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版纳园揭示超低温保存对顽拗性种子的细胞学和生理学影响

2012-07-31 09:50 文彬 中国科学院西双版纳热带植物园 阅读 0
核心摘要: 中国科学院西双版纳热带植物园文彬副研究员团队研究了蒲葵(Livistona chinensis)顽拗性种子在超低温保存过程中的细胞学和生理学变化。研究发现,适当脱水可有效避免超低温伤害,胚的活力变化与细胞超微结构和原生质膜完整性破坏密切相关,而与抗氧化酶活性和丙二醛含量增加无直接关系。该研究为顽拗性种子的长期保存提供了重要理论依据。

目前,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均以失败告终,迄今为止仅有少数顽拗性种子通过超低温技术成功实现长期保存。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,这被称为超低温伤害。尽管超低温伤害在超低温保存过程中十分普遍,但其背后的相关机理尚未得到完整阐述。

中国科学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。胚在适当脱水后,可以通过超低温成功保存,这表明适当脱水可以有效避免超低温伤害。在此基础上,文彬结合细胞学和生物化学的方法,研究了蒲葵胚在超低温保存过程中超低温伤害的发生,分析了超低温伤害与原生质膜的不稳定、细胞超微结构的改变以及脱水和冻融处理引起的抗氧化酶形式变化之间的相关性。

研究发现,蒲葵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;而经过超低温处理后,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)的活性变化甚微,但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APX和GR的活性,然而在脱水后却能够提高CAT的活性。在冻融循环过程中,一个新的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,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增加最多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密切相关,而与抗氧化剂活性和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。

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