种子超干贮藏研究

2011-04-13高志慧

山西农业科学 2011年7期

高志慧

（大同大学农学与生命科学学院，山西大同 037009）

种子贮藏寿命的长短除了受物种本身制约外，还受贮藏温度、种子含水量和氧气含量等贮藏条件的影响。研究表明，更低的含水量下贮藏种子，种子寿命可以被延长，因此提出了种子超干贮藏的概念，即种子含水量低于5%的贮藏。种子超干贮藏起始于20世纪80年代末，经过20多a的研究，在超干作用机理、超干种子材料、最适含水量的确定以及超干方法等方面取得很大进展。目前，超干贮藏已成为世界各国科学家认可的种子贮藏方式之一[1]。

1 种子超干贮藏的研究对象

多年来，种子超干贮藏的研究涉及到大约50个物种，研究对象大多为蔬菜、瓜果、豆类、谷物、药用植物和树木的种子。这些物种及其不同品种的种子涵盖了不同寿命长短（如放置在常温下，寿命只有2个月的榆树种子和寿命为几年的大白菜种子）、不同组分类型（油类种子、淀粉类种子）、不同种粒大小、裸子植物和被子植物（包括双子叶植物和单子叶植物）等，研究结果具有代表性。研究证明，多数种子通过特殊的干燥技术可将含水量安全降至7%，种子在常温下的耐藏期大幅度提高。结合特定的包装技术，可以获得更好的保存效果[2]。

2 种子超干贮藏的方法

种子干燥，一定要确保所采用的干燥技术不会对种子造成伤害。判断种子是否受到伤害不能简单地以种子干燥后生活力和活力下降与否为标准，而要考虑是否产生潜在的伤害、影响种子贮藏一段时间后的状况。超干种子的获得主要是通过干燥剂干燥、真空冷冻干燥、加温干燥等方法。目前，使用的干燥剂有硅胶、生石灰和氯化钙等，其中，以生石灰和硅胶使用最多。

胡承莲[3]以硅胶为干燥剂进行研究，结果表明，不同干燥速率对种子生活力没有影响。郑晓鹰等[4]针对5种种子材料，比较了硅胶室温干燥、真空冷冻干燥机干燥、低温低湿干燥以及电热鼓风干燥箱加温干燥4种干燥方法对超干贮藏的影响，认为只有加温干燥会对种子产生损伤。胡伟民等[5]比较了硅胶常温干燥和较高温度加温干燥2种方法对玉米超干处理的影响，发现较高温度加温干燥的玉米种子生活力和活力普遍较差，当水分含量低于5.97%时，发芽率迅速降低为零。张海英等[6]比较了冰冻干燥和硅胶干燥的方法，认为硅胶干燥为首选。大量的研究证明，只要控制干燥温度不要太高，干燥方式和脱水速率对种子的影响不大[7-8]。超干种子的存放是将超干燥的种子密闭保存于复合铝箔袋中，以确保在常温下保存的种子含水量处于稳定状态。

3 种子超干贮藏的细胞及生理生化变化研究

超干种子在室温下贮藏可以达到与高含水量种子在低温或超低温下贮藏基本相同的效果。其从种子生活力、生理生化特性、细胞超微结构、同工酶完整性、染色体变异及DNA多态性分析等多方面也得到证实。王曾丽等[9]采用硅胶干燥法超干处理一串红种子，将种子含水量由8.9%分别降至4.5%，3.4%，3.0%，2.7%和2.2%，在室温及5℃条件下贮藏13个月后，测定不同含水量超干种子经复水处理后的生活力及生理指标变化，结果表明，超干处理后，一串红种子在室温条件下经过13个月的贮藏后，发芽率、发芽势及发芽指数明显高于未超干处理的对照种子，发芽高峰时间比未超干种子早1～2 d，种子萌发整齐度优于对照，不同含水量的超干种子电导率低于对照，脱氢酶活性高于对照；在5℃条件下贮藏13个月的超干处理与室温条件下相同处理相比，发芽率、发芽势及发芽指数无明显差异；在5℃条件下贮藏13个月后，与相同温度条件下未超干处理一串红种子相比，不同含水量的超干种子生活力与生理指标差异较大，在种子含水量为3.4%和4.5%时，发芽率、发芽势及发芽指数明显提高，电导率明显下降，脱氢酶活性明显提高，而当种子含水量为3.0%，2.7%和2.2%时，发芽率、发芽势及发芽指数下降，电导率提高，脱氢酶活性下降。因此，适度含水量的超干处理可以使一串红种子保持较高的活力，是理想的种子贮藏方法。

3.1 超干贮藏种子细胞结构的变化

细胞结构的完整性是种子活力的基础，在种子老化过程中，伴随种子活力的下降，出现细胞膜结构损伤、细胞器和遗传物质畸变与解体，大量贮藏物质外渗，各种酶活性下降等。经超干处理的种子细胞膜结构稳定，细胞内的超微结构保持完整，使种子活力保持较高水平[10-12]。沈镝等[13]研究超干大白菜种子，结果表明，子叶细胞呈收缩状，但形态完整，老化处理后其胚根根尖分生细胞超微结构正常，线粒体、质体及内质网发育正常，细胞膜结构清晰可辨；而未超干种子的细胞膜结构无法辨认，线粒体内充满电子致密物，内质网肿胀，核膜模糊不清。胡家恕等[14]研究红花种子发现，人工老化后其下胚轴细胞中大部分脂质体消失，仅沿细胞壁聚集着一些脂质体；而超干种子细胞内部仍有大量脂质体正常、均匀分布，这说明超干种子较未超干种子细胞结构完整，抗老化能力增强。汪晓峰等[15-16]将榆树种子超干处理，发现该类种子在老化条件下，膜结构和功能保持完好。种子超干处理后，使膜结构和功能、细胞器结构以及遗传物质保持完好，这从细胞学上解释了超干种子耐藏性提高的原因。

3.2 超干贮藏种子中自由基含量和脂质过氧化作用的变化

目前，自由基引起的脂质过氧化作用被公认为种子劣变的根本原因，在种子老化过程中，由脂氧合酶催化的不饱和脂肪酸反应产生自由基，启动脂质过氧化作用，产生丙二醛等挥发性醛类物质，这些物质在种子贮藏过程中逐渐积累并进一步引起膜脂过氧化的发生，破坏种子的膜系统，导致种子活力迅速下降。张明方等[17-19]研究表明，种子活力显著高于未超干种子，其细胞内自由基的产生速度和数量低于未超干种子；其次，超干种子活力保持与自由基清除系统完好有关。田云芳等[20]用硅胶干燥向日葵种子，得到5%以下不同含水量的种子于50℃人工老化，同时进行抗氧化酶系统、MDA、热稳定蛋白的动态变化跟踪比较，结果发现，人工老化后，适当超干的（MC＝3.67%，MC＝2.08%）种子仍具有较高的发芽率与活力指数，且种子内部清除活性氧的酶SOD（超氧歧化酶）、POD（过氧化物酶）、CAT（过氧化氢酶）仍保持较高的活性，脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的积累也明显少于对照，热稳定蛋白也以适度超干的向日葵种子为最高。

4 种子超干贮藏的研究前景

种子超干贮藏首先解决了种质尤其是短命类种质寿命短、常规贮藏易劣变、死亡导致的资源损失，以及由此带来的对育种工作的不利影响，使种质交流、长期保存更加方便安全，保证了育种工作的顺利进行，提高了育种成效；其次，使高价值种子常温下的长期贮藏得以实现，提高种子质量，最终促进作物产量和品质的提高。

因此，超干贮藏技术在种质资源保存上具有巨大的应用潜力，目前，在油类种子或小粒种子上具有可行性。超干贮藏技术的推广应用，必将在极大程度上代替种子的低温贮藏，大大减少低温库的建设、维护费用，降低了种子保存成本，有利于种子业的可持续发展。但要真正在种子库普遍应用还有很大的差距，在技术可行性上还存在很多困难，需进一步深入研究。

［1］Zheng G H，Jing X M，Tao K L.Ultradry seed storage cuts costs of gene bank[J].Nature，1998，39（21）：223-224.

［2］程红焱.种子超干贮藏技术研究的背景和现状[J].云南植物研究，2005，27（2）：113-124.

［3］胡承莲.超干燥贮藏水稻种子后代遗传性状分析简报[J].作物品种资源，1996（4）：44.

［4］郑晓鹰，李秀清，陈杭.不同超干方法与几种蔬菜种子储藏效应的研究[J].园艺学报，2001，28（2）：123-127.

［5］胡伟民，胡晋.超干长期贮藏对不同类型水稻种子生活力和活力的影响[J].中国水稻科学，2003，17（4）：379-382.

［6］张海英，孟淑春，孔祥辉.超干贮存对番茄种子活力的影响[J].园艺学报，2002，29（1）：35-38.

［7］李鑫，王倩.种子超干贮藏研究进展 [J].中国农学通报，2005，21（7）：73-76.

［8］邹冬梅，黄伟坚.种子超干保存技术的研究现状与前景[J].热带农业科学，2003，23（3）：73-76.

［9］王曾丽.超干处理与贮藏温度对一串红种子生活力与生理变化的影响 [J].中国农业科学，2006，39（10）：2076-2082.

［10］申丽霞，王璞，张软斌.种子寿命与超干贮藏 [J].种子，2004，23（2）：45-47.

［11］McDonald M B.Seed deterioration:physiology，repair and assessment[J].Seed Sci&Tech，1999，27：177-237.

［12］Wang X F，Jing X M，Lin J.Studies on membrane function and sugar components of ultradried seeds[J].Acta Botanica Sinica，2003，45（1）：23-31.