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超低温保存是指将生物材料保存在液氮(-196℃)中的生物技术。在液氮环境中，生物细胞内的新陈代谢和生长活动几乎完全停止，被认为是植物种质资源安全、稳定、长期、经济、有效的保存方法。
植物超低温保存过程中细胞会遭受机械伤害、渗透胁迫、冷冻保护剂毒性伤害、高度脱水、极端低温和ROS胁迫等多重胁迫。而这些胁迫会造成生理代谢异常、细胞质形态异常、细胞膜系统损伤等伤害，影响超低温保存后组织的存活和再生。本文以水稻品种9311(Oryza sativa, Indica)为材料，开展超低温保存处理细胞结构、生理代谢等方面研究，以期探索水稻萌发胚对玻璃化超低温保存处理胁迫的响应机制，揭示玻璃化法超低温保存存活再生的机制。研究结果如下：
1)以水稻品种9311萌发48h的胚为材料，利用正交试验设计方法优化获得萌发水稻胚玻璃化法超低温保存研究体系：萌发胚芽在0.5mol/L蔗糖溶液中预培养36h，装载10min，PVS2冰浴处理10min后液氮冻存，化冻后恢复培养存活率和成苗率分别为96.8%和82.9%。以萌发24-96h的胚为材料，进行玻璃化法超低温保存发现，胚芽的萌发时间为48h-72h与超低温保存后的存活再生率呈显著负相关；且通过TTC和台盼蓝检测发现萌发24h、48h和72h的胚在超低温保存处理过程中组织活力差异显著。萌发48-72h的胚可以作为超低温保存处理细胞学、生理学的研究材料，以解析超低温保存处理组织的变化及机理。
2)以水稻品种9311萌发24h、48h和72h的胚为材料，利用透射电子显微镜(TEM)观察经过预培养、装载和冷冻保护剂处理及液氮冻存处理的胚芽分生组织及其附近较大的细胞结构变化。结果发现，超低温保存处理过程中不同萌发状态的胚芽分生组织及分生组织周围细胞的内含物、含水量不同显著影响超低温保存后的存活和再生；脱水、冷冻保护剂处理可以大幅度提高萌发水稻胚超低温保存后的存活率和再生率，但也会导致细胞结构变形、线粒体肿胀、异染色质增加等胁迫。
3)检测超低温保存处理过程中胚的活力、ROS积累，胚芽中的MDA含量、REL等指标，结果表明超低温保存的预培养、装载、PVS2处理引起ROS大量积累，并发生显著的氧化胁迫，导致较严重的脂质过氧化和膜完整性损伤。通过测定抗氧化剂(ASA、DHA、GSH、GSSG)含量、抗氧化酶(SOD、CAT、APX、MDHAR、DHAR和GR)活性及抗氧化酶同工酶基因相对表达，结果表明超低温保存处理过程中胚芽抗氧化系统积极响应由超低温保存脱水、冷冻保护剂处理导致的氧化胁迫，并发现于PVS2处理步骤添加6mmol/L外源ASA可以显著促进超低温保存后的存活和再生。
4)以水稻品种9311萌发48h的胚为材料，开展超低温保存处理、以及液氮冷冻处理后胚芽中的脂质构成的变化及细胞膜系统的主要成分磷脂(GP)的变化研究。超低温保处理过程脱水、冷冻保护剂处理导致胚芽中信号转导、脂质合成能力，膜融合性等性能减弱，而没有对膜的双分子结构、弹性、融合性等特性产生致命的影响；脂质不和度降低，在超低温保存脱水、冷冻保护处理发生脂质过氧化损伤，筛选出PG(18∶1(9Z)/18∶3(9Z,12Z,15Z))可能可以作为玻璃化法超低温保存脱水、冷冻保护剂处理过程中胚芽遭受氧化损伤的指标。液氮冻存后存活个体的膜流动性、弹性、融合性、完整性高，与信号转导活动，脂质合成，发育、细胞功能的调节能力显著高于死亡个体的，筛选出18∶2-Glc-Campesterol、β-Sitosterol3-O-β-D-galactopyranoside可能可以作为超低温保存过程中组织是否存活的指标的。
综上所述，萌发水稻胚超低温保存后的存活和再生受诸多因素影响。新鲜样品直接液氮冻存，细胞结构严重损伤，超低温保存后不能存活再生；而经过脱水、冷冻保护剂处理，分生组织保持细胞结构完整，保持细胞膜结构和功能完整，启动抗氧化胁迫响应，维持细胞内的信号转导、脂质合成、细胞发育和功能调节能力，化冻后能够恢复生长并再生成苗。然而脱水、冷冻保护剂处理引起ROS积累，导致严重的氧化胁迫，降低细胞内的信号转导、膜融合性、脂质合成能力，也导致细胞形态结构改变、线粒体肿胀、异染色质增加；外源抗氧化剂可显著减轻氧化胁迫，促进组织超低温保存后的存活和再生。
植物超低温保存过程中细胞会遭受机械伤害、渗透胁迫、冷冻保护剂毒性伤害、高度脱水、极端低温和ROS胁迫等多重胁迫。而这些胁迫会造成生理代谢异常、细胞质形态异常、细胞膜系统损伤等伤害，影响超低温保存后组织的存活和再生。本文以水稻品种9311(Oryza sativa, Indica)为材料，开展超低温保存处理细胞结构、生理代谢等方面研究，以期探索水稻萌发胚对玻璃化超低温保存处理胁迫的响应机制，揭示玻璃化法超低温保存存活再生的机制。研究结果如下：
1)以水稻品种9311萌发48h的胚为材料，利用正交试验设计方法优化获得萌发水稻胚玻璃化法超低温保存研究体系：萌发胚芽在0.5mol/L蔗糖溶液中预培养36h，装载10min，PVS2冰浴处理10min后液氮冻存，化冻后恢复培养存活率和成苗率分别为96.8%和82.9%。以萌发24-96h的胚为材料，进行玻璃化法超低温保存发现，胚芽的萌发时间为48h-72h与超低温保存后的存活再生率呈显著负相关；且通过TTC和台盼蓝检测发现萌发24h、48h和72h的胚在超低温保存处理过程中组织活力差异显著。萌发48-72h的胚可以作为超低温保存处理细胞学、生理学的研究材料，以解析超低温保存处理组织的变化及机理。
2)以水稻品种9311萌发24h、48h和72h的胚为材料，利用透射电子显微镜(TEM)观察经过预培养、装载和冷冻保护剂处理及液氮冻存处理的胚芽分生组织及其附近较大的细胞结构变化。结果发现，超低温保存处理过程中不同萌发状态的胚芽分生组织及分生组织周围细胞的内含物、含水量不同显著影响超低温保存后的存活和再生；脱水、冷冻保护剂处理可以大幅度提高萌发水稻胚超低温保存后的存活率和再生率，但也会导致细胞结构变形、线粒体肿胀、异染色质增加等胁迫。
3)检测超低温保存处理过程中胚的活力、ROS积累，胚芽中的MDA含量、REL等指标，结果表明超低温保存的预培养、装载、PVS2处理引起ROS大量积累，并发生显著的氧化胁迫，导致较严重的脂质过氧化和膜完整性损伤。通过测定抗氧化剂(ASA、DHA、GSH、GSSG)含量、抗氧化酶(SOD、CAT、APX、MDHAR、DHAR和GR)活性及抗氧化酶同工酶基因相对表达，结果表明超低温保存处理过程中胚芽抗氧化系统积极响应由超低温保存脱水、冷冻保护剂处理导致的氧化胁迫，并发现于PVS2处理步骤添加6mmol/L外源ASA可以显著促进超低温保存后的存活和再生。
4)以水稻品种9311萌发48h的胚为材料，开展超低温保存处理、以及液氮冷冻处理后胚芽中的脂质构成的变化及细胞膜系统的主要成分磷脂(GP)的变化研究。超低温保处理过程脱水、冷冻保护剂处理导致胚芽中信号转导、脂质合成能力，膜融合性等性能减弱，而没有对膜的双分子结构、弹性、融合性等特性产生致命的影响；脂质不和度降低，在超低温保存脱水、冷冻保护处理发生脂质过氧化损伤，筛选出PG(18∶1(9Z)/18∶3(9Z,12Z,15Z))可能可以作为玻璃化法超低温保存脱水、冷冻保护剂处理过程中胚芽遭受氧化损伤的指标。液氮冻存后存活个体的膜流动性、弹性、融合性、完整性高，与信号转导活动，脂质合成，发育、细胞功能的调节能力显著高于死亡个体的，筛选出18∶2-Glc-Campesterol、β-Sitosterol3-O-β-D-galactopyranoside可能可以作为超低温保存过程中组织是否存活的指标的。
综上所述，萌发水稻胚超低温保存后的存活和再生受诸多因素影响。新鲜样品直接液氮冻存，细胞结构严重损伤，超低温保存后不能存活再生；而经过脱水、冷冻保护剂处理，分生组织保持细胞结构完整，保持细胞膜结构和功能完整，启动抗氧化胁迫响应，维持细胞内的信号转导、脂质合成、细胞发育和功能调节能力，化冻后能够恢复生长并再生成苗。然而脱水、冷冻保护剂处理引起ROS积累，导致严重的氧化胁迫，降低细胞内的信号转导、膜融合性、脂质合成能力，也导致细胞形态结构改变、线粒体肿胀、异染色质增加；外源抗氧化剂可显著减轻氧化胁迫，促进组织超低温保存后的存活和再生。