种子休眠机理研究概述

种子休眠是植物本身适应环境和延续生存的一种特性,是种子植物进化的一种稳定对策。野生植物特别是原产温带的植物,其种子大多有深而长的休眠期。关于种子休眠的概念有多种,这些概念引出了许多学说、假说和模型。种壳障碍、胚形态发育不完全和生理后熟以及种子中含有化学抑制剂等,都可导致种子休眠。根据不同的分类标准可将种子分成不同类型,一般将种子分为强迫休眠和机体休眠;机体休眠又可分为外部休眠、内部休眠和综合休眠。植物种类不同休眠特性也不同;同种植物的种子来源于不同的居群和植株时,若采集时期不同,其休眠也可能不同;甚至在同一果实中的不同种子,休眠特性亦可能有差异。影响休眠性状表达的基因既有核基因,也有质基因,休眠通常表现为一种受多基因控制的数量性状。种子休眠具有重要的生态学意义,能有效地调节种子萌发的时空分布。研究种子的休眠特性和机理及其解除方法,有助于农业生产和植物多样性保护。     

Advances in Understanding Seed Dormancy at the Whole-seed Level:An Ecological, Biogeographical and Phylogenetic Perspective

Following a brief account of the early foundations of seed germination ecology sensu lato, some historical and recent developments pertaining to the ecology, biogeography and phylogeny of seed dormancy are discussed.     

植物种子休眠的原因及休眠的多形性

概述了植物种子休眠的原因及种子休眠的多形性。种壳障碍、胚形态发育不全和生理后熟以及种子中含有化学抑制剂都可导致种子休眠。根据不同的分类标准可将种子休眠可分成不同类型,但通常将休眠分为外源休眠、内源休眠和综合休眠。影响休眠的因素是复杂的,植物种类不同,休眠特性不同;同种植物的种子,来源于不同居群和植株,在不同时期采集,位于母株不同位置,其休眠有可能不同;甚至同一果实中的不同种子,休眠特性都会有差异。影响休眠性状表达的基因既有核基因,又有质基因,休眠通常表现为一种受多基因控制的数量性状。种子休眠的多形性有利于调节种子萌发的时空分布。     

野生玫瑰果实发育过程中种子的细胞组织结构和内源激素变化对其休眠性的影响

以吉林珲春自然群落的野生玫瑰(Rosa rugosa Thunb.)为试验材料,探究野生玫瑰在果实形成过程中种子的发育及休眠性的形成和变化。选取青果期(1~35 d)、转色期(35~60 d)、红果期(60~75 d)的果实及种子,结合形态学、组织细胞学观察法及高效液相色谱技术,对果实各发育时期的种子形态、种胚及内果皮的发育进行研究,并分析种子内源激素含量变化与果实发育、种子休眠之间的关系。结果表明:果实和种子在青果期(1~35 d)时发育速度最快,种胚在花后24 d发育完全,种子不存在形态休眠。花后24 d内果皮开始沉积木质素并逐渐木质化,种子开始产生机械休眠。种子激素含量的变化与果实的发育、转色及内果皮的木质化密切相关,种子内源GA3和ABA含量在青果期(1~35 d)达到峰值,内源IAA含量在果实转色期(35~60 d)达到最大值,高浓度的ABA含量是种子尚未脱离果实时便已进入生理休眠的主要原因。     

MicroRNA在种子发育、休眠与萌发过程中的作用

植物microRNA(miRNA)是一类小分子非编码RNA,对植物的生长发育发挥着重要调控作用。种子发育、休眠与萌发是植物生命进程中的重要阶段。在这一阶段内,种子受各种环境因子及内源激素调控,并且不同植物种子具有不同发育及休眠特性。随着人们对种子发育、休眠及萌发机理的探究,越来越多miRNA被鉴定,它们能够基于植物激素信号传导、抗氧化作用、关键转录因子调控等途径参与种子形态建成、物质代谢及各种胁迫响应。本文主要综述了近年来植物miRNA的形成及调控机理,以及在种子发育、休眠及萌发过程中发挥的调控作用,旨在为今后的研究方向提供参考。     

种子休眠的研究进展

种子休眠是植物在长期系统发育进程中获得的一种适应环境变化的特性。这种特性能够确保物种在恶劣的环境中存活,减少同一物种中个体之间的竞争,以及防止种子在不适宜的季节萌发。该文综述了种子休眠的类型、种子休眠的发育与连续群、种子休眠的调节、与休眠诱导、维持和释放有关的蛋白以及种子休眠的进化,并提出了今后种子休眠研究的主要问题。     

羊草种子休眠机制及破除方法研究

羊草种子休眠程度深、发芽率低是限制栽培利用的重要因子.采用不同破除羊草种子休眠的方法,测定各处理对种子萌发的影响,以探索破除羊草种子休眠的有效途径.结果显示:(1)刺破种皮的裸种子较完整种子的萌发率、吸水速率、生活力分别由对照的6%、63%、0%显著增加到60%、86%、94%.(2)完整羊草种子分别用清水浸种1 d、30% NaOH浸种80 min、清水浸种1 d后用30% NaOH浸种60min其萌发率由6%分别显著提高到36%、60%、84%,而各浓度赤霉素处理完整种子其萌发率较对照均无显著变化. (3)采用清水浸种1 d后用30% NaOH处理60 min,再施加200 μg/g GA3综合处理,可使羊草完整种子的发芽率由6%提高到91%,接近其种子生活力94%.研究表明,羊草种子的稃与种皮不影响种子水分的吸收,但影响种子对GA3的吸收、不同程度地阻碍大分子物质的渗入、限制羊草种子内部萌发抑制物的渗出,从而引起种子休眠;分析认为稃和种皮以及种子内部萌发抑制物质是引起羊草种子休眠的主要原因.     

种子休眠与破眠机理研究进展

种子休眠机理主要围绕透性、抑制剂作用和光敏素转化等方面的研究而建立。种皮的阻碍作用可能是由于种皮的物理或化学特性引起．可导致对水、光、气体或溶质的透性改变。抑制剂作用机理是抑制物质可抵消促进细胞分裂和生长发育的激素的作用。光敏素转化机理来源于与休眠有关的生物活性化学物质的合成、活化或破坏受光诱导的观点,由于发现了光敏素蓝色蛋白的活化型（Pfr）和钝化型（Pr）而得到强有力的支持,种子光休眠取决于光敏素蓝色蛋白的活化型（Pfr）含量和Pfr／（Pr＋Pfr）比值。目前,打破休眠的方法一般有机械破皮法、激素处理法、分子生物学技术法、物理处理法（如激光、烟、热等处理技术）、CO2处理法等。激素的平衡由抑制剂占优势向促进物占优势的变化是打破休眠的决定因素。研究破眠机理的分子生物学技术有多种,包括ABA突变体的利用、分子标记、转基因技术、用反义RAN阻止基因的表达、cDNA克隆技术等。用激光照射种子,把适宜的光射入细胞,可增加细胞生物能,促进种子发育,从而可能打破休眠。热处理的机理是由于加热可以增加种皮的透气性。CO2之所以能提高某些物种的萌发率,在于其影响了种子内部乙烯的敏感性。     

Combinational dormancy in seeds of Sicyos angulatus (Cucurbitaceae,tribe Sicyeae)

Seeds with a water‐impermeable seed coat and a physiologically dormant embryo are classified as having combinational dormancy. Seeds of Sicyos angulatus (burcucumber) have been clearly shown to have a water‐impermeable seed coat (physical dormancy [PY]). The primary aim of the present study was to confirm (or not) that physiological dormancy (PD) is also present in seeds of S. angulatus. The highest germination of scarified fresh (38%) and 3‐month dry‐stored (36%) seeds occurred at 35/20°C. The rate (speed) of germination was faster in scarified dry‐stored seeds than in scarified fresh seeds. Removal of the seed coat, but leaving the membrane surrounding the embryo intact, increased germination of both fresh and dry‐stored seeds to > 85% at 35/20°C. Germination (80–100%) of excised embryos (both seed coat and membrane removed) occurred at 15/6, 25/15 and 35/20°C and reached 95–100% after 4 days of incubation at 25/15 and 35/20°C. Dry storage (after‐ripening) caused an increase in the germination percentage of scarified and of decoated seeds at 25/15°C and in both germination percentage and rate of excised embryos at 15/6°C. Eight weeks of cold stratification resulted in a significant increase in the germination of scarified seeds at 25/15 and 35/20°C and of decoated seeds at 15/6 and 25/15°C. Based on the results of our study and on information reported in the literature, we conclude that seeds of S. angulatus not only have PY, but also non‐deep PD, that is, combinational dormancy (PY + PD).     

两种结缕草种子休眠及萌发特性

通过测定兰引Ⅲ号结缕草和青岛结缕草休眠种子和解除休眠种子的吸水率、呼吸强度和脱氢酶活性等萌发生理指标,探讨了结缕草种子的休眠类型。试验结果表明,解除休眠的结缕草种子的吸水率大于未处理的种子。解除休眠种子的呼吸强度、脱氢酶活性都有较大幅度的增长,显著高于未处理。结缕草种子萌发期需30～35℃高温和充足光照。两种结缕草种子的颖壳、种皮的透性障碍及种子内存在发芽抑制物质是导致种子休眠的主要原因,属于混合休眠类型。     

药用植物种子休眠类型及休眠解除研究进展

种子休眠是植物在长期发育过程中形成的对不良环境条件主动适应的现象。介绍了常见药用植物种子休眠的原因,根据休眠原因对种子休眠与萌发的影响将种子休眠划分的几种类型,总结了对不同休眠类型的种子应分别采用的休眠解除方法,并评述了目前的研究进展。     

脱落酸调控种子休眠和萌发的分子机制

脱落酸(ABA)是调控种子休眠和萌发过程的主要植物激素。种子内源ABA含量和种胚对ABA敏感性共同调控种子休眠和萌发过程, 确保植物种子以休眠状态在逆境中保持其自身繁衍能力, 并在适宜的环境下启动萌发程序。种子ABA合成代谢和ABA信号转导途径涉及许多重要基因家族, 它们通过复杂的调控网络精确地控制着种胚发生、种子成熟、休眠及萌发进程。该文对ABA调控种子休眠和萌发的分子机制最新研究进展进行综述, 并展望了今后的研究方向。     

Effect of Temperature Regimes on Germination of Dimorphic Seeds of Atriplex prostrata

Dimorphic seeds of Atriplex prostrata were removed from cold dry storage monthly over a one year period to test for fluctuations in seed dormancy and germination rate. For each seed type, four replicates of 25 seeds were exposed to four alternating night/day temperature regimes mimicking seasonal fluctuations in Ohio: 5/15 °C; 5/25 °C; 15/25 °C and 20/35 °C with a corresponding 12-h photoperiod (20 μmol m⁻² s⁻¹; 400 – 700 nm). We found a significant three-way interaction of seed size, temperature and month for both percent germination and the rate of germination. Large seeds showed the greatest germination at the 20/35 °C and 5/25 °C temperature regimes and small seeds at the 5/25 °C regime. Large seeds had greater germination at all temperatures as compared to small seeds. Large seeds had the fastest germination rates at 20/35 °C followed by 5/25 °C whereas small seeds had the fastest rates at 5/25 °C followed by 20/35 °C. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

不同种子预处理对10种沙拐枣植物萌发的影响

为了确定沙拐枣植物种子的萌发特性及最优播前预处理方法,在实验室条件下,对10种沙拐枣植物的种子进行了磨砺、硫酸和热水浸泡、冷藏、种子浸出液处理,然后进行发芽实验研究。萌发实验的结果表明,10种沙拐枣植物对于不同的种子预处理,均表现出相似的萌发反应。磨砺、硫酸浸泡和冷藏处理对种子萌发有明显地促进作用。与对照相比,种子浸出液处理对种子的发芽率、发芽速度均具有明显地抑制作用,并能增强种子的休眠。冷藏处理具有打破有活力的种子休眠、促进种子萌发的作用,但它与热水浸泡处理一样,对有活力种子表现出一定的致死作用。沙拐枣植物的萌发模式在不同种子预处理问均表现出明显的差异性。机械磨擦和硫酸处理能够促进种子的萌发率及发芽势。泡果沙拐枣(Callingonum junceum)在本项实验中表现出很强的萌发能力。     

Morphophysiological dormancy in seeds of the ANA grade angiosperm Schisandra arisanensis (Schisandraceae)

We determined the kind of seed dormancy in Schisandra arisanensis, an ANA grade ([A]mborellales [N]ymphaeales [A]ustrobaileyales) angiosperm with medicinal value. Seeds have small underdeveloped embryos, and following seed maturity their length increased approximately 360% before radicle emergence. Germination was delayed 6–8 weeks, and the percentage and rate were much higher at 15/6, 20/10 and 25/15°C than at 30/20°C. For seeds incubated at 5/5°C (8 weeks) → 15/6°C (4 weeks) → 20/10°C (8 weeks) → 25/15°C (12 weeks) → 20/10°C (5 weeks), embryos grew at 15/6°C → 20/10°C, and almost all seeds that germinated (89%) did so at 20/10°C → 25/15°C. When seeds were incubated in a complementary temperature sequence, 25/15°C (12 weeks) → 20/10°C (8 weeks) → 15/6°C (4 weeks) → 5/5°C (9 weeks) → 15/6°C (4 weeks), embryos grew at 25/15°C → 20/10°C. Nearly all seeds that germinated (93%) did so at 25/15°C → 20/10°C and at 15/6°C following 9 weeks at 5/5°C. Based on the temperature requirements for embryo growth and seed germination, seeds of this species have non‐deep simple morphophysiological dormancy (C_1bB).