种子活力与萌发的生理与分子机制研究进展

摘要

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mR NA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cα-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,箕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“顶主”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葫发.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(氨)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,甲硫氮酸代谢,种子活力检测方法的选择等内容进行了展望.