种子活力与萌发的生理与分子机制研究进展

种子活力形成于种子发育的脱水阶段,与以往理解不同,近来研究表明种子脱水不仅仅是一个简单的失水过程,脱水与萌发存在一些相同的基因表达和代谢特征。萌发始于吸水膨胀,种子代谢恢复,胚根突破胚乳和种皮等外围包被组织完成萌发。种子萌发的质量关键在于储藏的mRNA的质量,另外,蛋白质稳定性和DNA完整性影响萌发的表型。激素作为一种信号小分子物质,浓度极小甚至是趋于零时对种子萌发仍具有非常重要的作用,近年来研究表明ABA/GAs的阈值范围调控种子休眠与萌发,其中,ABA几乎作用于种子萌发的全部过程,GA的作用并不像ABA那样广泛,主要在胚根突出时发生作用,且ABA和GA彼此抑制对方的合成与分解代谢基因,它们均可调控α-淀粉酶基因的转录。除ABA和GA外,近来发现AUX参与调控种子的休眠与萌发,其对胚根突出的调控比对子叶开展更加精细,AUX信号与ABA信号存在交叉,AUX通过其响应蛋白ARF10/16间接调控ABA信号通路中ABI3的稳定性来调控拟南芥种子休眠与萌发。与光照条件下相比,在土壤中萌发的幼苗将形成一个特异性的组织“顶钩”,它的主要作用是在幼苗“顶土”时保护顶端分生组织,“顶钩”形成与生长素的不均匀分布有关。为了提高种子活力,引发技术被运用于生产,引发的关键在于控制种子“萌而未发”,在“回干窗口”内及时脱水,引发过程中种子储藏的mRNAs和蛋白已经执行功能,回干后这种分子机制被“牢记”,再吸胀的种子可以迅速整齐的萌发。除毒害分子外,ROS还作为信号分子参与调控种子休眠释放、胚乳松弛和贮藏物动员,且其与激素分子ABA和GA等存在交互作用,ROS还参与蛋白的翻译和翻译后修饰调控种子萌发吸水和贮藏物动员。在种子萌发过程中,甲硫氨酸代谢是代谢核心,其代谢产物广泛参与调控种子萌发的一些生理生化反应,如：DNA的合成,蛋白质的稳定性,染色体结构的形成和重塑,生物素的合成等,另外还与激素分子ABA、GA、ETH和CTK及活性氧活性（氮）存在交互作用。近来还发现甲硫氨酸亚砜还原酶决定种子的寿命,它可能是种子活力的一个新的分子标记。本文将围绕上述内容对国内外研究现状进行综述,并对今后的研究热点,种子“提早”收获的感官依据,高活力种子田间出苗差异的分子机制,生长素在胚根突出时的重要作用,甲硫氨酸代谢,种子活力检测方法的选择等内容进行了展望。     

增氧引发对烟草种子活力和萌发的影响

烟草种子水引发过程中伴随着旺盛的呼吸代谢,使引发液中溶解氧含量快速降低,对烟草种子形成了低氧胁迫.为缓解低氧胁迫,本试验以过氧化钙为增氧剂,研究了过氧化钙浓度和增氧引发时间对种子发芽、幼苗生长和种子活力的影响.结果表明:采用过氧化钙增氧引发显著促进种子的发芽和幼苗的生长,提高烟草种子活力.用10g/L的过氧化钙浊液引发36 h,烟草种子的发芽率、发芽势、苗长、苗干重和苗鲜重最高;发芽指数、活力指数和发芽速率显著优于对照和水引发36 h处理,发芽指数分别提高了18.0%和11.8%,活力指数分别提高了56.9%和24.3%,发芽速率分别缩短了0.6 d和0.4 d.     

干燥温度对苜蓿草种子活力影响研究

种子在干燥过程中随着温度的变化会出现老化现象,导致生理特性发生改变和种子活力下降,进而降低种用价值。为探讨干燥温度对苜蓿种子活力的影响,选择不同干燥温度对苜蓿种子进行干燥,分别测定了发芽率、发芽势、抗氧化酶、代谢酶及有害物质丙二醛的含量。结果表明：干燥温度为35℃时,种子发芽率和发芽势最高,超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)活性显著高于其他干燥温度,丙二醛含量显著低于其他干燥温度。脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶活性显著高于其他干燥温度。干燥温度为35℃时有利于苜蓿种子的干燥,并且能够明显提高种子活力。研究结果为能较好地说明不同干燥温度对苜蓿种子活力的影响,为实际生产中苜蓿草种子的干燥提供一定的理论基础。     

PEG预处理是提高玉米种子活力和萌发代谢的效应

本文研究了ＰＥＧ预处理对玉米种子活力及萌发代谢性酶活力的影响。结果表明，ＰＥＧ处理可以提高玉米种子活力及幼苗抗高温的能力，增强萌发玉米种子的呼吸作用；明显提高萌发期间淀粉酶、脂肪酶、转氨酶的活力。     

PEG预处理提高玉米种子活力和萌发代谢的效应

本文研究了ＰＥＧ预处理对玉米种子活力及萌发代谢性酶活力的影响。结果表明，ＰＥＧ处理可以提高玉米种子活力及幼苗抗高温的能力，增强萌发玉米种子的呼吸作用，明显提高萌发期间淀粉酶、脂肪酶、转氨酶的活力。     

18个苜蓿品种种子萌发期的耐盐性研究

为鉴定苜蓿品种耐盐性的差别,以18个苜蓿品种种子为试验材料,在6个NaCl浓度下对各品种种子萌发期的耐盐性进行了研究,其品种间存在显著性差异(P<0.05,P<0.01)。通过对不同品种种子的发芽势、发芽率、耐盐适宜浓度和半致死浓度4个鉴定指标进行综合分析,结果表明:WL232hq和三得利的耐盐性最强,其次是WL232和游客,耐盐性最弱的金达和龙引BeZa87。     

赤霉素和钙对棉花种子萌发的效应

研究了GA3、Ca2 +对棉花种子萌发及活力的影响。结果表明,在种子吸胀、萌动阶段,GA3的作用不明显,Ca2 +则明显表现出抑制种子吸水和萌动;在发芽阶段,适宜浓度的GA3、Ca2 +及其复合处理可显著提高种子发芽势,促进胚芽伸长,提高种子活力     

盐胁迫对苜蓿种子萌发和幼苗生长的影响

研究了不同浓度盐胁迫对2种从澳大利亚引进的苜蓿(Medicago sativa和Medicago polymorpha)种子萌发及幼苗生长相关生理生化特性的影响。结果表明:盐胁迫对苜蓿种子萌发和幼苗生长有抑制作用,且其抑制程度随着浓度的提高而增加,当盐浓度达到1.8%时,对苜蓿种子的萌发完全抑制。其中Medicago sativa表现出较好的耐盐性,具有可推广潜力。     

不同基因型大豆种子活力研究

对不同基因型大豆种子进行发芽指标和电导率测定,分析大豆不同基因型种子萌发特性和种子活力差异,结果表明:不同基因型大豆种子活力之间存在较大差异;新、陈种子之间萌发指标差异明显;种子浸出液电导率与发芽率之间呈显著或极显著负相关,与活力指数之间并未达到显著相关。大豆生产上应尽可能利用活力高的新种子。     

湿度、NaCl浓度对铜仁珍珠豆型花生种子活力及发芽的影响

研究发芽床不同含水量及NaCl浓度对铜仁珍珠豆型花生种子活力及发芽的影响,试验表明,发芽床含水量从20%升高至40%,铜仁珍珠豆型花生种子的发芽率、发芽势、发芽指数呈上升趋势,含水量继续升高至60%,三项指标呈下降趋势,40%是铜仁珍珠豆型花生最适发芽床含水量,花生发芽各项指标达到最高。用NaCl溶液处理种子,浓度从0mol/L升高至0.5mol/L,花生种子的发芽率、发芽势、发芽指数三项指标表现出先急剧后缓慢又急剧下降的趋势。     

高温催芽时间对荔枝种子活力的影响

研究了2-7-6荔枝种子在40℃催芽1～8 d后常温催芽40 d的发芽率、发芽势、种子活力指数、相对胚根长与长出胚芽天数,对照为室温条件下催芽.结果表明,40℃高温催芽4d对荔枝种子的发芽率没有影响,超过4d种子的发芽率降低,种子的发芽势随着高温催芽时间的延长呈现下降趋势;荔枝种子可耐40℃高温的临界时间为2d,超过2d种子的活力指数与相对胚根长迅速下降;高温催芽1～2 d对荔枝种子胚根生长抑制效果较小,当高温催芽时间大于4d时胚根几乎停止生长;40℃高温催芽1～2 d会推迟荔枝种子胚芽长出的时间,但能提高胚芽长出的整齐度,40℃高温催芽超过2d种子长出胚芽的整齐度开始降低,随着高温催芽时间的延长,荔枝种子长出胚芽的时间延后,整齐度也有一定程度的下降.     

植物生长调节物质HKL-4对玉竹种子萌发及出苗影响研究

[目的]为玉竹种子育苗繁殖提供参考。[方法]因不同浓度的植物生长调节物质HKL-4对玉竹种子进行浸种处理,研究HKL-4浓度及浸种时间对玉竹种子发芽率和出苗率的影响。[结果]HKL-4浸种时间显著影响玉竹种子发芽启动天数,而对发芽率和发芽势的影响却不明显;HKL-4浓度显著影响玉竹种子发芽率、发芽势和出苗率。40倍HKL-4母液浸种6 h,玉竹种子的发芽率和出苗率最高,分别为78.9%和72.9%,较对照提高了42.9%和43.6%。[结论]适当浓度的HKL-4处理玉竹种子,可显著提高其发芽率和出苗率,最佳处理浓度为40倍母液。     

水分吸收预处理提高菜用大豆种子活力

用40％PEG溶液、饱和湿度空气及多层滤纸控制吸胀预处理,能显著提高菜用大豆(Glycine max L.Merr.)种子的发芽势、发芽率和活力指数,以及抗低温吸胀和浸泡伤害的能力.在PEG溶液和多层滤纸条件下吸胀,明显减缓种子吸胀速率,特别是吸胀初期的速率.而且两者控制吸胀的效果相似.这三种处理显著地减少了种子浸泡液的电导率和紫外吸收物质量以及可溶性糖和氨基酸外渗量.种皮对阻止细胞内含物外渗有重要作用,但PEG等的修复作用主要发生在种皮内活的细胞组织.预处理对膜的修复有良好的效果,可是当种子劣变已伤及修复系统时,这种处理就无效.     

珍珠岩引发对茄子种子发芽率的影响

种子引发是一项控制种子缓慢吸水和逐步回干的种子处理技术。本试验以珍珠岩为引发基质,研究了在珍珠岩中添加不同水分进行引发处理对茄子种子发芽率的影响。结果表明,在珍珠岩中加入一定水分进行引发处理,对茄子种子的发芽率产生了明显的促进作用,特别是对提高茄子种子前期发芽率的作用更加明显,前3 d的发芽率比对照提高12.3~70.0个百分点。采用珍珠岩作引发基质时,适宜的加水量为每1.5 g珍珠岩0.4~0.6 m l蒸馏水。     

电导率法早期检测玉米和小麦种子活力

为筛选稳定有效的电导率早期测定时间,以4个玉米品种(‘郑单958’,‘农大86’,‘农大87’和‘农大364’)和2个小麦品种(‘济麦22’和‘周麦18’)种子为材料,通过加速老化得到16个不同活力梯度的种子,分析不同浸种时间电导率值与种子活力梯度的相关性。并利用45个玉米品种及50个小麦品种种子对结果进行验证。结果表明,不同活力梯度的玉米和小麦种子浸种4、8、12、16、20和24h的电导率值均与发芽势、发芽率和简易活力指数(SVI)呈显著负相关,其中‘农大364’浸种4h的电导率值与SVI相关系数达-0.883。45个玉米品种浸种4h电导率值与发芽势、发芽率和SVI呈显著负相关,相关系数可达-0.4～0.5;50个小麦品种浸种8h电导率值仅与SVI呈显著负相关。浸种4h后回干的玉米种子,其发芽势、发芽率、SVI与对照相比均无显著差异。综上所述,基于电导率的种子活力测定时间在玉米中可以缩短到4h,在小麦中能否稳定缩短到8h还需继续验证。     

基于电子鼻技术的小麦种子活力鉴别

为探究准确高效鉴别种子活力的新技术,利用电子鼻系统对未老化(CK)、58℃热水浴老化(Hot water aging method,HW)和50%甲醇老化(Methanol solution aging method,MS)后的山农27小麦种子进行检测,采用主成分分析(Principal component analysis,PCA)、线性判别分析(Linear discriminant analysis,LDA)及载荷分析(Loadings)对老化处理后不同活力水平的小麦种子进行鉴别研究。试验结果:1)老化处理后不同活力水平的小麦种子在电子鼻传感器上有不同的特征性响应图谱;2)PCA分析无法区分热水浴老化后活力接近的小麦种子;3)LDA分析对热水浴老化和甲醇老化不同活力水平的小麦种子均具有较好的区分效果;4)载荷分析确定了热水浴老化各活力水平小麦种子的差异气味主要来自于无机硫化物(W1W)、小分子氮氧化合物(W5S)和有机硫化物(W2W),短链烷烃(W1S)、醇醚醛酮类气体(W2S)和氢气类(W6S)。甲醇老化各活力水平小麦种子的差异气味主要来自于有机硫化物(W2W)、小分子氮氧化合物(W5S)、短链烷烃(W1S)、醇醚醛酮类气体(W2S)和无机硫化物(W1W)。本研究结果揭示以电子鼻技术作为检测手段,通过对小麦种子挥发性成分的检测结合LDA分析,可以实现对不同活力小麦种子进行快速准确高效地鉴别,再结合Loading分析,可以进一步分析相关的差异性气体成分。     

sul型甜玉米种子乳熟后百粒重和活力变化的研究

试验以 3个早熟 sul型甜玉米自交系为材料分析了乳熟后甜玉米种子百粒重、发芽率和活力的变化。结果表明 ,从抽丝后 30 d起发芽率已较高。百粒重和活力指数随成熟度增加逐渐增大 ,5 0 d百粒重最大 ,达到种子形态成熟 ;4 5 d活力指数最大 ,达到种子生理成熟。最佳采种期应以抽丝后 5 0 d为宜     

超声波处理对小麦种子活力影响的转录组分析

为分析超声波处理对小麦种子活力及相关基因表达的影响,设置不同时长超声波（0(CK)、10、20、30、40和50min）处理小麦种子,同时借助转录组测序技术筛选与小麦种子活力相关的差异表达基因,进行GO分类及KEGG富集分析。结果表明,超声波处理30min的小麦种子活力最高,且显著高于其他处理和CK。30min处理的小麦幼苗萌发0h的脯氨酸含量以及SOD、CAT、POD的活性均显著高于CK,萌发72h的幼苗SOD、CAT活性与脯氨酸含量均显著高于CK。转录组分析表明,与CK相比,超声波处理30min的小麦种子萌发0和72h共有1 723个差异表达的基因。GO富集分析表明,在生物过程上,超声波处理对种子活力的影响主要集中在氧化还原过程、碳水化合物代谢过程、氧化应激响应与过氧化氢分解代谢过程;在细胞组分上,主要集中在胞外区、质外体、细胞壁和细胞外间隙等质膜外区域;在分子功能上,主要集中在氧化还原酶活性、单加氧酶活性和过氧化物酶活性。KEGG富集分析发现,富集最为显著的3个通路依次为谷胱甘肽代谢（ko00480）、代谢途径（ko01100）与色氨酸代谢（ko00380）,其中谷胱甘肽代谢通路...