种子超干保存种质的研究

当今，生物资源——“物种”正在以地质史上前所未有的速度灭绝或走向濒危。保护生物多样性已是世界范围内环境保护和生物学研究的热点。基于种子具有完善的保护结构和内潜的隐蔽生命以适应逆境的微妙机制，种子库被认为是保护植物种质资源的主要措施。现阶段世界各国的种子库均为低温库或超低温库，可观的建库投资和运转费用的经济负担直接影响到贫困国家和地区植物种质资源及时有效的保护，寻求取代低温库的廉价贮藏种子的策略和技术已列为联合国FAO／IBPGR的全球战略措施。 此乃本文的工作背景和最终目标。早期的研究已查明，通过降低种子含水量可以在适当提高温度的条件下达到在较高含水量在低温下同样的贮藏效果，但是由于干燥技术以及5%为种子安全含水量下限这一经典概念的局限，种子贮藏的含水量一直没有突破5%下限。超干贮藏即以此为依据，摸索以适当的干燥技术将种子含水量降至这一经典下限以下，即采取超低含水量种子密封贮藏的方法，以达到部分或完全取代低温库的目的。 作为种子贮藏的方法首先要保证种子活力的保持。本文选用了不同化学组份以及不同粒度大小的种子为材料，涉及到40个不同的种和品种，针对不同类型的种子摸索了适宜的干燥方法及辅助措施，从种子生活力和活力、细胞形态结构、细胞器发育和功能以及若干生理活性指标等多元角度上确认种子含水量可以安全降至5%以下，除了个别敏感类型种子外，在常温条件下能大幅度增强种子的耐藏性。 本文对种子耐干性差异以及辅助干燥措施提高种子耐干性进行了水分热力学方面的分析，认为种子本身的特性决定了种子内部水分吸附位点对关键水分束缚力量的不同，导致在相同干燥过程中失去关键性水分程度的不同，从而造成种子在耐干程度上有所差异。干燥的辅助措施可以通过改变种子中的化学成份增强种子对关键性水分吸附的力量，继而使得关键性水分不会轻易丢失。超干延缓种子劣变的原因在于，MC不能真实反映种子水分水平，一定MC范围内的超干种子的关键性水分仍然存在，即使在极度干燥的种子中，虽然一部分束缚水已失去，但对导致和抑制脂质过氧化的正负效应折衷的结果使劣变反应从整体上还是受到抑制。内源抗氧剂的活性及含量以及劣变产物MDA的积累量表明种子在超干贮藏过程中脂质过氧化被部分抑制，酶类抗氧剂系统保存完好，非酶类抗氧剂被消耗的量减少，使得种子在结束贮藏进入萌发状态时仍具有较高水平的自由基清除系统的正常运转能力。无氧贮藏，和外源抗氧防护等预处理措施使种子在超干贮藏过程中能更好地清除活性氧的伤害，吸湿回干、PEG等处理使超于种子吸胀时膜系统功能及结构更具完整性。回水预处理诱导的生化修补效应可保留于种子内部，以便在种子再次吸水时及早发挥作用。本文已在干前及干后预处理辅助措施上找到了若干行之有效的方法，其中有些是首次应用于种子技术范畴。 本文在总结系列试验研究结果和纵观近年来国内外在此领域的动态后，认为一般常规型种子在适度超低水分状态下不仅自身不受脂质过氧化的危害，并能保持种子内外形态学和种质遗传性的完整性，而且可使种子内部代谢停顿，更有利于耐藏性的大幅度提高，加上超干技术上的不断完善，为今后建立节能种子库展示了希望。