CN109729850A - 一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法 - Google Patents

一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法 Download PDF

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吴凌云
李明
姚东伟
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Abstract

本发明涉及种子贮藏技术领域，具体涉及一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，包括：将处理后的种子、脱氧剂，复合水活度调节剂放置于贮藏容器中并密封。本发明操作简便，耗费低，不需要建立低温低湿贮藏库和贮藏柜，节约能源，经济效益好。在常温下即可贮藏种子，且种子贮藏过程中水活度保持不变，保证了种子质量。适用于蔬菜种子，禾谷类种子、豆类种子贮藏，以及丸粒化种子、引发种子贮藏。

Description

一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法
技术领域
本发明涉及种子贮藏技术领域，具体涉及一种常温下能够保持种子低氧贮藏环境且贮藏过程中种子水活度不变的方法。
背景技术
种子从收获到播种前要经过一段时期的贮藏。种子贮藏是采用合理的贮藏设备和先进的贮藏技术，人为地控制贮藏条件，将种子质量的变化降低到最低限度，最有效地保持种子旺盛的发芽力和活力，从而确保种子的种用价值。
种子贮藏是影响种子质量的重要因素之一。贮藏中种子老化可能导致种子出苗迟缓，最终导致种苗异常，甚至不能出苗。在基因库中贮藏的种子，种子老化可能丧失遗传多样性。种子寿命随着贮藏环境而改变，影响种子在贮藏期间生活力和活力保持的关键因素主要是贮藏温度、种子水活度(或相对平衡湿度)和氧气。这三个因素在影响贮藏的种子寿命过程中，是相互影响和相互制约的。种子在最适含水量下贮藏寿命最长，但并非越低越好，种子含水量过低或是将种子贮藏在极度干燥的条件下，也很容易使种子丧失活力。种子最适含水量还随着温度、品种的不同而不同。这主要是因为种子含水量无法精准反映种子的水份状态。种子水活度为种子中水分含量的活性部分或者自由水。相对于种子水份含量，种子水活度能更精准地反映种子的水份状态。由食品科学的氧化损伤我们可看出，当水活度小于0.2时，脂质氧化增加。当水活度大于0.4时，酶活性增强。水活度小于0.2时，脂质氧化增加。当水活度大于0.4时，酶活性增强。种子水活度即为种子贮藏环境中的相对平衡湿度。一般而言，温度越低，种子贮藏寿命越长。因此，目前种子的贮藏主要通过降低温度和湿度获得所需的贮藏环境，即利用生石灰、五氧化二磷等干燥剂或利用低温低湿贮藏柜或建立低温低湿种子库获得低湿贮藏环境湿度。通过生石灰、五氧化二磷等干燥剂降低贮藏环境湿度，花费小，但干燥剂吸水的同时往往伴随着放热现象，整个贮藏环境中温度和湿度无法精确把控。使用低湿贮藏柜和建立低温低湿种子库，投资大，维持运转费用极高。因此，寻求其他经济简便的方法成为种子贮藏研究者研究的方向。
种子在收获、干燥、贮藏过程中会使种子发生恶化，主要包括脂质的氧化，细胞和线粒体膜的氧化，DNA的氧化，RNA的氧化，蛋白质的氧化，是直接或间接氧化的结果。氧气是影响种子贮藏寿命的一个重要因素，过量氧气会加速种子老化，低氧环境可以延长常温下种子的贮藏寿命。
据报道，干燥、无氧环境提高了引发芹菜种子的生活力，而仅在干燥(使用干燥珠)或仅在无氧(加入脱氧剂)条件均不能提高种子生活力。前者仅在干燥条件下，种子仍会发生氧化反应而老化；后者仅在无氧条件下，由于脱氧剂中含有的增湿剂，增加了种子水分含量，从而即便无氧环境仍无法提高种子活力。因此如何建立一种使种子处于低氧环境而同时种子水活度保持不变的方法，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明涉及一种种子贮藏技术，具体涉及一种低氧贮藏环境且贮藏过程中保持种子水活度不变的方法。
本发明提供的技术方案如下：
一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，包括：
将处理后的种子、脱氧剂、复合水活度调节剂放置于贮藏容器中密封。
本技术方案中，操作简便，耗费低，不需要建立低温低湿贮藏库和贮藏柜，节约能源，经济效益好。在常温下即可贮藏种子，且种子贮藏过程中水活度保持不变。
优选地，种子的前处理为将所述种子放置于其最适贮藏温度和其最适相对湿度下平衡，直到达到所述种子的最适水活度。
进一步，优选地，种子的前处理中：所述最适贮藏环境温度的范围值为-20至60℃，优选为5至40℃，所述相对湿度的范围值为0～80％。
本技术方案中，针对不同的种子，通过控制贮藏环境的温度与相对湿度，可以对不同类型的种子进行不同的处理，保证了种子能在其最适宜的贮藏环境中贮藏。本发明适用于蔬菜种子，禾谷类种子、豆类种子贮藏，以及丸粒化种子、引发种子贮藏。
优选地，所述复合水活度调节剂，包括：
干燥硅胶和相对湿度下平衡的硅胶。
本技术方案中，干燥硅胶用于吸收脱氧剂在贮藏环境中与氧气反应过程中所释放的水；相对湿度下平衡的硅胶具有调节湿度的功能，当环境中湿度比平衡的硅胶高时，平衡的硅胶能起到一个吸湿的作用，当环境中湿度比平衡的硅胶低时，平衡硅胶就能释放水汽，所以相对湿度下平衡的硅胶能使一定空间内的相对湿度保持相对的恒定，可起到一个缓冲作用，在贮藏过程中能够保持种子的水活度不变。
优选地，所述干燥硅胶的用量，由以下步骤得到：
测定所述脱氧剂在贮藏环境中与氧气反应过程中所释放的水量；
结合所述脱氧剂在所述贮藏环境中释放的水量，计算所述干燥剂吸收所述贮藏环境中的水量后，使所述贮藏环境的相对湿度达到所述种子的最适水活度的用量。
优选地，相对湿度下平衡的硅胶的制备步骤，包括：
将所述硅胶放置于流动的空气中平衡；
将所述硅胶放置于所述最适贮藏环境温度和所述最适相对湿度下平衡至所述种子的最适水活度水平，得到所述相对湿度下平衡的硅胶。
进一步，优选地，相对湿度下平衡的硅胶水活度调节剂的制备步骤中：
所述硅胶在流动空气中需要平衡3天以上；
所述硅胶的用量为所需贮藏的所述种子质量的0～20倍。
进一步地，所述干燥剂优选为干燥硅胶或干燥珠。
再进一步地，所述干燥珠优选为硅酸铝陶瓷或沸石；所述硅胶优选为二氧化硅。
优选地，所述贮藏容器为封闭状聚乙烯(PE)包装袋或封闭状偏二氯乙烯(PVDC)包装袋或封闭状聚乙烯-乙烯醇树脂(EVOH)包装袋或封闭状聚氯乙烯(PVC)包装袋或密封玻璃容器。
优选地，所述脱氧剂优选为包含铁粉、润湿剂的铁粉脱氧剂，优选为wonderkeepRP,Ageless ZPT,Ageless Z。
本技术方案中，铁粉脱氧剂的作用为去除贮藏环境中的氧气，使贮藏环境维持在低氧水平，减少种子的氧化，增加种子贮藏寿命。
本技术方案采用上述方法得到的贮藏系统的氧气含量极低，为0～0.5％，且贮藏过程中种子水活度保持不变。
与现有技术相比，本发明提供的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法具有以下有益效果：
1、本发明操作简便，耗费低。不需要建立低温低湿贮藏库和贮藏柜，节约能源，经济效益好。在常温下即可贮藏种子，且种子贮藏过程中水活度保持不变，保证了种子质量。
2、本发明针对不同的种子，可以进行不同的处理，通过控制种子最适宜的水活度，保证了种子能在最优的贮藏环境中贮藏。本发明适用于蔬菜种子，禾谷类种子、豆类种子贮藏，以及丸粒化种子、引发种子贮藏。适用于蔬菜种子，禾谷类种子、豆类种子贮藏，以及丸粒化种子、引发种子贮藏。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种低氧贮藏环境中种子水活度不变的方法及其作用的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为二氧化硅吸附解吸过程中水活度与水份含量的关系图；
图2为脱氧剂+干燥二氧化硅、脱氧剂+干燥二氧化硅+种子、脱氧剂+种子+干燥二氧化硅+20℃30％相对湿度下平衡的二氧化硅在194ml密闭玻璃贮藏容器中贮藏时间和氧气浓度变化关系图；
图3为脱氧剂+干燥二氧化硅、脱氧剂+干燥二氧化硅+种子、脱氧剂+种子+干燥二氧化硅+20℃30％相对湿度下平衡二氧化硅在194ml密闭玻璃贮藏容器中相对湿度随贮藏时间变化图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
本发明针对不同的种子，通过控制贮藏环境的温度与相对湿度，可以对不同类型的种子进行不同的处理，保证了种子能在其最适宜的贮藏环境中贮藏。本发明适用于蔬菜种子，禾谷类种子、豆类种子贮藏，以及丸粒化种子、引发种子贮藏。
干燥硅胶用于吸收脱氧剂在贮藏环境中与氧气反应过程中所释放的水；相对湿度下平衡的硅胶具有调节湿度的功能，当环境中湿度比平衡的硅胶高时，平衡的硅胶能起到一个吸湿的作用，当环境中湿度比平衡的硅胶低时，平衡硅胶就能释放水汽，所以相对湿度下平衡的硅胶能使一定空间内的相对湿度保持相对的恒定，可起到一个缓冲作用，在贮藏过程中能够保持种子的水活度不变。
通过以下手段对一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法进行表征：采用HygroLab Bench Top Indicator version 4(Rotronic AG,Bassersdorf,Switzerland)测定种子的水活度，采用optical oxygen sensor dot(PreSens–Precision Sensing GmbH,Regensburg,Germany)测定氧气含量。
如图1所示，二氧化硅吸附解吸过程中水活度与水份含量的关系图由以下实验得出：
1、二氧化硅吸附：
将2kg NaCl和500mL水混匀后放置于带盖的塑料盒子(长40cm,宽20cm,高30cm)，盒子顶部有两个风扇，塑料盒盖四周密封。测定盒内相内平衡湿度达到73.5％。放置12个装有20克完全干燥的硅胶的小培养皿(直径5.3cm,高度1.3cm)于塑料盒内。每隔0、6.2、10、24、48、72、98、124、144、168、192、220小时取出一盒硅胶放入127ml玻璃瓶并立即盖好盖。所有样品取完后测定二氧化硅的水份含量和水活度。重复三次。
2、二氧化硅解吸：
将2kg NaCl和500mL水混匀后放置于带盖的塑料盒子(长40cm,宽20cm,高30cm)，盒子顶部有两个风扇，塑料盒盖四周密封。放置11个装有20克硅胶的培养皿在塑料盒子里，平衡5-6天。6天后，每个塑料盒子内放入500克干燥珠，随后每天加入50克干燥珠，并每隔0、4.7、10.4、23.8、47.7、72.3、95.7、102.5、145.7、167.7、193.3小时取一个培养皿硅胶，放入127ml玻璃瓶并立即盖好盖。所有样品取完后测定二氧化硅的水份含量和水活度。重复三次。
得到二氧化碳吸附解吸方程式y＝0.5465x+0.0096，R2＝0.978。
本发明是通过下列技术措施来实现的；
实施例1
测定脱氧剂在贮藏环境中释放的水量：把已知重量的干燥二氧化硅和脱氧剂放置于194mL的密封玻璃瓶中，同时应用相同的容器，加入相同重量的干燥二氧化硅，但不加脱氧剂但作为对照容器，脱氧剂为铁粉脱氧剂(wonderkeep RP,Ageless ZPT,Ageless Z)。三天后，打开容器，立即测量对照容器和处理容器中干燥二氧化硅的重量，两者重量差即为脱氧剂在194mL的密封玻璃瓶进行脱氧过程中释放的水量。
将种子、二氧化硅放置于期望水活度和贮藏温度(20℃,30％相对湿度)下平衡一段时间，二氧化硅在流动空气中需要平衡5天以上，种子平衡天数根据种子大小决定，种子平衡后测得种子水活度为0.32。在固定的温度下检测种子和二氧化硅的水活度aw，检测是否达到种子的最佳水活度水平。如达到，则进行下一步，没有达到继续平衡。
向贮藏玻璃容器中加入1克胡萝卜种子和20克已平衡好的二氧化硅，并立即关闭容器。
把贮藏容器置于RH平衡室，打开容器再次平衡种子和二氧化硅12个小时以上后关闭容器。
打开贮藏容器，加入脱氧剂，同时加入少量的干的二氧化硅以吸收脱氧剂释放的水份，加入量根据第一步测试释放的水量，通过下图1二氧化碳吸附解吸方程式y＝0.5465x+0.0096计算得出，经计算为0.75克，然后立即关闭容器。24小时后检测容器的氧含量为0。
放置贮藏容器于期望的温度下，并使用温湿度计记录贮藏环境中实际温度和相对湿度。
贮藏完成后，取回种子，检测贮藏容器内氧含量为0，种子水活度aw为0.32。此处理脱氧剂+1克种子+0.75克干二氧化硅+20克平衡二氧化硅，贮藏环境中的相对湿度保持不变。
由图1可知，水活度0.4以下，二氧化硅水活度与含水量呈线性相关。
对比例1
取与实施例1相同重量的干燥二氧化硅和脱氧剂放置于194mL的密封玻璃瓶中。使用湿度计记录贮藏环境中相对湿度，并检测容器中的氧含量。
对比例2
取与实施例1相同重量的干燥二氧化硅、脱氧剂和种子放置于194mL的密封玻璃瓶中。使用湿度计记录贮藏环境中相对湿度，并检测容器中的氧含量。
由图2可知，密闭玻璃贮藏容器中，氧气浓度随着贮藏时间的增加而减少，大约7小时之后，密闭玻璃容器中的氧气浓度就趋于0。
由图3可知，密闭玻璃贮藏容器中，实施例1所建立的低氧贮藏环境比对比例1、2更加稳定，且能快速达到所需的湿度。
实施例2
测定脱氧剂在贮藏环境中释放的水量：把已知重量的干燥二氧化硅和脱氧剂放置于194mL的密封玻璃瓶中，同时应用相同的容器，加入相同重量的干燥二氧化硅，但不加脱氧剂但作为对照容器，脱氧剂为铁粉脱氧剂(wonderkeep RP,Ageless ZPT,Ageless Z)。三天后，打开容器，立即测量对照和处理容器中干燥二氧化硅的重量，两者重量差即为脱氧剂在194mL的密封玻璃瓶脱氧过程中释放的水量。
种子、二氧化硅硅胶放置于期望水活度和贮藏温度(20℃,15％相对湿度)下平衡一段时间，二氧化硅在流动空气中需要平衡5天以上，种子平衡天数根据种子大小决定，种子平衡后测定种子水活度为0.22。在固定的温度下检测种子和二氧化硅的水活度aw，检测是否达到期望水平。如达到，则进行下一步，没有达到继续平衡。
向贮藏玻璃容器中加入5克胡萝卜种子和20克已平衡好的二氧化硅，并立即关闭容器。
把贮藏容器重新放回RH平衡室，打开容器再次平衡种子和二氧化硅12个小时以上后关闭容器。
打开贮藏容器，加入脱氧剂，同时加入少量的干的二氧化硅以吸收脱氧剂释放的水份，加入量根据第一步测试释放的水量，通过下图1二氧化碳吸附解吸方程式y＝0.5465x+0.0096计算得出。立即关闭容器，24小时后检测容器的氧含量为0。
放置贮藏容器于期望的温度下，并使用温湿度计记录贮藏环境中实际温度和相对湿度。
贮藏完成后，取回种子，检测贮藏容器内氧含量为0,种子水活度aw为0.22。
实施例3
测定脱氧剂在贮藏环境中释放的水量：把已知重量的干燥二氧化硅和脱氧剂放置于194mL的密封玻璃瓶中，同时应用相同的容器，加入相同重量的干燥二氧化硅，但不加脱氧剂但作为对照容器，脱氧剂为铁粉脱氧剂，(wonderkeep RP,Ageless ZPT,Ageless Z)。三天后，打开容器，立即测量对照和处理容器中干燥二氧化硅的重量，两者重量差即为脱氧剂在194mL的密封玻璃瓶脱氧过程中释放的水量。
种子、二氧化硅硅胶放置于期望水活度和贮藏温度(15℃,15％相对湿度)下平衡一段时间，二氧化硅在流动空气中需要平衡5天以上，种子平衡天数根据种子大小决定，种子平衡后测定种子水活度为0.25。在固定的温度下检测种子和二氧化硅的水活度aw，检测是否达到期望水平。如达到，则进行下一步，没有达到继续平衡。
向贮藏玻璃容器中加入5克胡萝卜种子和20克已平衡好的二氧化硅，并立即关闭容器。
把贮藏容器置于RH平衡室，打开容器再次平衡种子和二氧化硅12个小时以上后关闭容器。
打开贮藏容器，加入脱氧剂，同时加入少量的干的二氧化硅以吸收脱氧剂释放的水份，加入量根据第一步测试释放的水量，通过下图1二氧化碳吸附解吸方程式y＝0.5465x+0.0096计算得出。立即关闭容器，24小时后检测容器的氧含量为0。
放置贮藏容器于期望的温度下，并使用温湿度计记录贮藏环境中实际温度和相对湿度。
贮藏完成后，取回种子，检测贮藏容器内氧含量为0,种子水活度aw为0.25。
实施例4
测定脱氧剂在贮藏环境中释放的水量：把已知重量的干燥二氧化硅和脱氧剂放置于194mL的密封玻璃瓶中，同时应用相同的容器，加入相同重量的干燥二氧化硅，但不加脱氧剂但作为对照容器，脱氧剂为铁粉脱氧剂，(wonderkeep RP,Ageless ZPT,Ageless Z)。三天后，打开容器，立即测量对照和处理容器中干燥二氧化硅的重量，两者重量差即为脱氧剂在194mL的密封玻璃瓶脱氧过程中释放的水量。
种子、二氧化硅硅胶放置于期望水活度和贮藏温度(15℃,30％相对湿度)下平衡一段时间，二氧化硅在流动空气中需要平衡5天以上，种子平衡天数根据种子大小决定，种子平衡后测定种子水活度为0.36。在固定的温度下检测种子和二氧化硅的水活度aw，检测是否达到期望水平。如达到，则进行下一步，没有达到继续平衡。
向贮藏玻璃容器中加入5克花菜种子和20克已平衡好的二氧化硅，并立即关闭容器。
把贮藏容器置于RH平衡室，打开容器再次平衡种子和二氧化硅12个小时以上后关闭容器。
打开贮藏容器，加入脱氧剂，同时加入少量的干的二氧化硅以吸收脱氧剂释放的水份，加入量根据第一步测试释放的水量，通过下图1二氧化碳吸附解吸方程式y＝0.5465x+0.0096计算得出。立即关闭容器，24小时后检测容器的氧含量为0.1。
放置贮藏容器于期望的温度下，并使用温湿度计记录贮藏环境中实际温度和相对湿度。
贮藏完成后，取回种子，检测贮藏容器内氧含量为0.1,测定花菜种子水活度aw为0.36。
由以上实施例可知，采用本发明方法所制备的低氧贮藏系统，可以在种子贮藏过程中保持种子水活度不变。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，包括：
将处理后的种子、脱氧剂和复合水活度调节剂放置于贮藏容器中并密封。
2.如权利要求1所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，所述种子的前处理，包括：
将所述种子放置于其最适贮藏温度和其最适相对湿度下平衡，直到达到所述种子的最适水活度。
3.如权利要求2所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，所述种子的前处理中：
所述最适贮藏环境温度的范围值为-20至60℃，所述相对湿度的范围值为0～80％。
4.如权利要求1所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，所述复合水活度调节剂包括：
干燥剂和相对湿度下平衡的硅胶。
5.如权利要求4所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，所述干燥剂的用量，由以下步骤得到：
测定所述脱氧剂在贮藏环境中与氧气反应过程中所释放的水量；
结合所述脱氧剂在所述贮藏环境中释放的水量，计算所述干燥剂吸收所述贮藏环境中的水量后，使所述贮藏环境的相对湿度达到所述种子的最适水活度的用量。
6.如权利要求4所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，所述相对湿度下平衡的硅胶的制备步骤，包括：
将所述硅胶放置于流动的空气中平衡；
将所述硅胶放置于所述最适贮藏环境温度和所述最适相对湿度下平衡至所述种子的最适水活度水平，得到所述相对湿度下平衡的硅胶。
7.如权利要求6所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于，所述相对湿度下平衡的硅胶的制备步骤中：
所述硅胶在流动空气中需要平衡3天以上；
所述硅胶的用量为所需贮藏的所述种子质量的0～20倍。
8.如权利要求4～7中任意一项所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于：
所述干燥剂为干燥硅胶或干燥珠，所述干燥珠为硅酸铝陶瓷或沸石；所述硅胶为二氧化硅。
9.如权利要求1所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于：
所述贮藏容器为封闭状聚乙烯(PE)包装袋或封闭状偏二氯乙烯(PVDC)包装袋或封闭状聚乙烯-乙烯醇树脂(EVOH)包装袋或封闭状聚氯乙烯(PVC)包装袋或密封玻璃容器。
10.如权利要求1所述的一种保持种子低氧贮藏且种子水活度不变的方法，其特征在于：
所述脱氧剂为包含铁粉、润湿剂的铁粉脱氧剂。
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