高志慧

（大同大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009）

種子貯藏壽命的長(zhǎng)短除了受物種本身制約外，還受貯藏溫度、種子含水量和氧氣含量等貯藏條件的影響。研究表明，更低的含水量下貯藏種子，種子壽命可以被延長(zhǎng)，因此提出了種子超干貯藏的概念，即種子含水量低于5%的貯藏。種子超干貯藏起始于20世紀(jì)80年代末，經(jīng)過20多a的研究，在超干作用機(jī)理、超干種子材料、最適含水量的確定以及超干方法等方面取得很大進(jìn)展。目前，超干貯藏已成為世界各國(guó)科學(xué)家認(rèn)可的種子貯藏方式之一[1]。

1 種子超干貯藏的研究對(duì)象

多年來，種子超干貯藏的研究涉及到大約50個(gè)物種，研究對(duì)象大多為蔬菜、瓜果、豆類、谷物、藥用植物和樹木的種子。這些物種及其不同品種的種子涵蓋了不同壽命長(zhǎng)短（如放置在常溫下，壽命只有2個(gè)月的榆樹種子和壽命為幾年的大白菜種子）、不同組分類型（油類種子、淀粉類種子）、不同種粒大小、裸子植物和被子植物（包括雙子葉植物和單子葉植物）等，研究結(jié)果具有代表性。研究證明，多數(shù)種子通過特殊的干燥技術(shù)可將含水量安全降至7%，種子在常溫下的耐藏期大幅度提高。結(jié)合特定的包裝技術(shù)，可以獲得更好的保存效果[2]。

2 種子超干貯藏的方法

種子干燥，一定要確保所采用的干燥技術(shù)不會(huì)對(duì)種子造成傷害。判斷種子是否受到傷害不能簡(jiǎn)單地以種子干燥后生活力和活力下降與否為標(biāo)準(zhǔn)，而要考慮是否產(chǎn)生潛在的傷害、影響種子貯藏一段時(shí)間后的狀況。超干種子的獲得主要是通過干燥劑干燥、真空冷凍干燥、加溫干燥等方法。目前，使用的干燥劑有硅膠、生石灰和氯化鈣等，其中，以生石灰和硅膠使用最多。

胡承蓮[3]以硅膠為干燥劑進(jìn)行研究，結(jié)果表明，不同干燥速率對(duì)種子生活力沒有影響。鄭曉鷹等[4]針對(duì)5種種子材料，比較了硅膠室溫干燥、真空冷凍干燥機(jī)干燥、低溫低濕干燥以及電熱鼓風(fēng)干燥箱加溫干燥4種干燥方法對(duì)超干貯藏的影響，認(rèn)為只有加溫干燥會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生損傷。胡偉民等[5]比較了硅膠常溫干燥和較高溫度加溫干燥2種方法對(duì)玉米超干處理的影響，發(fā)現(xiàn)較高溫度加溫干燥的玉米種子生活力和活力普遍較差，當(dāng)水分含量低于5.97%時(shí)，發(fā)芽率迅速降低為零。張海英等[6]比較了冰凍干燥和硅膠干燥的方法，認(rèn)為硅膠干燥為首選。大量的研究證明，只要控制干燥溫度不要太高，干燥方式和脫水速率對(duì)種子的影響不大[7-8]。超干種子的存放是將超干燥的種子密閉保存于復(fù)合鋁箔袋中，以確保在常溫下保存的種子含水量處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 種子超干貯藏的細(xì)胞及生理生化變化研究

超干種子在室溫下貯藏可以達(dá)到與高含水量種子在低溫或超低溫下貯藏基本相同的效果。其從種子生活力、生理生化特性、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)、同工酶完整性、染色體變異及DNA多態(tài)性分析等多方面也得到證實(shí)。王曾麗等[9]采用硅膠干燥法超干處理一串紅種子，將種子含水量由8.9%分別降至4.5%，3.4%，3.0%，2.7%和2.2%，在室溫及5℃條件下貯藏13個(gè)月后，測(cè)定不同含水量超干種子經(jīng)復(fù)水處理后的生活力及生理指標(biāo)變化，結(jié)果表明，超干處理后，一串紅種子在室溫條件下經(jīng)過13個(gè)月的貯藏后，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)明顯高于未超干處理的對(duì)照種子，發(fā)芽高峰時(shí)間比未超干種子早1～2 d，種子萌發(fā)整齊度優(yōu)于對(duì)照，不同含水量的超干種子電導(dǎo)率低于對(duì)照，脫氫酶活性高于對(duì)照；在5℃條件下貯藏13個(gè)月的超干處理與室溫條件下相同處理相比，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)無明顯差異；在5℃條件下貯藏13個(gè)月后，與相同溫度條件下未超干處理一串紅種子相比，不同含水量的超干種子生活力與生理指標(biāo)差異較大，在種子含水量為3.4%和4.5%時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)明顯提高，電導(dǎo)率明顯下降，脫氫酶活性明顯提高，而當(dāng)種子含水量為3.0%，2.7%和2.2%時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)下降，電導(dǎo)率提高，脫氫酶活性下降。因此，適度含水量的超干處理可以使一串紅種子保持較高的活力，是理想的種子貯藏方法。

3.1 超干貯藏種子細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化

細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性是種子活力的基礎(chǔ)，在種子老化過程中，伴隨種子活力的下降，出現(xiàn)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷、細(xì)胞器和遺傳物質(zhì)畸變與解體，大量貯藏物質(zhì)外滲，各種酶活性下降等。經(jīng)超干處理的種子細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，細(xì)胞內(nèi)的超微結(jié)構(gòu)保持完整，使種子活力保持較高水平[10-12]。沈鏑等[13]研究超干大白菜種子，結(jié)果表明，子葉細(xì)胞呈收縮狀，但形態(tài)完整，老化處理后其胚根根尖分生細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)正常，線粒體、質(zhì)體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)育正常，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)清晰可辨；而未超干種子的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)無法辨認(rèn)，線粒體內(nèi)充滿電子致密物，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹，核膜模糊不清。胡家恕等[14]研究紅花種子發(fā)現(xiàn)，人工老化后其下胚軸細(xì)胞中大部分脂質(zhì)體消失，僅沿細(xì)胞壁聚集著一些脂質(zhì)體；而超干種子細(xì)胞內(nèi)部仍有大量脂質(zhì)體正常、均勻分布，這說明超干種子較未超干種子細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，抗老化能力增強(qiáng)。汪曉峰等[15-16]將榆樹種子超干處理，發(fā)現(xiàn)該類種子在老化條件下，膜結(jié)構(gòu)和功能保持完好。種子超干處理后，使膜結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞器結(jié)構(gòu)以及遺傳物質(zhì)保持完好，這從細(xì)胞學(xué)上解釋了超干種子耐藏性提高的原因。

3.2 超干貯藏種子中自由基含量和脂質(zhì)過氧化作用的變化

目前，自由基引起的脂質(zhì)過氧化作用被公認(rèn)為種子劣變的根本原因，在種子老化過程中，由脂氧合酶催化的不飽和脂肪酸反應(yīng)產(chǎn)生自由基，啟動(dòng)脂質(zhì)過氧化作用，產(chǎn)生丙二醛等揮發(fā)性醛類物質(zhì)，這些物質(zhì)在種子貯藏過程中逐漸積累并進(jìn)一步引起膜脂過氧化的發(fā)生，破壞種子的膜系統(tǒng)，導(dǎo)致種子活力迅速下降。張明方等[17-19]研究表明，種子活力顯著高于未超干種子，其細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生速度和數(shù)量低于未超干種子；其次，超干種子活力保持與自由基清除系統(tǒng)完好有關(guān)。田云芳等[20]用硅膠干燥向日葵種子，得到5%以下不同含水量的種子于50℃人工老化，同時(shí)進(jìn)行抗氧化酶系統(tǒng)、MDA、熱穩(wěn)定蛋白的動(dòng)態(tài)變化跟蹤比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工老化后，適當(dāng)超干的（MC＝3.67%，MC＝2.08%）種子仍具有較高的發(fā)芽率與活力指數(shù)，且種子內(nèi)部清除活性氧的酶SOD（超氧歧化酶）、POD（過氧化物酶）、CAT（過氧化氫酶）仍保持較高的活性，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）的積累也明顯少于對(duì)照，熱穩(wěn)定蛋白也以適度超干的向日葵種子為最高。

4 種子超干貯藏的研究前景

種子超干貯藏首先解決了種質(zhì)尤其是短命類種質(zhì)壽命短、常規(guī)貯藏易劣變、死亡導(dǎo)致的資源損失，以及由此帶來的對(duì)育種工作的不利影響，使種質(zhì)交流、長(zhǎng)期保存更加方便安全，保證了育種工作的順利進(jìn)行，提高了育種成效；其次，使高價(jià)值種子常溫下的長(zhǎng)期貯藏得以實(shí)現(xiàn)，提高種子質(zhì)量，最終促進(jìn)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

因此，超干貯藏技術(shù)在種質(zhì)資源保存上具有巨大的應(yīng)用潛力，目前，在油類種子或小粒種子上具有可行性。超干貯藏技術(shù)的推廣應(yīng)用，必將在極大程度上代替種子的低溫貯藏，大大減少低溫庫(kù)的建設(shè)、維護(hù)費(fèi)用，降低了種子保存成本，有利于種子業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但要真正在種子庫(kù)普遍應(yīng)用還有很大的差距，在技術(shù)可行性上還存在很多困難，需進(jìn)一步深入研究。

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