超低温保存对顽拗性种子的细胞学和生理学影响

西双版纳热带植物园,2012-07-30

目前来说，超低温保存被认为是唯一能够实现顽拗性种子长期保存的方法。然而，在过去的30年中，许多顽拗性种子的超低温保存试验都已失败告终，迄今为止仅有少数顽拗性种子通过超低温技术成功的长期保存。其主要原因是，从液氮中取出种子后会造成顽拗性种子活力的丧失，这称为超低温伤害。尽管在超低温保存过程中超低温伤害是很普遍的现象，但是其背后的相关机理还未有完整的阐述。

中科院西双版纳热带植物园种质资源库库长文彬副研究员研究发现，蒲葵Livistona chinensis的种子为顽拗性种子，常规保存1年后，种子将失去活力；然而，通过超低温保存其胚，2年后胚的活力几乎没有改变。胚在适当的脱水后，可以通过超低温来成功保存，可以看出适当脱水可以有效地避免超低温伤害。在此基础上，文彬结合细胞学和生物化学的方法研究了蒲葵的胚在超低温保存过程中超低温伤害的发生，分析超低温伤害与原生质膜的不稳定、细胞超微结构的改性以及脱水和冻融处理引起的抗氧化酶形式的改变之间的相关性。

研究发现，蒲葵的胚在没有进行超低温处理时，细胞超微结构和原生质膜完整性的破坏程度与胚的含水量呈负相关；而通过超低温处理后，则呈现正相关。脱水与冷冻处理对丙二醛的活性影响很小，尽管这些处理能够严重降低胚的活力。脱水处理后，脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）与谷胱甘肽还原酶（GR）活性的变化甚小，但是使抗坏血酸过氧化物酶（APX）与过氧化氢酶（CAT）的活性明显降低。超低温处理能够进一步降低抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）的活性，然而在脱水后却能够提高过氧化氢酶（CAT）的活性。在冻-融循环过程中，一个新的脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）同工酶被诱导出来。在对照中，胚细胞中的脂膜过氧化作用被检测到，而且脱水和低温处理可以提高脂膜过氧化作用。丙二醛（MDA）的含量在胚的冷冻复苏时可以最多增加30%。

上述结果表明，胚的活力变化与细胞超微结构和原生质完整性的破坏具有密切关系，而与抗氧化剂活性和丙二醛（MDA）含量的增加没有直接关系。

相关研究结果以Cytological and physiological changes in recalcitrant Chinese fan palm (Livistona chinensis) embryos during cryopreservation 为题，在国际细胞生物学杂志Protoplasma（doi:10.1007/s00709-011-0283-4）上发表。