夏方山，閆慧芳，朱艷喬，王明亞，毛培勝

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，草業(yè)科學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

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活性氧非酶促清除劑對老化種子的影響

夏方山，閆慧芳，朱艷喬，王明亞，毛培勝

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，草業(yè)科學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

摘要：種子老化是影響種子貯藏的關(guān)鍵問題?；钚匝?reactive oxygen species，ROS)非酶促清除劑能延緩種子的老化，但其含量會(huì)因種子老化而下降。因此，合理添加ROS非酶促清除劑協(xié)助其內(nèi)部酶系統(tǒng)共同清除種子內(nèi)ROS，抑制種子的老化，從而延長種子的貯藏壽命，這將成為種質(zhì)資源遷地保存研究的一個(gè)必然發(fā)展趨勢。本文重點(diǎn)綜述了ROS非酶促清除劑的種類及其對種子老化過程的影響，并系統(tǒng)分析了ROS非酶促清除劑在種子老化過程中的研究現(xiàn)狀、存在問題及其研究前景，以期為研究種子老化過程中ROS非酶促清除劑的作用機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：種子；老化；活性氧；清除劑；脂質(zhì)過氧化作用

種子在發(fā)育形成及貯藏過程中不斷地進(jìn)行有氧代謝，并產(chǎn)生各種有害的活性氧(reactive oxygen species，ROS)。同時(shí)，種子內(nèi)廣泛存在著各種活性物質(zhì)，通過終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而清除ROS，以確保細(xì)胞內(nèi)ROS維持平衡水平，使其免受傷害，它們在種子發(fā)育、貯藏及萌發(fā)過程中發(fā)揮著不可缺少的作用。ROS一旦過量積累就會(huì)攻擊膜上的不飽和脂肪酸，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化作用(lipid peroxidation，LPO)，從而抑制機(jī)體內(nèi)ROS清除劑的形成及功能發(fā)揮，造成種子內(nèi)ROS積累與清除劑之間的失衡，使機(jī)體清除ROS的能力下降，致使細(xì)胞LPO增強(qiáng)，最終導(dǎo)致貯藏條件下種子的老化，表現(xiàn)為丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量顯著升高，甚至造成種子內(nèi)部酶蛋白失活、DNA損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡等，這是造成種子活力喪失的合理解釋之一(圖1)[1-7]。這一結(jié)論已在圣櫟(Quercusilex)[8]、向日葵(Helianthusannuus)[9-10]、麻瘋樹(Jatrophacurcas)[11]、老芒麥(Elymussibiricus)[12]、大豆(Glycinemax)[13]、菊苣(Cichoriunintybus)[14]、榆樹(Ulmuspumila)[15]、羊草(Leymuschinensis)[16]及結(jié)縷草(Zoysiajaponica)[17]等大量植物種子老化研究中得到證實(shí)。所以，探討種子老化過程中內(nèi)源ROS清除劑與種子活力之間的關(guān)系，并采用適宜種類與濃度的外源ROS清除劑，調(diào)節(jié)種子老化過程中ROS的產(chǎn)生與清除之間的平衡，提高種子活力水平，延緩或修復(fù)種子老化產(chǎn)生的傷害，對農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有較高的理論和應(yīng)用價(jià)值。

圖1　活性氧對種子的老化損傷[1-7]

1老化種子內(nèi)ROS清除劑的種類

種子已經(jīng)進(jìn)化出一個(gè)復(fù)雜的ROS清除系統(tǒng)來保護(hù)細(xì)胞膜和細(xì)胞器，使其免受ROS的損傷，除了眾所周知的酶系統(tǒng)，還有一個(gè)未完全闡明的ROS非酶促清除系統(tǒng)[3,18]。前者主要包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)、過氧化物酶(peroxidase，POD)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPX)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)、單脫氫抗壞血酸還原酶(monodehydroascorbate reductase，MDHAR)及脫氫抗壞血酸還原酶(dehydroascorbate reductase，DHAR)等[19-21]，后者主要包括抗壞血酸(ascorbic acid，AsA)、維生素E(vitamin E，VE)、谷胱甘肽(glutathione，GSH)、類胡蘿卜素(carotenoids)、硒(Selenium，Se)、水楊酸(salicylic acid，SA)、茉莉酸(jasmonic acid，JA)和多酚類(polyphenols)等[21-24]。老化種子內(nèi)ROS的清除，需要依賴內(nèi)部酶促和非酶促清除劑之間的相互調(diào)節(jié)與平衡，因此，適當(dāng)添加外源ROS非酶促清除劑，可以共同完成對ROS積累的解毒作用，延緩或修復(fù)種子的老化損傷。

2ROS非酶促清除劑對種子老化的影響

2.1AsA對種子老化的影響

AsA是生命體內(nèi)普遍存在的最重要的小分子活性物質(zhì)，也是體內(nèi)許多物質(zhì)代謝和氧化還原反應(yīng)的重要參與者之一[25]。AsA生物功能的完成與其氧化還原狀態(tài)以及生物合成、代謝、再生和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)酶類活性的變化密切相關(guān)，在植物種子抵抗氧化脅迫、提高種子活力、促進(jìn)細(xì)胞分裂和伸長中發(fā)揮著重要作用[7,26]。通過研究榆樹[15]、大豆[24]、甘菊(Matricariarecutita)[21]、茄子(Solanummelongena)[27-28]、棉花(Gossypiumhirsutum)[29]、銀白槭(Acersaccharinum)[30]及小麥(Triticumaestivum)[31]等植物種子的老化發(fā)現(xiàn)，AsA不僅能有效降低H2O2等ROS的含量，還能顯著增強(qiáng)種子內(nèi)CAT、APX、GR、SOD及POD等抗氧化酶的活性，與其協(xié)同抑制種子LPO的發(fā)生，這表現(xiàn)為浸出液中電解質(zhì)外滲量及MDA含量減少。老化的水稻(Oryzasativa)種子中AsA含量減少，APX和MDHAR活性降低，同時(shí)基因APX1和MDHAR1表達(dá)下調(diào)[32]。AsA對老化產(chǎn)生的傷害具有明顯的防護(hù)或修復(fù)作用，可能因其在APX的作用下，易被種子內(nèi)的O2-、1O2或H2O2氧化，生成脫氫抗壞血酸(dehydroascorbate，DHA)，從而直接清除種子內(nèi)ROS的傷害，抑制了LPO[33-34]；也可能AsA與GSH相偶聯(lián)，與APX、GR、MDHAR和DHAR等酶促ROS清除劑相互作用，通過AsA-GSH循環(huán)來清除種子細(xì)胞內(nèi)過量積累的H2O2(圖2)[19,26]。同時(shí)，AsA可以促進(jìn)細(xì)胞色素c的生成，激活細(xì)胞凋亡蛋白酶3的活性，從而延緩細(xì)胞的程序性凋亡。另外，可能AsA協(xié)調(diào)或改善了老化種子內(nèi)部的生理代謝過程，促進(jìn)了被損傷細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的修復(fù)，提高了物質(zhì)轉(zhuǎn)化速率，增強(qiáng)了幼苗的光合同化能力，從而表現(xiàn)為延緩或修復(fù)了種子的老化損傷。

圖2　種子老化過程中以H2O2為中心的ROS清除途徑[19,26]

注：APX，抗壞血酸過氧化物酶；AsA，抗壞血酸；CAT,過氧化氫酶；DHA，脫氫抗壞血酸；DHAR，脫氫抗壞血酸還原酶；GPX，谷胱甘肽過氧化物酶； GR，谷胱甘肽還原酶；GSH，谷胱甘肽；GSSG，氧化型谷胱甘肽；POD，過氧化物酶；SOD，超氧化物歧化酶。

Note：APX, ascorbate peroxidase; AsA, ascorbic acid; CAT, catalase; DHA, dehydroascorbate; DHAR, dehydroascorbate reductase; GPX, glutathione peroxidase; GR, glutathione reductase; GSH, glutathione; GSSG, oxidized glutathione; POD, peroxidase; SOD, superoxide dismutase.

AsA與種子活力的關(guān)系因植物種類和處理方式不同而異。溫度和水分導(dǎo)致貯藏山毛櫸(Fagussylvatica)種子喪失活力時(shí)，AsA含量顯著增加，而不同貯藏年齡的山毛櫸種子活力降低時(shí)，AsA含量顯著下降[7,26]。前者AsA含量增加，可能是由于種子呼吸作用的增強(qiáng)或者是分解酶活性降低引起的，而后者減少可能是AsA參與了種子內(nèi)ROS的清除反應(yīng)。種胚線粒體AsA含量與不同老化時(shí)間的燕麥(Avenasativa)種子發(fā)芽率呈正相關(guān)[35]，但AsA含量的變化與貯藏期間的銀杏(Ginkgobiloba)種子的發(fā)芽能力并不完全相關(guān)[36]，種子內(nèi)AsA的積累，除了其清除ROS的積極功能外，可能還具有負(fù)面影響，尤其在水分虧缺條件下，AsA更可能與Fe2+反應(yīng)，釋放出OH·自由基[26,37]。

盡管AsA能有效清除種子老化過程中產(chǎn)生的ROS，但其數(shù)量和有效性不能完全猝滅ROS，AsA不能阻止種子老化的發(fā)生[24]。另外，雖然AsA含量在種子萌發(fā)過程中會(huì)增加[38]，仍不能完全彌補(bǔ)其在老化過程中的損耗。因此，添加外源AsA來延緩或者修復(fù)種子的老化也就成為必然，但外源AsA處理對老化種子的作用效果，與其濃度關(guān)系密切，而且是否具有雙重效應(yīng)尚有待于進(jìn)一步研究。2.5% AsA處理能夠有效提高人工加速老化的向日葵種子發(fā)芽率及芽長，但5%的AsA處理對其沒有影響[39]，這說明AsA含量維持在一定的濃度范圍是延緩種子老化損傷的關(guān)鍵，一旦過量就會(huì)加劇種子的老化損傷。但在同一老化處理時(shí)間下，高濃度AsA會(huì)降低小麥種子的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA的含量，增強(qiáng)老化種子的活力，其效應(yīng)更顯著[31]。研究發(fā)現(xiàn)，外源AsA對老化種子的修復(fù)作用主要依賴于線粒體APX和MDHAR來完成[40]。

2.2GSH對種子老化的影響

GSH作為細(xì)胞的ROS清除劑，不僅能保護(hù)含硫醇的酶，還能直接清除ROS，因此，GSH的含量水平及其相關(guān)酶活性常被作為機(jī)體清除ROS狀態(tài)的標(biāo)志[41]。然而，目前關(guān)于GSH對種子老化的作用尚未統(tǒng)一，即使認(rèn)為GSH對老化種子具有修復(fù)作用，但其機(jī)理也存在一定的爭議。一般認(rèn)為,在干燥或成熟的正常種子中，AsA含量會(huì)缺乏，GSH則易被維持，而在種子老化過程中卻存在差異[37,42]。GSH與貯藏后的山毛櫸老化種子的發(fā)芽率不相關(guān)[7]，但伴隨著種子活力的喪失，銀杏種子GSH含量減少，發(fā)生在種子貯藏期間的GSH代謝的改變，可能參與了種子發(fā)芽勢的下降[36]。研究老化大麥(Hordeumvulgare)種子發(fā)現(xiàn)，水溶性GSH及其相關(guān)的硫醇通過轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚧锒峁┮粋€(gè)強(qiáng)大的細(xì)胞內(nèi)氧化環(huán)境[43]。GSH處理既可以提高人工加速老化的向日葵種子的發(fā)芽率，還能顯著促進(jìn)正常幼苗的生長[39]。研究表明，GSH處理有利于老化種子修復(fù)，既可能直接與ROS反應(yīng)，也可能通過AsA-GSH循環(huán)間接清除ROS，從而清除種子老化過程產(chǎn)生的過量ROS，使細(xì)胞膜免受ROS攻擊，延緩種子的LPO進(jìn)程(圖2)[19,26]。外源GSH對老化種子的修復(fù)主要通過線粒體GR和DHAR協(xié)同完成[40]。De-Vos等[6]認(rèn)為，在種子老化引起的氧化應(yīng)激過程中,GSH被氧化成了氧化型(GSSG)，但這并不影響其吸收GSSG的還原能力，且成熟種子發(fā)芽率的降低，并不能直接歸因于GSH的減少。Kranner等[42]和Seal等[44]則認(rèn)為，無論是GSH濃度還是GSSG濃度均不單獨(dú)與種子活力相關(guān)，而GSH還原電位(EGSSG/2GSH)與貯藏期間種子活力有很強(qiáng)的相關(guān)性，并在種子活力喪失前增加，因此，EGSSG/2GSH是種子活力喪失或VE含量變化的一個(gè)早期預(yù)警系統(tǒng)，被認(rèn)為是一個(gè)可靠的評(píng)價(jià)種子活力的生化指標(biāo)。這些研究爭議可能既與植物品種有關(guān)，又與老化條件之間的差異有關(guān)[45]。鑒于對上述研究的分析認(rèn)為，GSH在種子老化過程中的代謝途徑、作用效果以及與ROS酶促清除劑之間相互作用的生理及分子機(jī)制，將是該領(lǐng)域進(jìn)一步研究探討的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.3VE對種子老化的影響

VE作為一種小分子脂溶性ROS清除劑，具有保護(hù)種子細(xì)胞膜免受ROS傷害的作用，它的主要功能是在種子老化過程中限制非酶促LPO的發(fā)生[7,44]。但長期以來，VE對種子老化的影響也一直存在爭議，甚至在同一物種的相關(guān)研究中。Sattler等[46]研究缺乏天然VE合成的擬南芥(Arabidopsisthaliana)突變體種子發(fā)現(xiàn)，VE是植物種子長壽必不可少的物質(zhì)。而老化過程降低了VE的含量及其相關(guān)酶對氧化攻擊的保護(hù)作用，直接導(dǎo)致了ROS的積累和LPO的發(fā)生，最終造成了種子活力的降低。這在蘿卜(Raphanussativus)[3]、挪威楓(Acerplatanoides)[47]、蠶豆(Viciafaba)[48]、大豆[49-50]、油菜(Brassicanapus)[51]、山毛櫸[7,52-53]、夏櫟(Quercusrobur)[54]、樟子松(Pinussylvestris)[55]及芝麻(Sesamumindicum)[56]等植物種子的老化中被驗(yàn)證，并發(fā)現(xiàn)VE含量會(huì)隨種子老化程度的加深而逐漸減少，自然老化比人工加速老化處理?xiàng)l件下降幅度大。天然VE含量會(huì)隨其降解或合成相關(guān)基因表達(dá)的變化而發(fā)生變化，通過降低ROS的積累(尤其是H2O2、O2-和HO·)，抑制LPO的進(jìn)行，從而阻止氧化損傷，實(shí)現(xiàn)對種子的保護(hù)作用[57]。一些研究表明，金合歡樹(Acaciabivenosa)[58]、袋鼠花(Anigozanthosmanglesii)[58]、橙色山龍眼(Banksiaashbyi)[58]及大豆[59]種子內(nèi)VE含量與其活力沒有任何相關(guān)性，但另一些研究對埃及榕(Acerpseudoplatanus)[60]、挪威槭[60]和大豆[61]等植物種子的老化研究則發(fā)現(xiàn)，VE的含量隨種子活力的降低而增加，這說明VE含量對種子老化沒有影響。外源VE對老化種子的影響也同樣存在爭議。與對照相比，VE處理不僅能提高人工加速老化的向日葵種子發(fā)芽率，還能顯著提高其正常幼苗的芽長[39]。而豌豆(Pisumsativum)種子自然老化的前期，外源VE處理沒有表現(xiàn)出有利作用，后期則有延緩劣變的作用，但與自然老化所不同的是，VE對人工老化豌豆種子的劣變沒有明顯的減緩作用[62]。

VE對種子老化的影響存在差異的原因是多方面的,可能是植物種類不同所致。植物體內(nèi)VE共有4種自然存在形式，分別為α-生育酚、γ-生育酚、β-生育酚及δ-生育酚，而α-生育酚是天然VE中自由基清除活性最強(qiáng)的一種形式，具有較強(qiáng)的物理淬火能力、生物效力以及與O2-反應(yīng)的活性[56,63]。植物種子內(nèi)VE的含量及抗氧化能力與其基因型有關(guān)[64]，許多植物種子內(nèi)γ-生育酚含量較α-生育酚高得多，例如擬南芥[46]、樟子松[55]及大豆[59]等，從而導(dǎo)致測定的種子內(nèi)VE含量與種子活力的變化呈現(xiàn)多樣性。也可能與貯藏時(shí)間及方式有關(guān)，如，在剛開始貯藏的3年內(nèi)，海濱堿蓬(Suaedamaritime)種子仍然保持較高的活力，而且VE的含量也比較穩(wěn)定，其后，種子活力和VE含量迅速降低，且電解質(zhì)滲出率增加[44]。人工老化與自然老化機(jī)理上的差異也是一個(gè)原因，老化過程中VE的相關(guān)酶活性被損害，限制了其生物合成，而人工加速老化處理?xiàng)l件下該表現(xiàn)相對緩慢[3,61-62]。Giurizatto等[61]研究自然老化及人工老化的大豆種子發(fā)現(xiàn)，種子內(nèi)天然VE含量隨貯藏期的延長而呈線性增加，而且貯藏時(shí)間達(dá)到120 d后，人工老化和自然老化之間大豆種子中VE含量才差異顯著。此外，外源VE還存在濃度及處理時(shí)間是否合適的問題，即VE在種子老化中可能存在雙重效應(yīng)，低濃度處理會(huì)延緩或修復(fù)種子的老化，相反，高濃度則會(huì)加劇。

目前，關(guān)于VE對種子老化的影響僅限于兩個(gè)方面：一方面為老化過程中內(nèi)源VE含量的變化與種子活力的關(guān)系，另一方面為外源VE處理對老化種子活力的影響。由于VE對種子老化的影響尚不清楚，因此，將會(huì)有越來越多的學(xué)者開展關(guān)于外源VE對種子老化影響的研究工作，以確定VE對老化種子的影響機(jī)理。

2.4其它ROS非酶促清除劑對種子老化的影響

Se及SA等活性物質(zhì)也具有一定的清除ROS的作用，有利于植物種子生物功能的完成，保護(hù)植物種子免受生物或非生物脅迫的傷害。通過研究矮柱花草(Stylosantheshumilis)[65]、苦瓜(Momordicacharantia)[66]、銀槭[23]、黑麥草(Loliumperenne)[67]及黃瓜(Cucumissativus)[68-70]等植物種子發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)濃度的Se處理能夠有效打破種子休眠，降低幼苗中MDA含量及電導(dǎo)率，提高種子貯藏后的發(fā)芽勢、發(fā)芽率及萌動(dòng)種子呼吸速率和淀粉酶活性，并提高種子萌發(fā)后的幼苗質(zhì)量、根系活力、幼苗中SOD、POD及CAT活性等生理指標(biāo)，促進(jìn)幼苗的生長發(fā)育。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)Se具有雙重效應(yīng)，高濃度處理時(shí)，老化種子的萌發(fā)及幼苗生長受到抑制，相關(guān)的生理指標(biāo)下降。通過對大蔥(Alliumfistulosum)[71]、花生(Arachishypogaea)[22]及西瓜(Citrulluslanatus)[72]等植物種子的老化研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的SA處理時(shí)，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而種子浸出液的電導(dǎo)率、可溶性糖含量及MDA含量均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。這表明SA對種子老化的影響具有雙重效應(yīng)，低濃度SA浸種對種子膜系統(tǒng)具有修復(fù)作用，延緩了種子的老化，明顯提高了種子質(zhì)量，促進(jìn)其萌發(fā)的效果顯著，而高濃度SA處理則加劇了種子的老化進(jìn)程[73]。而且，由于植物種類、處理方式及時(shí)間的差異，SA延緩大蔥、西瓜及花生種子老化的最佳濃度不同，分別為0.05、0.10及15 mmol·L-1[22,71-72]。研究還發(fā)現(xiàn)，由于理化指標(biāo)測定時(shí)間至種子發(fā)芽(胚根突破種皮)期間相隔一段時(shí)間，導(dǎo)致發(fā)芽效果最好的處理并非生理指標(biāo)最好的處理，因此，在胚根突破種皮前測定理化指標(biāo)更能代表不同處理對膜系統(tǒng)的修復(fù)效果[74]。總甾醇類(total sterols)在植物膜穩(wěn)定性方面具有重要意義[75]，但研究貯藏過程中山毛櫸種子的老化發(fā)現(xiàn)，其與種子活力不相關(guān)[7]。茉莉酸甲酯(methyl jasmonate，MeJA)能促進(jìn)休眠及逆境條件下花生和水稻種子的萌發(fā)[76-77]，但JA是否能夠促進(jìn)老化種子的萌發(fā)，還有待于進(jìn)一步研究。

3ROS非酶促清除劑對種子老化的協(xié)同影響

在植物中，ROS清除劑之間可以相互增效，多種ROS清除劑聯(lián)合使用，其清除ROS的能力高于各組分在添加濃度下的效果之和，這種相互作用叫做協(xié)同作用，且其協(xié)同作用受ROS清除劑的濃度、反應(yīng)體系等影響[78]。因此，研究種子老化過程中ROS清除劑之間的協(xié)同增效作用，尋找高效、低毒的復(fù)合型ROS清除劑，對于高效利用ROS清除劑具有重要意義。目前，協(xié)同作用已成為ROS清除劑研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。8 mg·L-1AsA與0.4或0.8 mg·L-1Se配合浸泡黃瓜種子，能明顯提高幼苗子葉和根系中SOD、POD及CAT的活性，其效果明顯優(yōu)于單純AsA或Se處理[69]。但0.5% AsA與0.3% VE和0.05% GSH共同處理人工加速老化的向日葵種子，導(dǎo)致最佳溫度條件下發(fā)芽率不同程度地降低，且在AsA、VE或GSH單獨(dú)處理時(shí)，苗的異常率均沒有變化，而組合處理時(shí)，苗的異常率卻增加，芽長和根長卻均稍微增加[39]，這說明AsA、VE與GSH三者共同處理對人工加速老化的向日葵種子沒有協(xié)同效應(yīng)，其原因尚不清楚。老化種子中AsA-GSH系統(tǒng)清除ROS的研究已經(jīng)深入到細(xì)胞器水平，主要以APX和MDHAR催化的AsA的氧化還原起作用，而以GR和DHAR催化的GSH的氧化還原作用相對較弱[35]。采用濃度均為1 mmol·L-1的AsA和GSH共同處理0.5 h的燕麥老化種子發(fā)現(xiàn)，AsA和GSH的修復(fù)效果沒有疊加作用[40]。抗氧化劑在線粒體水平上修復(fù)機(jī)理尚不清楚，有待進(jìn)一步研究探討[79]。因此，關(guān)于ROS清除劑之間的協(xié)同性對種子老化的作用效果還有待于進(jìn)一步深入探索，以期充分發(fā)揮ROS清除劑的作用效果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可靠的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

4小結(jié)

種子老化是影響其貯藏及幼苗建成的關(guān)鍵問題。目前，研究發(fā)現(xiàn)AsA、GSH、VE、Se及SA等ROS非酶促清除劑與種子活力關(guān)系密切，能夠延緩或修復(fù)部分種子的老化進(jìn)程。雖然大部分種子具有相同的發(fā)育過程和生理特征，但它們在大小、結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)存物、生態(tài)學(xué)等類型及性質(zhì)方面的差異較大，導(dǎo)致ROS非酶促清除劑影響老化種子活力的潛在作用機(jī)理尚不清楚，甚至不同ROS非酶促清除劑的作用效果尚存在爭議，所以，這仍是未來種質(zhì)資源遷地保存研究的熱點(diǎn)問題之一。在研究ROS非酶促清除劑對老化種子的影響方面，僅從目前單一的細(xì)胞生理方面考慮是不充分的，必須整合已知的相關(guān)研究成果，深入到細(xì)胞器水平上，尤其是種子ROS產(chǎn)生的重要細(xì)胞器——線粒體，利用雙向熒光差異凝膠電泳技術(shù)深入探索非酶促清除劑清除ROS的酶學(xué)機(jī)理，并結(jié)合功能基因組學(xué)的技術(shù)及手段探討APX、SOD、CAT、GPX及GR等相關(guān)酶基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制。另外，從種子超微結(jié)構(gòu)的變化及其萌發(fā)后的生長性能等角度，綜合評(píng)價(jià)其清除ROS的能力、最適作用pH值、處理時(shí)效及其協(xié)同作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，僅靠添加外源ROS非酶促清除劑來延緩種子的老化是不夠的，還應(yīng)通過生物學(xué)手段，誘導(dǎo)增加內(nèi)源ROS清除劑的種類和含量，這將是防止種子劣變，減輕老化的重要途徑，也是延長種子貯藏時(shí)間最理想的方法。

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(責(zé)任編輯武艷培)

Review on the non-enzymatic scavenging agent of reactive oxygen species in aged seeds

Xia Fang-shan, Yan Hui-fang, Zhu Yan-qiao, Wang Ming-ya, Mao Pei-sheng

(College of Animal Science and Technology, China Agricultural University;Beijing Key Laboratory of Grassland Science, Beijing 100193, China)

Abstract:Seed ageing was the pivotal problem to influence their storage, which could be delayed by the non-enzymatic scavenging agents of reactive oxygen species (ROS). However, the content of non-enzymatic scavenging agents reduced during seed ageing. Therefore, it was necessary that non-enzymatic scavenging agents were applied to extend the life span in seeds by eliminating ROS during storage, which would be an inevitable development tendency in ex-situ conservation of germplasm resources. This papermainly reviewed the types and their influences of non-enzymatic scavenging agents on aged seeds, and systematically analyzed their research status, existing problems, and future prospects during seed ageing. This paper might provide a theoretical foundation to study the mechanism of non-enzymatic scavenging agents during seed ageing.

Key word:seed; ageing; reactive oxygen species; scavenging agent; lipid peroxidation

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0547

*收稿日期：2015-10-10接受日期：2016-02-24

基金項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐課題“優(yōu)質(zhì)多抗牧草新品種選育與良種繁育關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2011BAD17B01-02)；國家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題“天然草地合理利用與人工飼草基地建設(shè)技術(shù)研究”(2012BAD45B03)

通信作者：毛培勝(1970-)，男，內(nèi)蒙古錫林浩特人，教授，博士，研究方向?yàn)椴蓊愑N與種子科學(xué)。E-mail:maops@cau.edu.cn

中圖分類號(hào)：S339.5+1;Q945.48

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-0629(2016)6-1126-10*

Corresponding author:Mao Pei-shengE-mail:maops@cau.edu.cn

夏方山，閆慧芳，朱艷喬，王明亞，毛培勝.活性氧非酶促清除劑對老化種子的影響.草業(yè)科學(xué),2016,33(6)：1126-1135.

Xia F S,Yan H F,Zhu Y Q,Wang M Y,Mao P S.Review on the non-enzymatic scavenging agent of reactive oxygen species in aged seeds.Pratacultural Science，2016,33(6)：1126-1135.

第一作者：夏方山(1983-)，男，山東安丘人，博士，研究方向?yàn)椴蓊愔参镉N與種子科學(xué)。E-mail:dqlxfs8583@163.com