种子含水量的测定方法及展望

综述 李淑娴 等 ： 种子含水量的测定方法及展望 综述 种子含水 量的测定 方法及展望 李淑娴 ， 高莹莹 。 李运红 。 田树霞 ( 1 南京林业大学森林资源与环境学院， 江苏 南京 2 1 0 0 3 7 ； 2 国家林业局北方林木种子检验中心 ， 北京 1 0 0 0 9 1 ) Me t h o l d o f Me a s u r i n g S e e d W a t e r Co n t e n t a n d I t S Ex p e c t a t i o n LI S hu- x i a n ，GAO Yi n g- y i ng ，LI Yun ho ng ，TI AN S h u x i a 摘要 ： 种子含 水量是种子质量 的重要指标之 一。种子含水量 的 测定方 法很 多， 生产 中常根 据水分 测定的 目的、 要 求 以及 种 子 自身的特点进行合理选择。这就要求对与含水量测定有 关的 种子理化性状以及含水量测定的原则有一定的了解， 同时还要 了解各含水量测定方法的适用范围及 其原 理 。 为测 定方法的选 择提供理论依 据。 关键词： 含水量； 种子质量；测定方法 中图分类号 ： S 3 3 9 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 4 7 0 5 ( 2 0 1 0 ) 1 0 - 0 0 5 7 - 0 4 种子中的水分是保持种子生命活动的重要物质 ， 只有在水 的作用下 ， 种 子的代谢作用才 能顺 利完 成。 但水分含量过高， 会使种子 的呼吸作用过于旺盛 ， 并使 微生物大量繁殖 ， 最终使贮藏种子 的寿命大大缩短 。 水分过低则会使种子失水死亡， 所 以含水量是种子质 量的重要指标之一 ， 是种子分级、 定价的主要依据。此 外 ， 收获、 清选或药剂处理时， 种子也应当含有适宜的 水分 ， 不然就会发生破裂和挤压等机械损伤或植物中 毒现象 。 种子含水量是指种子所含水分的重量与种子总重 量的百分比 ， 也称种子含水率。种子含水率的多少 是影响种子寿命的重要条件 ， 含水量高 的种子寿命会 缩短 ， 含水量低的种子能延长寿命 ， 耐贮藏。所以调制 完成后的种子必须经过干燥 ， 使其含水量达到安全含 水量时 ， 才能进行贮藏或调出使用 J 。含水量是 国 际种子检验规程 和我国 林木种子检验规程 的必检 项 目之一 ， 并且执行 的是 国家强制性标准 。这就要求 含水量的测定方法要确实可行， 按 照该方法所测得的 结果也必须准确。另外， 方法 的重复性也要好 ， 以便于 不同实验室、 不 同操作者所得结果的比较。 种子含水量不仅是种子质量的重要指标 ， 生产中 为了保证种子能够安全贮藏 ， 在种子收购、 入库以及贮 藏期间都必须测定种子的含水量 ， 只有在安全含水量 以下的种子才能够贮藏 、 运输。另外 ， 种子含水量也是 某些科学研究如种子劣变、 种子超干贮藏等必须测定 的内容 。 种子中含有的水分按其特性 可分为两种 ， 一种是 游离水 ， 另一种是束缚水。游离水又称 自由水 ， 这种水 是生物化学的介质 ， 存在于种子表面和细胞间隙内， 它 具有一般水 的特性 ， 能在细胞 间隙 中流动 ， 有溶解性 ， 1 0 0为沸点 ， 0为冰点 ， 故很 容易受外界条件 的影 响而蒸发 ， 所 以在测定含水量 的过程 中， 必须操作迅 速 ， 尽量避免操作过程 中水分 的散失 ， 测定高含水量的 种子时尤其应注意这一点。束缚水也称胶体结合水 ， 这种水分被种子内的亲水胶体如淀粉、 蛋 白质 的胶体 物质束缚， 不能在细胞间隙中自由流动， 很不活泼， 不 易受外界环境的影响 J 。种子含水量测定时 ， 开始水 分散失快是 由于游离水容易蒸发 ， 后期蒸发缓慢 ， 则是 由于胶体结合水被种子内胶体物质牢固束缚不易蒸发 出来的缘故。测定时如果提高温度或延长时间， 这种 水分才能蒸发 出来 ， 即只有将种子加热到 1 0 01 0 5 时 ， 才能够彻底地排除掉。所以在测定含水量时， 必须 设法使这部分水分蒸发 出来 ， 才 能获得准确 的结果。 收稿 日期： 2 O l O一 0 70 7 基金项 目： 国家 自然科 学 基 金 ( 3 1 0 7 0 5 4 3 ， 3 0 9 7 1 6 0 9 ) ； 江苏 省 高校 自然 科学 基 金 重点 项 目 ( 1 O K J A 1 8 0 0 1 8) 、 林 业公 益 性 行业 科 研 专项 ( 0 2 0 0 9 0 4 0 0 2 ) 及“ 国家级林学实验教学示范 中心” 资助 。 作者简介： 李淑娴( 1 9 6 8一) ， 女 ， 山东省烟台人 ； 在职博士 ， 副研究员 ， 主要从 事林木种子检验工作 ； 研 究方 向： 种子生理 、 植物品种 的鉴别 。 5 7 第 2 9卷第 1 0期2 0 1 0年 1 0月 种子( S e e d ) 此外 ， 种子中某些化合物如糖类 ， 也含有一定 比例的水 分子 ， 如果失去这种水分子， 糖类 就要分解 、 变质 。 因此， 在测定种子含水量时应注意不要使这种水分遭 到破坏 ， 否则就会影响测定结果的准确性。更值得注 意的是， 油脂类种子中含有不饱和脂肪酸 ， 如果种子磨 碎、 剪碎或烘干温度过高 ， 不饱和脂肪酸易氧化， 使不 饱和键上结合了氧分子 ， 增加 了样品重 量 ， 从而使 水分测定结果偏低 。所含的挥发性物质越多 ， 用烘干 法测得的结果与实际水分 的差异就越大。我国 林木 种子检验规程 规定： 测定种子水分含量时必须保证 种子中自由水和束缚水全部除去 ， 同时要尽最大可能 减少种子的氧化、 分解或其他挥发性物质的损失。这 是种子含水量测定 的基本原则L 5 。所以 I S T A水分委 员会考虑到油脂类种子的特点 ， 现在建议用 甲苯蒸馏 法代替烘干法 测定松属、 冷杉属类种子 的含水量 j 。 但 甲苯有毒 ， 药品不易购买 ， 此方法不易推广， 有必要 研究更多的含水量测定方法 ， 特别是适合 油脂类种子 含水量测定的方法。本文试图在了解与含水量测定有 关的种子理化性状以及含水量测定原则 的基础上， 介 绍更多的含水量测定方法及其原理 ， 为测定方法 的选 择提供理论依据。 1 国内外种子水分测定技术的发展 I S T A早在 1 9 3 1年颁 布的第一版 国际种子检验 规程 中， 就把水分测定列为该规程的检验项 目。该 规程规定种子水分测定可 以采用 1 0 3条件下烘干 5 h N烘箱法， 并说 明也可利用 B r o w n D u r e l 蒸馏法测 定种子的含水量 J 。1 9 4 4年美 国衣阿华州农业 和机 械技术学院 R H P o e r 编著的 T e s t i n g t h e Q u a l i t y o f S e e d f o r F a r m a n d G a r d e n -书中也简单介绍了种子水 分测定的烘箱法 、 蒸馏法和电子测定法。他认为烘箱 法适用于各类植物种子 的含水量测定 ， 是种子水分测 定最可靠的方法。1 9 5 6年前苏联菲尔索主编的 种子 检测和方法研究 一书 中除了介绍了种子水分测定 的 烘箱法 ， 还介绍了德林格式快速( 4 0 m i n或 6 0 mi n ) 烘 箱法和电阻式水分仪 。 随后 ， 世界各国根据水分测定的原理， 陆续研发出 红外线、 电阻式、 电容式 和微波式等多种水分测定方 法。随着水分研究的发展， K a r l F i s c h e r 法也逐步被种 子科学家认可， 现已将该方法作为 I S T A种子水分测定 的基准方法 。 1 9 8 3年以前 ， 我国种子水分测定是借鉴前苏联 的 方法， 主要用于粮食和外贸商检机构粮油谷物的水分 测定。1 9 8 3年， 我 国农业部颁布了 G B 3 5 4 3 8 3 农作 物种子检验规程 ， 该规程 4 6部分为水分检验的 内 S R 容 ， 规定含水 量测定可 以采用 1 0 5低恒温烘干法、 1 3 0 q C 高温烘干法 1 0 。1 9 9 5年又重新修订了 农作物 种子检验规程 ， 林业部 门在 1 9 9 9修订 了 林木种子 检验规程 j ， 两个规程中的水分测定方法都是等效 采用 1 9 9 3国际种子检验规程 第九章种子水分测定 的烘箱法， 农作物检验规程中还在 实施指南 中介绍 了卡尔 费休法 ， 这些工作的开展是为了使我国种子水 分测定向着先进性、 国际化和标准化方向发展 I I 1 他 。 2 种子含水量的测定方法 种子含水量的测定方法很多 ， 生产中常根据水分 测定的目的、 要求以及种子 自身的特点进行合理选择。 如果所测结果是为了填报种子质量报告 ， 应选用 国际 规程或国家标准规定的水分测定方法 。如果是种子加 工或入库前 ， 只要大致了解种子的水分， 则可用电子仪 器速测法。 根据 H a 哇a n d G o l u m b i c的分类观点 ， 可将众多的 含水量测定方法分为直接法和间接法。直接法是直接 测出种子样 品中水分含量的方法。间接法是根据种子 水分化学和物理特性与其含水量高低的对应关系， 通 过基 准 法 的校 准， 间接 显示 种 子含 水 量 的测 定方 法 。 。下面分别介绍几种常用的测定方法。 2 1 直接测 定法 目前， 最常用的种子水分测定方法是烘干减重法 ( 包括直接烘干法 ， 减压烘干法和红外线烘干法) 、 蒸 馏法和化学法。从种子水分测定方法的发展即标准法 的演变过程可以发现， 烘箱法作为标准法从 1 9 3 1年一 直使用至今 ， 仪器和测定技术不断进步和完善。甲苯 蒸馏法 曾作为松属等大粒油脂类种子水分测定的标准 方法 ， 现已被列入国际种子检验规程 ， 说明甲苯蒸馏法 可用来测定松属类种子的含水量。卡尔 费休法是 当 今国际公认的种子水分测定 的基准方法 。因此 ， 烘 箱法 、 甲苯蒸馏法和卡尔 费休法是过去 、 现在和将来 种子水分测定最重要 的标准法和基准方法 ， 各种方法 的原理如下。 2 1 1直接 烘干 法 从 1 9 3 1年 I S T A发行第一版 国际种子 检验规 程 以来 ， 烘箱法经过了多次修订 、 完善 ， 2 0 0 7年还 出 版了 I S T A水分测定手册 ， 对烘箱法作了更加详细的 说明， 为该方法测定的准确性 、 操作的可重复性提供了 技术保证 ” 。 2 1 2减压烘 干 法 减压烘干法是在减压条件下将种子加热干燥的方 法， 即利用减压条件下 ， 水的沸点也相应降低的原理来 综述 李淑娴 等 ： 种子含水量的测定方法及展望 测定种子的含水量 。故此法适用于熔点低 ， 或在较 高温度下内含物易受热分解 、 变质及加热难以除去束 缚水等类型种子的含水量测定。 2 1 3红 外线加 热法 此法是利用红外线加热样品使其失水 ， 从而达到 测量种子含水量的目的。现在国际上有很多公司都设 计制造 了红外线水分测定仪。如美 国 O H A U S S c a i l e C o r p r a t i o n设计制造的 MB - 3 0 0红外线水分仪， 能快速 测定谷物种子的干重， 并且能 自动显示种子 的含水量。 该仪器具有使用简单、 测定迅速 的特点 ， 能在 9 9 mi n 内完成一个样品的测定 J ， 而在低恒温条件下采用直 接烘干法测定含水量时 ， 样晶则需要烘干 1 7 h 。 2 1 4甲苯 蒸馏 法 甲苯蒸馏法的原理是两种互不相溶液体二元体系 的沸点低于各组分的沸点， 种子中的水分和甲苯混合 后能降低水 的沸点 ， 即当温度低于 1 0 0时， 种子中的 水分就能成为水汽排 出， 从测量管中读取所排水分的 体积即可计算种子的含水量 J 。 1 9 7 6国际种子检验 规程 第九章种子水分测定中已对甲苯蒸馏法的测定 技术作 了规定。甲苯蒸馏法不仅可用于种子含水量的 测定 ， 国际上还用此法测定羊毛的含水量 。 2 1 5 卡尔 费休法( K a r l F i s h e r ) 卡尔 费休滴定法是1 9 3 5年由卡尔 费休提 出的 测定水分含量的方法， 属于碘量法 ， 是测定水分最为专 一 、也是最为准确的化学方法 J 。多年来许多科研工 作者对此方法进行了较为全面的研究 ， 在反应的化学 计量、 试剂的稳定性、 滴定方法、 计量点 的指示 以及针 对各种类型样品的应用和仪器操作的自动化等方面均 作了一定的改进 ， 使该方法 日趋成熟与完善。 卡尔 费休法的测定原理是将碘 、 二氧化硫、 吡啶 和甲醇按 比例混合 后形成 的淡 黄色溶液 作为 K F试 剂 ， 当测定样品中有水分存在时 ， 碘能定量地使二氧化 硫氧化成三氧化硫， 而本身被还原成碘化氢 ， 此时试剂 的棕红色消失。 SO2+I 2+2 H2 O_ H2 S O4+2 HI 当水分全部参与反应 时， 稍过量的试剂就会使溶 液呈淡红色 ， 以示反应到达终点。根据滴定过程中消 耗试剂的量 ， 即可求出样品中水分的含量。由此可见 ， 卡尔 费休法是种子水分测定最准确 的方法 ， 但 目前 I S T A认可的实验室没有这种仪器 ， 并且此方法对操作 要求比较严格 ， 难以普及推广使用。 2 2间接 测定 法 间接测定法 由于具有简单、 快速、 适用性强的特 点 ， 在种子加工 、 人库、 运输前常被广泛使用。这类方 法包括 ： 2 2 1电子水分仪 速 测 法 此法的原理是水分 的介电常数远远大于种子中其 它成分的介电常数 ， 水分含量的变化也会引起电容量 的变化 ， 因而通过测量与样品中水分变化相对应 的电 容的变化即可知种子的含水量 ， 整个测定过程可 以在 1 0 mi n内完成 ， 这是直接测定法所不具备的优点。但 此法不适用于检测粘滞性种子的含水量 ， 并且对于那 些含水 量超过 1 5 的高含 水量种 子也不 能进行测 量 。随着科学技术的发展 ， 此类水分仪的准确程度 将不断提高， 此法已列入 2 o o 3国际种子检验规程 水 分测定一章 中 J 。 2 2 2近红外反射光谱 ( N I R S ) 分析法 许多有机物对不同波长的近红外光具有特征性吸 收， 当用近红外光( 波长为 1 9 4 0 n m) 照射样品时， 漫反 射光的强度与样品成分的含量有关 ， 遵循 朗伯 一比尔 定律。该方法同样具有测量快速 、 简单的特点， 同前面 的间接测定法一样 ， 该法仅属于表面测量技术， 很难反 映整个样品的体积水分( 内部水分) ， 测量精度还受种 子大小、 形状和密度等影响 2 7 J 。 近几年发展的间接测定方法还有很多， 如中子法 、 核磁共振法等， 由于这些方法还没有趋于成熟 ， 现在使 用的还比较少 ， 这里不作详细介绍。 3 发展趋势 种子含水量的测定方法很多， 但现在还没有一种 能完全满足种子质量检测、 生产和科学研究 的所有要 求 ， 因此测定时一定要根据测定 目的和要求选择合适 的方法。快速、 准确、 适应性强是选择、 发展测定方法 的基本原则 。在选择测定方法时还要根据种子 自身的 特性进行选择。如油脂类种子的测定方法最好不用直 接烘干法 ， 因此有必要开展相关研究 ， 找到松属 、 冷杉 属等种子含水量测定的检测方法。理论上 ， 减压烘干 法、 甲苯蒸馏法 、 卡尔 费休法均适于此类种子的含水 量测定 ， 有必要继续开展相关研究， 将这些方法标准 化， 使其被更多人接受 、 使用。 诸多快速测定含水量 的方法 中， 都不适合雪松等 粘滞性种子含水量的测定 ， 有必要继续开展相关研究 ， 找到快速测定粘滞性种子含水量 的方法 。另外 ， 各种 快速法仪器的准确性有待 于进一步提高 ； 研发拥有更 宽测定范围水分仪的工作 同样有待于进一步展开。 ( 下转第 6 1页) 5 9 资源与利用 安明态 等 ： 贵州省种子植物新记录 灌丛中 。贵州分布首次记录， 见于荔波茂兰 自然保 护区板寨 8 0 0 m山坡下部林 中， 以及荔波大七孔风景 区海拔 8 0 0 m沟谷林 中。凭证 标本 ： 2 0 0 7年 7月 3 1 13， 安 明态 2 0 0 7 0 1 1 4 ； 2 0 0 8年 1 2月 6 13， 安 明 态 2 0 08 02 31 。 5 檀 香科 S a n t a l a c e a e 硬序重寄生 P h a c e l l a r i a r i g i d u l a B e n t h 分布在四川、 云南、 广西、 广东 ， 海拔 4 0 02 1 0 0 m 杂木林中 。缅甸也有分布 。贵州分布首次 记录 ， 见于望谟 自然保护区昂武交羊坡 7 5 0 m次生林 中。凭 证标本 ： 2 0 0 9年 4月 3 0日， 张华海 ， 安明态 A - 0 7 9 0 。 6 莎草科 C y p e r a c e a e 亲族苔 草 ( 原 变种 )C a r e x g e n t i l e s F r a n c h g e n t i l i s 分布在四川、 云南 、 江西 ， 生于林下、 沟边 、 河边 ， 海 拔 1 5 0 0 m左右- 6 】 。贵州分布首次记录， 见于贵定岩 下大鲵保护区野子坡 ， 海拔 1 2 5 0 m山坡 草丛 。凭证 标本 ： 2 0 0 7年 8月 2 7日， 安明态 2 0 0 7 0 3 2 6 。 7 姜科 Z i n g i b e r a c e a e 光叶闭鞘姜 C o s t u s t o n k i n e n s i s G a g n e p 分布在云南 、 广西 、 广东 ， 生于林荫下 ， 越南亦有分 布 j 。贵州分布首次记录 ， 见于望谟 自然保护 区乐康 海拔 4 7 0 m沟谷阔叶林下荫湿处 。凭证标本 ： 2 0 0 9年 4月 2 6日， 安明态 ， 黄江华 A - 0 6 7 0 。 光叶闭鞘姜隶属姜科( Z i n g i b e r a c e a e ) 闭鞘姜亚科 ( C o s t o i d e a e K S c h u m ) 闭鞘姜 属 ( C o s t u s L ) ， 该 属 约 1 5 0种， 分布于热带及亚热带地区 J ， 以前均未见 贵州有分布的记录。光叶闭鞘姜 的发现 ， 使得其所在 的闭鞘姜属 、 闭鞘姜亚科 皆为贵州分布首次记录。 参考文献 ： 1 中国科学院中国植物志编辑委员会 中国植物志( 第 3 O卷 第 1分册) M 北京 ： 科学出版社， 1 9 9 6： 8 51 0 6 2 中国科学院中国植物志编辑委员会 中国植物志( 第 6 0卷 第 2分册) M 北京 ： 科学出版社， 1 9 8 7： 1 7 7 3 傅立国， 陈潭清， 郎楷永， 等 中国高等植物( 第4卷) M 青岛出版社， 2 0 0 0 ： 2 7 7 4 4 中国科学院中国植物志编辑委员会 中国植物志( 第 2 3卷 第 2分册) M 北京： 科学出版社， 1 9 9 5 ： 1 4 0 4 5 中国科学院中国植 物志编辑委员会 中国植物志( 第 7 4 卷) M 北京： 科学出版社， 1 9 8 8 ： 5 2 8 6 6 中国科学院中国植物志编辑委员会 中国植物志 ( 第 1 2 卷) M 北京： 科学出版社 ， 2 0 0 0 ： 5 65 2 8 7 中国科学院中国植物志编辑委员会 中国植物志( 第 1 6卷 第 2分册) M 北京： 科学出版社， 1 9 8 1 ： 2 2 1 5 3 8 傅立国， 陈潭清， 郎楷永， 等 中国高等植物( 第 1 3卷) M 青 岛 ： 青岛 出版社 ， b 0 2 ： 2 0 5 7 ( 上接 5 9页) 参考文献 ： 1 孙致 良， 杨国枝编著 实用种子检验技术 M 北京： 农业出 版社 ， 1 9 9 3 2 颜启传主编 种子检验原理和技术 M 杭州 ： 浙江大学出 版社 ， 2 0 0 2 3 颜启传主编 种子检验的原理和技术 M 北京： 农业出版 社 ， 1 9 9 2 4 周陛勋 ， 华启斌 ， 陈幼生， 等 林木种子检验 M 北京： 中国 标准 出版社 ， 1 9 8 3 5 G B 2 7 7 21 9 9 9， 林木种子检测规程 S 国家质量技术监督 局 ， 2 0 0 0 6 胡晋 ， 李永平， 苏菊萍， 等 种子水分测定的原理和方法 M 北京： 中国农业出版社， 2 0 0 8 7 J R T h o m s o n A n i n t r o d u c t i o n t o s e e d t e c h n o l o g y M S c o t l a n d： T h o ms o n L i t h o L t d ， E a s t K i l b r i d e ， 2 0 01 8 Z h a n g M H ， Y a j i n i a Y U， N a k a g a w a Y， e t a 1 G C - MS i d e n t i fi c a t i o n o f v o l a t i l e c o mp o u n d s e v o l v e d b y d r y s e e d s i n r e l a t i o n t o s t o r a g e