短期贮藏中相对湿度差异对藜麦种子活力及氧化应激响应的调控机制研究

《BMC Plant Biology》：Differential humidity effects on seed viability and oxidative stress responses in Quinoa (Chenopodium Quinoa Willd.) during short-term storage

本研究针对藜麦种子贮藏期间易失活的问题，系统探讨了不同相对湿度（30% RH vs 60% RH）和贮藏时长（30/60/90天）对种子活力、抗氧化酶系统（SOD、POD、CAT、APX）及代谢产物的影响。结果表明60% RH会加速膜损伤（电导率上升）和TZ活力下降，而30% RH能维持较高的抗氧化酶活性和脯氨酸积累，其中V6基因型表现最优。研究为藜麦种质资源保存提供了关键湿度参数和基因型选择依据。

　　

随着气候变化对农业生产的挑战日益加剧，藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）作为一种营养丰富且环境适应性强的作物，其全球种植面积持续扩大。然而，藜麦种子在贮藏过程中易出现活力下降的问题，特别是短期贮藏条件下的生理响应机制尚不明确。高温高湿环境会加速种子老化，导致发芽率降低、幼苗活力减弱，进而影响作物产量和种质资源保存效率。以往研究多关注温度对种子贮藏的影响，而相对湿度（RH）与贮藏时间交互作用对藜麦氧化应激系统的调控机制仍缺乏系统解析。

为阐明这一问题，Muhammad Hamzeh等研究人员在《BMC Plant Biology》发表了题为“Differential humidity effects on seed viability and oxidative stress responses in Quinoa during short-term storage”的研究论文。该研究通过控制实验设计，在50°C条件下设置两种相对湿度（30% RH和60% RH）与三种贮藏时长（30/60/90天）的组合处理，系统评估了六个藜麦基因型（V1-V6）的生理生化指标变化。

研究采用的关键技术方法包括：利用饱和盐溶液控制密闭容器内的相对湿度；通过电导率仪测定种子浸出液以评估膜完整性；采用四氮唑（TZ）染色法检测种子脱氢酶活性；参照ISTA标准进行发芽试验并计算活力指数；使用分光光度法测定叶绿素、类胡萝卜素、可溶性蛋白、还原糖、脯氨酸及丙二醛（MDA）含量；通过酶动力学法分析超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性；结合主成分分析（PCA）和热图聚类分析多指标关联模式。

Effect of relative humidity and storage duration on growth parameters

结果表明，60% RH条件下贮藏90天的种子发芽率降至5%-10%，活力指数下降幅度达98%，而30% RH处理组仍保持18%-37%的发芽率。电导率在60% RH下显著上升（V1基因型从12.07μS/cm增至50.07μS/cm），表明细胞膜损伤加剧。四氮唑活力检测显示V5基因型在60% RH下从91.67%骤降至9%，而V6基因型在30% RH下仍保持37.3%的活力，说明基因型间存在显著抗逆性差异。

Effect of relative humidity and storage duration on morphological parameters

形态学指标进一步验证高湿胁迫的负面影响：60% RH下V1基因型的根长从5.23cm萎缩至0.53cm，地上部鲜重降低85%；而V6基因型在同等条件下仅减少60%-70%。生物量积累与湿度水平呈负相关，30% RH能更好地维持幼苗建成能力。

High relative humidity and long term storage reduced pigment contents

光合色素降解分析显示，60% RH处理90天后，V1基因型的叶绿素a从2.71μg/g降至0.61μg/g，类胡萝卜素减少78%。相反，V5和V6基因型在30% RH下色素稳定性更高，表明低湿环境能缓解光捕获复合体的氧化损伤。

Antioxidant enzymes activities altered under both RH regimes

抗氧化酶系统对湿度胁迫响应显著：30% RH下V6基因型的SOD活性升至349.93 U/g，APX活性达214.21 U/g，而60% RH下酶活性普遍降低20%-40%。这种差异说明低湿环境能激活氧化防御机制，而高湿可能抑制酶蛋白合成或导致活性中心失活。

Secondary metabolites reduced under both RH regimes and storage conditions

代谢物分析揭示V6基因型在30% RH下脯氨酸积累量达42.73μmol/g，为胁迫适应提供渗透保护；而60% RH下MDA含量上升至11.66 mg/g，标志膜脂过氧化加剧。可溶性蛋白在长期贮藏中降解明显，V1基因型减少83%，反映蛋白质代谢紊乱。

多元统计分析通过PCA和热图验证了表型指标与生化指标的关联性。

30% RH条件下控制组与生长指标（活力指数、生物量）聚为一类，而90天贮藏组与抗氧化酶指标聚集；

热图显示V3、V4基因型在不同湿度下响应模式相似，而V6独特性状聚类支持其抗逆特性。

本研究明确揭示30% RH能通过维持抗氧化酶系统活性和渗透调节物质积累，显著延缓藜麦种子老化进程。V6基因型表现出的高脯氨酸合成能力、稳定的色素保存率及缓变的电导率上升趋势，使其成为耐贮藏育种的重要候选材料。研究创新性地整合多组学指标解析湿度胁迫的生理机制，为作物种质资源保存策略制定提供了理论依据和实践指导。未来研究可进一步挖掘V6基因型的关键抗逆基因，并拓展至自然贮藏条件下的验证应用。