禾本科作物（如水稻、小麦、高粱等）的后熟期较短,若成熟后期未及时收割或在灌浆中后期遇到多日阴雨,就会诱发种子在穗上发芽,这种现象称为穗发芽（pre-harvest sprouting,PHS）。穗发芽的本质就是种子休眠平衡被打破。多雨潮湿环境会对水稻等作物的休眠产生影响,导致其穗发芽率增高。淀粉代谢过程与种子萌发之间存在着直接的联系,但过去的研究往往集中在种子萌发过程中淀粉水解对种子萌发的影响,淀粉合成过程中的关键基因与种子的萌发,尤其是与种子成熟过程中的穗发芽之间的关系几乎鲜有研究和报道。淀粉分支酶（SBE）是参与淀粉合成的关键酶之一,是在淀粉合成过程中唯一引入分支的酶。本研究以水稻为材料开展作物穗发芽研究,主要包含以下两部分内容,一是对水稻种子成熟后期进行高湿处理,探究高湿环境（模拟持续阴雨天气）下种子休眠相关基因动态表达模式,为环境因子诱导作物穗发芽的分子机制研究提供基础和合适的标记基因;二是本实验前期获得了水稻淀粉分支酶基因（OsSBE）基因OsSBE3、OsSBE4 RNAi双干扰的材料,研究发现OsSBE3/4双干扰材料具有明显的穗发芽表型,本论文以此材料为基础,利用分子生物学及生物化学等方法对水稻种子中两个最为重要的淀粉分支酶基因OsSBE3和OsSBE4参与调控穗发芽的分子机理进行了初步研究,取得了如下结果:1、为了探讨水稻种子成熟后期持续阴雨天气影响种子休眠的分子机制。我们利用人工气候室培养并定时喷水模拟持续阴雨条件来处理种子成熟后期即开花后（day after pollination,DAP）26、28、30、32天的粳稻,检测其穗上发芽的情况,结果显示种子成熟度是受高湿诱导的穗发芽产生的一个重要影响因素。开花28天（DAP28）前的粳稻Dongjin高湿处理后少有萌发,开花30天及以上的种子高湿处理后大多数萌发。2、随后用开花后30天（DAP30）的水稻作物供试材料,进行高湿处理,检测了受高湿处理后的不同时间点上激素ABA和GA的合成及其信号传导途径的相关基因以及种子萌发早期标记基因α-淀粉水解酶相关基因的动态表达情况。结果显示,高湿处理能够快速诱导ABA水解基因OsABA8ox1和OsABA8ox3以及GA合成基因OsGA3ox2和OsGA20ox1的表达,同时抑制ABA合成关键基因OsNECD1、OsNECD2和OsNECD3的表达;喷水处理72 h后α-淀粉水解酶基因OsAmy1A、OsAmy3B、OsAmy3C和OsAmy3D的表达量也快速上调,水解淀粉为种子萌发提供物质和能量。该研究结果将为解析成熟期水稻在多雨高湿环境下诱发穗发芽的分子机制提供基础。3、实验室前期获得了OsSBE3/4 RNAi的转基因株系,发现该转基因材料的籽粒变小、高垩白和明显皱缩且在大田种植条件下与野生型Nipponbare（以下简称NIP）对照比有明显的穗发芽表型。对不同发育时期新鲜收获的种子进行萌发,结果发现,开花后25天（DAP25）的OsSBE3/4 RNAi种子就能萌发而野生型NIP基本不萌发。与过去的研究一致,野生型需要一定的后熟时间才能达到较高的萌发率。4、之后我们对不同发育时期的OsSBE3/4 RNAi材料和NIP种子中蔗糖、果糖、葡萄糖等可溶性糖进行生理生化检测时,发现OsSBE3/4 RNAi材料种子中可溶性糖含量明显增加。同时,根据本论文前一部分研究筛选出来的穗发芽过程中的标记基因,对其在OsSBE3/4 RNAi材料和NIP中的表达变化进行了检测。结果发现,在种子发育的不同阶段,OsSBE3/4 RNAi材料种子中GA合成基因（OsGA20ox1、OsGA20ox2、OsGA3ox2）、ABA水解基因（OsABA8ox3）以及淀粉水解酶基因（OsAmy1A）的表达量均明显高于野生型。因此我们推测,OsSBE3/4RNAi种子中由于淀粉合成酶基因OsSBE的表达下调,导致淀粉合成受阻,可溶性糖含量上升,糖信号通过促进GA合成和ABA水解相关基因表达,影响GA与ABA的合成,导致OsAmy1A表达增加,进一步促进储藏物质的水解,从而造成穗发芽表型。综上,我们的研究结果将有助于我们了解环境因子（高湿）诱导下水稻穗发芽产生的分子机制,同时可为我们后续穗发芽研究提供很好的时空表达的标记基因。同时,OsSBE3/4双干扰植株为我们提供了很好的遗传材料来研究灌浆的种子中淀粉合成基因缺陷与种子休眠障碍,及穗发芽产生的内在联系和分子机制。本研究可以进一步丰富对穗发芽的调控网络了解,研究结果将帮助我们为今后改良农作物的休眠性,解决穗发芽问题提供新思路。