cè)定樣品的水分含量變化。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

平衡水分與種子所處環(huán)境的相對(duì)濕度、溫度、種子的品種類型及其成熟度等因素有關(guān)，它是一個(gè)熱動(dòng)力學(xué)要素［4］。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置見圖1［5］，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。改進(jìn)內(nèi)容具體包括：1）因鐵與氯化銅飽和溶液反應(yīng)，鐵絲斷裂，使鐵絲框中的種子掉入溶液，導(dǎo)致試驗(yàn)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(duì)濕度環(huán)境中，同時(shí)也能保證種子不會(huì)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(yàn)誤差；4）銅絲框須離飽和溶液約3～4cm，以防實(shí)驗(yàn)過程中使溶液濺濕種子樣品，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5）密封的真空干燥器放置一個(gè)小電扇能加快飽和水汽循環(huán)，但會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低，試驗(yàn)成本較高［6］，故將小風(fēng)扇去除。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

2.2 平衡相對(duì)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(duì)濕度，但是配制硫酸溶液存在一定的危險(xiǎn)，且無(wú)機(jī)強(qiáng)酸對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染［7］。實(shí)驗(yàn)參考［8］采用飽和鹽溶液獲得不同平衡相對(duì)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(gè)1 000mL廣口瓶，蓋上瓶蓋，放入相應(yīng)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(duì)濕度［9］。

圖2 試驗(yàn)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(duì)濕度（ERH）

2.3 種子樣品的選擇與處理

實(shí)驗(yàn)指南中對(duì)種子樣品的處理未作任何介紹［5，7］。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法增加了種子樣品的選擇和處理。1）選擇大小相同，無(wú)破損、無(wú)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(cè)定順序

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法是：40g種子樣品放入廣口瓶，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，測(cè)定種子含水量，得出相應(yīng)的平衡水分。但是，測(cè)定種子含水量要求種子重量需在50～100g，否則會(huì)因樣品量不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大。

改進(jìn)方法：1）先測(cè)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(dá)到恒重為止，此時(shí)的種子重量為最后種子凈重。一般在低平衡相對(duì)濕度下的種子樣品需3個(gè)星期左右方可平衡，高平衡相對(duì)濕度下的種子樣品需2個(gè)星期左右方可達(dá)到平衡；3）種子達(dá)到平衡需要的時(shí)間較長(zhǎng)，相對(duì)濕度80%以上時(shí)霉菌的發(fā)育又很快。實(shí)驗(yàn)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(jì)算平衡后的種子含水量：

2.5 模擬曲線方程，計(jì)算臨界水分

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法中僅有“制作等溫線，平衡曲線有3個(gè)明顯的階段，2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的1／2處為束縛水與自由水的界限”的描述。但對(duì)如何計(jì)算臨界水分無(wú)進(jìn)一步描述，學(xué)生最后無(wú)所適從。平衡曲線是一個(gè)S曲線［7］，經(jīng)過實(shí)踐與摸索，考慮到本科生對(duì)Excel軟件熟練掌握而對(duì)統(tǒng)計(jì)軟件不熟悉的實(shí)際情況，采用Excel軟件模擬等溫線方程［11］。具體方法：1）利用實(shí)驗(yàn)得出的9對(duì)平衡相對(duì)濕度（x）與相應(yīng)平衡水分（y）的數(shù)據(jù)模擬出等溫線方程對(duì)方程求導(dǎo)數(shù)，得出函數(shù)的2個(gè)拐點(diǎn)3）將2個(gè)拐點(diǎn)的中點(diǎn)x＝lna／b代入S曲線方程，求出y值，該點(diǎn)的平衡水分即為臨界水分。

3 小 結(jié)

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，增加實(shí)驗(yàn)材料選擇和處理，改變種子含水量測(cè)定的時(shí)間順序，增添曲線方程的模擬，實(shí)驗(yàn)誤差能顯著減少，獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高教學(xué)效率和學(xué)生思考問題解決問題的能力。

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