《Crop Science》：Pollen cryobanking at the USDA-ARS National Laboratory for Genetic Resources Preservation
编辑推荐：
本综述系统阐述了美国农业部农业研究服务国家遗传资源保存实验室（NLGRP）在花粉超低温保存（cryobanking）领域的研究进展。文章重点介绍了胡桃属（Carya）、榛属（Corylus）、胡桃属（Juglans）、海枣属（Phoenix）、黄连木属（Pistacia）及李属（Prunus）等六种作物花粉的采集、干燥、水分调节（至4.4%-13.3% FWB）、液氮蒸气相（LNV）长期保存及体外萌发（in vitro germination）活力评估的全流程标准化方案。通过对235份国家植物种质系统（NPGS）种质资源长达8年的跟踪监测，证实超低温保存能有效维持花粉活力，为植物遗传资源（特别是无性繁殖作物）的长期安全备份及育种应用提供了关键技术支撑。
花粉超低温保存在植物遗传资源保存中的价值
大多数植物基因库专注于保存种子，特别是那些能够耐受干燥和-18°C冷冻储存条件的常规型种子。然而，有些作物不适合种子储存，因为它们需要通过无性繁殖来维持特定的等位基因组合（如许多水果、坚果、观赏植物和一些蔬菜），或者因为它们产生的种子寿命短，无法通过常规冷冻储存成功保存。对于这些作物的种质资源收集，保存花粉（即雄性配子）可能是一种实用的策略，尤其是在可以大量生产花粉并易于进行长期储存的情况下。
美国农业部农业研究服务国家遗传资源保存实验室的花粉超低温保存库
美国农业部农业研究服务国家遗传资源保存实验室（NLGRP）已经建立了一个花粉超低温保存库，目前该库为美国农业部国家植物种质系统（NPGS）保存了六种作物的耐干燥花粉：胡桃属（Carya，山核桃）、榛属（Corylus，榛子）、胡桃属（Juglans，核桃）、海枣属（Phoenix，海枣）、黄连木属（Pistacia，阿月浑子）和李属（Prunus，核果类水果）。选择这些作物是因为利益相关者有兴趣、有充足的耐干燥花粉供应，并且田间试验点有能力进行花粉采集和运输。
花粉采集与处理流程
从NPGS田间收集的含有雄性配子的花序被运送到NLGRP。花粉到达后，进行入库登记，并取样进行体外萌发活力测定和初始水分含量测定。初始水分含量通过测量花粉鲜重和干重来确定，以鲜重为基础（FWB）或干重为基础（DWB）的百分比表示。然后，将花粉置于特定条件下进行过夜水分调节。对于这六个属的常规花粉超低温保存，在暴露于液氮之前，调节后的水分含量（鲜重基础）介于4.4%至13.3%之间，（干重基础）介于4.2%至16.6%之间。随后，将花粉放入具有密封垫圈的冷冻管中，置于液氮蒸气相（LNV）中进行长期储存。
活力评估与长期储存监测
通过体外萌发测定法评估活力。将超低温保存的花粉从LNV中取出，在受控湿度环境下（例如，使用湿纸巾（100% RH）2-3小时或使用饱和硫酸铜溶液（98% RH）4小时）进行复水，然后铺在含有蔗糖的Marquard花粉萌发培养基上。在18小时后测量活力水平，花粉管长度超过花粉粒直径的花粉粒被认为是具有活力的。
目前，已有235份NPGS种质资源的花粉被超低温保存。在2025年，对一部分超低温保存的花粉库存进行了复温并评估了其活力（通过体外萌发测定）。结果表明，总体而言，在超低温储存期间，这些库存花粉的活力没有发生变化。例如，李属（Prunus）花粉在长达8年的储存期内，其活力在不同处理条件和储存时长下均未出现显著下降。海枣属（Phoenix）和胡桃属（Carya）的花粉在储存6年后，胡桃属（Juglans）花粉在储存3年后，黄连木属（Pistacia）花粉在储存1.5年后，榛属（Corylus）花粉在储存0.5年后，其活力均未发生显著变化。尽管胡桃属（Juglans）花粉在整体水平上储存3年后活力下降不显著，但9个被测试的种质资源中有8个在储存3年后活力显著降低。
核心发现与意义
这项研究的关键发现表明，经过适当的处理（包括水分调节至合适的范围），所选六种果树和坚果作物的花粉能够成功地进行超低温保存，并且在长达8年的储存期内（对于李属花粉）能够有效保持其活力。这为保存那些难以通过种子或无性繁殖材料进行备份的植物遗传资源的雄性等位基因提供了可靠的方法。花粉超低温保存不仅有助于遗传资源的长期保护，而且在植物育种中具有重要应用价值，例如解决父母本花期不遇、远距离杂交授粉等问题。NLGRP花粉超低温保存库的成功建立和运行为NPGS的植物遗传资源安全备份提供了又一重要保障。
数据记录与未来展望
所有与超低温保存花粉库存相关的数据，如亲本（来源）库存、收到材料的日期、NSSL库存编号、NPGS登录号、储存形式、液氮罐编号、活力测定方法和结果等，均被记录在遗传资源信息网络（GRIN-Global）数据库中。未来的活力评估将在更长的储存间隔后进行，以揭示NLGRP超低温保存库中花粉的长期存活能力。同时，对超低温保存花粉进行田间授粉试验将验证花粉超低温保存在植物育种中的有效性。
