Page 125 - 《广西植物》2023年第12期

１２ 期 彭颖等: 八棱海棠种子超低温保存中含水量对糖代谢的影响 ２ ２ ９ １

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎꎬ ｂｕｔ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｎｏｔ ｆｕｌｌｙ
ｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｗａｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｅｄ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｖｉａｂｉｌｉｔｙꎬ
Ｍａｌｕｓ × ｒｏｂｕｓｔａ ｓｅｅｄｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｓｉｌｉｃａ ｇｅｌ. Ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｖｉａｂｉｌｉｔｙꎬ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ
ｒｅｌａｔｅｄ ｅｎｚｙｍｅ ｉｎｄｅｘｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１) Ａｆｔｅｒ １５ ｄａｙｓ ｏｆ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔꎬ
ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄꎬ ａｎｄ
ｔｈｅ ｓｅｅｄｓ ｗｉｔｈ ９.０２％ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｈａｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅꎬ ａｔ ５３.３３％. Ｂｕｔ ａｆｔｅｒ １２０ ｄａｙｓ ｏｆ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎꎬ
ｔｈｅ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｅｄｓ ｗｉｔｈ ６.４０％ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｇｏｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ
ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅꎬ ａｔ ２７.７８％. Ｔｈｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｍａｌｕｓ × ｒｏｂｕｓｔａ ｓｅｅｄｓ ｈａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ
ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ａｆｔｅｒ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ. Ｉｔ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｉｍｅ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ
ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｉｍｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ. (２) Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ (ｒ ＝ － ０.８２). Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ
ｆｒｕｃｔｏｓｅ ａｎｄ ｓｕｃｒｏｓｅ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ａｃｉｄ ｉｎｖｅｒｔａｓｅꎬ ｆｒｕｃｔｏｋｉｎａｓｅꎬ ｗｈｉｌｅ ｓｅｅｄ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅ
ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅｓｅ ｉｎｄｅｘｅｓꎬ ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｓｕｃｒｏｓｅ ａｎｄ ｆｒｕｃｔｏｓｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ
ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａｃｉｄ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｅｎｚｙｍｅｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｎ ｔｕｒｎ ａｆｆｅｃｔｓ ｓｕｃｒｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｔｏ ｒｅｓｐｏｎｄ ｔｏ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ
ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ. Ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｆｒｕｃｔｏｓｅ
ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｔｈｒｏｕｇｈ ｆｒｕｃｔｏｓｅ ｋｉｎａｓｅ. Ｂｅｓｉｄｅｓꎬ ａｌｇｉｎａｔｅ ｗａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ Ｍａｌｕｓ × ｒｏｂｕｓｔａ
ｓｅｅｄ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓｅｓ. Ｉｎ ｓｕｍｍａｒｙꎬ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｈａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ
ｏｆ Ｍａｌｕｓ × ｒｏｂｕｓｔａ ｓｅｅｄｓ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｃｒｏｓｅ ａｎｄ ｆｒｕｃｔｏｓｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ. Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ
ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｅｅｄ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｍａｌｕｓ × ｒｏｂｕｓｔａꎬ ｓｅｅｄ ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎꎬ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ｓｕｇａｒ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍꎬ ｅｎｚｙｍｅ ｏｆ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ

八 棱 海 棠 ( Ｍａｌｕｓ × ｒｏｂｕｓｔａ) 隶 属 于 蔷 薇 科 伤ꎬ快速冷冻会引起细胞发生冰晶损伤( Ｍａｚｕｒ ｅｔ

( Ｒｏｓａｃｅａｅ) 苹 果 属 ( Ｍａｌｕｓ) ( 陆 秋 农 和 贾 定 贤ꎬ ａｌ.ꎬ １９７２)ꎮ 近年来研究也显示ꎬＲＯＳ 介导的氧化
１９９９) ꎬ是重要的种质资源ꎬ其适应性和抗逆性均 应激可能是含水量变化导致种子超低温保存活力
较强ꎬ既是优秀的观赏海棠ꎬ也是一种优良的苹 降低的损伤机制之一(曹柏ꎬ ２０１６ꎻ 李萍ꎬ ２０１８)ꎮ

果砧木( 河 北 省 农 林 科 学 院 昌 黎 果 树 研 究 所ꎬ 研究表明ꎬ在特定的逆境条件下ꎬ糖在压力感
１９８６) ꎬ主要通过播种提供砧木苗ꎬ因此ꎬ其种子 知、信号传递和胁迫介导的基因表达中发挥着关
资源保存具有重要意义ꎮ 超低温保存是种质永 键作用ꎬ确保渗透调节反应、清除 ＲＯＳꎬ并通过碳
久保存最有潜力的技术ꎬ具有环保、方便、节约成 分配维持细胞能量状态(Ｓａｄｄｈｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１)ꎮ 其
本等诸多优点ꎬ受到广泛关注ꎮ 目前ꎬ仅见八棱 中ꎬ糖含量与相关酶活性是较为敏感的指标ꎬ易受
海棠在低温( － ３５ ~ ５ ℃ ) 贮藏的报道ꎬ瓶装密封 环境因素 的 影 响ꎬ 并 对 胁 迫 做 出 反 应 ( 方 诗 雯ꎬ

在 ０ ~ ５ ℃ 冰 箱 冷 藏 保 存 效 果 较 好 ( 何 建 斌 等ꎬ ２０１８)ꎮ 不同含水量种子超低温保存中面临低温
２０２２) ꎮ 因此研究八棱海棠种子的超低温保存ꎬ 和脱水双重胁迫ꎬ而含水量是否会通过影响糖代
实现其 种 质 资 源 的 永 久 保 存 具 有 重 要 的 应 用 谢进 而 影 响 超 低 温 保 存 后 种 子 的 萌 发 尚 未 见
价值ꎮ 报道ꎮ
含水量是影响种子生活 力 的 关 键 因 素 之 一 本文以八棱海棠种子为材料ꎬ通过研究超低
(Ｃｈｍｉｅｌａｒｚꎬ ２００９ꎻ Ｗｅｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００９)ꎬ大量研究表 温保存的适宜含水量ꎬ探究不同含水量种子超低
明ꎬ超低温保存后ꎬ只有在适宜的种子含水量时才 温保存效果差异的生理基础ꎬ拟探讨以下问题:
能获得较高的萌发率( Ｇｅｎｅｒｏｓｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９ꎻ 张晓 (１)含水量是否会影响八棱海棠种子超低温保存
宁等ꎬ ２０２０)ꎬ但其作用机制尚不完全清楚ꎬ一般 后的生活力ꎻ(２)含水量影响超低温保存生活力的
认为含水量变化与细胞低温损伤“两因素假说” 相 作用机制ꎮ 本研究为进一步提高种子超低温保存
关ꎬ即慢速冷冻会引起细胞逐渐脱水ꎬ发生溶质损 后的生活力提供依据ꎮ