植物生理学通讯第36卷第5期，2000年10月 265 超干处理种子的某些生理生化特性 任晓米朱诚曾广文（浙江大学生命科学学院，杭州310029） 景新明（中国科学院植物研究所，北京100093） Some Physiological and Biochemical Characteristic of Utra-dry Seeds REN XiarMi,ZHU Cheng,ZENG Guang Wen (College of Life Science.Zhejiang University.Hangzhou 310029) JINGXim Ming(Imstitute of Botany.The Chinese Academy of Sciencs.Beijing 100093) 提要就种子超干处理后细胞中水分状态变化、膜结 力 构和功能膜脂过氧化自由基和其清除系统等问趣的研究 据报道，红花种子经不同程度的超干处理后 讲展作了介绍。 种子含水量下降的同时，自由水/束缚水的比率也 关键词种子超干处理膜结构和功能自由基和 其清除系统束缚水 随之下降，在超干状态下种子中大部分束缚水仍然 保持着，这对超干种子保持高活力无疑是一个有 利的内部环境条件。程红卷对不同类型的种子 经典的种子生理学理论认为5%是种子贮藏 的安全含水量下限，种子含水量若低于5%，种子 (包括淀粉类油料类蛋白质类、耐干品种及对水 分敏感的品种)进行水分的热力学分析表明，对干 活力将受到影响。但随着种子吸胀过程中膜物理 修补理论和技术的完善，人们开始意识到5%这 燥较敏感的榆树和大豆种子束缚束缚水的能力比 耐干性强的油菜、艺麻和花生等种子低，即在相同 经典的种子含水量并非不可逾越至少在某些正常 型种子中是不适用的1刀。s等8早期研究发 干燥条件下比较容易丢失关键性的束缚水。这说 明种子对束缚水的保持能力越大，其超干贮藏的效 现芝麻种子含水量从5%降至2%，种子寿命提高 果越好。 了40倍，并用细胞染色体的畸变率加以验证。种 2 超干处理种子的细胞结构 子种质超干节能保存技术的研究是80年代末在种 细胞结构的完整性是种子活力的基础，若膜受 子学与保护生物学领域兴起的研究热点，超干保存 到损伤，细胞器发生畸变与解体，各种大分子酶遭 主要是通过降低种子含水量(MC<5%)在常温下 到破坏将导致种子活力下降。 贮藏达到高含水量种子在低温下贮藏相同的效果 2.】超干处理种子的细胞膜结构和功能细胞代 通过近十年的研究，各困科学家对种子超干处理提 谢活性伴随着种子活力的下降而降低，在调控细 高耐藏性的效果已基本取得共识并从生理生化特 代谢的各因子中，代谢组分的空间分隔以及代谢复 性等方面开始探讨超干处理提高耐藏性的原因。 合物的正确组合是非常重要的，而膜对于细胞内的 1超干处理种子中束缚水的保持力 区域化具有极其重要的作用，一旦膜系统遭到破坏 种子内水分按其存在状态可分为自由水、束缚 即引起代谢异常加速种子生活力和活力丧失5。 水和中间过渡类型。细胞中水分的物理状态与其 生物膜的完整性基于极性和非极性部分的整齐排 作用是相互联系的，水分由于亲水和疏水的相互作 列，在膜两侧水相的“压迫”下形成双片层状，从而 用，可以影响大分子的结构，如膜脂、核酸及蛋白质 保证了膜结构和功能的完整性。当种子含水量下 的结构排列，因此水分的物理状态对干种子内部能 降时磷脂的排列发生转向，膜的连续性界面不能 否发生生理反应有着决定性作用。种子水分存在 保持，待种子吸胀时，膜结构又恢复原状161，在吸 的状况及各种状态水分之间的比例与种子本身固 有特性有直接关系，水分胁迫时种子中束缚水对有 收稿2000-02-17 定20000628 机体的耐干性有关键性作用，即超干种子能否存活 1973项日、国家(39970474利和浙江省(399252)自然科学基金 以及效果如何？则取决于细胞对束缚水的保持能 项目资助。 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Dise Co..Ld.All rights reserved.收稿 2000202217 修定 2000206228 1 973 项目、国家(39970474) 和浙江省(399252) 自然科学基金 项目资助。 超干处理种子的某些生理生化特性1 任晓米 朱 诚 曾广文 (浙江大学生命科学学院 , 杭州 310029) 景新明 (中国科学院植物研究所 , 北京 100093) Some Physiological and Biochemical Characteristic of Ultra2dry Seeds REN Xiao2Mi , ZHU Cheng , ZEN G Guang2Wen ( College of L if e Science , Zhejiang U niversity , Hangz hou 310029) J IN G Xin2Ming ( Institute of Botany , The Chinese Academy of Sciences , Beijing 100093) 提要 就种子超干处理后细胞中水分状态变化、膜结 构和功能、膜脂过氧化、自由基和其清除系统等问题的研究 进展作了介绍。 关键词 种子 超干处理 膜结构和功能 自由基和 其清除系统 束缚水 经典的种子生理学理论认为 5 %是种子贮藏 的安全含水量下限 ,种子含水量若低于 5 % ,种子 活力将受到影响。但随着种子吸胀过程中膜物理 修补理论和技术的完善 ,人们开始意识到 5 %这一 经典的种子含水量并非不可逾越 ,至少在某些正常 型种子中是不适用的[1 - 7 ] 。Ellis 等[8 ]早期研究发 现芝麻种子含水量从 5 %降至 2 % ,种子寿命提高 了 40 倍 ,并用细胞染色体的畸变率加以验证。种 子种质超干节能保存技术的研究是 80 年代末在种 子学与保护生物学领域兴起的研究热点 ,超干保存 主要是通过降低种子含水量 (MC < 5 %) 在常温下 贮藏达到高含水量种子在低温下贮藏相同的效果。 通过近十年的研究 ,各国科学家对种子超干处理提 高耐藏性的效果已基本取得共识 ,并从生理生化特 性等方面开始探讨超干处理提高耐藏性的原因。 1 超干处理种子中束缚水的保持力 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 ,可以影响大分子的结构 ,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部能 否发生生理反应有着决定性作用。种子水分存在 的状况及各种状态水分之间的比例与种子本身固 有特性有直接关系 ,水分胁迫时种子中束缚水对有 机体的耐干性有关键性作用 ,即超干种子能否存活 以及效果如何 ? 则取决于细胞对束缚水的保持能 力。 据报道 ,红花种子经不同程度的超干处理后 , 种子含水量下降的同时 ,自由水/ 束缚水的比率也 随之下降 ,在超干状态下种子中大部分束缚水仍然 保持着[9 ] ,这对超干种子保持高活力无疑是一个有 利的内部环境条件。程红焱[10 ]对不同类型的种子 (包括淀粉类、油料类、蛋白质类、耐干品种及对水 分敏感的品种) 进行水分的热力学分析表明 ,对干 燥较敏感的榆树和大豆种子束缚束缚水的能力比 耐干性强的油菜、芝麻和花生等种子低 ,即在相同 干燥条件下比较容易丢失关键性的束缚水。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。 2 超干处理种子的细胞结构 细胞结构的完整性是种子活力的基础 ,若膜受 到损伤 ,细胞器发生畸变与解体 ,各种大分子酶遭 到破坏将导致种子活力下降。 2. 1 超干处理种子的细胞膜结构和功能 细胞代 谢活性伴随着种子活力的下降而降低 ,在调控细胞 代谢的各因子中 ,代谢组分的空间分隔以及代谢复 合物的正确组合是非常重要的 ,而膜对于细胞内的 区域化具有极其重要的作用 ,一旦膜系统遭到破坏 即引起代谢异常 ,加速种子生活力和活力丧失[15 ] 。 生物膜的完整性基于极性和非极性部分的整齐排 列 ,在膜两侧水相的“压迫”下形成双片层状 ,从而 保证了膜结构和功能的完整性。当种子含水量下 降时 ,磷脂的排列发生转向 ,膜的连续性界面不能 保持 ,待种子吸胀时 ,膜结构又恢复原状[16 ] 。在吸 植物生理学通讯 第 36 卷 第 5 期 , 2000 年 10 月 562 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved