‘曼赛龙柚’种子不同发育期高温耐性研究

全球变暖导致极端高温频发,植物种子不可避免地置身于高温胁迫环境之中。为探究种子高温耐性的生理基础,该文以中间型种子‘曼赛龙柚’(Citrus maxima‘Mansailong’)为实验材料,对不同发育阶段的种子进行高温处理,并同步检测各个发育时期种子的形态变化、可溶性蛋白和热稳定蛋白含量以及细胞超显微结构的变化。结果表明:(1)在花后23周到49周的整个发育过程中,种子含水量明显降低,鲜重显著增加,干重与鲜重的百分比也有明显的提高,这些指标均是在花后31周前后快速变化,到花后41周趋于稳定。(2)种子在花后29周获得完全的成苗能力和初步的高温耐性,此后高温耐性逐渐增加,并在花后37~49周之间快速提高。与种子高温耐性的变化相似,种子中可溶性蛋白和热稳定蛋白含量在花后23~49周均呈连续升高趋势,相关性分析表明在整个发育过程中这两者的积累与种子的高温耐性呈显著正相关。(3)超显微结构观察发现,随着种子的发育,线粒体逐渐减少,胚轴细胞体积逐渐变小,细胞中脂质体逐渐增多并且排列趋于规则,同时液泡由小变大且后期的液泡中充斥着黑色絮状物。综上所述,‘曼赛龙柚’种子在花后41周达到生理成熟,没有明显的成熟脱水过程;其高温耐性是在发育过程中获得并逐渐提高,直到种子发育的后期;种子中可溶性蛋白和热稳定蛋白含量的增加及细胞超显微结构的变化对种子高温耐性的发育具有重要贡献。

脱水速率和降温速率对葡萄柚种子超低温保存的影响

以新鲜葡萄柚(Citrus paradise)种子为材料,使用3种脱水速率处理至约20%含水量,然后用饱和盐溶液平衡至10种不同的含水量,再进行简化的二步法超低温保存;同时,以经过15℃、50%相对湿度(RH)条件脱水至含水量约12%的葡萄柚种子为材料,使用程序降温仪进行5个降温速率和3个预冷温度的传统二步法超低温保存。结果表明,葡萄柚种子对脱水敏感,种子含水量越低,成苗率越低。而且,脱水速率越快,对种子的损伤越大,成苗率呈现75%RH>50%RH>15%RH;冷冻处理对种子有进一步的伤害,含水量6%~8%的种子超低温保存效果最佳,但脱水速率对超低温保存的种子成苗率的影响不明显。用传统二步法超低温保存葡萄柚种子,与预冷对照相比,经液氮冷冻的种子成苗率都有明显下降。在预冷对照组中,-2.5℃·min^(-1)降温速率的种子成苗率最高,在冷冻保存中-0.5℃·min^(-1)和-0.25℃·min^(-1)的降温速率最有利于超低温保存。预冷温度从-40℃降至-60℃,未超低温处理种子的发芽率降低,但超低温处理种子的发芽率提高。

脱水速率对非洲柚种子脱水耐性的影响

通过脱水速率对不同发育阶段的非洲柚种子脱水耐性影响的研究,其结果表明:花后130 d,190 d,245 d和275 d的非洲柚种子在慢速脱水的条件下具有比快速脱水更强的脱水耐性,而且差异显著(P<0.05)。但对于花后155 d和220 d的非洲柚种子,快速脱水和慢速脱水条件下脱水耐性差别变小,未达到显著性水平;脱水速率对非洲柚种子脱水耐性的影响与种子的发育阶段有关。这样的结果与前人以正常性大豆种子和玉米胚为材料得到的结果相类似。研究认为,脱水速率对中间型非洲柚种子脱水耐性的影响,可能主要在于慢速脱水能够诱导某些与脱水耐性相关的蛋白的表达和积累。慢速脱水诱导脱水耐性必需以种子具有相应的遗传基础为前提,而且需要选择合适的时机。