種子超干貯藏研究

高志慧

（大同大學農(nóng)學與生命科學學院，山西 大同 037009）

種子貯藏壽命的長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，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80年代末，經(jīng)過20多a的研究，在超干作用機理、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展。目前，超干貯藏已成為世界各國科學家認可的種子貯藏方式之一[1]。

1 種子超干貯藏的研究對象

多年來，種子超干貯藏的研究涉及到大約50個物種，研究對象大多為蔬菜、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短（如放置在常溫下，壽命只有2個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)不會對種子造成傷害。判斷種子是否受到傷害不能簡單地以種子干燥后生活力和活力下降與否為標準，而要考慮是否產(chǎn)生潛在的傷害、影響種子貯藏一段時間后的狀況。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]以硅膠為干燥劑進行研究，結(jié)果表明，不同干燥速率對種子生活力沒有影響。鄭曉鷹等[4]針對5種種子材料，比較了硅膠室溫干燥、真空冷凍干燥機干燥、低溫低濕干燥以及電熱鼓風干燥箱加溫干燥4種干燥方法對超干貯藏的影響，認為只有加溫干燥會對種子產(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，當水分含量低于5.97%時，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 種子超干貯藏的細胞及生理生化變化研究

超干種子在室溫下貯藏可以達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。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個月后，測定不同含水量超干種子經(jīng)復水處理后的生活力及生理指標變化，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個月的貯藏后，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)明顯高于未超干處理的對照種子，發(fā)芽高峰時間比未超干種子早1～2 d，種子萌發(fā)整齊度優(yōu)于對照，不同含水量的超干種子電導率低于對照，脫氫酶活性高于對照；在5℃條件下貯藏13個月的超干處理與室溫條件下相同處理相比，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)無明顯差異；在5℃條件下貯藏13個月后，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差異較大，在種子含水量為3.4%和4.5%時，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)明顯提高，電導率明顯下降，脫氫酶活性明顯提高，而當種子含水量為3.0%，2.7%和2.2%時，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)下降，電導率提高，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 超干貯藏種子細胞結(jié)構(gòu)的變化

細胞結(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)細胞膜結(jié)構(gòu)損傷、細胞器和遺傳物質(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)超干處理的種子細胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，細胞內(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，子葉細胞呈收縮狀，但形態(tài)完整，老化處理后其胚根根尖分生細胞超微結(jié)構(gòu)正常，線粒體、質(zhì)體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)育正常，細胞膜結(jié)構(gòu)清晰可辨；而未超干種子的細胞膜結(jié)構(gòu)無法辨認，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胞中大部分脂質(zhì)體消失，僅沿細胞壁聚集著一些脂質(zhì)體；而超干種子細胞內(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胞結(jié)構(gòu)完整，抗老化能力增強。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、細胞器結(jié)構(gòu)以及遺傳物質(zhì)保持完好，這從細胞學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產(chǎn)生自由基，啟動脂質(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一步引起膜脂過氧化的發(fā)生，破壞種子的膜系統(tǒng)，導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，同時進行抗氧化酶系統(tǒng)、MDA、熱穩(wěn)定蛋白的動態(tài)變化跟蹤比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工老化后，適當超干的（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、死亡導致的資源損失，以及由此帶來的對育種工作的不利影響，使種質(zhì)交流、長期保存更加方便安全，保證了育種工作的順利進行，提高了育種成效；其次，使高價值種子常溫下的長期貯藏得以實現(xiàn)，提高種子質(zhì)量，最終促進作物產(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，大大減少低溫庫的建設、維護費用，降低了種子保存成本，有利于種子業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但要真正在種子庫普遍應用還有很大的差距，在技術(shù)可行性上還存在很多困難，需進一步深入研究。

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