控制水分活度延長種子貯藏壽命

該應(yīng)用報告來自美國METER Group, Inc.公司。

水、溫度和氧氣這三個環(huán)境因素對于確定儲存種子的壽命至關(guān)重要。本應(yīng)用報告主要關(guān)注水分。對于種子對水分的反應(yīng)，種子可以分為兩類：正常性種子和頑拗性種子。正常性種子可以干燥到低水分含量而不收損害。頑拗性種子和其他植物組織類似，因為如果它們干燥到臨界水分含量以下，它們就會遭受干燥死亡。本應(yīng)用報告主要涉及正常性種子，但所描述的原則對于兩種類型的種子都適用。

種子水分測量

為了充分描述種子中的水分狀態(tài)，有必要采取兩種水分狀況的衡量標(biāo)準(zhǔn)。一種涉及種子的的水的量，另一種設(shè)計種子中水的能量狀態(tài)。種子中水的量通常以水分含量表示，通過特定的干燥程序失水的量除以種子的濕或干的重量。這個比例有時乘以100來表示含水量的百分比。能量狀態(tài)可以用水分活度或者水勢來表示。實際應(yīng)用中，水分活度等于水分和溫度與種子平衡時的氣體的相對濕度。水勢是種子中單位體積水潛在能量。它等于每單位體積水中以除去種子中無限小量的水的工作量。相對應(yīng)水勢的是化學(xué)勢，或者是水的部分特定的吉布斯自由能。

對于給定溫度下的樣品，水勢和水分活度有一個對應(yīng)關(guān)系：

式中，R是其他常數(shù)，T是溫度，M_w是水的分子量。

水分活度和水勢是在一個封閉的空間中種子平衡后測量氣體的相對濕度。水分活度和相對濕度一一對應(yīng)，而水勢從上面的公式中計算得到。AquaLab水分活度儀是用于測量水分活度的的儀器。一般來說，需要放置5g左右的樣品，樣品平衡后測量氣體的露點溫度來得到水分活度。樣品溫度通過紅外傳感器測量，并且來校正溫度差異。5分鐘內(nèi)即可得到測量結(jié)果。

水分吸附等溫線

隨著種子的水分含量變化，水分活度也在變化。對于一個特定的種子，存在著水分活度和水分含量的一一對應(yīng)關(guān)系，這個關(guān)系稱之為水分吸附等溫線。如果已經(jīng)有某個樣品的水分吸附等溫線，可以測量水分活度或者水分含量就可以得到另外一個參數(shù)的信息。如果沒有現(xiàn)成的水分吸附等溫線，需要確定哪個指標(biāo)是zui能代表過程并且測量，因為每個種類的種子的水分吸附等溫線都是*的，沒有一個通用的等溫線可以用來轉(zhuǎn)換計算另一個指標(biāo)。

表1列出了油菜籽和小麥的水分?jǐn)?shù)據(jù)。可以看出，在相同水分活度數(shù)據(jù)，油菜籽的水分含量都要比小麥低。表中也列出了相應(yīng)的水勢數(shù)據(jù)。顯而易見，每個種類的種子的等溫線都不一樣，可以是不同栽培品種之間，這個由種子的生長環(huán)境有關(guān)系，以及測量的溫度也有關(guān)系。更多的水分活度和水分含量數(shù)據(jù)可以參考Roberts的工作（1972）。

哪個指標(biāo)更適合用于預(yù)測種子的壽命？

水分含量長期以來用于描述水分對種子生活力的影響，被用于推薦使用一個特定的水分含量儲存條件來延長種子的壽命。這些關(guān)系取決于每個不同的品種。Roberts和Ellis（1989）列出了水分含量和壽命的對數(shù)關(guān)系，但是這個關(guān)系也是由于每個品種的不同而不同。

另一方面，Roberts和Ellis（1989）發(fā)現(xiàn)水分活度和壽命之間的關(guān)系是線性的，而且和品種之間沒有關(guān)系。這是因為水分活度測量的是水分中能參與化學(xué)反應(yīng)和物理過程的利用程度。利用水分活度來描述種子里水的狀態(tài)具有水分含量所無法提供大許多優(yōu)勢。水分活度消除了每個種子批次之間的差別，提供了一個種子水分狀態(tài)和生活里之間的通用的、簡單的（線性）關(guān)系。

水分活度應(yīng)用于種子zui長的壽命

Roberts和Ellis（1989）的研究發(fā)現(xiàn)正常性種子的生活力的損失速率在水勢-350MPa和-14MPa之間，隨著水勢的增加而增加。對應(yīng)的水分活度為0.10-0.90 aw。低于-350MPa（0.077 aw）時，隨著水分含量的減少，種子的生活力只有很小的變化。這個zui低點對應(yīng)的水分含量為2-6%之間。顯然，簡單且快速的水分活度測量能夠提供了解種子儲存的*水分，然而接下來的研究工作需要知道*的水分含量是多少。

種子外殼的復(fù)雜性

當(dāng)種子有外殼時，水分含量的作用變得更少，種子和外殼具有相同的水分活度，但是水分含量差別巨大。外殼的重量是里面種子的幾倍，而且外殼材料的吸附等溫線與種子*不一樣。水分活度是水分遷移的驅(qū)動力，這樣，當(dāng)種子被外殼包裹時，平衡水分活度是確定種子壽命的*指標(biāo)。

例如，如果種子和外殼的平衡水分活度為0.10 aw，種子的水分含量可能是0.06 g/g，然而，外殼的水分含量是0.02 g/g。由于外殼的質(zhì)量比種子的質(zhì)量大很多，整個種子的水分含量會接近0.02 g/g。如果種子安全儲存的水分含量低于0.06 g/g，并且整個種子只干燥到0.06 g/g時，對水分活度而言，這不是一個安全的指標(biāo)。有外殼的種子水分含量測量對于確定種子干燥成都是否符合規(guī)范幾乎沒有任何價值。另一方面，如果指標(biāo)要求水分活度低于0.10 aw以保證安全儲存，則整個種子可以很容易干燥到該水分活度。種子和外殼的水分活度是相同的，并且可以不用進(jìn)行任何處理測量。

總結(jié)

種子的水分狀況可以用水分含量或者水分活度（水勢）來描述。由于歷史原因，水分活度并不常用，但對于與種子壽命有關(guān)的條件具有明顯的優(yōu)點。zui重要的是，它與壽命直接以及明確相關(guān)，臨界水分活度對于不同品種都是一樣的。關(guān)于有外殼和沒有外殼的種子的臨界點也是類似的，這對于水分含量并不是這種情況。水分活度測量更快、更容易，而且具有比水分含量更多的信息量。

AquaLab作為專業(yè)的水分活度解決方案，采用可溯源的鏡面冷凝露點方法，是ISO、AOAC和美國USP、FDA等推薦使用的方法，能夠在5分鐘內(nèi)快速測量樣品的水分活度。目前有80%的用戶都選擇使用AquaLab水分活度儀。

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