超低温保存已在许多种植物的不同材料上得到成功的应用,并被认为是较为安全有效的植物种质资源长期保存方法。
超低温保存技术的主要特点:采用各种处理手段(缓慢降温、低温保护剂脱水、直接干燥等)尽可能地除去或替代细胞中的可冰冻水(自由水),从而在降温/升温过程中避免或抑制冰晶的形成和生长,实现玻璃态固化。
然而超低温保存是一个较为复杂的过程,各种脱水处理以及温度的剧烈变化本身除可造成致死性的伤害外,也会导致细胞产生一些非致死性生理生化变化,如膜系统流动性和透性的改变、蛋白构象和功能的改变以及一些代谢过程的解耦连等。这些变化可以引起细胞膜系统以及酶蛋白功能的损伤和自由基的产生等,若细胞的修复功能无法保护细胞恢复正常生理功能,将引起细胞死亡。因此在植物种质资源超低温保存研究中,除了认识到保存技术的重要性之外,一些关键因素,如材料的选择、细胞生理状态的调控及其与低温和脱水耐性之间的关系等机理也需进行深入的研究。
植物材料以及细胞的生长状态和生理特性等对细胞脱水和低温耐力的影响已有一些报道。一般来说热带植物材料的细胞对低温和脱水都较为敏感。如热带果树香蕉和菠萝茎尖分生组织,单独采用玻璃化法无法获得理想的超低温保存效果,必需要对材料进行蔗糖预培养和梯级脱水等方法来提高细胞的存活力。除了基因型外,材料细胞的生理特性与生长状态等也影响着细胞对低温和脱水的耐力。拟分生组织细胞和胚性细胞由于常具有较高的核质比、细胞质浓厚以及细胞内含物丰富等特点,对脱水和低温有很强的耐受能力,可以作为超低温保存的首选材料;而其他类型的培养细胞,则可通过生长调控来获得较理想的保存效果。
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