玉米花粉存储技术新突破：为种业发展解锁新可能

为解决玉米花粉寿命短阻碍种质改良和杂交种子生产问题，研究人员开展花粉存储技术研究，得出可存储 7 天的低成本方法，助力种业。

　　玉米，作为全球重要的粮食、饲料及工业原料作物，在农业生产中占据着举足轻重的地位。在玉米的繁殖过程里，花粉起着关键作用。然而，玉米花粉（Zea mays pollen）却有着一个让人头疼的 “短命” 问题，它在自然环境下存活时间极短，这给玉米的种质改良和杂交种子生产带来了巨大挑战。想象一下，育种专家们满怀期待地想要培育出更优质、高产的玉米品种，却因为花粉存活时间不够，无法顺利完成授粉，那该有多无奈。而且，在杂交种子生产环节，大量新鲜花粉的及时供应也成了难题，严重影响了种子的产量和质量。

为了攻克这一难关，来自先正达（Syngenta）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为玉米花粉存储技术带来了新的曙光。

研究人员在研究过程中采用了多种关键技术方法。在花粉收集与处理方面，温室和田间种植的玉米，其花粉收集时间均选在花粉散落和活力最强的时段，收集后经过筛选去除杂质，并与载体化合物混合。对于花粉活力评估，运用了花粉管萌发培养基（pollen tube germination media）结合特定的评分标准进行检测。此外，利用气体分析仪对存储容器内的氧气（O?）和二氧化碳（CO?）含量进行监测，以此来分析花粉的呼吸代谢情况。

下面来看看具体的研究结果：

1. 花粉呼吸动力学与温度的关系：研究人员将玉米花粉与滑石粉混合后，置于不同温度下存储。实验发现，在 23°C 存储时，花粉代谢气体交换速率很高，4 天后就出现了霉菌生长，3 天花粉管萌发完全停止；而在 2°C 和 6°C 存储时，花粉代谢气体交换速率明显降低，分别可保持 6 天和 7 天的活力。进一步研究发现，存储在 2°C 时温度会偶尔降至 0°C，这可能导致花粉提前死亡，因此后续实验选择在 6°C 进行。
2. 代谢气体交换对存储容器的要求：研究发现，当在 125 mL 存储容器中存储超过 1 克花粉 7 天时，花粉管萌发率会下降。这是因为细胞呼吸产生的 CO?浓度增加，抑制了花粉管萌发。降低 O?浓度、减少 CO?积累的实验表明，在部分真空条件下存储花粉，虽能保持花粉活力 7 天，但 O?消耗速率未显著降低，且当花粉量超过一定限度时，花粉管萌发仍会受影响。研究人员还测试了多种 CO? 封存剂，发现苏打石灰、氢氧化锂、乙醇胺和 Florisil? 效果较好，最终选择苏打石灰用于后续实验，因为它成本低、全球易购且安全性高。此外，增加存储容器内 O?含量的实验表明，添加纯 O?并不能提高授粉性能，高浓度 O?还会延迟花粉管萌发，且玉米花粉在高于 3 个大气压的环境下无法长时间存活。
3. 透气屏障简化花粉存储并优化存储容器效率：由于玉米花粉的高代谢率限制了存储规模的扩大，研究人员从植物组织培养中获得灵感，尝试使用透气屏障。他们发现，Micropore?纤维素胶带和 Tyvek?（高密度聚乙烯）薄膜等透气屏障能有效减少水蒸气损失，维持存储容器内的气体平衡，提高花粉存储量和种子结实率。通过实验确定，每克纯花粉需要大于 1.67 平方毫米的透气屏障来维持活力。研究人员还对存储容器进行了优化，在一升规模的存储实验中，通过在容器上打孔增加透气屏障表面积，有效解决了气体扩散距离过长的问题，显著提高了种子结实率。
4. 优良玉米花粉存储载体化合物的鉴定：研究人员通过扫描电子显微镜（SEM）、复合显微镜和苯胺蓝染色等方法对不同载体化合物进行研究，发现滑石粉会过度包裹玉米花粉粒，抑制花粉与花丝的粘附和花粉管萌发，从而影响种子结实。而结晶二氧化硅（crystalline silica）、微粉硅胶（Florisil?）等载体表现出更好的性能。进一步研究发现，载体的颗粒大小和比表面积是影响其性能的关键因素。经过对多种载体的筛选和测试，最终确定微晶纤维素（MCC）是最适合玉米花粉存储的载体，它不仅能提高每穗种子数，还能保证种子大小和形状的一致性，这对杂交种子生产至关重要。

研究结论和讨论部分表明，这项研究成果意义重大。研究人员通过对 100 年玉米花粉存储研究的梳理和分析，优化出了一套高性能的短期玉米花粉存储方案。该方案利用冷藏降低花粉呼吸速率，结合透气屏障简化存储过程，使用微晶纤维素作为载体提高授粉性能。此方案成本低、全球易购，适用于不同的玉米品种和生产环境，为玉米育种和种子生产提供了有力支持。不过，将该技术应用于商业种子生产，还需要解决机械化花粉收集和应用的效率问题。未来研究可以进一步深入探讨载体化合物、存储容器湿度与花粉含水量之间的关系，为玉米花粉存储技术的发展提供更多理论依据。