種子引發(fā)過程中的生理生化變化研究概述

常 瑤 焦 樂

（1.長治市潞州區(qū)農業(yè)農村局，山西 長治 046000，2.長治市農業(yè)綜合行政執(zhí)法隊，山西 長治 046000）

0 引言

種子引發(fā)是指在控制條件下使種子緩慢吸水，啟動和完成萌發(fā)前重要代謝事件，包括一些與大分子修復有關的過程，但不足以讓胚根突出的一種播前種子處理技術。引發(fā)處理最顯著的作用是提高種子萌發(fā)率及整齊度，降低種子在發(fā)芽過程中對不利環(huán)境的敏感性。種子引發(fā)機理可概述為種子在其引發(fā)階段完成了膜修復、DNA重新合成和酶活化等物質代謝和能量代謝過程，從而增強了種子的萌發(fā)力及抗逆境的能力。種子引發(fā)過程中完成的一系列物質代謝是極其復雜的。目前，關于種子引發(fā)機制的研究仍處于探索階段。結合國內外已有的一些相關理論和研究成果，筆者重點闡述種子引發(fā)過程中產生的一系列生理生化反應，并對種子引發(fā)技術的應用進行了展望。

1 種子引發(fā)對膜修復能力的影響

種子活力下降的一個主要原因是細胞膜系統(tǒng)遭到了損壞，從而導致物質外滲量增加。在種子引發(fā)的過程中，種子可以緩慢吸水，從而誘導受損的細胞膜進行修復與重組，提高細胞膜的完整性，減少種子內有機物質的外滲量，進而提高種子的活力。

種子外滲液的電導率是衡量細胞膜透性變化的一個重要指標。種子外滲液的電導率越低，說明種子的活力越高，也就表明種子細胞壁膜系統(tǒng)完整性較好，受損害程度相對較輕。前人大量的研究表明，種子引發(fā)過程中可以使細胞膜有充分的時間進行自我修復。例如，楊小環(huán)等用聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）引發(fā)處理已經老化的甘藍種子，與對照相比，經引發(fā)的老化甘藍種子的外滲液電導率顯著降低，外滲物顯著減少，從而間接表明老化甘藍種子的細胞膜得到很大程度的修復，完整性有所增強。楊春雷等用10% PEG溶液對煙草種子進行不同時間的引發(fā)處理，將用純水浸泡的種子作為參照，結果表明，從引發(fā)第1天至引發(fā)第7天種子外滲物的相對電導率均顯著低于對照。這表明經PEG滲調處理后種子可溶性內含物的外滲損失顯著減少，即PEG滲調處理促進了種子細胞壁膜的修復，從而使其表現出更好的選擇透性。此結論與馬卉等用PEG引發(fā)草坪草種子時得出的研究結論一致。種子滲調處理可降低其水浸液電導率的現象在葫蘆、茄子、大豆和線椒等作物種子引發(fā)處理研究中也得到了驗證。這進一步證實種子引發(fā)通過降低種子水浸液電導率來修復或者改善膜的完整性，從而提高種子的活力。

丙二醛（MDA）是一種脂質過氧化產物，可以作為另一個重要的指標衡量細胞膜系統(tǒng)受損傷的程度。劉杰等研究表明，用PEG預處理羊草種子，MDA的積累量僅為對照的60%，即種子引發(fā)在降低種子水浸液電導率的同時伴隨丙二醛含量降低。這在一定程度上表明種子引發(fā)處理可減少由于自由基失調對細胞膜所造成的傷害，使種子膜系統(tǒng)的完整性增強，從而提高種子的活力。何家慶等研究栝樓種子時也發(fā)現，與對照相比，用PEG預處理栝樓種子的MDA含量顯著低于對照。

2 種子引發(fā)對酶活性及代謝的影響

2.1 對抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性的影響

前人研究發(fā)現，抗氧化物酶［氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、 過 氧 化 物 酶（Peroxidase，POD）、 過 氧 化 氫 酶（Catalase From Micrococcus Lysodeikticus，CAT）］廣泛存在于各種植物中。SOD和POD是植物體內清除活性氧的重要酶類。CAT又稱觸酶，其可以清除植物體內的雙氧水（HO），將HO催化分解為水和氧氣，進而使細胞免受HO的毒害，是植物體內防御體系的關鍵酶之一。大量研究表明，很多植物經引發(fā)處理后抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性增強，并且顯著高于對照。例如，劉沁芳用不同滲透勢的PEG-6000溶液對番茄種子進行引發(fā)處理后，番茄種子的SOD、POD、CAT酶活性均高于對照，不同引發(fā)時間、不同滲透勢處理與對照的差異顯著程度不同。劉彥文等利用蛭石和PEG分別對特耐熱二白皮和碧綠青萵苣種子進行引發(fā)處理，結果表明，蛭石和PEG引發(fā)均提高了萵苣幼苗的SOD、POD、CAT活性，差異達到顯著水平。種子引發(fā)處理會提高SOD、POD、CAT酶活性，在大豆和不結球白菜等作物種子引發(fā)處理中也得到了證實。

2.2 對淀粉酶活性的影響

幾乎所有的植物體內都存在淀粉酶，尤其是禾谷類植物的種子萌發(fā)后的籽粒中淀粉酶活性更強。植物種子處于萌發(fā)期時，由于種子內部代謝增強，需要消耗大量的三磷酸腺苷（5'-Adenylate Triphosphate，ATP）來滿足其生命代謝的需要。禾谷類種子的主要儲能物質是淀粉，淀粉首先在淀粉酶的催化作用下水解為麥芽糖，再在麥芽糖酶的作用下水解為葡萄糖，從而為種子萌發(fā)提供必需的能量，因此，淀粉酶在禾谷類種子整個萌發(fā)過程中起到關鍵性作用?？好舻扔貌煌l(fā)方式處理葫蘆種子，結果表明，種子引發(fā)處理提高了葫蘆種子淀粉酶的活性，且顯著高于對照，推測種子引發(fā)處理在一定程度上可能促進了種子的物質和能量代謝。

2.3 對其他酶活性的影響

種子引發(fā)過程中的物質代謝和能量代謝本身就是一系列非常復雜的生理生化變化過程。種子引發(fā)處理除了影響超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和淀粉酶的活性外，還與一些和種子發(fā)芽、活力及抗劣變相關的酶活性相關，如酸性磷酸酶、酯酶、蛋白酶、脂肪酶、谷氨酸脫羧酶、葡萄糖-6-磷酸酶和醛縮酶等的活性。韓建國等用 PEG 滲透調節(jié)結縷草種子，結果表明，經PEG引發(fā)處理后的結縷草種子中酸性磷酸酶活性普遍高于對照。李潔等分別用砂和溶液引發(fā)處理玉米種子，發(fā)現玉米種子抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活性高于對照。吳曉珍等用襯質引發(fā)菜心種子，發(fā)現菜心種子酸性磷酸酶活性顯著增強。

3 種子引發(fā)對核酸的影響

李明等研究發(fā)現，經25%PEG-6000溶液引發(fā)處理的萵苣種子RNA的合成速率顯著高于未引發(fā)處理的種子。

種子老化和種子活力下降均與DNA受到損害有關，種子引發(fā)處理在一定程度上可促進細胞核DNA的自我合成及修復。黃瑤等利用隨機擴增多態(tài)性DNA技術（RAPD）對黃瓜陳種子進行引發(fā)，通過基因組DNA多態(tài)性分析比較后發(fā)現，引發(fā)在一定程度上促進了黃瓜種子DNA的修復，使其DNA得以重新合成。喬愛民等利用PEG引發(fā)老化的菜薹種子，結果發(fā)現滲調對老化程度較輕的菜薹種子基因組DNA具有一定的修復作用，具體表現為原有DNA帶增強、新的DNA帶產生。

4 種子引發(fā)對蛋白的影響

楊曉杰等用復方新諾明浸泡處理大豆種子，結果表明，大豆萌芽的蛋白質含量和氨基酸總量均顯著高于對照。樊帆等通過引發(fā)水稻的種子發(fā)現，引發(fā)水稻劣變種子內的逆境防御蛋白含量、能量相關蛋白質含量都顯著高于對照，推測引發(fā)機制很有可能與增加蛋白質的合成能力密切相關。

5 展望

種子引發(fā)技術可以提高一些種子的發(fā)芽率、萌發(fā)時間的穩(wěn)定率、出苗的整齊率，并打破種子休眠，從而增強種子對不良環(huán)境的適應能力。但是，市場上幾乎沒有種子引發(fā)的商品，引發(fā)技術大規(guī)模推廣應用存在一些限制因素，主要包括以下幾點：①不同植物種子的最佳引發(fā)時間、引發(fā)溫度、引發(fā)方法等都不一樣；②PEG價格相對較高，一般都用于實驗室研究，如果用于大田種植，無形中增加了農業(yè)投入成本；③PEG溶液黏性高，難以從引發(fā)后的種子上清除干凈，滾筒引發(fā)成本高且操作較復雜。

近年來，隨著生物技術的快速發(fā)展，種子生理學家正試圖努力從細胞及分子水平上研究種子引發(fā)的相關機制，探索發(fā)現與引發(fā)效應相關的生理、生化變化和分子標記等，以作為調控種子引發(fā)過程中吸水量和提高種子萌發(fā)素質的工具。這一領域的研究發(fā)展前景廣闊。對于一些存在休眠的種子、種皮厚硬的種子及一些發(fā)芽率極低的種子，種子引發(fā)的確可以在一定程度上促進其更快速、更均勻地發(fā)芽，并且能促進其在惡劣的環(huán)境中發(fā)芽生長。因此，研究種子引發(fā)機理，建立引發(fā)技術體系，從而使引發(fā)技術在一定范圍內進行商業(yè)化推廣具有一定的現實意義。