【www.xinchenghx.com--名人创业故事】
本期视频主要内容： 陕西渭南白水县的田文君发明了一种花椒采摘机。机器主要由腰挎锂电池，手柄和割刀组成。通过偏心杆使动刀进行往复运动，配合定刀收割花椒，速度胜于三名人工。经过测试，这款机器不仅适用于花椒的采摘，对枸杞等经济作物的收获也能有很好的效果。 （《我爱发明》 20141030 巧采花椒）
发明人联系方式：田文君 13892569003
《巧采花椒》花絮：老田本是当地有名的铁匠，以做锯子营生，收入不薄。但自从爱上了发明花椒收割机，不断地开模具和购买材料，使得他迅速耗光了前半生的所有积蓄。原本富足的家庭因为这个发明而变得拮据甚至不堪重负，这让他的两个儿子对他意见非常大。老伴儿对他的忍让和椒农的支持是他唯一的宽慰。
本期视频主要内容： 手工筛选花椒费时费力，山东枣庄的普通农民殷权发明了花椒筛选机，这台花椒筛选机，不但代替了工人们繁重的体力劳动，而且简化了筛选花椒的工序，大大提高了花椒的筛选效率和质量。 （《我爱发明》 20141119 精挑细选）
发明人联系方式：殷权 13290226598
花椒筛选机用途和特点：
①花椒花椒筛选机清选机是专用于花椒脱粒、清选、分级、去杂的机械。 ②使用该机器可以把花椒中的籽、杆、叶、尘土等杂质分别清选出来，同时分出花椒颗粒等级，取代繁重的人工清选劳动。 ③本机结构合理，清选效益高，噪音小，操作方便，连续工作时间长，维修量小，节省电力，是清选花椒的理想设备。
花椒相信您一定不会陌生，在千家万户的厨房里都有它的身影。它是芸香科、花椒属、灌木或小乔木植物，在立秋前后成熟，产于我国四川，山西，河南，河北，陕西等省，是中国特有的一种香料，花椒不但有出色的调味作用，还具备良好的药用功能。节目向大家介绍花椒加工技术 ，具体介绍花椒的采收、晾晒及各种加工方法。
花椒的采收要选择晴朗的天气进行，避开阴雨天，以免晾晒难和影响色泽风味，导致品质下降。采收顺序应首先采摘向阳或低海拔园区的花椒，最后采摘背阴或高海拔园区的花椒。对于一株树来说，要先采外围的后采里面的，先下后上，不要漏采。位于大花椒穗下的第一个叶腋间，有一个饱满芽，这个芽是下一年的结果芽，不要摘除。
而弱枝果穗下第1个芽发育不充实，第2个或第3个发育才健壮，采摘时可以抹除第1个芽而保留第2个与第3个，起到小修剪的作用。叶丛枝上无壮芽，只有瘦弱芽，很难形成育花枝，在采摘时应适当抹除大部分叶丛枝，一般只留1/3的叶丛枝。缺枝部位的叶丛枝应予以适当保留，以培养成健壮的结果枝，充实空间，扩大结果部位。
花椒加工技术
1、花椒干制
传统的花椒干制方法是集中晾晒或用阴凉干燥处阴干，所需时间比较长，一般需6-10天，且在此期间如果遇到阴雨天气就容易出现霉变等问题造成损失。现在多采用人工烘烤方法，可用土烘房或烘干机进行干制。人工烘烤的花椒色泽好、能够很好的保存花椒的各种风味物质。
具体方法是：花椒采收后，先集中晾晒半天到一天，然后装烘筛送入烘房烘烤，装筛厚度3-4厘米。在烘烤开始时控制烘房温度50-60℃，2-2.5小时后升温到80℃左右，再烘烤8-10小时，待花椒含水量小于10%时即可。在烘烤过程中要注意排湿和翻筛。开始烘烤时，每隔1小时排湿和翻筛一次，之后随着花椒含水量的降低，排湿和翻筛的间隔时间可以适当延长。花椒烘干后，连同烘筛取出，筛除籽粒及枝叶等杂物，按标准装袋即为成品。装袋后的花椒应在阴凉干燥处贮存。
2、花椒粉的加工
取干制后洁净的花椒，放入炒锅中，用文火炒制，一边炒一边不停的翻搅；或用炒货机在120-130℃下炒制6-10分钟，取出自然冷却至室温，用粉碎机粉碎至80-100目，按定量装入塑料薄膜复合袋中，封口即为花椒粉成品。
3、花椒油的加工
一般以新鲜花椒为原料。加工时先把食用菜油放入锅中，加热烧开使油沫散后，停止加热，待油温降至120-130℃（凭经验或用温度计测）时倒入花椒（菜油与花椒的比例为1：0.5），立即加盖密封，以减少芳香物质的挥发散失。
用此法加工花椒油时，要严格掌握油温，否则，当油温过高时会使麻味素受到破坏，芳香物质也迅速挥发；油温过低又不能使麻味素和芳香物质充分溶出，这都会影响产品质量。
4、主要机械-花椒筛选机
花椒是美味佳肴的主要调味品，随着生活水平的提高由原来用原枝花椒到现在用单个花椒壳所至产生花椒筛选机。别称(花椒机、花椒清选机、花椒颠壳机)，它是对原枝花椒进行粉碎、分选、最后至食用必备机器。在殷氏花椒机研制中心自1995年精心设计、研究、反复试验，于2008年推出新型花椒筛选机，此机采用汽车曲轴原理+回旋筛优点+回转地轮自衡为一体。主构件由机头、机架、筛面、偏心连杆、电机、地轮等构成。外观设计紧凑合理，可在原地360度旋转，移动十分方便，电源(单相220v、三相380v)均可，噪声低，经久耐用，筛净效果95%以上。
1 绪论
1.1本课题研究的目的及意义
花椒含有丰富的芳香油成分及微量营养成分，具有较高的食用价值。花椒籽富含油脂，可作为
提取工业油脂的原料，油中所含的特殊成分可作化工合成的原料。另外，花椒特有的芳香气味对微
生物、昆虫具有很好的杀灭效果，可作为药材，用于疾病的治疗。因此，今后我国花椒加工应注意
借鉴日本和韩国的经验，依据我国不同地区的生活和饮食习惯，在搜集民间食用及医疗验方的基础
上，应用现代科学技术及方法丰富花椒的花色品种，加强花椒在药物开发、化工、油料等方面的研
究，增加花椒的经济效益，推动花椒加工产业的发展。
花椒又可作为日常餐饮加工中重要的芳香作料，粉碎后的花椒粉更有利于花椒的充分利用，深
加工后可开发花椒粉、花椒油、精品花椒系列产品。花椒又是医药、食品、美发等行业的重要原料，
其主要成份是挥发性芳香油、麻味素及各种醇类和脂肪酸，这些化学物质具有较高的实用价值，也
是医药的重要原料。据调查，全国花椒的种植面积正以30％的速度逐年递增，随着科学技术的不
断发展，人们的生活质量逐渐提高，对花椒及其产品的需求将不断加大，这些将成为推进我国花椒
产业快速发展的主动力。我国花椒种植面积雄居世界第一，产量也是世界第一。本课题的研究，一
方面将满足国内市场需求，另一方面对带动农业结构调整，发展花椒深加工产业化。
在粉碎工业粉碎机的地位是不可或缺的，各种各样的粉碎机虽然工作原理不尽相同，但是所产
生的意义都是相同的。粉碎是利用机械的方法克服固体物料内的凝聚力而将其破碎的一种操作，属
于尺寸减小机械的范畴，对物料施加一定的外力，克服分子间的内聚力，就将物料分裂破碎的操作
称为尺寸减小，而物料的化学性质不会发生变化。本设计从增加粉碎能力和筛分效率入手，进行了
各种方案的探讨，要设计一种具有高效、低耗、结构简单、操作方便、使用安全的小型粉碎机。
1.2本课题的研究现状和分析
我国粉碎机是随着20世纪五六十年代养猪业的发展而发展起来的。1972年在山东红旗爪齿式
粉碎机的基础上，实现了全国系列化。国内常用的普通粉碎机主要有锤片式和齿爪式两种，它们都
是采用机械的方法对原料以冲击方式进行粉碎。被粉碎的原料有谷粒类、果蔬类、茎秆类、饼粕类
和矿物类等，起适用范围广泛，通用性强，而且构造简单，生产效率高，易于控制产品的粒度，适
用维修方便、可靠。目前，国内小型粉碎机多为爪式，产量低、粉碎粒度不易调整。在农户中还有
使用柴油机带动的粉碎机（如9F-36 等型号），其噪音大，使用不方便。
例如：正昌138系列冠军王粉碎机采用组合多腔粉碎室，粉碎效率较普通机型提高l0％一30％。
牧羊SWFP66×100型锤片式微粉碎机采用可调节的轴端进风口。有效改善了粉碎机的辅助吸风系
统，提高了粉提高了粉碎效率。
国外典型的锤片式饲料粉碎机。由于锤片式粉碎机的技术进步，饲料粉碎作业具有更高的效率、
更低的电耗和成本。
2 例如：北美地区使用的锤片式粉碎机，直径达1.9m，筛片面积4.5m，转速3600r／min，锤
片线速度107m／s，功率447kW，大多还配有供风系统用于气力输送。
美国Roskamp Champion(CPM)公司的HM系列水滴型卧式锤片粉碎机，筛孔采用交错开孔排
列布置方式，采用不同筛孔直径(3．2～4.8mm)的筛片组合使用，效率提高10％～15％，可通过
调节锤筛间隙来控制产品粒度。
荷兰Van Aarsen公司的2D系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置，在运行中即可更换
筛板，配有自动电磁清洁系统，适应性得到提高。
意大利GBS公司的MSVl20／25型立式粉碎机，机体内部涂覆耐磨材料显著降低了粉碎机噪
声。
瑞士Buhler公司的DFZK一2型系列双立轴锤片式粉碎机，自动控制系统中配备有重颗粒剔
除、实时监测堵料等功能，先进合理的结构设计和动力配备使得该机的单位产量电耗相对早先机型
有所降低。
1.2.1.现有粉碎机类型及其特点
（1）冲击式粉碎机
目前带有内分级结构的冲击式粉碎机也很普遍，要注意分级系统与粉碎机的粉碎腔的有机结
合，特别是在分级系统的叶片设计与调整上气流的流动方面。生产实践中，有些企业往往注重粉碎
机部分而忽略了分极系统，结果设备使用不理想。
[7][6][5][3-4][2][1]
（2）振动粉碎机
有水平型气流磨、垂直环形气流磨、对冲式气流磨、流化床式气流磨、靶式气流磨、旋转式气
流粉碎机等。其粉碎机理也是靠冲击，不过是靠高速气流推带物料，使物料与物料、气流、固定机
件(冲突板)的冲击而粉碎的干式、连续作业。可适用于矿靶式和旋转式还可以用作塑料及纤维分布
区域很窄。又因为气体在喷嘴处所以粉碎温度很低，可用于低温点和粉碎机的设各投资大、能耗大、
运转成本高，所以其应用受到了很大限制。一般只在高值高档产品才使用。此外。尚有称喷射粉碎
法的，是气流粉碎的别称。原理是利用流体能量进行喷射而使物料粉碎。有超声波冲击粉碎、喷射
冲击、喷气粉碎等。其本质都是在循环气流中运动的粒子能中心部位被加速，引起相互冲突而式粉
碎机一类使用于硬质性物料粉碎。
（3）胶体磨
胶体磨是一种高速旋转、靠冲击、剪切和摩擦而粉碎的湿式、连续作业国有多种产品。缺点是
对固液浓度比有一定要求，且要求破碎比鞍大时，需多次磨才能达到要求。
（4）锤片式粉碎机
锤片式粉碎机是利用高速旋转的锤片对进入粉碎室的物料反复锤击，加上转子的旋转离心力作
用，使物料与粉碎室内的筛片相互撞击摩擦，利用筛片控制加工产品粒度，粉碎成细小粉末。粉碎
机采用双圆盘转子，中间设置架板，既作转予骨架支撑两片圆盘，又起到风机叶片的作用，在转子
高速旋转时造成负压，实现了轴向高负压进料和高压差排料的理想设计。其特点是机构简单，粉碎
室比较窄，具有温度低、噪音小、效率高等特点。适宜制药、食品、化工、科研、冶金等工业部门
将含淀粉的物料或矿石等干燥的物料。粒度大小通过更换不同孔径的网筛获得
（5）齿爪式粉碎机
齿爪式粉碎机对物料的粉碎以打击为主，兼有挤压、锯切碎等。其主要有进料口、动齿盘转子、
o定齿盘、包角为360的环筛和排料口等组成。工作时，物料从喂料斗轴向喂入，落入粉碎室的物料
在定齿的支撑作用下，受到定、动齿盘和筛片的冲击、碰撞与搓擦作用，粉碎后的颗粒通过筛片进
入出粉管经出料口排出。定齿盘上有两圈齿，齿的断面呈扁矩形，动齿盘上安装有三圈齿，其横截
断面呈圆、扁矩形。其缺点是噪声和粉尘较大。
1.2.2现有的粉碎方法
（1）压碎，物料在两平面间受到缓慢增长的压力作用而粉碎。对大块物料，第一步多采用此法
处理。
（2）劈碎，物料受楔状刀具的作用而被分裂。多用于脆性材料的破碎。
（3）剪碎，物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的两支点（或多支点）梁，除了外力作用
点受劈力外，还发生弯曲折断。多用于硬脆性大块物料的破碎。
（4）击碎，外力在瞬间受到外来的冲击力而被击碎。
（5) 磨碎，物料在两个工作面或各种形状的研磨面之间受到摩擦、剪切作用而被削成为细粒。
1.3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路
本设计设计一种小型粉碎机，采用锤片式、水滴型筛片结构，顶端径向进料，具有操作方便、
质量轻、生产率高的特点，解决了粉碎机的过载问题，使电机工作稳定，本设计重点研究采用动力
源为电动机，带动粉碎机，将花椒粉碎，花椒在粉碎室内受锤片与物料问相互撞击，粉碎成细小粉
末实现对花椒的中等粉碎，要求成品粒度0.1-2mm。
（1）根据花椒粉碎机的生产率选择合适的配套功率。
（2）确定传动方式。
（3）根据配套功率设计粉碎室宽度B、锤片数Z、转子直径D等。
（4）画出零件图和装配图。
（5）对轴和键进行校核计算。
（6）制定粉碎机的注意事项、日常维护和检修方案。
2 锤片式粉碎机结构说明
2.1锤片式粉碎机的结构设计示意图
经过探讨，确定小型花椒粉碎机的总体结构，包括转子、锤片、主轴、喂料口、闸板、筛子、
粉碎室、机架等。
整个机体左右对称，转子可以正反转工作。当锤片一侧磨损后，可改变转子旋转方向，不需停
车来调换锤片。
9
1.喂料斗 2.闸板 3.粉碎室 4.转子 5.轴 6.锤片 7.筛片 8.出料口 9.机架
图2-1 锤片式粉碎机结构图
2.2锤片式粉碎机的工作原理
工作时,电动机通过皮带传动带动粉碎机的轴高速回转，物料从喂料斗进入粉碎室后,受到高速回转锤片的打击而破裂,并以较高的速度飞向筛片,与筛片撞击和摩擦后进一步破碎,通过如此反复打击, 物料被粉碎成小碎粒。利用筛片孔的直径控制加工产品粒度，最后粉碎成细0.1—2mm的小粉末 ，粉碎后的颗粒通过筛片进入出粉管经出料口排出。锤片粉碎机的工作过程主要由两方面构成:一是物料受锤片的冲击作用；二是锤片和物料、筛片和物料相互间的摩擦作用。
3 传动方案设计
综合考虑效率、质量、运动性能、生产条件。选择用普通V带传动。带传动具有良好的挠性，
[9]可缓和冲击，吸收振动，结构简单，成本低廉等优点。
3.1电动机选择
(1)配用的电动机的功率P(KW)的大小，要根据粉碎机粉碎花椒的生产能力Q(t/h)来决定，不宜过大或过小。一般应按下式计算：P=(6.4～10.5)Q。如要求粉碎得较细，系数的值可取大一点，，如要求粉碎得较粗，系数的值可取小一点。，按照经验取Q=100kg/h，则电动机的功率P=10.5×100×10=1.05kw，查机械手册
型 号 额定功率3[10]综合考虑选用Y型三相异步电动机Y90s-2。 表3-1 电动机主要性能 额定电流
A
3.44 效 率 % 78 功率因数 满载转速kw Y90s-2 1.5 rmin 2840 最大转矩额定转矩 2.3 电动机质量 kg 0.78 22
表3-2 电动机主要外形尺寸
中心高
H
90 外形尺寸 L×(AC/2+AD)×HD 310×245×190 底脚安装尺寸 A×B 190×140 地脚螺栓孔直径 K 10 轴伸尺寸 装键部位尺D×E 寸 F 24×50 8
电动机主要外形安装尺寸如图3-1
3.2带传动的设计计算花椒分孑机
（1）确定计算功率
Pca=kAP=1.0×1.05×1.05=1.10KW （3-1） 其中kA为工作系数，P为传动的额定功率。
（2）选择V带的带型
根据Pca、n1 由机械设计第八版图8—11选用Y型带。
（3）确定带轮的基准直径dd并验算带速V
①初选主动轮的基准直径dd1。由机械设计第八版表8—6和表8—8，取大带轮的基准直径 dd1=40mm≥(dd)min=20mm。 （3-2） ②验算带速V
3.14dd1n13.14⨯40⨯2840= V==5.95m/s （3-3）60⨯100060⨯1000
因为5m/s<v<30m/s, 故带速合适。
③计算从动轮的基准直径dd2。由机械设计第八版式(8—15a)，计算从动轮的基准直径dd2 dd2=idd1=3372 ⨯40=77.49mm （3-4）2840
机械设计第八版表8—8，圆整为dd2=100mm。 （3-5） 确定中心距a和基准长度Ld
①由机械设计第八版式(8—20),初定中心距a0=400mm。 （3-6） ②由机械设计第八版式(8—22),计算带所需的基准长度
Ldo(dd2-dd1)2(40-100)23.143.14≈2a0+(dd1+dd2)+=2⨯400+(40+100)+=1022mm （3-7） 24a024⨯400
由机械设计第八版式(8—2)选带的基准长度Ld=1120mm。 （3-8） ③按（8—23）计算实际中心距a L-Ld01200-1022 a≈a0+d =400+=489mm （3-9）22
中心距的变化为amin=a-0.015Ld=489—0.015×1200=471mm （3-10） amax=a+0.03Ld=489+0.03×1200=525mm （3-11） ④验算小带轮上的包角α1
α157.3o57.3oo=180-(100-40)⨯≈174.2o≥120o （3-12）≈180-(d2-d1) a589o
⑤计算带的根数z
由机械设计第八版式(8—19)知
Pr=(P0+△P0).Kα.KL=(0.6+0)⨯0.9936⨯1.11=0.66kw （3-13） z=Pca1.10==1.66，取2根。 Pr0.66
⑥求作用在在带轮轴上的压力F0
由机械设计第八版表8—3得Y型带的单位长度质量q=0.02kg/m,
所以（F0）=500(2.5-Kα)Pca(2.5-0.9936)⨯1.10+qv2=500⨯+0.02⨯5.952=70.77 N Kαzv0.9936⨯2⨯5.95
（3-14）
应使带的实际初拉力F0>(F0)min，作用在轴上的压力为
(F0)min=2z(F0)minsinα1
2=2⨯2⨯70.77⨯sin165.4 =280.78N （3-15）2
3.3带轮的结构设计
小带轮的材料选择HT150，由小带轮的基准直径dd1=40mm<2.5d=2.5×20=50mm，因此小带轮可采用实心式；由机械设计第八版表8—10得Y型槽的结构尺寸bd=5.3mm,ha=1.6mm,e=8mm,Z=2，da=dd+2ha=40+2×1.6=43.2mm，B=(Z—1)e×2f=(2—1)×8+2×6=20mm。
图3—2 小带轮结构
大带轮的材料选择HT150，由大带轮的基准直径dd2=100mm<2.5d=2.5×24=60mm，因此大带轮可采用腹板式,由机械设计第八版表8—10得Y型槽的结构尺bd=5.3mm,ha=1.6mm,e=8mm,Z=2，da=dd+2ha=100+2×1.6=103.2mm，B=(Z—1)e×2f=(2—1)×8+2×6=20mm。
陇东学院第十六届“挑战杯”
课外学术科技作品
花椒烘干机的设计
2015年11月18日
2015
花椒烘干机的设计
【摘要】:针对目前我国农村花椒在成熟季节易受阴雨天气影响而影响其质量和产量这一问题，提出基于单片机的花椒烘干加工温度自控系统。本设计将对花椒温度控制予以研究。在控制过程中主要应用AT89S52、LED显示器。而主要是通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过LED显示屏显示实时温度。软件方面采用C语言来进行程序设计软件的设计采用模块化结构，使硬件在软件的控制下协调运作，实现了对花椒烘干系统温度的测量、显示和报警功能。系统结构简单、性能可靠，能有效实现花椒加工过程中温度控制。
【关键词】单片机系统；传感器；数据采集；温度；显示屏； 1 引言
花椒，广泛分布于我国北部至西南，并且在我国华北、华中、华南均有分布。四川 汉源花椒，古谓“贡椒”，自唐代元间就已被列为贡品，长达一千于年，史籍上多有记载。今日之川菜百味，更是以“麻”字当头，而正宗的川味，其椒必取自汉源，汉源花椒主要用于火锅主料、烧菜、炖菜等佳肴制作。花椒果实不仅可以做成调味剂，还是一味药用价值很好的中药。花椒在中药中味道略带辛辣，但是是一种温和性的中药材，不仅能刺激味蕾增加进食，而且可以温暖身体，祛除寒气和湿气，还可以保护我们的胃和脾。然而在花椒成熟季节一旦遇到阴雨天气或晾晒不均衡会导致花椒色泽变暗沉，极大影响花椒的质量，直接造成经济上的损失和浪费，所以对于花椒烘干系统设计
对于花椒的保产和量化生产显得尤为重要。我国农村对于花椒烘干加工采用人工控制，劳动强度大，经济效益不明显！
二十一世纪是科学技术飞速发展的信息化时代，电子技术、微型单片机技术得到了空前广泛的应用，随着科学技术和生产的不断发展，在工农业生产中需要对各种参数进行温度测量控制。因此温度一词在生活生产中出现的频率也日益增多，与之相对应的，温度控制也成了生产生活中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着十分关键的作用。而在花椒烘干加工过程中，温度自动控制系统的建立可以避免在传统花椒烘干生产中的一些外界因素而引起的减产和浪费，从而提高花椒的生产经济效益，促进农业生产自动化与智能化的发展趋势！
在单片机温度控制系统的关键是测量温度、控制温度与保持温度，温度的测量是工农业对象中主要的被控参数之一。本设计选用AT89S52单片机作为主控制器件，釆用DS18B20作为测温传感器并通过CD1602并行传送数据，以实现温度显示。DS18B20可直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能比较稳定，线性度较好，在-55℃～125℃最大线性偏差小于0.1℃。该器件也可直接向单片机传输数字信号，便于单片机的处理与控制。另外，该温度器件还能直接采用测温器件测量温度，从而简化了数据传输与处理过程。 2 方案设计
本设计所要研究的课题是花椒烘干加工温度自动控制系统，主要介绍了对花椒烘干温度的显示、控制及报警设计，实现温度的实时显示 与控制功能。对于花椒烘干温度控制部分，采用DS18B20传感器、AT89S52单片机及LED的硬件电路，已完成对花椒温度的实时检 测与显示。使用DS18B20传感器与单片机连接，由软件与硬件电路相配合，来实现对加热电阻丝的实时控制与超出设定的上下温度的报警系统设计。系统的温度控制部分，采用ＰＩＤ闭环负反馈控制系统，由ＤＳ１８ｓ２０监测系统内部温度，采用中值滤波的方法，取一个值存入程序存取器内部一个单元来作为最终检测信号，并在液晶屏上显示。控制器采用ＡＴ８９Ｃ５２单片机，使用ｐｉｄ算法对检测信
号与设定的差值进行调节，输出控制信号给执行机构，来调节加热电阻的加热功率，从而控制内部温度，它具有微型化，高性能，低功耗，抗干扰能力强与易配微处理器等的优点，非常适合与构成多点的温度控制系统，可以直接将温度转化成串行数字信号，以供微处理，而且每片ＤＳ１８２０传感器都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，在构成大型温度测控系统时，在单线上可挂接多个ＤＳ１８２０传感器芯片。ＤＳ１８２０读出或写入ＤＳ１８２０信息仅需要一根口线，其温度变换功率及其读写均来源于数据总线，该总线本身也可以向所接的DS18S20芯片供电，不需要额外电源。同时ＤＳ１８Ｓ２０能提供九位温度的读数，无需外围硬件即可构成温度检测系统，本次主要实现温度测试，温度显示与温度的门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为控制主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连线，与温度控制部分共同实现检测与控制。
３ 电机驱动
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。
1.步进电动机的种类
新型梳齿式摘花椒机的设计
张文斌
（红河学院工学院，云南蒙自
摘
661100）
要：目前，花椒主要依靠手工采摘，存在手指极易被椒树上的刺划伤、劳动强度大及生产效率低等问题。为
此，设计了一种新型的梳齿式摘花椒机。该机借鉴了太极阴阳图的形状，设计出梳形的太极阴阳图状齿刀，采用梳齿和刀壳啮合的方式来剪断花椒果柄，利用自带果篼的方式有效提高了花椒的采摘效率。同时，采用嵌套的中空玻璃钢管作为支撑杆，使得刀头可以根据花椒树的高低来自由调节采摘高度，对刀头的整体运动采用了无线遥控方式，使得采摘过程方便快捷。实际采摘结果表明：该机可以有效减少对花椒树的伤害，能大大降低椒农的劳动强度、提高花椒的采摘效率，值得进一步推广普及。关键词：摘花椒机；梳形齿刀；果篼中图分类号：S225．99；TS255
文献标识码：A
文章编号：1003－188X（2015）09－0147－04
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.033
0引言
花椒又称青花椒、狗椒、蜀椒、红椒、红花椒，分布
劳动强度。
1拟采用的方案比较
1）方案1：拟采用柔性机构与刚性机构的有机结
于我国北部至西南。花椒果皮是香精和香料的原料，种子是优良的木本油料，油饼可用作肥料或饲料，叶可代果做调料、食用或制作椒茶，也是干旱半干旱山区重要的水土保持树种。目前，采摘花椒基本上是靠手工采摘，花椒树上的刺划伤手臂是经常发生的事情。椒农大都用手指甲掐摘，劳动时间稍长，指甲缝在花椒的刺激下常常又痛又麻，加上花椒树全身长满刺影响作业，使采摘花椒的劳动非常辛苦。此前，曾有人尝试使用一些简单的摘花椒机，即类似加长剪刀一样的工具来采摘高处不易够及的花椒还有像电动剪刀一样的花椒剪
［3］花椒分孑机
［1］
3个爪头分别装有合，设计成一种可旋转的3爪机构，3个爪由弹簧和铁丝来驱动刀片，可以快速切断果柄，爪的开合以及摘果头的旋转。同时，采用收缩式果兜，果兜材料选择弹性织物，利用3个爪的结构在摘花椒时撑开，如图1所示
。
，也有用微
［2］
型圆盘锯子来锯断花椒果柄达到采摘花椒的目的，
。这些机械虽然在
一定程度上能保护手臂不被划伤，但其效率比手工采摘还低，而且容易伤及花椒树本身，造成来年花椒减产和花椒树的死亡，再加上没有自带果兜，使得收集花椒有一定的难度。
本设计的目的和意义在于针对以往的摘花椒机的一些弊端设计出一种新型的梳齿式摘花椒机，可有效避免手指掐摘花椒带来的危害，同时在采集花椒时不会剪断花椒枝叶，且采摘效率高，能有效降低椒农的
收稿日期：2014－09－11
基金项目：云南省中青年学术带头人后备人才项目（2014HB026）；云
南省自然科学基金面上项目（2013FB062）；红河学院中青年学术带头人后备人才项目（2014HB0205）
（E－作者简介：张文斌（1981－），男，云南建水人，副教授，博士，
mail）georgezwb@sohu．com。
图1
三爪机构
2）方案2：拟采用一种自带果兜式，可以提高花椒采摘效率，刀头采用梳齿设计，在采集花椒时可以有效减少对花椒树的伤害，而且可提高花椒的采摘效率。摘花椒机的刀头采用梳齿和刀壳啮合的方式来剪断花椒果柄，如图2所示。
3）方案3：拟采用一种摘花椒剪式，1由两支剪臂、
个剪栓及1个张力弹簧构成。两支剪臂由剪栓栓结在一起，在其手把部位靠近剪栓的一侧装有张力弹簧，剪栓孔在收集斗的底部，剪栓的一端可以固定在剪栓孔中；两支剪臂的剪刃相对向收集斗中心方向轻微扭转内收，如图3所示。
中，刀头包含刀壳、刀具、电机、无线接收电路、电池、传动齿轮和轴承等部件；撑杆包含支撑杆和无线发射模块。2．1
电机的选择
电机作为本设计的原动力部件，起到至关重要的作用。按照实际生产需要，要求电机具有能耗低、占用空间小、转速慢等优点，而减速马达正好具备上述要求。减速马达选用了刚性铸铁箱体，所使用的齿轮表面经过了高频热处理，具有承载能力高、可靠耐用的特点，因此本设计选用直流减速马达作为原动力。
减速马达型号的确定：①确定机械的运转速度：本设计对电机的输出转速要求为60r/min。②根据速度计算齿轮减速马达的减速比。减速比=入力轴速度/出力轴速度=马达速度/机械要求速度=115。计算负载的力矩，根据这个力矩选择齿轮减速马达的出
图2自带果篼机构
力。
参考齿轮减速马达厂家提供的“输出扭矩表”及实际的执行机构所需力，即刀具和刀壳的啮合以剪断花椒果柄的力，确定齿轮减速马达的型号为GM12－N20。最终所选直流减速电机基本参数为：电压6V；
－3
扭矩0．03N·m；功率0．189×10kW。
2．2
图3
摘花椒剪机构
无线发射接收模块的选择
因为距离随时变动，花椒树本身枝在本设计中，
4）方案4：拟采用一种多用途摘花椒机式，包括工作杆、电机及锯齿刀刃片。电机设置在位于工作杆中部的电机槽内，输出轴上设置主动皮带轮，工作杆的端头设置工作轴，锯齿刀刃片设置在所述工作轴上，工作轴上还设置从动皮带轮；主动皮带轮与从动皮带轮之间通过皮带连接，如图4所示
。
叶繁多，树上长满刺，不适合采用有线电能；而且有线电路的外置电路容易被花椒树挂到，不利于实际生产操作，为此设计成无线控制是一种较为合理的选择
［4］
。
本设计采用DF数据发射模块，工作频率为315MHz，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度较高，当环境温度在－25～+85°之间变化时，频漂仅为3×10－6/℃。选用DF发射模块的一个原因是DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1，使得产品具有稳定性好、耗电量低、成本较低等特点。采用的DF数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，本设计中采用的电压为6V，当电压变化时
图4多用途摘花椒机构
发射频率基本不变。所采用的发射模块的电路图及实物图如图5所示。
所采用和DF发射模块配合的DF接收模块的工作电压为6V，静态电流4mA，其为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线为长25cm的细铁丝，长距离时天线是竖立起来的。本接收模块和发射模块一样，本身不带解码集成电路。这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。其电路图及实物图如图6所示。
3、4，均容易把花椒树叶和树枝综合考虑方案1、
剪断，而且工作效率仍然较低，并且在设计时没有考虑自带果兜的问题，使得采摘的花椒需要用分体式的果兜接，不利于高处的花椒采摘；而方案2可以有效避免上述问题，故采用方案2作为最终方案。
2系统结构设计
本设计的摘花椒机包括刀头和撑杆两部分。其
图5发射模块电路图及实物图
图6接收模块电路图及实物图
传输距离适这套模块的特点是发射功率比较大，中，比较适合本设计的环境中进行通讯。2．3
刀具刀壳设计
根据设计目的，首先确定了花椒的剪断方式为刀壳到刀具的啮合。刀壳和刀具啮合产生一个剪切力，从而剪断花椒果柄。在本设计中，刀具的大小由实际情况和花椒的大小确定，采用梳形太极阴阳图状的齿刀，刀具的尺寸为半径15mm，长度为50mm，剪切花椒的刀口为10道，齿刀齿口宽度为1mm，并呈圆形，如此设计可以避免打碎花椒。由于花椒的大小约为3．5～4mm，使各齿之间的间隙为3mm，这样可以正常卷入花椒。经调查花椒果柄为0．5～0．9mm，因此让齿刀的齿底部间隙为1mm，这样不会卡住花椒。然后，根据刀具的尺寸以及花椒果的大小，确定了与之啮合的刀壳的尺寸和外形，即装刀具的腔体为直径30mm、长度为50mm，两头分别有两个长5mm的挡板。2．4
齿轮机构的选择
在本设计中有两个地方使用齿轮，一个是减速马达自带的齿轮组，一个是连接马达和轴的传动齿轮。减速马达中的齿轮组为金属材料，用于轴和马达传动选用塑料小模数齿轮。齿轮材料选用20CrMo为材料
加工，齿轮成品要求硬度为HＲC40～45，模数为1，齿数20，压力角20°，屈服强度为880MPa，延伸率为13%，端面收缩率55%，冲击韧性为1000kJ。2．5
支撑杆的选择
由于设计中要求支撑杆具有质轻、韧性好及耐腐蚀性好等性能，而玻璃钢具有质轻、高强、防腐等优点，其强度相当于钢材，因此选择玻璃钢管作为本设计的支撑杆。
3整机结构及工作原理
刀座、果篼、支撑杆及本设计的摘花椒机由刀具、
无线控制模块等组成，其特征在于刀具是横断面为S形的滚刀，刀口有梳齿，中部有轴孔，刀具通过转轴安装在刀座里，并由电机和齿轮带动旋转。刀座安装刀具的部位为半圆槽，槽底有剪切口，刀座固定在料仓上，料仓由两侧板和前后两板构成，前板上设有仓门，料仓安装在支撑杆的叉轴上。其整机结构如图7所示
［5］
。
工作原理：使用时，手持支撑杆，按动遥控器上的正转开关，电机转动，带动刀具旋转，将刀座举到花椒果处，让花椒果伸进转动的刀具梳齿内；在剪切力作
用下，花椒果就掉落到刀座的半圆槽内，进而通过剪切口进入料仓和果篼；采集到果篼满时，打开果篼将花椒果倒入篮子里，如此反复即实现电动采收的目的。当刀具被伸入的树枝卡住时，按动遥控器上的反转开关，让树枝退出再重新正转即可。
（e）
刀壳
1．直流减速马达2．齿轮3．轴4．刀具5．刀壳6．轴承
7．侧面盖板8．果兜9．电池10．舱门11．遥控器12．支撑杆13．正转开关14．反转开关15．梳齿16．刀口
图7
摘花椒机的结构图
4结语
本设计完成了一种新型的梳齿式摘花椒机的结构
设计，并完成了相应的实物制作和实际采摘测试，同时获得了国家专利授权（专利号：ZL201220362505．9）。采摘结果表明：所设计的梳齿式的刀头特别适合花椒果小刺多的特点，花椒果很容易进入转动区被刀具摘取。该机器小巧玲珑，活动自如，一手即可操作，
（a）
刀头剖面图
且梳子状的刀齿不宜损坏果实和果树，采用本设计的梳齿式摘花椒机完全避免了手指掐摘椒果时手指被刺伤划伤的问题，采摘效率是人工采摘的5倍以上，大幅度降低了椒农的劳动强度，有利于进一步推广普及。参考文献：
200420064122．9［P］．2005－09［1］李斌常．摘花椒剪：中国，
（b）整体外形图
－30．
［2］田文君．一种摘花椒机：中国，200820028517．1［P］．2008
－12．
［3］
200920034650．2田文君．一种多功能摘花椒机：中国，［P］．2010－07－31．
［4］孙琳．嵌入式计算机网络机房环境实时监测系统［D］．大
2008．连：大连理工大学，［5］
张文斌，杨明聪，苏艳萍，等．电动摘花椒机：中国，201220362505．9［P］．2013－01－31．
（c）遥控器（d）梳状刀头
DesignofaNewCombingTeethPepperPickingMachine
ZhangWenbin
（CollegeofEngineering，HongheUniversity，Mengzi661100，China）
Abstract：Atpresent，pickingpepperisbasicallyusingfingernailtopinchoff，people’sarmisinevitablyscratched．Fo-cusingonthecurrentproblemofhighlaborcostandlowworkingefficiency，anewpepperpickingmachineisdesigned．Thismachineusesthecombingteethasitscutter，utilizestheengagementofcombingteethandknifeshelltocutthepep-perstem．Thenthedesignofcollectingboxenhancesthepickingefficiency．Atthesametime，thesupportingrodusesmidheavenglasssteeltube，whichhastheadvantageoflightweight，highstrengthandportable，itcouldadjustthepick-ingheightaccordingtothesituation．Themotionofthecutteruseswirelesscontrol，itwillmakethepickingmoreconven-iently．Thepracticalpickingresultsshowthatthismachinecouldreduceworkinghardandtheharmfuldegreefortrees，itwillincreasethepickingefficiency．
Keywords：pepperpickingmachine；combingteeth；collectingbox
花椒的详细介绍（图文）
一、花椒等级分类
全国花椒的种类很多，种类分为汉源花椒，韩城花椒，武都花椒，西昌花椒，山东花椒等。而同一种花椒也分等级的。就拿汉源花椒来说，汉源花椒也分“头子货”，“大势货”，“尾子货”。就跟宁夏的枸杞一样，分等级的，同样宁夏同一个地区产的枸杞，分为贡枸杞，枸杞王，特优枸杞，特级枸杞，甲级枸杞五种。同一种花椒也一样，也分等级。
1、“头子货”：顾名思义，就是花椒到成熟季节，第一批精选，筛选的精品花椒。此类花椒，颗粒饱满，花椒全部开口，无花椒籽，并呈现2~3粒花椒连在一起的特征，犹如梅花，行语“梅花瓣花椒”。梅花瓣花椒占80%以上。
2、“大势货”：就是头子花椒筛选后剩余的花椒。此类花椒，颗粒饱满程度稍微次之，花椒全部开口，无花椒籽，有些许“梅花瓣花椒”，因为毕竟是筛选后的花椒。梅花瓣占30%~~50%左右。
3、“尾子货”：顾名思义，就是”大势货“筛选后的尾子花椒，以及生长品质不好的花椒。此类花椒，颗粒小，花椒部分开口，有花椒籽，有杂质，几乎无梅花瓣花椒。
梅花瓣花椒与一般的花椒有何区别？
二、优劣花椒鉴别
1、上等花椒：色泽多为紫红或暗红，光泽度不高，表面有开口炸开得很大，果实粒大均匀，每颗花椒旁附有一至二粒花椒，呈现3粒花椒合为一体，犹如梅花，我们的生意场上的行语“梅花瓣花椒”
“头
子花椒”，内黄白，麻味超足，香味大，无椒柄，无籽。
2、中等花椒：色泽多为紫红或暗红，光泽度不高，表面有开口，果实粒大且均匀，每颗花椒为单粒，内黄白，麻味足，香味大，无椒柄，无籽。
3、下等花椒：色泽多为暗红泛黄，暗黄，暗灰，黄色，光泽度不高，开口少，内包裹花椒籽，果实粒小，每颗花椒为单粒，香味和麻辣味淡薄，有椒柄，有籽。
4、掺假花椒：劣质花椒被人为用“罗丹明B”色素染色，然后混合在正品花椒中，故又称“颜椒”，色泽比较鲜红，并呈现出油浸、亮澄澄的状态，因其多是劣质椒，故颗粒很小，每颗花椒为单粒，表面无开口，内包裹黑色花椒籽，有椒柄，麻味差，香味差。
下图为汉源梅花瓣花椒水泡后的图片，水的颜色非常自然，说明不是染色花椒：
三、全国花椒等级划分
1、四川汉源花椒（上上等），
2、陕西韩城大红袍花椒（中上等），
3、甘肃武都花椒（中上等），
4、西昌花椒（中下等），
5、秋椒（下等），
6、山东花椒（下等），
7、其他地区花椒（中下等，下等）
四、青花椒与红花椒的区别
1、颜色的区别：
很多人以为青花椒是没有成熟的花椒。其实那完全是误解。青花椒是四川，重庆，云南地区的新品种花椒。
2、麻味的区别：
青花椒的麻味属于：清香麻味。
红花椒的麻味属于：浓郁麻味。
西北植物学报,2008,28(10):2103-2109ActaBot.Boreal.2Occident.Sin.
文章编号:100024025(2008)1022103207
九叶青花椒遗传多样性的形态与分子鉴定
邓洪平,徐 洁,陈 锋,宋琴芝
(西南大学生命科学学院三峡库区植物生态与资源实验室,重庆400715)
摘 要:以九叶青花椒为研究材料,以花椒和竹叶花椒为研究对照,采用Anderson设计的/杂种指数0、/形象化散点图0等形态鉴定方法,结合RAPD分子标记技术及聚类分析等手段,从表观形态到分子水平对其遗传多样性来源、现状进行了分析和研究。结果表明:(1)九叶青花椒是花椒和竹叶花椒长期渗入杂交,经多年的世代积累形成的具有复杂遗传多样性的杂交复合体。(2)在九叶青花椒杂交复合体形成过程中,竹叶花椒对其遗传多样性的贡献大于花椒。(3)九叶青花椒已具有相对独立且稳定的形态特征,形成了不同于花椒及竹叶花椒的分类群,将其定义为变种是科学可行的。研究结果为该资源的开发与利用提供了理论与实践依据。关键词:九叶青花椒;遗传多样性;渗入杂交;杂交复合体;RAPD中图分类号:Q789
文献标识码:A
MorphologicalandMolecularIdentificationonGeneticDiversity
ofZanthoxylumarmatumvar.novemfolius
DENGHong2ping,XUJie,CHENFeng,SONGQin2zhi
(SchoolofLifeScience,LaboratoryofPlantEcologyandResourcesintheThreeGorgeReservoirRegion,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China)
Abstract:Methodsofmorphologicalandmolecularwereusedtostudyontheoriginandstatusofgeneticdi2versityofZanthoxylumarmatumvar.novemfolius,withtwocontrollingexperiment,Z.armatumandZ.planispium.Theresultsshowedthat:(1)Z.armatumvar.novemfoliuswasfrommanygenerationsaccu2mulationofintrogressivehybridizationbetweenZ.armatumandZ.planispium,andithadbecomeahybridcomplexcontainedmanypopulationswithcomplicatedgeneticdiversities;(2)Z.armatumcontributedmoregeneticdiversitiestothehybridcomplexthanZ.planispium;(3)ThatZ.armatumvar.novemfoliuswasavarietyofZ.armatumcouldbeaffirmedbyitsownunattachedandsteadymorphologiccharactersdistin2guishedfromthoseofZ.armatumandZ.planispium.Theresultshadprovidedsometheoreticalandpracti2calbasisforexploitationanduse.
Keywords:Zanthoxylumarmatumvar.novemfolius;geneticdiversity;introgressivehybridization;hybridcomplex;RAPD
九叶青花椒(ZanthoxylumarmatumDC.var.novemfoliusHongPingDeng),隶属芸香科,花椒属(Zanthoxylum),为竹叶花椒(Z.armatum)一变种
[123]
属其它种及变种相比,其叶多为九叶,花序花朵数平均约380朵,成熟颗粒大且多为青绿色,具有花果期明显提前,果实产量高,香味浓郁,麻味纯正,含油量高等优势,已成为重庆市退耕还林与调整农业产业
。九叶青花椒最早发现于重庆江津市,与花椒
*收稿日期:2008206215;修改稿收到日期:2008209218
基金项目:重庆市科委项目(2402413612)资助
),(),博士,,E2edu.cn
2104西 北 植 物 学 报 28卷
结构的首选树种。因此,九叶青花椒经济价值高、市场前景良好。长期以来,人们对花椒属的研究多限于化学成分的比较分析、药用功效等方面,对九叶青花椒的研究更仅限于日常田间管理及常规栽培丰产技术[428]。
由Anderson设计的/杂种指数0(hybridindex)和/形象化散点图0法(pictorializedscatterdiagram)可在表型水平上对物种的遗传多样性起源及现状进行研究
[9,10]
[1,2]
查(与花期调查相对应的植株)叶形指数(叶长/叶宽)、基部小叶叶面积、顶端小叶单边叶脉数、小叶数、叶片狭翼宽等7个性状。每个性状调查10个数据后取平均数,用于/杂种指数0与/形象化散点图0法研究[9,10]。
采集九叶青花椒、花椒及竹叶花椒的幼叶,拭去叶片表面水分,置于放有硅胶的密封保鲜袋中,-20e冰箱保存,用于RAPD扩增。1.2 方 法
1.2.1 /杂种指数0与/形象化散点图0法 九叶青花椒在形态变异上介于花椒和竹叶花椒之间,表明其形态变异的特点可能源于杂交,即九叶青花椒为花椒及竹叶花椒的长期自然杂交变异。首先采用/杂种指数0和/形象化散点图0法鉴定该九叶青花椒居群多样性变异是否源于花椒及竹叶花椒之间杂交
[9,10]
,而各种各样分子标记技术在分子水平
上可对物种的遗传多样性起源及现状进行精确分析[11214]。运用经典分析亲缘关系手段结合分子标记技术对花椒属植物的遗传多样性起源研究未见报道。作者野外调查中发现,在有花椒(Z.bun2geanum)和竹叶花椒(Z.armatum)零星分布的九叶青花椒居群内,其形态变异尤其是叶形指数、子房形状指数、叶片狭翼宽等均介于花椒和竹叶花椒之间,且呈连续变异,但各个体之间又呈现出极明显的表观差异,是典型的渗入杂交(introgressivehybrid2ization)特征[9,10]。为阐明九叶青花椒的起源及遗传多样性现状与分化趋势,本实验采用Anderson设计的/杂种指数0(hybridindex)和/形象化散点图0(pictorializedscatterdiagram)法结合RAPD分子标记技术对其进行了研究。花椒分孑机
[9214]
。得出原始形态数据后,把区别九叶青花椒、
花椒及竹叶花椒的关键性状相关性在图上表示出来,即为散点图法。因此,把包括亲本在内的所有个体依据亲缘关系的远近表现在散点图上,再为花椒、竹叶花椒每关键性状定出一个如表1所示的指数值,在此基础上为九叶青花椒类群的每一个个体计算出指数值,计算公式为[2,9,10]:
Ih=
1
@|B-X|
|B-A|
1 材料和方法
1.1 材 料
样品采自重庆江津区先锋镇、德感镇、慈云镇。该区域内,花椒和竹叶花椒混生,九叶青花椒居群形态特征具有从花椒到竹叶花椒之间的连续变异。
随机选取九叶青花椒样本35个,花椒10个,竹叶花椒6个。3月至4月花期调查每朵花的雌蕊长、子房形状指数(子房长/子房直径);7月中旬调
式中,Ih为九叶青花椒各性状杂种指数值,I1为表1
中给定的竹叶花椒各性状的指数值,A、B分别为表1中竹叶花椒、花椒各性状的最值,X为九叶青花椒各性状的数值。
将九叶青花椒各性状的杂种指数值加起来,即为九叶青花椒的杂种指数值。如果有杂种和杂交后代的各种分离和回交衍生个体,九叶青花椒个体的总指数值必然在0和最大值之间
[9,10]
。
表1 竹叶花椒和花椒的性状指数值
Table1 ThecharacteristicindexvalueofZ.bungeanumandZ.armatum
竹叶花椒Z.armatum
狭翼宽(\0.44cm)Thewidthofthenarrowala基部小叶面积(\8.14cm2)Theareaofthebasalleaflet叶形指数([1.16)Leafshapeindex雌蕊长([1.43mm)Thelengthofpistil子房形状指数([2.6)Theovaryshapeindex小叶数([5.3)Thenumberofleaflet
顶端小叶单边侧脉数(\17.4)
Thenumberofunilateralsideveinoftopleaflet总指数Totalindex
指数值Indexvalue
423343221
花椒Z.bungeanum
狭翼宽(0cm)Thewidthofthenarrowala
基部小叶面积([2.3cm2)Theareaofthebasalleaflet叶形指数(\1.73)Leafshapeindex雌蕊长(\3.17mm)Thelengthofpistil子房形状指数(\1.2)Theovaryshapeindex小叶数(\8.2)Thenumberofleaflet
顶端小叶单边侧脉数([7.55)
Thenumberofunilateralsideveinoftopleaflet总指数Totalindex
指数值Indexvalue
00000000
10期 邓洪平,等:九叶青花椒遗传多样性的形态与分子鉴定2105
1.2.2 RAPD扩增 基因组的提取采用常规CTAB法,纯化后经核酸分析仪测定纯度及浓度[11,12]。用16条引物(购自鼎国公司)对样本DNA进行PCR扩增。PCR反应程序为94e预变性2min,94e变性30s,37e退火30s,72e延伸80s,40个循环,最后72e10min。最佳反应体系为25LL,其中Taq酶2U,dNTPs(10mmol/L)0.5LL,DNA50ng,引物1LL(8pmol/LL),2.5LL10@PCRbuffer。引物编号及序列见表2。
1.2.3 数据处理与分析 将计算所得的九叶青花椒杂种指数值输入SPSS软件,得出形象化散点图及杂种指数图,分析九叶青花椒与竹叶花椒和花椒的关系,探讨其起源及分化。
将RAPD的原始数据输入NtSYS2pc2.02a软件中,应用Similarity程序中的子程序SimQual,选用SM系数,得出实验材料的单匹配系数矩阵。应用Clustering程序中的SAHN子程序,选用非加权法(UPMGA)进行聚类分析。
表2 引物编号及碱基组成
Table2 Theselectedprimersequenceandserialnumber
引物编号PrimerNo.
C1C6C19E1G13H5L5L12
碱基组成(5cy3c)Basecomposition
(5cy3c)TTCGAGCCAGGAACGGACTCGTTGCCAGCCCCCAAGGTCCCTCTCCGCCAAGTCGTCCCCACGCAGGCACGGGCGGTACT
引物编号PrimerNo.
Q1T4T7T8T15T16X3I1
碱基组成(5cy3c)Basecomposition
(5cy3c)GGGACGATGGCACAGAGGGAGGCAGGCTGTAACGGCGACAGGATGCCACTGGTGAACGCTTGGCGCAGTGACCTGGACAC
2 结果与分析
2.1 /形象化散点图0分析
对散点图的分析是确定杂交现象是否存在的关键步骤。而叶片狭翼宽度、子房形状指数、叶形指数是区别九叶青花椒、花椒以及竹叶花椒的主要分类
性状。因此,分别采用叶片狭翼宽度、子房形状指数、叶形指数绘制形象化散点图(图1)。由图1,A看出九叶青花椒的多样性类群分布在花椒和竹叶花椒之间。九叶青花椒的子房形状指数越大,狭翼越宽,走向趋向于竹叶花椒;九叶青花椒的子房形状指数越小,狭翼越窄,走向趋向于花椒。虽然其子房形状指数和狭翼宽走向有趋向一致的趋势,但不彻底。可以从这个群体中挑出成对的个体,虽然它们的子房形状指数一致,但其中之一的狭翼宽要比另一个大得多;同样也可找出成对的个体,它们的狭翼宽都相同,但其中之一的子房形状指数要比另一个大得多。但从整个九叶青花椒群体来看,总的趋势仍然是子房形状指数越大,狭翼越宽,属于单方向性变异,但相关性较差,即较松散。图1,B显示,九叶青花椒的子房形状指数和叶形指数走向有趋向一致的趋势,但也不彻底。由图1可看出,九叶青花椒居群的散点图存在某些断裂区间,说明其类群内部已产生一定的分化。
2.2 /杂种指数0分析
图2为根据九叶青花椒居群的杂种指数值及其与花椒和竹叶花椒比较的柱形图。从图2可以看出,九叶青花椒多样性类型介于花椒(0)和竹叶花椒(21)之间,其主要分类性状表明该群体渗入杂交现象非常明显。九叶青花椒个体平均指数值为14.21
图1 形象化散点图
1
2106西 北 植 物 学 报 28卷
图2 九叶青花椒的杂种指数图
1.花椒;2~36.九叶青花椒;37.竹叶花椒
Fig.2 ThehybridindexofZ.armatumvar.novemfolius
1.Z.bungeanum;2~36.Z.armatumvar.novemfolius;37.Z.armatum
大于中间水平(10.5),说明在该多样性居群的形成过程中,竹叶花椒所起作用明显,其渗入杂交次数多于花椒,对于该类群遗传多样性的形成和演化贡献较大。同时,九叶青花椒类群内个体间杂交指数值差异较大(最大值为16.85,最小值为11.24),出现一定程度的分化,其变异类型的分化主要趋向于两个方向,即出现两个分化类型,但分化并不显著。一类型的主要特点是叶片宽大,叶形较竹叶花椒略窄,叶片狭翼宽,小叶5~7,雌蕊长比花椒略短,子房形状指数比竹叶花椒略大。另一类型主要特征是叶片窄小,基部小叶叶缘齿数较多,叶片狭翼较窄,子房较小。
2.3 RAPD谱带分析
根据Smith的方法,统计在花椒、竹叶花椒和九叶青花椒中扩增的条带,将其结果记录为以下情况:¹花椒中出现而竹叶花椒中不出现的谱带,或竹叶花椒中出现而在花椒中不出现的条带;º九叶青花椒与花椒和竹叶花椒之一所共有的条带;»九叶青花椒所特有的条带。共存于花椒、竹叶花椒及九叶青花椒中的条带不列入分析,因为这些带对杂种的确定帮助不大。确定杂种的原则是,如果九叶青花椒的RAPD式样是来自花椒和竹叶花椒谱带的叠加或部分叠加,就将其定为花椒和竹叶花椒的杂种,其叠加性大小则表示九叶青花椒中RAPD
所
[3]
图3 引物C19扩增结果
M.Marker;A.花椒;B.竹叶花椒;1~28.九叶青花椒个体
Fig.3 TheRAPDamplificationresultsoftheprimerC19
M.Marker;A.Z.bungeanum;B.Z.armatum;1~28individualsofZ.armatumvar.novemfolius
10期 邓洪平,等:九叶青花椒遗传多样性的形态与分子鉴定2107
体现的杂交程度。
九叶青花椒与花椒或竹叶花椒的共有谱带统计见表3,部分引物扩增结果如图3所示:以九叶青个体1为例,花椒的53条专有条带,有17条出现在其中,竹叶花椒的48条专有条带中,有34条出现在其中,叠加性为50.50%,充分说明了九叶青花椒是花椒和竹叶花椒的杂交种。从表3中可以看出,其叠加性从38.61%到54.46%,呈现连续梯度变化;且
表3 九叶青花椒的RAPD谱带统计分析表
Table3 TheRAPDbandsofZ.armatumvar.novemfolius
九叶青花椒Z.armatumvar.novemfolius
12345678910111213141516171819202122232425262728
A
B
叠加性Thepercentofsummation
band
50.5047.5242.5740.5947.5246.5344.5541.5838.6147.5245.5442.5740.5945.5440.5948.5141.5843.5647.5248.5152.4854.4645.5445.5445.5443.5644.5542.57
特有带Thespecialband
18151414131391513131391410151815161512128151415111112
九叶青花椒与竹叶花椒的共有条带数普遍明显高于九叶青花椒与花椒的共有条带数。这进一步验证了九叶青花椒的多样性是由于渗入杂交产生的,且竹叶花椒对杂交的贡献大于花椒,其杂交的代数越多,多样性个体与亲本的共有带比例越高,特有带比例越低。
由RAPD标记所得到的谱带分析表明九叶青花椒是花椒和竹叶花椒产生渗入杂交的结果,经多年的世代积累形成渗入杂交复合体群体,这与形象化散点图及杂种指数分析法所得到的结论是一致的。2.4 聚类分析
从图4中可以看出,在0.71左右水平上将所有样本分为Ñ、Ò、Ó3个表征群,其中Ñ表征群由花椒单独组成,Ò表征群由竹叶花椒单独构成,Ó表征群由28个九叶青花椒个体组成。3个表征群分别由3个种(变种)单独构成,表明九叶青花椒已经具有了相对独立且稳定的形态特征,形成了不同于花椒及竹叶花椒的分类群,符合变种的定义,因此将其定义为变种是科学可行的。同时可以看出,九叶青花椒与竹叶花椒的匹配结合水平高于九叶青花椒与花椒的匹配结合水平,说明九叶青花椒与竹叶花椒的亲缘关系更近,即在九叶青花椒的形成过程中,与竹叶花椒回交次数更多,竹叶花椒对其多样性居群的形成贡献更大,这与前面研究结果相吻合。在0.77水平上将28个九叶青花椒个体分为a、b、c、d4个亚表征群。a亚表征群包括了来自江津合先坪居群的所有个体及江津慈云镇、江津三界村及江津德感镇居群的部分个体,其中个体21、22在高达0.91的水平上汇聚,显示出这2个个体之间极近的亲缘关系;b亚表征群由2、6两个个体组成;c亚表征群由15、16两个个体组成;d亚表征群由个体9组成。28个九叶青花椒个体的聚合水平均低于1,所有个体基本聚集在一枝,表明九叶青花椒居群间遗传分化不明显。
17/5319/5316/5316/5319/5316/5314/5315/5313/5320/5318/5318/5316/5318/5318/5319/5317/5319/5319/5320/5324/5323/5317/5319/5320/5316/5319/5318/53
34/4829/4827/4825/4829/4831/4831/4827/4826/4828/4828/4825/4825/4828/4823/4830/4825/4825/4829/4829/4829/4832/4829/4827/4826/4828/4826/4825/48
3 讨 论
3.1 九叶青花椒的起源、遗传多样分析
在野外调查中发现,在有花椒和竹叶花椒零星分布的九叶青花椒居群内,其形态变异尤其是叶形指数、子房形状指数、叶片狭翼宽等均介于花椒和竹叶花椒之间,且呈连续变异,呈现出典型的渗入杂交特性。
注:A.九叶青花椒与花椒的共有条带/只在花椒中出现而不在竹叶花椒中出现的条带;B.九叶青花椒与竹叶花椒的共有条带/只在竹叶花椒中出现而不在花椒中出现的条带。
Note:A.Co2ownbandsofZ.armatumvar.novemfoliusandZ.bungea2num/bandsoccouringonlyinZ.bungeanumotherthanZ.armatum;B.Co2ownbandsofZ.armatumvar.novemfoliusandZ.armatum/bandsoccouringonlyinan