1、“国家级大学生创新创业训练计划”项目申报书学 院： 植物科学学院项目名称：沙生柽柳种子超干处理过程中外源保护性物质对种子活力的影响研究 创新训练项目创业训练项目项目类型：创新创业训练项目负 责 人： 周小明指导教师： 刘艳萍塔里木大学教务处二一二年三月填 写 须 知一、项目分类说明：1.创新训练项目是本科生个人或团队，在导师指导下，自主完成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告撰写等工作。2.创业训练项目是本科生团队，在导师指导下，团队中每个学生在项目实施过程中扮演一个或多个具体的角色，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、 进 行一定程度的验
2、证试验，撰写创业报告等工作。3.创新创业训练项目是学生团队，在学校导师和企业导师共同指导下，采用前期创新训练项目（或创新性实验）的成果，提出一项具有市场前景的创新性产品或者服务，以此为基础开展创业实践活动。申报该类项目需额外提交企业导师合作指导协议书作为附件。二、申报书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“ 无”。三、申请参加大学生创新创业训练计划项目团队的人数含负责人在内不得超过 5 人。四、填写完后用 A4 纸张双面打印，不得随意涂改。1项目名称 沙生柽柳种子超干处理过程中外源保护性物质对种子活力的影响研究 项目起止时间 2013 年 1 月 至 2014 年
3、6 月姓名 年级 所在学院、专业 联系电话 E-mail负责人周小明 14-2 生命科学学院生物技术 15292568544 李利民 14-2 生命科学学院生物技术 15292527589 马文杰 14-2 生命科学学院生物技术 15999407651 王帅 14-2 生命科学学院生物技术 15292530380 项目组成员姓名 刘艳萍 职务/职称 讲师所在学院 植物科学学院指导教师联系电话 15199608249 E-mail L导师简介女，满族，辽宁沈阳人，硕士，讲师。主要研究方向为植物种质保存。2000 年辽宁师范大学生命科学学院生物教育专业毕业，理学学士；2005 年辽宁师范大学生命科
4、学学院植物学专业毕业，理学硕士；硕士期间师从王起华教授，硕士论文题目为包埋脱水法超低温保存裙带菜配子体的研究 。工作期间主持并完成塔里木大学校长硕士基金“包埋玻璃化法超低温保存塔里木盆地珍稀濒危植物的研究” （项目编号：TDZKSS06001） ；参与国家科技基础条件平台建设子项目重要野生植物种质资源采集保存技术规范和标准研制及整合共享中的专题“新疆天山南坡中西部野生植物资源采集和整理” （子项目编号：2005DKA210006） 。参与新疆维吾尔自治区创新研究群体基金项目“新疆杏种质资源评价与新品种的选育研究” （项目编号：2006JC06） 。主持国家自然科学基金“超干保存对塔里木盆地四种
5、珍稀濒危植物种子活力影响机理的研究（项目编号：31160069） ”。发表相关论文 8 篇2一、项目简介种子含水量和贮藏温度是影响种子贮存寿命的两个最重要因子，适当降低种子含水量和贮藏温度均可有效延长种子寿命。但长期以来受干燥技术上的限制和脱水方法不当，很难将种子含水量降至 5%以下，加上忽略种子萌发前“再水合”过程中吸胀损伤的预防和渗控，致使普遍认为种子不宜太干,经典理论将 5%定为种子安全含水量下限，认为突破此下限将加速种子活力下降和种质变异的发生。加上在生命科学中很受重视的自由基与脂质过氧化理论对种子贮藏生理的渗透影响，更加束缚了人们对种子超干保存可行性问题的探索。所以当今世界各国普遍采
6、用低温库的方式来保存植物种质资源,但建库与每年维持运转的高昂耗费已成为大多数国家难以承受的负担，急需找寻经济简便的其他保存技术。20 世纪 80 年代末兴起的种子超干燥保存技术（先将种子含水量降至 5%以下然后于常温条件下密封保存）不仅简便易行而且还适宜于种质资源常温下的长期保存和高价值种子保存。沙生柽柳是我国西部地区流动沙丘上优良先锋固沙造林树种，也是我国特有种，对研究亚洲中部荒漠植物区系的特点和本属的系统发育均有一定的科学意义。目前对沙生柽柳种子超干保存的研究还比较少。外源性物质对超干种子活力的研究尚不多见。通过本项目的研究确定外源性物质对沙生柽柳种子活力的影响。建立适宜沙生柽柳种子超干保
7、存的技术，并为其它植物种子超干保存提供一定的理论依据。二、申请理由1）项目组主要成员通过参与指导老师的课题及植物学、植物生理学等专业课的学习已经掌握相关的研究技术和方法。2）本研究所需要的仪器设备均已具备。3）本课题组成员对种子超干保存的研究具有较浓厚的兴趣。3三、项目方案国、内外研究现状和研究方向：种子的种质资源低温保存是目前世界上对种子保存的主要方法，国际植物遗传资源研究所曾推荐 5%1%的含水量和-18低温作为世界各国长期保存种子的理想条件。但需要消耗大量的能源和付出昂贵的机械维修、保养、运转费。超干燥贮藏，尤其为经济不发达地区寻找节能的种子贮藏方法。英国雷丁大学 Ellis 等(198
8、6) 开展超干燥贮存研究，把芝麻种子水分从 5%降至 2%,寿命可提高 40 倍，提出设想，将种子水分降至 5%以下 ,在常温下保存以干燥代替低温，降低种子保存费用。Ellis 等(1988)又将芝麻、亚麻及牧草等种子含水量降低到安全限(5% -7%)以下(5%以下)，实现较高温的贮藏，达到同样贮存效果，以节约能源和节省运转费。并用细胞染色体的畸变率加以验证。Ellis 等 (1988-1990)又对向日葵等一些作物超干燥种子在 65贮藏条件下寿命的变化进行研究，为超干贮存可行性提供更多依据。中国科学院植物研究所在国际植物遗传资源研究所和国家基金委员会支持下，于 1989 年在国内率先开展了种
9、子种质超干保存新技术研究工作，并成为世界上开展此项研究最早、也较为系统深入的单位之一。目的即为突破传统的 5%种子安全含水量下限的束缚，为节能型的种子保存新技术的开发提供理论与应用依据。经过对 20 余种各类植物种子的超干贮藏实验研究,在理论与实践上均取得突破，证明多数种子，特别是油料种子,通过硅胶等特殊干燥技术将含水量降至5%以下， (有些种类可以降至 1%以下) ，种子耐藏性可以大大提高,超干种子在室温下贮藏可以达到与高含水量种子在低温(-20)或超低温(-196)贮藏基本相同的贮藏效果。某些种子可能在超干过程中出现干燥损伤，在萌发初期发生吸胀损伤。但这两种损伤通过合适的干前渗调预处理如吸
10、湿回干或 PEG 处理和萌发前的逐步回湿预处理，均可得到有效减轻或消除。张云兰等(1994)对豌豆、谷子等作物超干种子进行了不同回湿方法的比较试验， 结果表明：同一品种作物，其高水分种子与低水分种子所适应的回湿方法不同，应根据种子水分的含量高低而采用适当的回湿方法，用聚乙二醇回湿种子，其浓度对渗调效果影响很大，如果使用不当，不但不能起到渗调作用，反而有损于细胞膜的修补作用。胡小荣等(1999)人研究了超干燥红麻种子预先回湿的方法，结果证明：超干燥红麻种子的吸胀损伤问题可以通过缓慢吸水来解决。胡家恕等(1999)对超干红花种子的抗老化作用及其机理进行了研究,结果发现:种子含水量降至 5%以下,能
11、4显著提高其抗老化裂变能力，超干燥虽然对细胞防御酶系统活性无明显影响，但超干燥种子胚细胞中的自由基水平相对升高。不过，萌发前经回湿处理后，可使因老化导致的过多自由基及时得到清除。朱诚等(2000)在研究超干花生种子（含水量为 2.11%）的耐贮性与脂质过氧化作用之间的关系时发现在超干贮藏过程中花生种子内部清除活性氧的酶（超氧歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶）系统均保持较高的活性，丙二醛和挥发性醛产生量较低。因此认为，对脂质过氧化的抑制作用，是超干燥种子耐贮藏的生理原因之一。种子脱水至一定的含水量, 细胞膜由流动相转变为凝胶相。细胞膜在失去水分时，在低水分下某些物质可以替代水分子通过氢键与极性大分
12、子结合，从而避免细胞膜由于水分的丧失导致不可逆的伤害，在含水量极低的状态下起到稳定膜系统的作用。陶梅等（1997）还探索了种子超干脱水的实用方法和超干种子的密封方法。Crowe 等(1992) 的研究表明，脱水过程中能产生大量的双糖，双糖能与膜磷脂的极性头部之间形成氢键，氢键使每个磷脂分子之间保持一定的空间距离，从而使得膜的液晶态得以保持。据此，可以尝试用外源糖类物质防护超干处理可能带来的膜系统的损伤。但是，即使干组织中所有的糖分子与磷脂形成氢键也不足以保护膜系统，因而认为还有其他物质参与了与膜相变相关的物理和化学过程。干种子、花粉和复苏植物中存在大量的两性物质，如苯酚、类黄酮和生物碱，这些物
13、质被认为能够阻止脱水引起的膜相变，同时它们又是有效的非酶类抗氧化剂 。Crowe 等(1996) 也表明两性物质在脱水过程中从水相进入脂相的行为有利于种子细胞忍耐水分的极度丧失，是种子耐脱水的主要因素之一。Buitink 等（1998,2000a,2000b）以吸胀的豌豆和黄瓜种子分别作为淀粉类和油类种子的代表类型，用已经开始萌动的种子作为脱水敏感体系，用 PEG 渗调处理过的种子作为耐脱水体系，研究了脱水敏感性不同的组织中，两性物质在脱水过程中在水相和脂相中的再分配。研究发现，对脱水敏感体系的胚轴细胞在脱水过程中，当含水量刚开始下降时，两性物质就已经开始从水相转入脂相，细胞粘滞度的提高也发生
14、在较高的含水量水平，在脱水过程中细胞粘滞度控制两性物质在两相中的再分配。目前对塔里木盆地濒危植物沙生柽柳种子超干保存的研究尚未见报道。目前对外源保护性物质在种子超干保存中作用的研究还较少。本项目在超干处理前添加糖类物质及两性物质，通过对超干保存的沙生柽柳种子的种子发芽率、种子活力、种子电导率和种子丙二醛含量等生理指标的测定，研究外源性物质在种子超干过程中对种子活5力的影响。为建立沙生柽柳种子超干保存技术提供理论依据。主要参考文献:1. 胡承莲.超干燥贮藏水稻种子后代遗传性状分析简报.作物品质资源,1996(4):442. 张云兰,郭新荣.超干种子回湿方法的研究作物品质资源,1994(4):48
15、503. 胡小荣,胡承莲.张云兰,等.红麻超干燥种子预先回湿方法研究.种子,1999(3):23244. 胡家恕,朱 诚,曾广文,等.超干红花种子抗老化作用及机理.植物生理学报,1999,25(2):1711775. 朱 诚,曾广文,郑光华.超干花生种子耐藏性与脂质过氧化作用.作物学报,2000,26(2):2352386. 陶 梅，辛萍萍，张云兰.实用种子超干燥和超干种子密封方法的探索.种子科技,1997(3):29317. Ellis R H, Hong T D. Logarithmic relationship between moisture content and longevity
16、 in sesame seeds. Annals of Botany, 1986(57):4995038. Ellis R H, Hong T D, Roberts E H. The low moisture content limit to the negative logarithmic relation between seed longevity and moisture content in three subspecies of rice. Annals of Botany,1992(69):53589. Ellis R H, Hong T D. Desiccation toler
17、ance and potential longevity of developing seeds of rise. Annals of Botany, 1994(73):50150610. Buitink J, Claessens MMAE , Hemming a MA , et al, Influence ofwater content and temperature on molecular mobility and intracellularglasses in seeds and pollens J . Plant Physiol, 1998(118): 531 54111. Buit
18、ink J, Leprince O, Hemminga M A , et al, Molecular mobilitythecytoplasm : An approach to describe and predict lifespan of drygermplasm J . Plant Physiol, 2000a (97): 2385 239012. Buitink J, Leprince O, Hoekstra F A , Dehydration Induced redistribution of amphiphilic molecules between cytoplasm and l
19、ipids is associated with desiccation tolerance in seeds J . Plant Physiol, 2000b(124):1413142613. Crowe J H, Hoekstra FA , Crowe LM , Anhydrobiosis J . Ann Rev Plant Physiol, 61992（54）: 570 59914. Crowe L M , Reid D S , Crowe J H , Is trehalose special for preservingdry biomaterials J .Biophys, 1996
20、（71）: 2087 209315. Hoekstra F A , Wolkers W F , Buitink J , et al. Membrane stabilization in the dried state J . CompBiochemPhysiol, 1997（117A）: 335 34116. Shirley BW, Flavonoids in seeds and grains : physiological function ,agronomic importance and the genetics of biosynthesis J .Seed Sci Res, 1998
21、（8）: 415 422研究内容：1、超干处理过程中蔗糖浓度及处理时间对种子活力的影响；2、超干处理过程中甘油浓度及处理时间对种子活力的影响；3、超干处理过程中聚乙二醇浓度及处理时间对种子活力的影响；4、超干处理过程中聚乙烯吡咯烷酮浓度及处理时间对种子活力的影响；研究方法：1干燥处理：采用硅胶室温干燥法，将经过不同浓度外源物质处理及未经处理的种子进行干燥，确定其含水量安全下限， （将种子脱水至不同含水量：对照，7%,6%,5%,4%,3%,2%） ；2种子含水量测定：参照国际种子检验规程 ；3超干种子回湿处理：测定指标前，先将超干种子放入底部盛有饱和 NH4Cl 溶液的干燥器中 2 d,然后放
22、入底部盛有水的干燥器中 2 d,进行发芽率和种子活力测定；5. 种子发芽率和活力测定：参照国际种子检验规程 ；6. 种子电导率的测定；种子经浸泡后测定其浸泡液的电导率；7. 脱氢酶（ADH）活性测定：采用 TTC（2,3 ,5 - 氯化三苯基四氮唑）法；8. 种子丙二醛含量测定：采用 TBA 法79. 采用 SPSS13.O 软件进行数据的统计分析。完全成熟的种子消毒分别经不同浓度蔗糖、甘油、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮处理超干处理至不同含水量回湿、老化处理确定其临界含水量筛选合适的人工加速老化温度、湿度实验路线图测定种子发芽率、发芽指数、活力指数各种生理生化指标测定综合分析各种因素，确定不同外源
23、物质对种子活力的影响四、项目特色与创新1、对于沙生柽柳种子超干保存的研究尚未见报道。2、目前对外源性物质对超干种子活力影响的研究较少，本项目主要是研究外源糖类物质以及外源两性物质对沙生柽柳种子超干保存过程的作用，通过对超干保存的沙生柽柳种子的发芽率和活力、种子电导率、脱氢酶活性、丙二醛含量等的研究，确定沙生柽柳种子超干保存的最低含水量。3、通过本研究可望把超干保存过程中种子的含水量近一步降低，从而延长其保存时间。为超干保存的广泛应用提供依据。8五、项目预期成果1、掌握外源糖类物质和外源两性物质对沙生柽柳种子超干处理过程中种子活力的影响；2、确定沙生柽柳种子超干保存的最适含水量；3、在重要学术刊物上发表论文 1 篇；4、通过本研究提高课题组成员的动手能力及创新能力；六、拟解决关键问题在种子超干过程中添加不同的外源性物质，通过对种子各种生理指标的测定，确定不同的外源性物质在种子超干过程中所起的作用，为种子超干处理过程中，进一步降低其含水量提供理论基础。
