低温真空存储对红花种子活力的影响：脂质组学和蛋白质组学解析

为探究红花种子保存机制，研究人员分析不同存储条件下的变化，发现低温真空可提升活力。

　　在植物的世界里，种子就像是生命的 “小宝藏”，承载着植物繁衍的希望。然而，种子也会面临 “衰老” 的难题，这一现象严重影响着种子的发芽率，给农业生产带来了不小的损失。红花（Carthamus tinctorius L.）作为一种具有多种用途的经济作物，其种子富含不饱和脂肪酸，在医药和经济领域都有着重要价值。但目前，红花种子在保存方面存在诸多问题，以往研究表明，室温储存不同时长的红花种子发芽率显著下降，且伴随生理指标和结构的改变。同时，虽然低温、真空被认为是有效的种子保存方法，但在红花种子保存上的具体机制尚不明确。为了破解这些难题，成都中医药大学的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要采用了 X 射线成像、扫描电子显微镜（SEM）、脂质组学和蛋白质组学分析等技术。其中，X 射线成像用于观察种子内部结构，扫描电子显微镜用于研究种子子叶外表面细胞结构，脂质组学和蛋白质组学分析则分别从脂质和蛋白质层面揭示种子在不同存储条件下的变化。实验所用的红花种子均采集自成都中医药大学药用植物园。

不同存储条件下红花种子活性和结构分析

研究人员将红花种子在不同温度（-18℃、-4℃、4℃、15℃、25℃）和密封条件（真空、非真空）下存储一年。通过 X 射线成像发现，不同处理的种子饱满度无显著差异。测定种子含水量后发现，未处理种子含水量约 7%，处理后的种子中，-18℃存储的含水量最低（7.95%），25℃存储的最高（10.74%）。发芽率测定结果显示，真空处理且在 - 18℃存储的种子发芽率最高（53%），而 25℃自然老化的种子发芽率最低（15%），并且真空处理的种子通常含水量更低、发芽率略高。

利用三苯基四氮唑氯化物（TTC）染色进一步探究种子活力，结果表明，-18℃老化一年的种子活力显著高于 25℃老化的种子，且 25℃时真空保存明显影响种子活力，真空保存的红花种子活力更高。

扫描电子显微镜观察发现，-18℃保存的种子子叶结构完整，细胞间隙不明显，真空保存时结构更完整；而 25℃非真空保存一年的种子子叶表面有明显褶皱，细胞间隙大，真空保存能在一定程度上缓解这种情况。

不同存储条件下红花种子生理生化变化

过氧化氢酶（CAT）是植物组织中重要的保护酶，能有效清除细胞代谢过程中产生的过氧化氢，防止其对细胞造成损伤。丙二醛（MDA）是种子中不饱和脂肪酸氧化的终产物，可反映膜脂过氧化程度和膜系统结构完整性。研究发现，非真空条件下，CAT 活性表现出热敏性，先升高后降低，低温保存的种子 CAT 活性较低，随温度升高先升后降；而真空存储时，低温保存的种子 CAT 活性持续较高，除 25℃外，其他温度下真空存储的种子 CAT 活性均高于非真空存储。

MDA 含量在不同保存条件下也存在差异。非真空环境中，-18℃保存的种子 MDA 浓度显著低于 - 4℃及以上温度保存的种子；而多数真空保存一年的红花种子 MDA 含量高于非真空保存的种子。

不同存储条件下红花种子脂质组学分析

采用高通量液相色谱 - 质谱（LC-MS）技术对种子脂质进行分析，共鉴定出 1148 种正离子模式和 863 种负离子模式的脂质化合物。主成分分析（PCA）显示，不同温度和真空条件下的种子脂质存在显著差异。聚类分析揭示了不同存储条件下脂质表达模式的差异，反映出存储条件对脂质代谢的影响。

具体脂质成分方面，在自然种子老化过程中，三酰甘油（TAG）含量下降。-18℃非真空存储时，磷脂酸（PA）含量降低，25℃存储时则显著增加；而磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酰甘油（PG）在 - 18℃存储一年后含量增加，25℃存储后显著减少。

不同存储条件下红花种子蛋白质组学分析

利用基于串联质谱标签（TMT）的定量蛋白质组学技术，研究人员鉴定出 5004 种蛋白质，其中 4991 种在 95% 置信区间内被定量。共鉴定出 274 种显著差异表达蛋白（DEPs），主要集中在甘油磷脂代谢、脂肪酸代谢、碳代谢、糖酵解 / 糖异生和脂肪酸降解等途径。

研究发现，HH-013791-RA 和 HH-017308-RA 这两种蛋白质的表达随存储温度升高而增加，而 HH-002899-RA、HH-002382-RA 和 HH-034570-RA 在低温（-18℃）存储一年后的表达水平高于高温（25℃）存储，表明脂肪酶基因参与脂质降解，且低温存储有效减轻种子老化过程中的膜脂降解。

研究结论表明，低温真空存储能显著提高红花种子发芽率，保持种子结构，这主要通过降低活性氧水平来实现。脂肪酸代谢和碳代谢途径中的两种蛋白质（HH-013791-RA，HH-017308-RA）受温度调控，参与脂质代谢，影响种子结构和活力。此外，研究还发现不同保存环境下脂质组和蛋白质组存在显著差异，但蛋白质组内差异相对不明显，可能与低温真空减缓代谢、蛋白质稳定性、老化过程的渐进性以及实验条件和检测灵敏度等因素有关。

这项研究为红花种子的科学保存提供了新的理论依据，指导农业生产者采用低温真空的方式保存红花种子，有助于提高种子质量，减少种子老化带来的经济损失，对红花的种植和生产具有重要意义。同时，研究人员后续还将进一步探究特定蛋白质基因在不同环境条件下的可检测性，以及环境对种子脂质组成和蛋白质组的影响，有望更深入地揭示种子老化的机制 。