多花黃精種子物理特性試驗研究

關鍵詞：多花黃精；種子；物理特性

黃精為天門冬科植物滇黃精PolygonatumkingianumColl.etHemsl.、黃精PolygonatumsibiricumRed.或多花黃精PolygonatumcyrtonemaHua的干燥根莖。黃精主要以根莖入藥，具有多種功效，如補氣養陰、健脾、潤肺、益腎等［1］，廣泛分布于貴州、四川、湖南、湖北、河南（南部和西部）、江西等地，生長于林下、灌叢或山坡陰處。主要化學成分為甾體皂苷類、多糖類、黃酮類、生物堿類等［2］，具有抗氧化、抗骨質疏松、抗腫瘤、抗糖尿病、抗高血脂等廣泛藥理作用［3］。黃精種子的營養成分有淀粉、脂肪、蛋白質、氨基酸等［4］。黃精是傳統藥食兩用植物，在食品、醫療保健方面具有一定開發前景。

種子的物理特性是指種子本身具備的或在搬運和堆積過程中顯現出來的各類物理性質。種子的物理特性主要受作物的遺傳因素與外界環境因素的影響，種子的物理特性與種子加工和貯藏等生產環節密切相關，也與種子倉庫的構建、種子機械裝備的設計密切相關，深入了解各種種子的物理特性，對做好種子加工、貯藏等工作，具有重要的指導意義。

楊昌敏等［5］通過研究蔬菜種子的物理特性，為蔬菜穴盤精量播種裝置的設計提供參考依據。TangHan等［6］根據試驗結果，確定了15種玉米種子物理特性評價的分類標準，并進行了適當的評價。張勇等［7］研究了綠豆的物理機械特性參數，為氣吸式精量播種機的設計提供重要的理論依據。任闖等［8］對三七種子的物理機械特性展開試驗，以期為三七精密排種器的設計與試驗研究提供依據。劉劍鋒等［9］對煙草包衣種子的物理特性和空氣動力學特性（漂浮速率、漂浮系數）進行測定，以期為煙草精密排種器的設計提供相關參數。Zdzis?awKaliniewicz等［10］研究云杉種子的基本物理特性，以滿足種子分選過程的需要。

王嘉琛等［11］通過研究雞頭黃精種子的生物學特性，以便為野生雞頭黃精的種質資源識別和開發利用、種子質量標準制定方面提供理論支持。目前國內外對多花黃精的研究主要集中于種子萌發［12］、化學成分［13］、藥理作用［14］、轉錄組學［15，16］、病原鑒定［17，18］等方面。而在多花黃精種子的物理特性的研究方面還有待完善。

本研究對多花黃精種子的物理特性進行研究，包括千粒重、比重、容重、三維尺寸、休止角、含水率、孔隙度、種子活力，滑動摩擦角等，旨在為多花黃精播種裝置的設計提供參考，并在多花黃精種子清選分級、干燥、貯藏、運輸和加工等方面具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料于2023年10月16日采自銅仁市松桃縣貴州信邦制藥股份有限公司黃精種植基地（位于松桃縣正大鄉，海拔592m，東經109o14′，北緯27o57′；年平均氣溫14℃，平均降雨量1100-2000mm，無霜期約300d），經貴州大學農學院王華磊教授鑒定為多花黃精PolygonatumcyrtonemaHua.的漿果。將多花黃精種子從果實中洗出，待自然風干后，挑選無病害、飽滿且充滿光澤的種子，以便進行試驗研究。多花黃精果實的特性見表1，多花黃精的果實及種子見圖1。

1.2 試驗設備

主要的試驗設備有101-2AS烘箱（常州市華普達教學儀器有限公司）、SLY-C型微電腦自動數粒儀（浙江托普儀器有限公司）、休止角測定裝置（自制）、滑動摩擦角測定裝置（自制）、電子游標卡尺、AR224CN電子天平（奧豪斯儀器有限公司）、LGZ-260B智能光照培養箱（杭州綠博儀器有限公司）、數顯傾角儀（德清盛泰芯電子科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 多花黃精種子千粒重的測定 按照我國《農作物種子檢驗規程其他項目檢驗》［19］中重量測定法，本試驗采用百粒法測定。隨機挑選出100粒多花黃精種子，稱出的結果乘以10，重復8次，種子的變異系數不超過4.0，得出多花黃精種子的千粒重。

1.3.2 多花黃精種子比重的測定 取一個10mL小量筒，內裝水約1/3，記下液體所達到的刻度為L1；稱取3-5g多花黃精凈種子樣品質量為m，放入量筒中，再觀察液體平面升高的刻度，此時的刻度值記作L2，計算出該種子樣品的體積；根據以下公式求出種子的比重，3次重復，結果保留兩位。

式中：Sg為多花黃精種子的比重或相對密度，g/mL；L1為未放種子樣品量筒中水的刻度值，mL；L2為放入種子樣品后量筒的刻度值，mL；m為稱量種子樣品的質量，g。

1.3.3 多花黃精種子容重的測定 取一個1L的量筒，取多花黃精種子，放入量筒，種子的上表面與刻度平行此時讀數記作V；稱量此時種子的重量并計數，記數記作M；每一樣品3次重復，允許誤差5g/L，三次結果求平均值，得到多花黃精種子的容重，結果保留兩位小數。

式中：μ為多花黃精種子的容重，g/L；M為種子的重量，g；V為種子的體積，L。

1.3.4 多花黃精種子三維尺寸的測定 隨機選取多花黃精種子200粒，用電子游標卡尺測量多花黃精種子的長度、寬度和厚度。多花黃精種子形狀近似球形，可根據種子的長度L、寬度W、厚度T確定其幾何平均直徑Dg、算術平均直徑Da和球度?［20］。

式中，Da為算術平均直徑，mm；Dg為幾何平均直徑，mm；L為多花黃精種子的長度，mm；W為種子的寬度，mm；T為種子的厚度，mm；?為種子的球度；D為L、W、T中的最大值，mm。

1.3.5 多花黃精種子密度及孔隙度的測定 根據上述求出的多花黃精種子的比重和容重，求出多花黃精種子的種子密度以及孔隙度，其公式如下：

式中，ρ為多花黃精種子的種子密度；POR為種子的孔隙度；Sg為種子的比重，g/mL；μ為種子的容重，g/L。

1.3.6 多花黃精種子含水率的測定 我國《農作物種子檢驗規程》規定種子水分測定的標準方法為烘干減重法。本試驗采用低恒溫烘干法［21］，隨機稱取多花黃精種子，精確稱取若干試樣于潔凈干燥的稱量瓶中，質量記為m1，置于烘箱105℃下烘8h，將稱量瓶移入干燥器中冷卻20min，稱重質量記為m2。做三次平行試驗，取平均值。

式中，Ws為多花黃精種子的含水率（%）；m1為種子烘干前的質量，g；m2為種子烘干后的質量，g。

1.3.7 多花黃精種子生活力的測定 參考胡迎峰［22］等的方法。TTC濃度為0.3%，將多花黃精種子用30℃的水浸泡6h，隨機選取大小一致的種子100粒，沿種胚中心線縱切為兩半，放入培養皿，將少量種子置于沸水中煮沸5min，殺死細胞，作為陰性對照。向培養皿中加入TTC溶液，浸沒種子。置于40℃培養箱中避光染色24h后觀察種子染色情況。

1.3.8 多花黃精種子休止角的測定 休止角的測量參照文獻［7］方法進行。本試驗采用注入法進行測量。試驗過程中，在一定高度的支架上固定休止角測定漏斗，把多花黃精種子緩緩倒進漏斗，隨著多花黃精種子在重力作用下自由落下，會形成圓錐狀，測量種子堆底面直徑D及種子堆高度H，則種子休止角為

式中，θ表示多花黃精種子的休止角，（o），H表示種子的錐體高度，mm，D表示種子錐體的底面圓直徑，mm。測量儀器示意圖見圖2。

1.3.9 多花黃精種子滑動摩擦角及滑動摩擦因數的測定 滑動摩擦角的測量參照文獻［23］方法進行。將30粒多花黃精種子放置于斜面上，通過更換有機玻璃板、鋁合金板等來進行不同材料接觸面上多花黃精種子的滑動摩擦角。慢慢地將斜面一端抬起，觀察當大多數種子在待測板上滑動時，利用數顯傾角儀記錄此時的角度，即為滑動摩擦角θ。滑動摩擦因數通過以下公式計算，即

式中，K表示多花黃精種子的滑動摩擦因數，θ表示種子的滑動摩擦角，（o），測量儀器示意圖見圖3。

1.3.10 數據分析 試驗數據以平均值±標準差表示，采用Excel2019、Origin2022和SPSS26.0軟件進行數據整理、統計分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 多花黃精種子千粒重、比重、容重、密度、孔隙度、含水率、活力

試驗結果測得，多花黃精種子的千粒重為44.98g，根據公式計算出比重為1.14，容重為805g/L，種子密度為70.84%，孔隙度為29.16%，含水率為34.46%，種子活力為97.25%。

2.2 多花黃精種子三維尺寸

200粒種子的三維尺寸均值分別為：多花黃精種子平均長度為4.65mm，平均寬度為4.04mm，平均厚度為3.52mm。分別根據公式（3）（4）計算出多花黃精種子的算數平均直徑和幾何平均直徑，計算得出算數平均直徑為4.07mm，幾何平均直徑為4.04mm。通過公式（5）計算得出，多花黃精種子的球度為86.95%。多花黃精種子的球度是指種子接近球體的程度，與種子三維尺寸密切相關，是設計影響播種機排種器過程的關鍵因素。種子球度數值越大，說明種子形狀越接近球體。研究結果可近似將多花黃精種子視為球體。其三軸尺寸的概率分布見圖4～6。

2.3 多花黃精種子休止角

對多花黃精種子休止角的測量，重復測量三次求平均值，測量計算得出多花黃精種子的平均休止角為26.29°。

2.4 多花黃精種子滑動摩擦角

多花黃精種子在有機玻璃材料的滑動摩擦角為13.7°，在不銹鋼材質上的滑動摩擦角為15°，在鋁合金材料上的滑動摩擦角為16°，在塑料材質上的滑動摩擦角為17.3°。滑動摩擦角越大，滑動摩擦因數越大。有機玻璃斜面上測得的多花黃精種子滑動摩擦角最小，塑料斜面上測得的多花黃精種子滑動摩擦角最大。在多花黃精播種機設計過程中，可根據具體要求選取不同材質。

3 討論

本文通過試驗研究了多花黃精種子的物理特性。測量了種子的三維尺寸，多花黃精種子的平均長度、寬度、厚度分別為4.65、4.04、3.52mm，球度為86.95%。測定了種子的千粒重為44.98g，含水率為34.46%。比重、容重和孔隙度分別為1.14g/mL、805g/L和29.16%。測定了種子的滑動摩擦角（不銹鋼、有機玻璃、鋁合金和塑料）分別為15°、13.7°、16°和17.3°，種子休止角為26.29°，種子活力為97.25%。

種子的物理特性受到作物品種的遺傳特性的影響，但在一定程度上還受到環境因素的影響。對種子物理特性試驗的研究，研究材料主要是農作物種子，中藥材種子研究較少，不同文獻中對種子參數的測量方法大致相同。本文結果與王嘉琛等［11］對雞頭黃精種子生物學特性試驗的結果一致，與劉海等［24］對小白菜種子機械物理特性、任闖等［8］對三七種子物理特性試驗結果有所差異，主要是因為作物不同。研究農作物、中藥材種子的物理特性，對于精量播種裝置的設計、種質標準的制定、種子貯藏加工等方面具有重要意義。

4 結論

研究種子的物理特性，可應用于種子的儲藏、運輸和加工，增加種質資源。本文測定了多花黃精種子的物理特性，對于同類種子或不同作物種子參數的測量均可采用同樣的方法。本文通過對多花黃精種子物理特性的研究，以期為多花黃精播種機裝置的設計提供參考，并在多花黃精種子清選分級、干燥、貯藏、運輸和加工等方面具有重要的指導意義。