高温条件下渗透调节阻止水曲柳种子热休眠的生理机制解析

The secondary seed dormancy is widely existed in the natural conditions, which brings a lot of problems to the agricultural and forestry production. At present, high temperature, low oxygen, low water potential and other factors can induce secondary dormancy, but the physiological mechanism of these factors inducing secondary dormancy is not clear. This subject based on previous research findings, the phenomenon that osmoconditioning under high temperature can effectively prevent Fraxinus mandshurica seed from entering thermodormancy, as the starting point. It is proposed to combine osmoconditioning, hormonal treatment and induction of seed thermodormancy. The effects of various hormones on the induction of seed thermodormancy and their responses to osmoconditioning were analyzed by investigating the effects of exogenous hormones such as abscisic acid, gibberellin, cytokinin and ethylene during osmoconditioning circumventing seed thermodormancy induction. On this basis, the physiological and biochemical indexes in the endosperm and embryo were analyzed to determine which physiological activities responded to the key hormone and osmoregulation during the induction of thermodormancy. The purpose of this study is to reveal which key hormones regulate the seed during the induction of thermodormancy and to elucidate the mechanism by which osmoconditioning affects the regulatory process. Thereby enriching seed secondary dormancy regulation theory and technology, scientifically guide agricultural and forestry production practices.

种子次生休眠在自然条件下是广泛存在的，它给农林业生产带来相当多的问题。目前已知高温、低氧、低水势等因素可诱导种子产生次生休眠，但这些因素诱导种子次生休眠的生理机制尚不清楚。本课题以前期研究中的发现——在高温条件下渗透调节处理能有效阻止水曲柳种子进入热休眠这一现象为着眼点，拟将渗透调节、激素处理与种子热休眠诱导结合起来开展研究。通过考察渗透调节处理阻止种子热休眠诱导过程中脱落酸（ABA）、赤霉素（GA）、细胞分裂素（BA）和乙烯等激素的作用，分析各类激素在诱导种子热休眠过程中的作用关系及其对渗透调节的应答机制，在此基础上结合相关生理指标的测定，分析胚乳和胚中哪些生理活动在热休眠诱导过程中对关键激素和渗透调节做出响应。旨在揭示种子热休眠诱导过程中哪些关键激素通过何种机制实现调控作用，并阐明渗透调节通过何种生理机制影响该调控过程。从而丰富种子次生休眠的调控理论与技术，科学地指导农林业生产实践。

种子次生休眠在自然条件下是广泛存在的。已知高温、低氧、低水势等因素可诱导种子产生次生休眠，但这些因素诱导种子次生休眠的机制尚不清楚。本项目以解除休眠的水曲柳种子为材料，着眼于高温条件下渗透调节减弱种子热休眠这一过程，测定了不同外源激素和渗透处理条件下种子的萌发能力变化，种子内源激素、胚乳细胞壁降解酶活性等生理变化，并对种子热休眠的相关转录组进行了分析。主要结果如下：（一）高温条件下，减弱种子热休眠的效果随渗透处理浓度的提高逐渐增强，外源激素与渗透处理联用减弱水曲柳种子热休眠的效果因激素种类而异。在减弱种子热休眠诱导方面，未经PEG渗透处理时，GA4+7浸种处理效果最佳，乙烯和6-BA表现出了拮抗GA4+7的作用，而乙烯与6-BA则表现出协同促进的作用；经PEG渗透处理后，乙烯和6-BA拮抗GA4+7的作用消失，但乙烯与6-BA间的协同促进作用依然存在。（二）高温条件下，PEG渗透处理改变了种子对GA合成抑制剂（多效唑）和ABA合成抑制剂（氟啶酮）的敏感响应程度，多效唑抑制种子萌发的作用显著提高，而氟啶酮对种子萌发的促进效应显著降低。(三)高温条件下，渗透引发处理的种子在萌发过程中种胚和胚乳ABA含量降低，胚乳GA含量升高，即PEG 引发处理通过改变种子内源激素含量（GAs、IAA 和CTK 提高，ABA 下降）来促进种子萌发。（四）高温条件下，种子含水率与种子发芽率呈极显著负相关关系，PEG渗透处理可显著降低种子含水率，促进种子萌发。PEG渗透处理可显著提高种胚对GA、ABA的敏感性和细胞壁降解酶活性，促进种子呼吸代谢。（五）高温条件下，渗透处理通过上调胚乳苯丙类化合物生物合成、谷胱甘肽代谢、植物MAPK信号转导等通路，合成次生代谢物增强种子对胁迫的抵抗作用，激活活性氧清除系统降低细胞损伤；同时，上调种子ETH和胚乳GA合成信号、下调种胚和胚乳ABA合成信号通路，促进种胚和胚乳ETH、GA合成，抑制ABA合成，协同促进水曲柳种子萌发。通过研究确定了在种子热休眠诱导过程中起关键作用的激素，揭示了种子热休眠诱导过程中相关生理过程对渗透调节的应答机制，丰富了种子次生休眠的调控理论和技术。