12 云南植物研究 27卷 种子库是植物种质遗传多样性迁地保护的主要形式，如何有效地延长种子的贮藏寿命 和最大程度地减少种子在贮藏过程中细胞的衰老损伤，对于植物种质资源的保存至关重 要。种子作为植物生活史中独立存在的幼小生命个体，在贮藏过程中会发生许多物理和化 学的变化，包括细胞完整性的破坏、酵活性的丧失、脂质氧化和其他劣变反应。目前建议 -180的种子库中产藏种子的含水量为5%。一般队为种子库中保存种子的含水量不得低 于5%这一极限，否则种子会受到损伤并且种子的耐贮藏性(storability)将下降。但近年 来的研究已突破这一传统概念，种子的含水量不仅可以安全地降低到5%以下，而且种子 的耐贮藏性将提高，并提出了超干种子贮藏(ultrdry seed storage)的概念(Zheng等 1998)。超干种子贮藏的研究不仅在种子生理学领域，而且在种质资源保存领域掀起了不 小的热潮，部分研究结果已在Na陀上发表。本文对近年来超干种子耐贮藏性的细胞学 和生理生化基础的研究进展做一综述。 1超干种子的细胞结构变化 细胞结构的完整性是种子活力的基础，种子在贮藏过程中细胞膜的损伤、细胞器的畸 变与解体以及各种大分子的变性将导致种子活力的下降。 1.1超干处理对种子细胞膜的影响 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，而膜系统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则立即引起代谢异常，加速种子活力的丧失。生物 膜的完整性基于极性和非极性部分的整齐排列，磷脂双分子层的结构保证了膜结构和功能 的完整性。一般认为引起脱水敏感细胞的损伤和死亡的原初位点是细胞膜系统，保护细胞 膜组分不受脱水影响的程度可能是脱水耐性的体现。当种子含水量下降时，磷脂的排列发 生变化，电镜观察结果表明，膜结构的变化包括膜磷脂分子由双层排列状态变为六角形构 相，细胞膜从流动相变为凝胶相，从而破坏了细胞膜的渗透调节功能。待种子吸胀时，膜 结构又恢复原状，膜上的磷脂分子重新组合成双分子层结构。膜相变发生时一部分细胞内 容物不可避免地渗霜到细跑外。因而细胞模相变，即膜构相修复过程所需时间的长短以及 最终整合的完善程度，决定着种子的活力水平(Smith and Berjak,1995;Bewley,1997)。 膜结构的稳定首先表现在膜的选择透性上，种子活力下降过程中细胞内大量的电解质外 渗是细胞膜受损害的一个主要标志。油菜(Brasica campestri)、白菜(Brassica pekinensi) (程红焱等，199I)、花生(Arachis hypogoea)、榆树(U1 nus pumila)(程红焱，1994)、高 粱(Sorghum vulgare)(林坚等，1993)、洋葱(Allium cepa)(eyes等，1997等超干种子 若直接浸种会引起细胞内物质的大量外渗，而经严格回水处理后胞内电解质的外渗量会显著 降低，表明回水处理对超干种子细胞膜的物理修复具有良好的效果。经过一定时间贮藏后 超干种子在吸胀时细胞内电角解质的外参量比未经超干处理的种子明显降低，这表明在藏过 程中超干种子细胞膜的选择透性比未超干种子保持得完善（程红焱，1994）。 膜的流动性能较好地反映细胞膜的物理状态，细胞膜处于流动相是细胞进行生命活动 的必要条件。汪晓峰等(1999,2003)应用荧光探针1,6-二苯基-1,3,5-己三烯研 究白菜和榆树种子超干处理对膜流动性的影响，结果表明种子经超干处理后，在人工老化 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Dise Co..Ltd.All rights reserved 种子库是植物种质遗传多样性迁地保护的主要形式 , 如何有效地延长种子的贮藏寿命 和最大程度地减少种子在贮藏过程中细胞的衰老损伤 , 对于植物种质资源的保存至关重 要。种子作为植物生活史中独立存在的幼小生命个体 , 在贮藏过程中会发生许多物理和化 学的变化 , 包括细胞完整性的破坏、酶活性的丧失、脂质氧化和其他劣变反应。目前建议 - 18 ℃的种子库中贮藏种子的含水量为 5 %。一般认为种子库中保存种子的含水量不得低 于 5 %这一极限 , 否则种子会受到损伤并且种子的耐贮藏性 (storability) 将下降。但近年 来的研究已突破这一传统概念 , 种子的含水量不仅可以安全地降低到 5 %以下 , 而且种子 的耐贮藏性将提高 , 并提出了超干种子贮藏 ( ultrdry seed storage) 的概念 ( Zheng 等 , 1998) 。超干种子贮藏的研究不仅在种子生理学领域 , 而且在种质资源保存领域掀起了不 小的热潮 , 部分研究结果已在 N at ure 上发表。本文对近年来超干种子耐贮藏性的细胞学 和生理生化基础的研究进展做一综述。 1 超干种子的细胞结构变化 细胞结构的完整性是种子活力的基础 , 种子在贮藏过程中细胞膜的损伤、细胞器的畸 变与解体以及各种大分子的变性将导致种子活力的下降。 111 超干处理对种子细胞膜的影响 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 , 而膜系统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则立即引起代谢异常 , 加速种子活力的丧失。生物 膜的完整性基于极性和非极性部分的整齐排列 , 磷脂双分子层的结构保证了膜结构和功能 的完整性。一般认为引起脱水敏感细胞的损伤和死亡的原初位点是细胞膜系统 , 保护细胞 膜组分不受脱水影响的程度可能是脱水耐性的体现。当种子含水量下降时 , 磷脂的排列发 生变化 , 电镜观察结果表明 , 膜结构的变化包括膜磷脂分子由双层排列状态变为六角形构 相 , 细胞膜从流动相变为凝胶相 , 从而破坏了细胞膜的渗透调节功能。待种子吸胀时 , 膜 结构又恢复原状 , 膜上的磷脂分子重新组合成双分子层结构。膜相变发生时一部分细胞内 容物不可避免地渗漏到细胞外。因而细胞膜相变 , 即膜构相修复过程所需时间的长短以及 最终整合的完善程度 , 决定着种子的活力水平 (Smith and Berjak , 1995 ; Bewley , 1997) 。 膜结构的稳定首先表现在膜的选择透性上 , 种子活力下降过程中细胞内大量的电解质外 渗是细胞膜受损害的一个主要标志。油菜 ( B rassica campestris) 、白菜 ( B rassica pekinensis) (程红焱等 , 1991) 、花生 ( A rachis hypogaea) 、榆树 ( Ulmus pumila) (程红焱 , 1994) 、高 粱 ( Sorghum vulgare) (林坚等 , 1993) 、洋葱 ( Allium cepa) (Heyes 等 , 1997) 等超干种子 若直接浸种会引起细胞内物质的大量外渗 , 而经严格回水处理后胞内电解质的外渗量会显著 降低 , 表明回水处理对超干种子细胞膜的物理修复具有良好的效果。经过一定时间贮藏后 , 超干种子在吸胀时细胞内电解质的外渗量比未经超干处理的种子明显降低 , 这表明在贮藏过 程中超干种子细胞膜的选择透性比未超干种子保持得完善 (程红焱 , 1994) 。 膜的流动性能较好地反映细胞膜的物理状态 , 细胞膜处于流动相是细胞进行生命活动 的必要条件。汪晓峰等 (1999 , 2003) 应用荧光探针 1 , 6 - 二苯基 - 1 , 3 , 5 - 已三烯研 究白菜和榆树种子超干处理对膜流动性的影响 , 结果表明种子经超干处理后 , 在人工老化 云 南 植 物 研 究 21 27 卷 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved