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为解决濒危植物Pogostemon yatabeanus种子保存难题，研究人员开展了其茎尖玻璃化法（DV）超低温保存中 17 种氨基酸（AA）含量变化的研究。结果显示，AA 代谢在茎尖应对渗透压、冷冻胁迫及再生中至关重要。该研究为植物超低温保存提供新见解。
在植物保护的领域中，种子保存对于物种延续意义非凡。但一些植物，比如那些有着非正统种子（难以通过常规方式保存的种子），或者种子稀缺的植物，它们的保存面临着极大挑战。超低温保存技术，即将植物材料保存在液氮（LN，-196°C）中，为这些植物的长期保存带来了希望。不过，这项技术在实际应用时却困难重重。缺乏有效的组织培养方案、没有标准化的超低温保存流程，再加上植物材料获取不易，使得野生植物的超低温保存犹如在荆棘丛中前行，成功率较低，且保存后的再生情况也远不如农作物。
在众多超低温保存方法里，玻璃化法（DV）是一种多阶段的保存技术，影响其再生的因素繁多。水薄荷（Pogostemon yatabeanus）是一种东亚地区的湿地植物，在韩国属于濒危物种，并且具有一定的文化价值，常被用作水生观赏植物。以往研究人员已经成功运用 DV 法对其体外培养的茎尖进行超低温保存，不过对于保存过程中植物体内的生理变化了解甚少。
线粒体介导的能量代谢对于超低温保存后植物材料的恢复起着关键作用，但超低温保存后这一代谢过程会受到抑制。同时，维持氧化还原状态、避免活性氧（ROS）过度积累，对植物材料保存后的恢复也至关重要。而且，非生物胁迫会显著改变植物体内氨基酸（AA）、有机酸和糖类的代谢。因此，分析超低温保存过程中 AA 的含量变化，有助于了解植物应对多种胁迫并再生的能力。基于这些问题，韩国顺天国立大学（Suncheon National University）的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Cryobiology》上。这一研究首次全面地揭示了濒危植物茎尖超低温保存过程中 AA 含量的变化情况，为濒危植物保护提供了重要依据。
研究人员运用了多种技术方法。首先，采用气相色谱 - 质谱联用技术（GC-MS/MS）分析茎尖中 17 种 AA 的含量。在实验材料准备方面，使用了韩国国立生物资源研究所提供的水薄荷成熟种子，经打破休眠、表面灭菌等处理后进行体外培养获得茎尖。通过设置不同处理组，对比优化 DV 法各步骤、改变玻璃化溶液成分、调整再生长条件等对 AA 含量的影响。
研究结果如下：
- DV 法各步骤对茎尖 AA 含量的影响：在标准（优化）DV 方案中，水薄荷茎尖依次经历 10% 蔗糖预培养（PC 步骤）、17.5% 甘油 + 17.5% 蔗糖渗透保护（OP 步骤）、33.3% 甘油 + 13.3% 二甲基亚砜 + 13.3% 乙二醇 + 20.1% 蔗糖玻璃化溶液处理（CP 步骤）等。研究发现，在预培养和渗透保护阶段，AA 总含量增加 20 - 40%；再生长的前 5 天，AA 含量降至新鲜茎尖的 6%；恢复两周后又再次升高。丙氨酸、甘氨酸、β - 丙氨酸、丝氨酸和 γ - 氨基丁酸在渗透保护和玻璃化溶液处理阶段含量达到最大值，相比未处理对照组增加 6.27 - 29.75 倍，其中丙氨酸在渗透保护阶段峰值达到 30 倍。
- DV 法各步骤调整对 AA 含量的影响：排除预培养或渗透保护步骤，会使 AA 总浓度和单个 AA 浓度降低 40 - 70%。而预培养时使用高浓度（25%）蔗糖，AA 含量相比优化方案几乎增加一倍。改变玻璃化溶液成分，AA 含量会有 20 - 30% 的变化。
研究结论表明，AA 代谢在水薄荷茎尖应对渗透胁迫、冷冻胁迫以及再生过程中发挥着至关重要的作用。谷氨酰胺是超低温保存过程中水薄荷茎尖中主要的 AA，谷氨酸家族 AA（包括谷氨酰胺、谷氨酸、γ - 氨基丁酸（GABA）和脯氨酸）在新鲜切取的茎尖中占 AA 总量的 92.6%。在玻璃化法超低温保存过程中，游离 AA 显著增加。
此次研究意义重大，它首次详细地揭示了水薄荷茎尖在超低温保存过程中 17 种主要 AA 的动态变化，为深入理解植物在超低温保存过程中的生理机制提供了重要线索。通过分析不同处理对 AA 含量的影响，有助于进一步优化超低温保存技术，提高濒危植物的保存成功率，为濒危植物的保护和资源利用奠定了坚实的理论基础，也为其他类似植物的超低温保存研究提供了参考范例。
