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种质资源库指利用仪器设备控制贮藏环境,长期贮存植物种质的仓库,对于品种改良,培育高产、优质、抗逆性强的新品种等具有重要意义。为丰富种质资源库,研究人员从广东、广西、海南、福建等地采集九里香种子进行保存。请据此回答:(1)储存九里香种子所需的氧气和水分条件为 低氧、干燥。(2)以上保存方法下的九里香种子最多仅能储藏5~6个月,为延长其储藏时间,研究人员利用液氮超低温技术进行了相应实验,结果如表: 实验组别 液氮冷冻处理方式 实验结果 A 常规保存组 100-|||-80-|||-需 40-|||-60-|||-20-|||-7 11 15 18 22 26 30-|||-含水量(%)-|||-Wnter content B 直接冷冻组:将适量种子装入冻存管直接投入液氮(-196℃)保存 100-|||-80-|||-需 40-|||-60-|||-20-|||-7 11 15 18 22 26 30-|||-含水量(%)-|||-Wnter content C 分步冷冻组:将种子装入冻存管,先在4℃冰箱存放30min;立刻移入-20℃冰箱中存放1h;随即投入液氮(-196℃)保存 100-|||-80-|||-需 40-|||-60-|||-20-|||-7 11 15 18 22 26 30-|||-含水量(%)-|||-Wnter content 注:种子生活力指种子萌发的能力。冷冻处理对细胞造成的伤害主要是水分结冰等引起的膜损伤。分析A、B、C三组实验数据,可知两种冷冻处理的方法中,对种子生活力整体伤害较小的是 分步冷冻组/C组,为探究其原因,研究人员对种子进行切片和镜检,发现含水量30%的种子在这一处理方式下,较另一组出现明显空腔,细胞出现较严重的质壁分离,据此可推测:分步冷冻使细胞内水分有充分的时间流到细胞外结冰,从而减少质膜破损,降低了对种子的冷冻伤害。(3)丙二醛(MDA)含量是植物抗性生理研究中的常用指标,可间接测定膜系统受损程度。生物体内的自由基攻击生物膜的磷脂产生过氧化反应,终产物为MDA。为进一步研究超低温冷冻处理影响种子萌发的分子机制,研究人员测定了含水量为7%~11%种子解冻后的相关生理生化指标,结果如下表:分步冷冻处理对九里香种子生理生化的影响 含水量(%) 处理 丙二醛含量(μmol/mg) 过氧化氢酶活性:(U/mg) 过氧化物酶活性(U/g) α-淀粉酶活性(U/g) 11 对照组 670±20.8 8.5±0.2 59217.4±94.4 40.9士1.8 冷冻组 470±20.8 4.6±0.2 40324.4±68.6 26.3±0.3 7 对照组 700±11.6 8.0±0.2 46100.1±32.4 30.8±0.4 冷冻组 380±10.0 5.2±0.2 38681.9±52.0 37.9±0.5 注:过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶具有消除胞内自由基的作用;α-淀粉酶是影响种子萌发的关键酶。①据表分析,与冷冻组相比,对照组过氧化物酶和过氧化氢酶活性高,但丙二醛含量仍较高,原因可能是 对照组温度较适宜,代谢较旺盛,细胞内自由基的产生较多,从而对质膜的损伤大,这也是常规条件下种子保存时间不长的重要原因。②结合表中数据,某同学认为建立超长期种质资源库时,更宜选用含水量为7%的九里香种子进行冷冻处理,请说明其依据:含水量为7%的种子在冷冻处理后丙二醛含量较低,说明膜损伤更少;α-淀粉酶活性更高,更有利于种子萌发。(4)避免冷冻损伤是建立超长期种质资源库关注的重要问题。除考虑种子含水量和冷冻处理方式外,综合以上研究成果,请提出其他可行的方案:加入抗氧化试剂减弱质膜的过氧化反应、加入一定试剂防止自由基攻击质膜(保护质膜)、利用一定方法阻断丙二醛的产生、加入一定试剂保证α-淀粉酶活性。

种质资源库指利用仪器设备控制贮藏环境,长期贮存植物种质的仓库,对于品种改良,培育高产、优质、抗逆性强的新品种等具有重要意义。为丰富种质资源库,研究人员从广东、广西、海南、福建等地采集九里香种子进行保存。请据此回答:
(1)储存九里香种子所需的氧气和水分条件为
低氧、干燥
。
(2)以上保存方法下的九里香种子最多仅能储藏5~6个月,为延长其储藏时间,研究人员利用液氮超低温技术进行了相应实验,结果如表:
实验组别 液氮冷冻处理方式 实验结果
A 常规保存组
B 直接冷冻组:将适量种子装入冻存管直接投入液氮(-196℃)保存
C 分步冷冻组:将种子装入冻存管,先在4℃冰箱存放30min;立刻移入-20℃冰箱中存放1h;随即投入液氮(-196℃)保存
注:种子生活力指种子萌发的能力。冷冻处理对细胞造成的伤害主要是水分结冰等引起的膜损伤。
分析A、B、C三组实验数据,可知两种冷冻处理的方法中,对种子生活力整体伤害较小的是
分步冷冻组/C组
,为探究其原因,研究人员对种子进行切片和镜检,发现含水量30%的种子在这一处理方式下,较另一组出现明显空腔,细胞出现较严重的质壁分离,据此可推测:
分步冷冻使细胞内水分有充分的时间流到细胞外结冰
,从而减少质膜破损,降低了对种子的冷冻伤害。
(3)丙二醛(MDA)含量是植物抗性生理研究中的常用指标,可间接测定膜系统受损程度。生物体内的自由基攻击生物膜的磷脂产生过氧化反应,终产物为MDA。为进一步研究超低温冷冻处理影响种子萌发的分子机制,研究人员测定了含水量为7%~11%种子解冻后的相关生理生化指标,结果如下表:
分步冷冻处理对九里香种子生理生化的影响
含水量(%) 处理 丙二醛含量(μmol/mg) 过氧化氢酶活性:(U/mg) 过氧化物酶活性(U/g) α-淀粉酶活性(U/g)
11 对照组 670±20.8 8.5±0.2 59217.4±94.4 40.9士1.8
冷冻组 470±20.8 4.6±0.2 40324.4±68.6 26.3±0.3
7 对照组 700±11.6 8.0±0.2 46100.1±32.4 30.8±0.4
冷冻组 380±10.0 5.2±0.2 38681.9±52.0 37.9±0.5
注:过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶具有消除胞内自由基的作用;α-淀粉酶是影响种子萌发的关键酶。
①据表分析,与冷冻组相比,对照组过氧化物酶和过氧化氢酶活性高,但丙二醛含量仍较高,原因可能是
对照组温度较适宜,代谢较旺盛,细胞内自由基的产生较多
,从而对质膜的损伤大,这也是常规条件下种子保存时间不长的重要原因。
②结合表中数据,某同学认为建立超长期种质资源库时,更宜选用含水量为7%的九里香种子进行冷冻处理,请说明其依据:
含水量为7%的种子在冷冻处理后丙二醛含量较低,说明膜损伤更少;α-淀粉酶活性更高,更有利于种子萌发
。
(4)避免冷冻损伤是建立超长期种质资源库关注的重要问题。除考虑种子含水量和冷冻处理方式外,综合以上研究成果,请提出其他可行的方案:
加入抗氧化试剂减弱质膜的过氧化反应、加入一定试剂防止自由基攻击质膜(保护质膜)、利用一定方法阻断丙二醛的产生、加入一定试剂保证α-淀粉酶活性
。

题目解答

答案

解:(1)种子的储存要低氧、干燥,只有在这样的条件下,种子的呼吸作用最微弱,种子内有机物的消耗最少。
(2)B组是直接冷冻组,C组是分步冷冻组,分析两组实验数据可知,相同含水量情况下,C组种子的生活力更高,因此两种冷冻处理的方法中,对种子生活力整体伤害较小的是C。含水量30%的种子在C组处理方式下,较B组出现明显空腔,细胞出现较严重的质壁分离(说明细胞失水),据此可推测:分步冷冻使细胞内水分有充分的时间流到细胞外结冰,从而减少质膜破损,降低了对种子的冷冻伤害。
(3)①据表分析,与冷冻组相比,对照组过氧化物酶和过氧化氢酶活性高,但丙二醛含量仍较高,原因可能是对照组温度较适宜,代谢较旺盛,细胞内自由基的产生较多。
②表中数据显示:含水量为7%的种子在冷冻处理后丙二醛含量较低,说明膜损伤更少;α-淀粉酶活性更高,更有利于种子萌发。因此建立超长期种质资源库时,更宜选用含水量为7%的九里香种子进行冷冻处理。
(4)避免冷冻损伤除考虑种子含水量和冷冻处理方式外,综合以上研究成果,还可以进行如下处理:加入抗氧化试剂减弱质膜的过氧化反应、加入一定试剂防止自由基攻击质膜(保护质膜)、利用一定方法阻断丙二醛的产生、加入一定试剂保证α-淀粉酶活性等。
故答案为:
(1)低氧、干燥
(2)分步冷冻组/C组     分步冷冻使细胞内水分有充分的时间流到细胞外结冰
(3)对照组温度较适宜,代谢较旺盛,细胞内自由基的产生较多     含水量为7%的种子在冷冻处理后丙二醛含量较低,说明膜损伤更少;α-淀粉酶活性更高,更有利于种子萌发
(4)加入抗氧化试剂减弱质膜的过氧化反应、加入一定试剂防止自由基攻击质膜(保护质膜)、利用一定方法阻断丙二醛的产生、加入一定试剂保证α-淀粉酶活性

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