檫木种子休眠与休眠解除机制研究

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檫木(Sassafras tzumu)是长江流域及其以南地区中低山地常见树种,多疏散生长或组成混交林。檫木早期生长快,树形高大通直,兼具美观耐腐的木材品质和春花秋叶的美景,是优良的用材和景观树种。檫木果实盛夏成熟,高温之下种子很难长时间保持活力,同时种子具有休眠特性。种子的妥善贮藏、休眠解除和快速整齐萌发是苗木生产的关键环节。本文开展了檫木种子采后生活力维持、休眠特征和致因的研究,对休眠解除过程中内源激素、营养物质、转录组和蛋白组进行分析,探讨了檫木种子休眠释放的生理和分子基础,以深化对檫木种子休眠习性的认知,为檫木种苗繁育提供理论依据和技术指导。主要结论如下:(1)檫木果实6月下旬至7月下旬成熟,为浆果状核果,含水率约47.98%,种子无胚乳,生活力约为78%。高温下果实采后快速失水,32℃以上失水3-5 d种子即丧失生活力。因此檫木果实采后应及时进行去皮处理,以避免高温失水造成种子质量损失。(2)檫木种子存在生理休眠现象,种皮和种胚中的内源抑制物是造成种子休眠的主要原因,同时去子叶胚存在浅休眠现象。GC-MS鉴定表明,种子中含有烷类、酯类、酮类、醇类以及有机酸类等多种化合物,其中邻苯二甲酸二丁酯、十八烯酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸、丙酸乙酯、十八烯酸单甘油酯、十八烯酸以及棕榈酸等在其它植物种子中已被鉴定具有抑制萌发的作用。(3)檫木种子具有低含水率和高生活力的特点,低温能够保障种子安全贮藏8个月以上。4℃贮藏过程中种子内IAA、ABA和JA含量整体先降低后升高,GA3含量持续升高,ZR含量相对稳定,IAA/ABA比值先降低后升高,GA3/ABA比值缓慢升高,ZR/ABA比值先升高后降低,可溶性糖和粗脂肪含量下降,游离氨基酸含量升高。相关性分析表明,4℃贮藏下种子发芽率与GA3和游离氨基酸含量极显著正相关(p<0.01),与GA3/ABA比值显著正相关(p<0.05),与可溶性糖含量显著负相关(p<0.05)。(4)低温层积处理可以有效促进檫木种子休眠释放。4℃层积处理8个月,檫木种子发芽率可达54.44%,层积后的种子先经浓H2SO4处理30 s,再以浓度为0.1%的GA3浸种8 h可将发芽率提高至69.33%。(5)利用RNA-seq技术开展了檫木种子休眠解除过程转录组研究,在种子低温层积阶段与种子露白阶段分别鉴定到3962和12426个差异表达基因,其基因分类及代谢途径相似性较高,但表达模式差异较大。与休眠相关途径的差异基因在种子低温层积阶段以下调为主,种子内糖酵解和三羧酸循环活性低,对IAA的敏感度降低,对GA和ABA敏感性升高,蛋白质翻译水平低,自身代谢速度较慢;种子露白阶段差异表达基因以上调为主,种子内糖酵解活动增强,对GA和ABA敏感性减弱,氨基酸和核糖体代谢旺盛,氧化磷酸化水平增强,促进种子向萌发态转变。(6)利用iTRAQ技术开展了檫木种子休眠解除过程蛋白质组研究,以转录组组装的Unigene翻译的蛋白质数据库进行检索,共鉴定到268个非冗余蛋白质,在种子低温层积阶段和露白阶段分别鉴定到100和74个差异显著蛋白,主要涉及碳代谢、氨基酸生物合成、丙酮酸代谢、脂肪酸合成和代谢等途径。差异蛋白质分析表明,糖酵解-三羧循环(EMP-TCA)存在于种子休眠解除过程中的呼吸代谢中,种子露白阶段呼吸作用增强,氨基酸生物合成和HSP70蛋白质等可能在檫木种子休眠解除过程中具有重要调节作用。
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