高等植物种子活力的生物学研究进展

种子活力是种子质量的重要指标和种用价值的重要组成部分。该文从种子活力概念的演变与延伸、种子活力的遗传分析、种子活力测定方法、与种子活力相关的miRNA和蛋白质组学以及引发提高种子活力的机理等方面对高等植物种子活力的最新研究进展进行了综述,并提出了种子活力未来的研究方向。     

用茚三酮试纸法快速测定箭(艹舌)豌豆种子的活力

在种子检验工作中,测定发芽力是一个重要的项目。但发芽率相同的各批种子之间,其耐贮藏性、抗逆境能力、植株整齐度及形成产量的潜在能力等往往有很大的差异。所以近年来日益重视种子活力(“seed vigor”有人建议称“种子健壮度”)的研究,认为它更能反映种子的质量。曾经提出过不少在播前测定种子活力的方法,但它们多以种子群体为测试     

大豆植株不同冠层种子活力及其萌发中抗氧化酶活性

以吉农15号和吉农24号大豆(Glycine max)品种为材料,根据植株高度平均分为下部、中下部、中部、中上部和上部5个冠层,分析不同冠层种子百粒重、种子活力及萌发7天子叶中抗氧化酶活性和丙二醛含量的变化。结果表明,随着植株冠层的升高,大豆百粒重呈先略上升后逐渐下降的趋势,上部冠层种子的百粒重最小。大豆植株下部与中下部冠层种子的发芽率和发芽势较高;并且该两层的种子活力指数显著高于中上部与上部冠层,种子萌发后幼苗的茎粗也显著大于中上部及上部冠层幼苗。下部与中下部冠层种子萌发时子叶中的抗氧化酶活性高于上部,而丙二醛含量低于上部,说明该两层的大豆种子活力高,萌发后幼苗健壮且子叶新陈代谢旺盛,是优选良种的最佳冠层。     

生理成熟期高温高湿胁迫对春大豆种子活力、主要营养成分及种皮结构的影响

采用盆栽方式,研究了宁镇1号和湘豆3号2个春大豆品种在种子生理成熟期受到高温高湿胁迫[(40±2)℃/(30±2)℃、相对湿度(95±5)%/(70±5)%、10 h/14 h(昼/夜)]后种子活力指标、主要营养成分及种皮解剖结构的变化.结果表明:生理成熟期植株受到高温高湿胁迫后,2个春大豆品种种子生活力、发芽势、发芽率以及脱氢酶、酸性磷酸酶活性呈下降趋势,种子细胞膜透性增大,浸种液中的H+、可溶性糖和亮氨酸含量上升,种子中的脂肪和蛋白含量无规律性变化,种皮与种脐解剖结构发生改变;短期的高温高湿胁迫(5 h)对春大豆种子活力的影响不明显,胁迫时间超过48 h,种子活力相关指标急剧降低;湘豆3号较耐高温高湿胁迫,表现为发芽势和相关酶活性下降及浸种液外渗物含量增加的幅度小,种皮致密、厚实,种脐结构完整等特征.     

关于种子活力的问题

前言种子是农林业生产中最基本的生产资料之一,有了优质的种子,才有可能提高产量。优质种子的一个基本特点是:必须具有高的活力。国际上很早便把种子活力作为一个重要的品质指标,并十分重视它。50年代初,在国际种子检验协会(ISTA)中成立了种子活力检验委员会。     

水杨酸调控盐胁迫下羽衣甘蓝种子萌发的机理

盐胁迫是植物种子萌发与植株生长的重要限制因子。以羽衣甘蓝(Brassica oleracea var.acephala)名古屋为材料,研究不同盐分对其种子萌发的影响,探索水杨酸(SA)及其合成抑制剂氨基茚磷酸(AIP)处理对羽衣甘蓝种子萌发的调控效应。实验结果表明,150与200 mmol·L^–1 NaCl处理后的羽衣甘蓝种子活力显著降低。盐胁迫显著降低种子的吸水速率、种子活力与幼苗质量,降低苯丙氨酸裂解酶活性与内源SA含量,提高过氧化氢(H2O2)与超氧阴离子(O2^–.)含量。SA可以缓解盐胁迫对羽衣甘蓝种子活力的抑制作用,通过促进内源SA合成,从而提高种子吸水率与种子活力,促进种子对K^+、Mg^2+的吸收,降低Na+含量。此外,外源施加SA能够显著增强超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性,降低H2O2与O2^–.的积累。相反,氨基茚磷酸(AIP)处理能够增强盐胁迫对种子萌发的抑制作用,推测这与AIP处理能够显著降低种子内源SA含量密切相关。研究表明外源SA主要通过提高保护酶活性、降低活性氧积累和维持体内离子平衡来增强羽衣甘蓝的耐盐性。     

超低温冷冻对羯布罗香种子结构和生理生化特性的影响

为长期、稳定、有效地保存羯布罗香(Dipterocarpus turbinatus Gaertn.F.)种子,探讨了低温冷藏对种子活力、结构和生理生化指标的影响。结果表明,45%的含水量是种子的安全储藏含水量;玻璃化冷冻和缓慢冷冻对种子结构损害较大,且冷冻后的种子活力下降幅度大;快速冷冻法是种子超低温保存的最佳冷冻方式;液氮冷冻降低了种子过氧化物酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,提高了α-淀粉酶活性,而对丙二醛含量无显著影响。因此,超低温保存羯布罗香种子是科学可行的。     

赤霉素调控玉米种子活力的研究进展

玉米是我国总产与平均单产最高的主要农作物,对于保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。种子活力是衡量种子质量和应用价值的关键指标,高活力种子是确保作物高产、稳产的基础。赤霉素是重要的植物生长调节物质,具有解除种子休眠、促进萌发的作用,外源赤霉素的喷施已被广泛应用于农业生产以提高作物产量。目前赤霉素对玉米种子活力的影响研究多侧重于施加外源GA影响种子活力的相关生理指标上,而赤霉素调控玉米种子活力的作用机理尚需深入研究。本文综述了赤霉素的生物合成、信号转导、作用机制以及对玉米和其他作物种子活力影响的研究进展,旨为深入探究GA对于玉米种子活力的调控机制乃至玉米育种实践中高活力玉米新种质的创制提供参考。     

种子活力与蛋白质关系的研究进展

对种子活力的研究是目前种子生理学研究的热点,近年来对种子活力的机理的研究有了新的突破。本文主要叙了种子活力与蛋白的关系研究进展,包括种子活力与贮藏蛋白的关系、种子种力与热激蛋白等逆激蛋白的关系、种子活力与泛肽、钙调蛋白的关系等,并探讨了与种子活力有关的逆激蛋白之间的同源性。     

水杨酸调控盐胁迫下羽衣甘蓝种子萌发的机理

盐胁迫是植物种子萌发与植株生长的重要限制因子。以羽衣甘蓝(Brassica oleraceavar. acephala)名古屋为材料,研究不同盐分对其种子萌发的影响,探索水杨酸(SA)及其合成抑制剂氨基茚磷酸(AIP)处理对羽衣甘蓝种子萌发的调控效应。实验结果表明, 150与200 mmol·L~(–1) NaCl处理后的羽衣甘蓝种子活力显著降低。盐胁迫显著降低种子的吸水速率、种子活力与幼苗质量,降低苯丙氨酸裂解酶活性与内源SA含量,提高过氧化氢(H2O2)与超氧阴离子(O_2~(.–))含量。SA可以缓解盐胁迫对羽衣甘蓝种子活力的抑制作用,通过促进内源SA合成,从而提高种子吸水率与种子活力,促进种子对K~+、Mg~(2+)的吸收,降低Na+含量。此外,外源施加SA能够显著增强超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性,降低H_2O_2与O_2~(.–)的积累。相反,氨基茚磷酸(AIP)处理能够增强盐胁迫对种子萌发的抑制作用,推测这与AIP处理能够显著降低种子内源SA含量密切相关。研究表明外源SA主要通过提高保护酶活性、降低活性氧积累和维持体内离子平衡来增强羽衣甘蓝的耐盐性。     

CO_2激光照射对油菜种子活力指数的数学模拟

本试验采用多项式模拟方法 ,研究 CO2 激光对油菜种子活力指标的影响 ,分别得出了发芽种子的下胚轴长与 CO2 激光照射时间 ;发芽种子的胚根长与 CO2 激光照射时间 ;种子的发芽指数与 CO2 激光照射时间 ;萌动种子的过氧化氢酶活性与 CO2 激光照射时间 ;地上部鲜重与 CO2 激光照射时间 ;全株鲜重与 CO2 激光照射时间的数学模型。揭示了油菜种子活力与 CO2 激光照射时间的关系。     

盐胁迫下花生种子萌发期代谢组学分析

盐碱地高盐分会降低种子活力、抑制萌发出苗,严重制约盐碱地区花生生产和产业发展。种子萌发过程中物质代谢对种子发芽及植株形态建成至关重要,逐渐成为评价种子活力和品质的重要指标。以不同萌发期花生种子为研究对象,利用生理指标和高效液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）分析方法,研究了盐胁迫下花生种子不同萌发期主要营养物质含量和差异代谢物的变化。种子吸水萌发促进了脂肪、蛋白质、可溶性糖代谢,随萌发时间延长,脂肪和可溶性糖含量逐渐降低,可溶性蛋白质含量呈先降后升的变化趋势。主成分分析和偏最小二乘法判别分析表明盐胁迫与对照组间代谢物差异较大,暗示盐胁迫对花生种子萌发期物质代谢影响较大。利用VIP值分析和KEGG pathway预测分析显示：正常条件下,花生种子吸水膨胀期的差异代谢物较少,未鉴定到富集的KEGG pathway;而胚根伸长期差异代谢物主要富集于12个KEGG pathway,表明萌发后期物质代谢较前期旺盛。盐处理显著提高多种差异代谢物表达水平,其中渗透保护物甜菜碱和脯氨酸差异明显;另外,盐胁迫下吸水膨胀和胚根伸长两时段的差异代谢物显著增多,分别富集到26和31个KEGG pathway。盐胁迫显著促进了能量代谢、甘油磷脂代谢、谷胱甘肽代谢以及芥子油苷生物合成途径等相关通路,推测其与盐胁迫下花生种子萌发期抗逆有关。甜菜碱和脯氨酸可能是花生种子萌发期适应盐胁迫的关键代谢物,甘油磷脂代谢、谷胱甘肽代谢以及芥子油苷生物合成等途径可能是重要的代谢调控通路。试验结果可为促进盐胁迫下花生种子萌发出苗探索新途径、新方法,以及提高盐碱地花生出苗率提供理论依据和参考价值。     

缺苞箭竹种子人工老化及不同大小种子的生理研究

为了解缺苞箭竹(Fargesia denudate Yi)种子的老化机理和不同大小种子间的差异,对其进行了人工老化处理和大、中、小三组种子的区分,并分别对种子活力,总抗氧化能力,酶活性,丙二醛含量和电导率进行测定。发现经人工老化后种子活力显著降低,电导率和丙二醛含量随老化程度加深而上升,总抗氧化能力和过氧化氢酶活力随老化程度加深而下降,超氧化物歧化酶的活力则出现上升的趋势,但超氧化物歧化酶与丙二醛的比值呈现先升后降的趋势。总抗氧化能力、超氧化物歧化酶与丙二醛的比值能够很好的反映种子老化的程度和抗氧化能力的变化;总抗氧化能力、电导率和种子活力有很好的相关性。中等大小种子活力最高,总抗氧化能力和几种酶活性均随种子增大而提高,丙二醛含量和电导率则随种子增大而减小,种子大小是与各指标相关的因素。     

种子吸胀及萌发阶段ATP水平测定方法的探讨

Ching T.M.对应用ATP含量作为种子活力指标的可能性进行了讨论。我们在探索测定种子活力的方法过程中,观察到测定ATP含量是较理想的生化方法,适用于所测试的蔬菜、淀粉、油料及蛋白质类种子,同一品种的各批种子,即使生活力(viability)即发芽力相近或相同,它们的活力(vigor)即种子健壮度也会有很大差异。各类测试种子ATP的含量与活力均呈正相关。白菜的田间试验还证明吸胀种子的ATP含量与产量也相关。可见ATP水平是种子活力极灵敏的生化指标。     

CO2激光照射对油菜种子活力指数的数学模拟

本试验采用多项式模拟方法,研究ＣＯ２激光对油菜种子活力指标的影响,分别得出了发芽种子的下胚轴长与ＣＯ２激光照射时间;发芽种子的胚根长与ＣＯ２激光照射时间;种子的发芽指数与ＣＯ２激光照射时间;萌动种子的过氧化氢酶活性与ＣＯ２激光照射时间;地上部鲜重与ＣＯ２激光照射时间;全株鲜重与ＣＯ２激光照射时间的数学模型。揭示了油菜种子活力与ＣＯ２激光照射时间的关系。     

贮存时间对盐地碱蓬种子萌发及生长特征的影响

研究黄河三角洲滨海湿地不同贮存年限盐地碱蓬种子的萌发及植株生长特征,以期为利用土壤种子库进行滨海湿地盐地碱蓬群落的恢复提供科学数据。种子萌发实验结果显示：随着种子贮存年限的增加,盐地碱蓬种子活力呈明显下降趋势(P<0.05),表现为种子发芽率和发芽速度的下降;在同一盐度条件下,盐地碱蓬种子发芽率、发芽速度随贮存年限增加呈线性下降趋势;同一年限的种子随盐度的增加,发芽率呈线性下降趋势。植株生长实验结果显示：贮存时间短的种子出苗率高于贮存时间久的种子;随着贮存时间的增加,盐地碱蓬植株的密度呈下降趋势,但植株高度、含水量及单株鲜重及干重无明显差异,而单位面积生物总量差异显著(P<0.05)。在未来滨海湿地盐地碱蓬群落的修复过程中,应该根据滨海湿地的退化时间制定盐地碱蓬群落的恢复方案。研究结果可为滨海湿地生态恢复提供理论支持和科学参考,以实现滨海湿地恢复过程中降低恢复成本、提高恢复效率、加快恢复进程的目标。     

苦豆子和披针叶黄华种子硬实特性与活力关系研究

以苦豆子和披针叶黄华种子为实验材料,在恒温25℃下吸胀,每24h取出吸胀种子,10d后未吸胀的种子为硬实种子(H),硬实种子用硫酸处理后恒温吸胀24h,与非硬实种子进行发芽试验和各项活力指标测定。结果显示:(1)每日内吸胀的种子数量随时间推移以一定比列下降,苦豆子非硬实种子吸胀速率较缓慢,第10天后吸胀率降到1%,披针叶黄华非硬实种子第3天后下降到1%,第9、10天突然上升后又下降到1%。(2)两种豆类种子都显示出硬实种子发芽率、发芽指数、活力指数、脱氢酶、呼吸速率、超氧化物歧化酶(SOD)均高于非硬实种子,而电导率、浸出液可溶性糖和丙二醛(MDA)均低于非硬实种子,缓慢吸胀的硬实种子活力指标高于快速吸胀的硬实种子。研究表明,硬实种子活力高于非硬实种子,硬实种子吸胀过程中存在吸胀损伤。而在非硬实种子中,根据以上活力指标判断,晚吸胀的种子比早吸胀的种子活力高。     

大金发藓和小蛇苔化学他感作用的生物测定

以绿豆、油菜和萝卜种子为生测材料,以大金发藓（Polytrichum commune Hedw.）和小蛇苔(Conocephalum japonicum(Thunb.) Grolle.)的水提取液为处理液,测定了二种苔藓植物提取液在三种浓度下对三种作物种子萌发率、萌发指数、萌发势、种子活力、幼苗根重和鲜重和根长等指标的影响。发现绿豆是理想的生测材料,种子活力指数、幼苗鲜重、根重和根长是理想的生测指标;二种苔藓植物的水提取液表现出类似于激素样的作用方式,对种子萌发和幼苗生长,表现为低浓度下促进、高浓度时抑制的化学他感效应。     

藜异型性种子后代植株盐响应生理机制

种子异型性是植物适应异质生境的重要策略,异型性对后代植株的影响值得深入研究。以具有种子异型性的荒漠植物藜为材料,测定了异型种子后代植株在不同浓度(0,50,300 mmol/L)Na Cl胁迫下的表型及与耐盐相关的生理指标变化,探讨了异型种子后代植株之间对盐胁迫生理响应机制的差异。结果显示,褐色种子后代植株在各浓度盐胁迫下的表型(株高、分枝数)均优于黑色种子。对其生理指标测定结果显示,褐色种子植株除电导率显著低于黑色种子植株外,氧化损伤指标(氧自由基、丙二醛含量)及抗氧化酶(SOD、CAT、POX)活性、抗氧化剂(Car、As A)含量、渗调物质(可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱)含量等在两者之间无明显差异。研究结果暗示,藜异型性种子后代植株的早期生长表型在盐胁迫下所产生的差异可能是由种子胚的大小及萌发快慢差异所导致,而这种差异并未引起盐胁迫下两种植株抗氧化系统响应的差异。     

CO_2激光照射对石刁柏种子活力指标的数学模拟

本文在 CO2 激光对石刁桕种子活力影响的研究基础上 ,应用多项式回归对种子活力指标进行了数学模拟。分别得到了发芽种子的胚根长、下胚轴长、发芽率、发芽指数、活力指数、出苗率与 CO2 激光照射时间的数学模型。