種子的活力隨著貯藏時(shí)間增加的變化情況
長(zhǎng)期貯藏實(shí)驗(yàn)
證明低含水量和低溫有利于生活力保持的文章一直很多，不能全都列舉，這里只能對(duì)那些含有大量資料的文章或很少研究報(bào)道的種類(lèi)，以及長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行重點(diǎn)的討論。由于正在制定長(zhǎng)期貯藏種子、特別是基因保存樣品的貯藏方案，長(zhǎng)期貯藏種子的實(shí)驗(yàn)很有參考價(jià)值。RinCker報(bào)道了一個(gè)長(zhǎng)期貯藏鄉(xiāng)蒸結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)幣產(chǎn)于3個(gè)地區(qū)的7種飼料作物共291個(gè)種子批，原始低含水量為4~8%，在-5~—15℃溫度，60~90%相對(duì)濕度環(huán)境下貯藏21年，其中大部分時(shí)間是在—15℃，60%相對(duì)濕度的條件。
這7種作物：百脈根、白車(chē)軸草、紫首蓓、梯牧草、鴨茅、紅車(chē)軸草、無(wú)芒雀麥的原始平均生活力百分率分別為86、96、86、77、81、74、99。經(jīng)過(guò)上面條件下的貯藏，這7種作物的所有種子批的絕大多數(shù)仍保存有50%以上的生活力，而且許多種子批生活力在70%以上。其中前3種生活力保存最好，第四、五種居中，最后兩種較差。因此可以看出，除了無(wú)芒雀麥以外，壽命潛力與種子原始生活力有很大關(guān)系。對(duì)照方程式(1)知道，在一個(gè)給定的條件下，種子壽命是與種類(lèi)和每個(gè)種子批的原始生活力百分率密切相關(guān)的。如果方程式(1)適用于上面的實(shí)驗(yàn)，那么實(shí)驗(yàn)里種類(lèi)間壽命的明顯不同，則可能主要是由于每個(gè)種的種子原始質(zhì)量不同造成的，只有無(wú)芒雀麥除外，它盡管有較高的原始生活力，但比其它種類(lèi)傾向于喪失更多的生活力。上述實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)種子批的詳細(xì)情況沒(méi)有報(bào)道，但Rinoker也提出了種子批質(zhì)量，比產(chǎn)地對(duì)生活力保存更為重要。當(dāng)然，產(chǎn)地氣候可以影響種子原始質(zhì)量，但可能在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，氣候差異還沒(méi)有達(dá)到對(duì)種子原始質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響的程度。
報(bào)道了對(duì)黑麥、小麥、燕麥分別在一18℃和1~4℃條件下貯藏5年的實(shí)結(jié)果。這期間，含水量9.5%或驗(yàn)11.5%的黑麥，含水量10.5%的小麥，含水量在10.。%的燕麥的生活力都沒(méi)有明顯的降低。一般認(rèn)為甘蔗種子是短命置的，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)J己它放莊—10℃于硅膠中，可以至少貯藏2年，生活力也沒(méi)有明顯降低。
報(bào)道了在美國(guó)達(dá)科他北部地區(qū)，沒(méi)有溫度、濕度控制條件下，對(duì)紫首著和野首著的228個(gè)種子批，貯藏68年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.其中紫首楷的種子批，經(jīng)過(guò)62年貯藏后顯示29%的生活力，但“年后則只有0.3%。野首著種子的生活力保存情況比上一種稍好，并提出這可能是這種種子硬實(shí)率較高的緣故。
在美國(guó)猶他洲調(diào)查了32種當(dāng)?shù)毓嗄净蜷熑~草種類(lèi)在露天倉(cāng)庫(kù)條件下貯藏15年后生活力變化情況：沒(méi)有含水量記錄，但季節(jié)平均溫度在-3~20℃之間。在這樣條件下，有14種的種子生活力沒(méi)有受到明顯影響，有9種的種子在10年內(nèi)喪失了全部生活力。
Sanada等(1951)報(bào)道了蘋(píng)果種子在5~—7℃條件下貯藏結(jié)果，其中9.1%含水量的種子在5℃貯藏7年后，保存著95%的生活力，而含水量5%的種子貯藏效果比9.1%含水量的種子更好。Earker和Johnstone(1980)報(bào)道了101個(gè)土豆品種貯藏20年的長(zhǎng)期貯藏實(shí)驗(yàn)結(jié)果。前14年種子貯藏在一個(gè)環(huán)繞的房間條件下，以后又貯存在10℃和較低一些的淚對(duì)濕度條件下。大多數(shù)種子起碼可以在10年內(nèi)生活力保存完好，但10年后就會(huì)有一些生活力的喪失，一些品種的發(fā)芽變慢，20年后一些品種就只有很低的生活力了。Howard(1980)曾報(bào)道土豆的一些樣品和Solanumvernei的一個(gè)樣品在6℃密封玻璃管內(nèi)貯藏25年生活力仍保存的很好。含水量雖沒(méi)有被記錄，但也說(shuō)明前面實(shí)驗(yàn)中保存不太好的樣品，有可能是比另外一些樣品更潮濕一些的緣故。
Norden報(bào)道在6%含水量2~5℃條件下，去皮的花生至少可以貯藏10年，而更高溫度的實(shí)驗(yàn)處理表明，采取更低的含水量比如2%會(huì)更好些。大豆非被認(rèn)為是難于貯藏的，這部分原因是難于獲得高質(zhì)量的種子，根據(jù)大豆種子在8~14%含水量、-1~27℃條件下，貯藏3年實(shí)驗(yàn)結(jié)果，已經(jīng)證明在較低的溫度和含水量條件下，可以長(zhǎng)期貯藏大豆種子。
生活力喪失前的劣變癥狀生活力喪失是種子劣變的最終結(jié)果，在種子死亡前，有許多劣變的癥狀，但通常不能對(duì)單一種子的劣變過(guò)程進(jìn)行追蹤研究，因?yàn)榇蠖鄶?shù)實(shí)驗(yàn)會(huì)破壞種子，因此種子個(gè)體發(fā)育上的變化只能參考從種子批中篩選出來(lái)的順次樣品。種子在分子水平發(fā)生的一變化，影響酶活性和核酸、細(xì)胞膜的完整性，然后又導(dǎo)致種子和種苗發(fā)生變化，例如：細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)滲出，發(fā)芽所需時(shí)間增一長(zhǎng)，種苗生長(zhǎng)速度下降和形態(tài)不正常幼苗產(chǎn)生。這種變化與種子萌發(fā)的不良條件相互作用，結(jié)果造成：苗床的逆境越大(象特別高溫，低水勢(shì)，由病原菌等引起的厭氧微生物環(huán)境)，低質(zhì)量種子萌發(fā)或出土的可能性就越小。但如果種子能存活下來(lái)，那么許多損傷可通過(guò)亞細(xì)胞水平轉(zhuǎn)換系統(tǒng)得到修復(fù)或排除，不過(guò)一些DNA變化可能不會(huì)逆轉(zhuǎn)，既使不立刻表現(xiàn)出來(lái)(隱性突變)，也可能通過(guò)表現(xiàn)型不受影響的子代傳給第三代，再通過(guò)基因分離而表現(xiàn)出來(lái)。
細(xì)胞質(zhì)劣變
在上一篇綜述中已指出，伴隨種子劣變的分子水平變化有種種情況，但很難斷定哪一種變化是引起種子老化，如萌發(fā)速度的減慢，形態(tài)變異苗的產(chǎn)生及喪失生活力的直接原因。最近幾年又有大量的研究報(bào)道文章，但問(wèn)題仍不清楚。一些文章補(bǔ)充了一些關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和酶活性變化的資料，例如，球蛋白的減少和白蛋白的增加，BAPAses的復(fù)雜變化，各種水解酶的活力降低，唬泊酸半醛脫氫酶活性的降低，細(xì)胞器中DNA聚合酶活力降低，核糖體PNA完整性喪失，呼吸代謝上的變化即參與搪酵解活動(dòng)的三鞍酸活性喪失。與上面報(bào)道相矛盾的是，報(bào)老化的大豆種子中p—淀粉酶活性增加。發(fā)現(xiàn)小麥胚中蛋白質(zhì)的合成活動(dòng)不是均勻下降，而是在第一基節(jié)和盾片處持續(xù)長(zhǎng)一些。
酶活性的改變有時(shí)是由于酶本身的變性，有時(shí)是由于酶的合成能力的降低。對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，有些酶合成能力的降低，可能發(fā)生于轉(zhuǎn)錄水平上，但也有各方面的證據(jù)說(shuō)明翻譯也能影響酶的合成能力。除了酶活性變化外，種子劣變的一個(gè)普遍現(xiàn)象是細(xì)胞膜完整性的喪失。通過(guò)用—300v的靜電荷處理玉米種子，增加了生活力，提高了活力，并減少了亞細(xì)胞劣變，利用真空數(shù)種置床儀播種五百粒種子，然后置種500粒未處理的種子，對(duì)比分析，處理過(guò)的種子產(chǎn)量增高。用各種據(jù)認(rèn)為能防止自由基損傷的化學(xué)藥品處理小麥種子，使其生活力和活力均有少量的提高。一些作者相信這種膜損傷是由于自由基形成以后的脂質(zhì)過(guò)氧化作用。但證據(jù)是矛盾的，而且最近不支持這一假說(shuō)的證據(jù)正在增加。過(guò)去曾推測(cè)能防止細(xì)胞膜過(guò)氧化作用的天然抗氧化物質(zhì)會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而減少，但對(duì)小麥和大豆維生素E水平的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并非如此。甚至在大豆種子老化過(guò)程中根本就沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)氧脂化作用。不過(guò)既使膜損傷原因不是類(lèi)脂氧化作用，膜劣變也是種子劣變重要部分，且證據(jù)仍不斷增加。提出大豆種子劣變的基本原因是細(xì)胞膜不能通過(guò)回水修復(fù)損傷。在花生種子老化過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫化物，在溶質(zhì)滲出增加和萌發(fā)減少以前在具有極性的類(lèi)脂亞基中，脂肪酸結(jié)構(gòu)并沒(méi)有改變，而是脂肪酸含量下降。他們提出：生活力喪失的原因是由于膜脂完整性喪失后造成的亞細(xì)胞分室控制作用的喪失。證明在碗豆種子老化程中，細(xì)胞膜滲漏的增加與磷脂，主要是磷脂酞膽堿的減少是一致的。他們還證明脂質(zhì)氧化，如果發(fā)生的話(huà)，也是在膜劣變的相對(duì)晚期.另外，認(rèn)為膜蛋白中的蛋白質(zhì)成份的氧化聚合可能與膜劣變有關(guān)。
細(xì)胞核劣變
存活種子生活力百分率與其細(xì)胞染色體損傷的累積量具有密切關(guān)系。嚴(yán)重的染色體變異在幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)通過(guò)復(fù)制選擇得到修復(fù)，但許多點(diǎn)突變會(huì)遺傳給子代。雖然曾否認(rèn)染色體變異與種子生活力百分率的關(guān)系，但通過(guò)對(duì)小麥的細(xì)致研究，又進(jìn)一步證實(shí)了這一關(guān)系.在豌豆種子也第一次發(fā)現(xiàn)了與生活力喪失有關(guān)的多基因控制的遺傳表現(xiàn)性狀改變。觀察到黑麥種子胚劣變過(guò)程中發(fā)生染色體斷裂和DNA酶活化情況，提出這種DNA完整性的喪失可能就是在種子萌發(fā)時(shí)看到的染色體變異和轉(zhuǎn)錄減少的一種根源，雖然一些損傷可能會(huì)在萌發(fā)早期得到修復(fù)。也有證據(jù)說(shuō)明貯藏中發(fā)生的一些染色體變異，若在萌發(fā)時(shí)沒(méi)有發(fā)生氧化就不會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。一些特殊的染色體可能比其它染色體更容易受到損害(Pieeh和SuPryn，1979)。除了DNA本身變化外，也有另外核物質(zhì)改變的證據(jù)。在硬粒小麥較陳舊的種子里。觀察到了組蛋白和DN人比例的增加.Banerjee等(1951)報(bào)道在水稻老化種子里，不僅核中DAN和蛋白質(zhì)含量下降，而且P32的滲入也減少.Murata等(1980)證明老化種子中存在延遲有絲分裂的情況，雖然這并不一定說(shuō)明染色體本身的變化。
長(zhǎng)期貯藏后種子質(zhì)量的指標(biāo)之一：產(chǎn)量
每個(gè)種子的活力喪失先于生活力的喪失，因此在生活力喪失被觀察到以前，常常存在各種程度的生活力下降，其特征之一就是當(dāng)貯藏種子的活力下降時(shí)，存活種子萌發(fā)所需時(shí)間的拉長(zhǎng)。如果活力喪失很?chē)?yán)重，就會(huì)影響作物產(chǎn)量。對(duì)作物產(chǎn)量的研究使人們堅(jiān)信在長(zhǎng)期貯藏中，不僅種子生活力而且種子批質(zhì)量均可以得到保存。4種飼料作物：鴨茅、無(wú)芒雀麥、梯牧草、牛尾草的種子在—15℃貯藏12~15年以后與新鮮種子的產(chǎn)量比較情況，前3種和新鮮種子的產(chǎn)量一樣，只有牛尾草除外，而這一種在貯藏前就只有79%的較低生活力。另一項(xiàng)對(duì)4種豆科飼料作物：紫首蓓、紅車(chē)軸草、雜種車(chē)軸草、百脈根的種子產(chǎn)量研究表明，在和前一實(shí)驗(yàn)相同條件下，經(jīng)過(guò)14~18年貯藏，其產(chǎn)量和新鮮種子相比沒(méi)有差別。這項(xiàng)試驗(yàn)的一個(gè)重要部分，是關(guān)于紅車(chē)軸草種子的貯藏比較：一份樣品一直在—15℃貯藏，另一份樣品16年中每隔一周從一15℃條件下轉(zhuǎn)移到室溫下解凍24小時(shí)。這種從—15℃到室溫的轉(zhuǎn)換一共不下600次，但對(duì)種子生活力或產(chǎn)量都沒(méi)有產(chǎn)生明顯影響，這證實(shí)了溫度的短時(shí)間改變不會(huì)對(duì)種子劣變?cè)斐捎绊懙挠^點(diǎn)。
對(duì)在較低合水量下4.1~6.4%，—25℃室溫下貯藏9~11年的離芭種子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)生活力只有很少的損失，最終百分率都在73~95%之間。在這樣情況下，雖然老的種子產(chǎn)生較多的不正常苗，但其產(chǎn)量與從新鮮種子收獲的產(chǎn)量比較沒(méi)有明顯差別。
結(jié)論
種子干燥是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，但隨著人們對(duì)環(huán)境因素的更好理解，可能會(huì)找到更合理的方法。在種子劣變過(guò)程中，有許多亞細(xì)胞水平變化，但很難確定那一種變化更重要，哪一種變化是劣變的根源，哪一種是劣變的后果。核變化具有長(zhǎng)期的影響，因?yàn)樗鼈兛梢杂绊懽哟�，但通過(guò)合適的貯藏技術(shù)可以減少它們的發(fā)生率。由于基因突變會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)劣變，造成基因改變的原因必須研究。
