浅谈超干贮藏对种子生理及其超微结构的影响

李维静 苏衍菁 苏相亭 卜仕金*

（①扬州大学兽医学院 江苏 扬州 225009 ②上海光明荷斯坦牧业有限公司）

浅谈超干贮藏对种子生理及其超微结构的影响

李维静①苏衍菁②苏相亭①卜仕金①*

（①扬州大学兽医学院 江苏 扬州 225009 ②上海光明荷斯坦牧业有限公司）

种子超干贮藏是近些年提出的种子贮藏的新方法，目的在于通过降低种子含水量使种子能在室温下密闭贮藏以取代或部分取代传统低温库，目前多方面研究已经证实了种子超干贮藏的可行性。种子超干贮藏(Ultra-dry seed storage)，又称超低含水量贮藏(Ultra-low moisture seed storage)，是指将种子含水量降至5%以下，密封后在室温条件下(或稍微降温的条件下)贮藏种子的一种方法[1]。种子水分和贮藏温度是影响种子寿命的最为关键，国际植物遗传资源委员会(IBPGR)曾推荐(5±1)%的含水量和(-18±2)℃的低温作为长期保存种质的理想条件[2]。但是这种方法需要巨额的建库投资和维持费用，在发展中国家应用有较的困难。因此，在探明贮藏温度与种子含水量之间存在某种程度上的互补关系时，即降低种子含水量可以在提高温度条件下，达到较高含水量在低温贮藏下的同样效果，国际植物遗传资源委员会又于1985年首先提出了超干贮藏的设想[3]。

目前已经从各个方面论证了种子超干贮存的可行性，在实际应用方面种子超干贮存也已经开始被广泛运用。本文主要就超干贮藏对种子生理及其超微结构的影响做一个简要概述。

1 超干贮藏对种子生理的影响

Ellis等研究发现将芝麻种子含水量从5%降至2%，种子寿命提高了40倍[4]。Ellis等报道亚麻等种子的含水量降低到5%以下，得到提高种子耐贮藏性的显著效果，并用细胞染色体的畸变率加以验证[5]。程红炎(1994)的研究结果也肯定了超干处理对若干芸苔属种子、甜菜、杜仲、大豆、榆树、高粱等种子的萌发和活力并无损伤，超干种子和对照种子经同等老化处理后，在对照种子的活力完全丧失或大幅度下降的情况下，超干种子的活力仍保持在很高水平，即耐贮性大大提高[6]。花生、油菜、芝麻、洋葱种子经同等条件老化处理，超干种子活力显著高于未超干种子[7]。研究总结发现油料种子可忍耐极度的脱水，如油菜种子含水量降低至1.5%以下，仍保持种子活力[7]；蛋白质类种子如大豆种子的耐超干能力在品种间存在很大差异[6]；淀粉类种子耐超干能力在种间差异也很大，如高粱、大麦、小麦种子耐脱水能力较强，而高粱、水稻种子耐脱水能力差[5、6]。

2 超干贮藏对种子内水分状态的影响

种子内水分按其存在状态可分为自由水、束缚水和中间过渡类型。细胞中水分的物理状态与其作用是相互联系的，水分由于亲水和疏水的相互作用，可以影响大分子如膜脂、核酸及蛋白质的结构排列，因此水分的物理状态对干种子内能否发生生化反应有着决定性作用。种子内水分存在的状况及各种状态水分之间的比例与种子本身固有特性有着直接的关系，水分胁迫时种子中束缚水对有机体的耐干性起着关键性作用，即超干种子能否存活以及效果如何取决于细胞对束缚水的保持能力[8]。

红花种子经超干处理后，自由水/束缚水的比率随含水量下降而降低，在超干状态下种子中大部分束缚水仍然保持着，这为超干种子保持高活力提供了有利的内部环境条件[9]。另在水稻种子中发现，吸湿回干处理可以提高种子的热力学K’和K值，增加种子对等温线上第一吸附区域水分的束缚能力，对吸湿回干处理提高水稻种子耐干性提供了理论依据。这说明种子对束缚水的保持能力越大，其超干贮藏的效果越好。

3 超干贮藏对种子自由基清除系统的影响

3.1 种子的劣变现理 （1）在种子劣变机理的学说中，自由基学说越来越引起人们的注意。自由基游离在细胞内，有较强的氧化作用，能引发膜上不饱和脂肪酸产生过氧化反应，使生物膜受到严重破坏。在正常生理状态下，自由基的产生和消除处于平衡状态，只有当种子处在不利的物理和化学因素下，产生的自由基得不到消除，或者内源性自由基的产生和消除失去平衡时，自由基对机体常常会造成损伤[10]。（2）丙二醛是种子在贮藏过程中随着劣变的发生而逐渐积累的有毒的脂质过氧化产物，其含量常用以表示种子中脂质过氧化程度;挥发性醛类物质释放是种子脂质经过各种途径氧化的综合结果，可以反映脂质过氧化导致的劣变程度[11]。超干种子在贮藏过程中的丙二醛(MDA)及挥发性醛类物质释放量都低于未超干种子，这是超干种子耐藏性得到很大改善的反映[11、12]。超干贮藏过程中种子脂质过氧化程度的减弱，与大分子水膜失去导致自由基毒害加剧的传统说法相矛盾，其机理可能是在脱水过程中，特异蛋白质以及可溶性糖等物质代替水保护了生物大分子，使其免受自由基伤害。（3）种子内自由基清除系统与种子活力之间的关系十分密切。已经证明，种子内存在一些非酶促自由基清除剂，如α-生育酚(VE)是超氧自由基和脂过氧基的有效清除剂，抗坏血酸虽没有抗氧作用，但可以与α-生育酚协同作用增强其抗氧性，抗氧剂维生素C，β-胡萝卜素和谷胱甘肽(GSH)以及其它酚类物质等均能阻止脂氧合酶对多聚不饱和脂肪酸的氧化作用[13]。超氧歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)是种子自身抵制活性氧、清除自由基的酶促系统[14]。经过一定时间贮藏的黄瓜超干种子吸胀萌发后仍能保持较高的酶活性，与低温贮藏种子并无明显的差异，而未超干种子的脱氢酶活性则大部分丧失[15]。说明超干种子内SOD等清除自由基的酶促系统并未受破坏，一旦种子吸水萌动，就协同抗氧化剂共同清除由贮藏期间劣变积累的自由基等毒害物质，从而保证超干种子较高活力水平。

3.2 超干贮藏对种子超微结构的影响 （1）种子老化、劣变的原因是错综复杂的。一般认为种子发生劣变时，细胞学上的劣变现象也随之发生，首先表现在胚根尖分生组织的超微结构变化上[6]。一般轻度老化但仍具有萌发力的胚常.呈现细胞核的局部泡状隆起、线粒体和质体变形、高尔基体变形且数量减少、核糖体合成减缓等现象。在劣变严重的情况下膜结构肿胀且无序、圆球体破裂，在细胞内融合成团并沿壁排列、质体内淀粉粒分裂，有的则消失。（2）用透射电镜观察经老化的洋葱未超干种子胚根尖细胞，发现细胞核膜界限不清晰，有的细胞核有胞饮现象，有的细胞核呈解体状，线粒体变形，脂质体融合成团且排列不规则，出现电子致密物质(脂肪消耗后的残留物)。而经同等老化的超干种子细胞器发育正常，与劣变种子胚根尖细胞的超微结构特征区别明显。张明方[13]用扫描电镜观察种皮细胞外部结构，发现超干种子的种皮细胞排列发生改变，但回水后能恢复正常，虽某些种子如大豆有裂种现象，但超干前经吸湿回干或以聚乙二醇((PEG)等处理后，此现象可以避免。从内部到外部，超干对种子结构完整性的保持并无不良影响，且种胚细胞抗老化能力增强。

4 问题与展望

目前各国科学家对超干贮藏的效果已得到公认，超低水分常温贮藏可以降低种质资源保存的费用。但在超干保存种子种质最佳含水量及其与贮藏温度之间的关系问题上存在重大分歧。英国研究者考虑保持种子寿命的最佳含水量，认为种子在10～11%RH下达到平衡时的含水量为最佳含水量，适合种子在室温内贮藏，且不随贮藏温度的降低而增加(35～60℃范围内);而美国研究者侧重种子最小劣变含水量，从种子热力学角度测得引起种子最小劣变的含水量是与17～19%RH相平衡，再干就会增加劣变，且种子贮藏最佳含水量受温度影响。由于二者考虑角度不同，得出不同的结论，究竟那种结论正确，目前尚无定论。这一问题的解决直接关系到超干贮藏技术的实际应用和推广。

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