近日，我校藥學(xué)院/現(xiàn)代中藥產(chǎn)業(yè)學(xué)院、西南特色中藥資源國家重點實驗室裴瑾教授團(tuán)隊在國際知名期刊《Frontiers in Plant Science》（中科院二區(qū)）雜志上發(fā)表了題為“Comparative changes in sugars and lipids show evidence of a critical node for regeneration in safflower seeds during aging”的論文，報道了紅花種子老化過程中，種群活力急劇下降關(guān)鍵節(jié)點（critical node, CN），揭示了紅花種子種群衰老過程中關(guān)鍵節(jié)點的生理變化規(guī)律及生化特征，為國家中藥種質(zhì)資源庫的種子保存與更新標(biāo)準(zhǔn)的建立提供科學(xué)依據(jù)，對了解藥用植物種子的貯藏特性和完善其種子壽命管理具有重要意義。碩士生周蘭玉為本論文的第一作者，裴瑾教授和閆婕副教授為共同通訊作者，西南特色中藥資源國家重點實驗室為該論文的第一單位。

論文的簡介：

紅花Carthamus tinctorius L.種子富含不飽和脂肪酸，具有極好的藥用和營養(yǎng)價值，但也給種子貯藏帶來了高風(fēng)險。即使將種子貯藏在低溫干燥的種子庫中，其老化也不可避免，為保證種質(zhì)資源的有效保存，需要在特定的時間對保存在種子庫的種質(zhì)進(jìn)行更新。不同物種的種子在種子庫中的生存曲線即老化的關(guān)鍵節(jié)點各不相同，節(jié)點處的生物學(xué)機(jī)制仍不清楚，亟待揭示藥用植物種子活力損失的關(guān)鍵節(jié)點，為制定種群種質(zhì)活力監(jiān)測預(yù)警方案提供指導(dǎo)，為種質(zhì)資源庫對庫藏種子進(jìn)行有效保存與創(chuàng)新利用奠定基礎(chǔ)。

本研究采用人工老化(Controlled deterioration treatment, CDT) 的方法，準(zhǔn)確模擬了紅花種子在種子庫低溫干燥貯藏期間的生存曲線（見圖1）。觀察生存曲線可知，老化過程可分為平臺期和快速老化期兩個階段。老化10天（C10）左右即紅花種子萌發(fā)率下降至86%左右，是紅花衰老過程的關(guān)鍵節(jié)點。通過測定主要儲能物質(zhì)脂類和糖類的含量變化，并采用激光共聚焦顯微鏡和透射電鏡觀察細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)可知，在接近關(guān)鍵節(jié)點（CN）時，維持細(xì)胞玻璃態(tài)的可溶性糖的含量急劇減少；脂類被水解，溶血磷脂和脂肪酸積累，維持質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的磷脂水解導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性被破壞；種子細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)呈易脆性，表現(xiàn)出明顯的質(zhì)壁分離；在吸脹過程中異檸檬酸裂解酶（Isocitrate Lyase, ICL）的活性在老化種子中下降，影響乙醛酸循環(huán)的代謝過程；成苗實驗和TTC染色也證實了在C10附近種子質(zhì)量的變化(見圖2)。綜上我們認(rèn)為，老化10天左右即紅花種子萌發(fā)率下降至86%左右，是紅花衰老過程的關(guān)鍵節(jié)點。種子貯存物質(zhì)和關(guān)鍵節(jié)點處質(zhì)膜的變化導(dǎo)致了不可逆的結(jié)構(gòu)損傷和生物化學(xué)能力的喪失，是種子老化關(guān)鍵節(jié)點的生物學(xué)機(jī)制(見圖3)。因此，應(yīng)在檢測到紅花種子活力下降到86%時對種質(zhì)進(jìn)行更新，這一標(biāo)準(zhǔn)將為種質(zhì)資源庫中的藥用植物種子的保存與更新提供科學(xué)依據(jù)。

該成果得到了中國博士后科學(xué)基金(2020M673566XB)、四川省科技廳(2019YJ0333、2021YFYZ0012-5)、中國國家自然科學(xué)基金(81503200)、國家中醫(yī)藥管理局創(chuàng)新團(tuán)隊與人才培養(yǎng)計劃(ZYYCXTD-D-202209)項目的支持。

全文鏈接：https://static.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1020478/full

供稿：西南特色中藥資源國家重點實驗室、藥學(xué)院/現(xiàn)代中藥產(chǎn)業(yè)學(xué)院裴瑾教授課題組。

                                       圖1不同老化天數(shù)紅花種子的萌發(fā)水平

                                  A 老化紅花種子的萌發(fā)率；B 老化紅花種子的萌發(fā)速率

圖2老化對種子活力和成苗率的影響

  A種子活力；B 播種15天后幼苗表型；C 吸脹24小時種子；D 吸脹72小時種子；E 不同老化時間種子的幼苗；F 根系生物量；G 根長；H 根表面積

圖3紅花種子存活曲線的放大版模型示意圖