种子引发过程中的生理生化变化研究概述

［摘 要］ 结合目前国内外已有的一些相关理论和研究成果，对种子引发过程中的生理生化变化进行概述，主要包括种子引发对膜修复能力的影响、对酶活性及代谢的影响、对核酸的影响等，并对种子引发技术的应用前景进行展望。

［关键词］ 种子；引发；膜修复；酶活性；核酸

［中图分类号］ S351.1 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2022）04--3

0 引言

种子引发是指在控制条件下使种子缓慢吸水，启动和完成萌发前重要代谢事件，包括一些与大分子修复有关的过程，但不足以让胚根突出的一种播前种子处理技术。引发处理最显著的作用是提高种子萌发率及整齐度，降低种子在发芽过程中对不利环境的敏感性。种子引发机理可概述为种子在其引发阶段完成了膜修复、DNA重新合成和酶活化等物质代谢和能量代谢过程，从而增强了种子的萌发力及抗逆境的能力。种子引发过程中完成的一系列物质代谢是极其复杂的。目前，关于种子引发机制的研究仍处于探索阶段。结合国内外已有的一些相关理论和研究成果，笔者重点阐述种子引发过程中产生的一系列生理生化反应，并对种子引发技术的应用进行了展望。

1 种子引发对膜修复能力的影响

种子活力下降的一个主要原因是细胞膜系统遭到了损坏，从而导致物质外渗量增加。在种子引发的过程中，种子可以缓慢吸水，从而诱导受损的细胞膜进行修复与重组，提高细胞膜的完整性，减少种子内有机物质的外渗量，进而提高种子的活力。

种子外渗液的电导率是衡量细胞膜透性变化的一个重要指标。种子外渗液的电导率越低，说明种子的活力越高，也就表明种子细胞壁膜系统完整性较好，受损害程度相对较轻。前人大量的研究表明，种子引发过程中可以使细胞膜有充分的时间进行自我修复。例如，杨小环等［1］用聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）引发处理已经老化的甘蓝种子，与对照相比，经引发的老化甘蓝种子的外渗液电导率显著降低，外渗物显著减少，从而间接表明老化甘蓝种子的细胞膜得到很大程度的修复，完整性有所增强。杨春雷等［2］用10% PEG溶液对烟草种子进行不同时间的引发处理，将用纯水浸泡的种子作为参照，结果表明，从引发第1天至引发第7天种子外渗物的相对电导率均显著低于对照。这表明经PEG渗调处理后种子可溶性内含物的外渗损失显著减少，即PEG渗调处理促进了种子细胞壁膜的修复，从而使其表现出更好的选择透性。此结论与马卉等［3］用PEG引发草坪草种子时得出的研究结论一致。种子渗调处理可降低其水浸液电导率的现象在葫芦［4］、茄子［5］、大豆［6］和线椒［7］等作物种子引发处理研究中也得到了验证。这进一步证实种子引发通过降低种子水浸液电导率来修复或者改善膜的完整性，从而提高种子的活力。

丙二醛（MDA）是一种脂质过氧化产物，可以作为另一个重要的指标衡量细胞膜系统受损伤的程度。刘杰等［8］研究表明，用PEG预处理羊草种子，MDA的积累量仅为对照的60%，即种子引发在降低种子水浸液电导率的同时伴随丙二醛含量降低。这在一定程度上表明种子引发处理可减少由于自由基失调对细胞膜所造成的伤害，使种子膜系统的完整性增强，从而提高种子的活力［8］。何家庆等［9］研究栝楼种子时也发现，与对照相比，用PEG预处理栝楼种子的MDA含量显著低于对照。

2 种子引发对酶活性及代谢的影响

2.1 对抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性的影响

前人研究发现，抗氧化物酶［氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）、过氧化氢酶（Catalase From Micrococcus Lysodeikticus，CAT）］广泛存在于各种植物中。SOD和POD是植物体内清除活性氧的重要酶类。CAT又称触酶，其可以清除植物体内的双氧水（H2O2），将H2O2催化分解为水和氧气，进而使细胞免受H2O2的毒害，是植物体内防御体系的关键酶之一。大量研究表明，很多植物经引发处理后抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性增强，并且显著高于对照。例如，刘沁芳［10］用不同渗透势的PEG-6000溶液对番茄种子进行引发处理后，番茄种子的SOD、POD、CAT酶活性均高于对照，不同引发时间、不同渗透势处理与对照的差异显著程度不同。刘彦文等［11］利用蛭石和PEG分别对特耐热二白皮和碧绿青莴苣种子进行引发处理，结果表明，蛭石和PEG引发均提高了莴苣幼苗的SOD、POD、CAT活性，差异达到显著水平。种子引发处理会提高SOD、POD、CAT酶活性，在大豆［6］和不结球白菜［12］等作物种子引发处理中也得到了证实。

2.2 对淀粉酶活性的影响

几乎所有的植物体内都存在淀粉酶，尤其是禾谷类植物的种子萌发后的籽粒中淀粉酶活性更强。植物种子处于萌发期时，由于种子内部代谢增强，需要消耗大量的三磷酸腺苷（5'-Adenylate Triphosphate，ATP）来满足其生命代谢的需要。禾谷类种子的主要储能物质是淀粉，淀粉首先在淀粉酶的催化作用下水解为麦芽糖，再在麦芽糖酶的作用下水解为葡萄糖，从而为种子萌发提供必需的能量，因此，淀粉酶在禾谷类种子整个萌发过程中起到关键性作用。亢敏等［4］用不同引发方式处理葫芦种子，结果表明，种子引发处理提高了葫芦种子淀粉酶的活性，且显著高于对照，推测种子引发处理在一定程度上可能促进了种子的物质和能量代谢。

2.3 对其他酶活性的影响

种子引发过程中的物质代谢和能量代谢本身就是一系列非常复杂的生理生化变化过程。种子引发处理除了影响超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和淀粉酶的活性外，还与一些和种子发芽、活力及抗劣变相关的酶活性相关，如酸性磷酸酶、酯酶、蛋白酶、脂肪酶、谷氨酸脱羧酶、葡萄糖-6-磷酸酶和醛缩酶等的活性［13］。韩建国等［14］用PEG渗透调节结缕草种子，结果表明，经PEG引发处理后的结缕草种子中酸性磷酸酶活性普遍高于对照。李洁等［15］分别用砂和溶液引发处理玉米种子，发现玉米种子抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性高于对照。吴晓珍等［16］用衬质引发菜心种子，发现菜心种子酸性磷酸酶活性显著增强。

3 种子引发对核酸的影响

李明等［17］研究发现，经25%PEG-6000溶液引发处理的莴苣种子RNA的合成速率显著高于未引发处理的种子。

种子老化和种子活力下降均与DNA受到损害有关，种子引发处理在一定程度上可促进细胞核DNA的自我合成及修复。黄瑶等［18］利用随机扩增多态性DNA技术（RAPD）对黄瓜陈种子进行引发，通过基因组DNA多态性分析比较后发现，引发在一定程度上促进了黄瓜种子DNA的修复，使其DNA得以重新合成。乔爱民等［19］利用PEG引发老化的菜薹种子，结果发现渗调对老化程度较轻的菜薹种子基因组DNA具有一定的修复作用，具体表现为原有DNA带增强、新的DNA带产生。

4 种子引发对蛋白的影响

杨晓杰等［6］用复方新诺明浸泡处理大豆种子，结果表明，大豆萌芽的蛋白质含量和氨基酸总量均显著高于对照。樊帆等［20］通过引发水稻的种子发现，引发水稻劣变种子内的逆境防御蛋白含量、能量相关蛋白质含量都显著高于对照，推测引发机制很有可能与增加蛋白质的合成能力密切相关。

5 展望

种子引发技术可以提高一些种子的发芽率、萌发时间的稳定率、出苗的整齐率，并打破种子休眠，从而增强种子对不良环境的适应能力。但是，市场上几乎没有种子引发的商品，引发技术大规模推广应用存在一些限制因素，主要包括以下几点：①不同植物种子的最佳引发时间、引发温度、引发方法等都不一样；②PEG价格相对较高，一般都用于实验室研究，如果用于大田种植，无形中增加了农业投入成本；③PEG溶液黏性高，难以从引发后的种子上清除干净，滚筒引发成本高且操作较复杂。

近年来，随着生物技术的快速发展，种子生理学家正试图努力从细胞及分子水平上研究种子引发的相关机制，探索发现与引发效应相关的生理、生化变化和分子标记等，以作为调控种子引发过程中吸水量和提高种子萌发素质的工具。这一领域的研究发展前景广阔［21］。对于一些存在休眠的种子、种皮厚硬的种子及一些发芽率极低的种子，种子引发的确可以在一定程度上促进其更快速、更均匀地发芽，并且能促进其在恶劣的环境中发芽生长。因此，研究种子引发机理，建立引发技术体系，从而使引发技术在一定范围内进行商业化推广具有一定的现实意义。

参考文献：

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