王艷梅 張小雪 朱秀征 張志華 李 志 耿曉東 蔡齊飛 劉 震

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 中原地區(qū)森林資源培育國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 鄭州 450002)

休眠是植物為長(zhǎng)期有效抵抗外界惡劣環(huán)境而產(chǎn)生的適應(yīng)性，影響植物的分布時(shí)空(Wangetal.， 2019a)。種子休眠與萌發(fā)是林木生命活動(dòng)中的關(guān)鍵發(fā)育步驟，在生物學(xué)和生態(tài)學(xué)上具有重要意義。種子休眠在一定程度上可降低同物種間的個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)(Finkelsteinetal.， 2008)，但這類種子只有解除休眠的狀態(tài)才能夠萌發(fā)，給種群的延續(xù)造成了困擾，給森林培育及遺傳育種帶來(lái)了挑戰(zhàn)。近年來(lái)，相關(guān)研究者對(duì)種子的休眠特性與萌發(fā)機(jī)制進(jìn)行了大量研究并取得一些成果，為種子貯存、科學(xué)解除休眠提供了指導(dǎo)。

1 林木種子休眠

1.1 種子休眠定義

有關(guān)“種子休眠”目前仍存在爭(zhēng)議，Crocker(1916)提出“種子在生長(zhǎng)被抑制之前或伴隨生長(zhǎng)過(guò)程產(chǎn)生休眠”，并將自然條件下來(lái)年春季不能出苗的成熟種子稱為“二年種子”。Harper(1957)認(rèn)為植物種子存在生長(zhǎng)與休眠2種狀態(tài)，此觀點(diǎn)意味著種子在不發(fā)芽時(shí)是休眠的，但種子不發(fā)芽與休眠是顯著區(qū)別的2種現(xiàn)象(Vleeshouwersetal.， 1995)。種子休眠程度決定種子能夠發(fā)芽的條件范圍(Fenneretal.， 2005)。休眠的定義適用于種子休眠的具體情況(Graemeetal.， 1981)，但大多都是指“種子為植物提供的一種機(jī)制來(lái)延遲發(fā)芽，直到下一代生存的最佳條件”(Finkelsteinetal.， 2008)。一些林木種子的休眠是由胚胎周圍組織的機(jī)械屏障阻礙胚根正常發(fā)育而誘發(fā)的(Bewley， 1997a； 1997b)，但休眠并非是由不利的環(huán)境條件強(qiáng)加于種子的停滯發(fā)育狀態(tài)(Lietal.， 1997)。目前，種子休眠被廣泛認(rèn)為是“有利環(huán)境下，具有生活力的種子仍不能萌發(fā)”的現(xiàn)象。

1.2 休眠的原因

1.2.1 環(huán)境因素 林木種子通過(guò)感知溫度來(lái)判斷外界環(huán)境變化。溫度信號(hào)參與調(diào)節(jié)種子酶促反應(yīng)、呼吸作用等(秦愛(ài)麗等， 2020)，誘導(dǎo)種子休眠以及休眠的深度。不同林木種子休眠特性對(duì)溫度的響應(yīng)不同，例如，板栗(Castaneamollissima)在貯藏期間，需要較低溫度(0～2 ℃)延長(zhǎng)休眠期(王貴禧等， 1999)； 杉木(Cunninghamialanceolata)種子暴露在35 ℃條件下會(huì)產(chǎn)生二次休眠(Caoetal.， 2016)。

光通過(guò)作用于種子內(nèi)的光敏因子在休眠中發(fā)揮重要作用。遠(yuǎn)紅光條件相當(dāng)于黑暗環(huán)境，有利于解除種子休眠，紅光相當(dāng)于白光，可以延緩休眠解除，而白光中的藍(lán)光，能夠促進(jìn)胚中ABA合成基因的表達(dá)，正調(diào)節(jié)種子休眠(李振華等， 2019)。

氧氣是種子內(nèi)部代謝活動(dòng)的動(dòng)力。供氧不足時(shí)，種子內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化會(huì)受到抑制，并且種胚會(huì)因缺氧而產(chǎn)生休眠。紅松(Pinuskoraiensis)(Qietal.， 1993)、馬占相思(Acaciamangium)(符近等， 1997)、三藥檳榔(Arecatriandra)(楊期和等， 2005)等種子因種皮結(jié)構(gòu)透氣性較差而產(chǎn)生休眠。

充足的水分能推動(dòng)種子內(nèi)部貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及細(xì)胞器的活化，是種子發(fā)育的動(dòng)力。因此，環(huán)境濕度也會(huì)影響其休眠。

1.2.2 種子內(nèi)源因素 種皮結(jié)構(gòu)影響著種子透水性、通氣性以及透光性。酸豆(Tamarindusindica)(馬天曉等， 2012)、刺槐(Robiniapseudoacacia)(Naziretal.， 2014)、檜柏(Sabinachinensis)(馬拉青呼， 2019)、砂生槐(Sophoramoorcroftiana)(安毅鵬等， 2020)和頂果木(Acrocarpusfraxinfolius)(柯碧英等， 2020)等林木種子種皮堅(jiān)硬或外包裹蠟質(zhì)層，阻礙水分、氣體的交換從而誘導(dǎo)休眠。青錢柳(Cyclocaryapaliurus)(楊萬(wàn)霞， 2004)、大山櫻(Prunussargentii)(王艷華等， 2005)等種子種皮對(duì)胚根伸長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，誘導(dǎo)休眠。

林木種子中可能含酚類、有機(jī)酸、生物堿及醛類等萌發(fā)抑制物，這些抑制物存在于種子不同部位，能夠阻礙種子吸水、改變滲透壓、抑制呼吸及酶活性等。黃檗(Phellodendronamurense)(Chienetal.， 2006)、三椏苦(Melicopepteleifolia)(魯強(qiáng)， 2019)等種子由于種皮存在抑制物或者被覆萌發(fā)抑制物而產(chǎn)生休眠。歐榛(Corylusavellana)(Pipinisetal.， 2020)、中泰南五味子(Kadsuracoccinea)(陳偉等， 2020)等果皮中含有抑制物； 青錢柳(楊萬(wàn)霞， 2004)、紫椴(Tiliaamurensis)(高博等， 2015)、珊瑚樸(Celtisjulianae)(劉序， 2019)、三椏苦(Evodialepta)(魯強(qiáng)， 2019)、紫楠(PhoebeSheareri)(姜宗慶等， 2020)等種皮存在抑制物； 羊角槭(Aceryangjuechi)種子的內(nèi)、外種皮與種胚均存在萌發(fā)抑制物質(zhì)(陳香波等， 2017)，而三角槭(Acerbuergerianum)(肖志成等， 2008)、南方紅豆杉(Taxuswallichianavar.mairei)(于海蓮， 2009)等種子的種胚含有抑制物。

種子種胚發(fā)育不成熟也可導(dǎo)致休眠。圓齒野鴉椿(Euscaphiskonishii)(游雙紅， 2013)、中泰南五味子(陳偉等， 2020)、長(zhǎng)白楤木(Araliaelata)(范文麗， 2015)等種子成熟后，胚存在形態(tài)休眠(種胚尚未形成、胚分化尚不完善或種胚完成分化但體積很小)，仍需從胚乳或其他組織中吸收養(yǎng)料繼續(xù)生長(zhǎng)，直到完成形態(tài)后熟； 三藥檳榔(楊期和等， 2005)、銅錢樹(shù)(Paliurushemsleyanus)(曹運(yùn)梅等， 2019)、三椏苦(魯強(qiáng)， 2019)、頂果木(柯碧英等， 2020)等種子的種胚在形態(tài)上似已發(fā)育完全，但種胚的生理狀態(tài)不具備發(fā)芽條件，即生理后熟。而刺楸(Kalopanaxseptemlobus)(黃玉國(guó)等， 1990)、銀杏(Ginkgobiloba)(崔慧， 2017)等種子同時(shí)存在形態(tài)與生理后熟現(xiàn)象。

胚乳作為種子的營(yíng)養(yǎng)組織對(duì)其休眠具有重要影響。在紫荊(Cercischinensis)種子發(fā)育過(guò)程中，胚乳細(xì)胞壁具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，胚乳對(duì)胚生長(zhǎng)的機(jī)械阻礙成為其休眠的重要因素(周健， 2016)； 南京椴(Tiliamiqueliana)種子胚乳細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝(楊艷華， 2009)及北五味子(Schisandrachinensis)(郎文香等， 2010)胚乳中內(nèi)源抑制物是引起種子休眠的主要因素。

種子休眠的產(chǎn)生往往是多種因素共同作用的結(jié)果。青錢柳(楊萬(wàn)霞， 2004)、黃檗(Chienetal.， 2006)、紫椴(高博等， 2015)、珊瑚樸(劉序， 2019)等種子是由于種皮結(jié)構(gòu)密實(shí)且含有萌發(fā)抑制物質(zhì)而誘導(dǎo)種子進(jìn)入深度休眠狀態(tài)； 紅松(Qietal.， 1993)、三藥檳榔(楊期和等， 2005)等種子休眠是由于機(jī)械障礙及種胚發(fā)育不成熟誘導(dǎo)； 銅錢樹(shù)(曹運(yùn)梅等， 2019)、頂果木(柯碧英等， 2020)等種子同時(shí)存在種皮障礙和生理后熟現(xiàn)象； 中泰南五味子果肉、種皮都存在抑制物且種胚發(fā)育不完整，是其休眠的原因(陳偉等， 2020)； 圓齒野鴉椿(游雙紅， 2013)、三椏苦(魯強(qiáng)， 2019)種子休眠原因比較復(fù)雜，不僅存在種皮結(jié)構(gòu)障礙、含有萌發(fā)抑制物，并且種胚發(fā)育也不完全。

1.3 種子休眠類型劃分

植物種子的休眠種類繁多，針對(duì)這種復(fù)雜的生理現(xiàn)象，Crocker(1916)根據(jù)解除休眠的方法將種子休眠劃分為種皮不透水或不透氣、種皮的抑制作用、成熟的胚、胚內(nèi)代謝失調(diào)、次生休眠、混合類型(其中2種或2種以上的組合)等7種類型。Villiers(1975)認(rèn)為種子休眠可分為2種類型： 一是種子胚發(fā)育被外覆物抑制而休眠，二是胚本身特性誘發(fā)的休眠。Roberts等(1977)根據(jù)休眠出現(xiàn)期將種子休眠劃分為初生休眠、強(qiáng)迫休眠及次生休眠3類。Nikolaeva(1977)根據(jù)誘發(fā)種子休眠原因?qū)⑿菝邉澐譃橥庠葱?、?nèi)源性休眠以及組合休眠，并且認(rèn)為物理休眠(透水障礙)、機(jī)械休眠(胚外被覆物阻礙其生長(zhǎng))及化學(xué)休眠(含萌發(fā)抑制物)屬于外源性休眠，生理和形態(tài)休眠應(yīng)劃分到內(nèi)源性休眠的范疇。Fenner等(2005)在Roberts理論基礎(chǔ)上，將“強(qiáng)迫休眠”劃入了“次生休眠”的范疇，認(rèn)為種子休眠有初生和次生休眠2種。陳偉等(2010)依據(jù)誘發(fā)休眠的部位將種子休眠分為胚休眠、種殼休眠和綜合休眠。潘琳等(2016)將種子休眠類型分為生理休眠(包括光信號(hào)、胚及抑制物等導(dǎo)致)和強(qiáng)迫休眠2類。Baskin等(2004)將種子休眠分為生理休眠、形態(tài)休眠、形態(tài)生理休眠、物理休眠以及綜合休眠5種類型。與Nikolaeva分類系統(tǒng)相比，Baskin等的分類方法將化學(xué)休眠、機(jī)械休眠劃入生理休眠范疇，是目前較全面的種子休眠類型劃分系統(tǒng)。

1.4 種子休眠機(jī)制

1.4.1 內(nèi)源激素調(diào)控學(xué)說(shuō) 內(nèi)源激素的變化影響著植物響應(yīng)環(huán)境的靈敏性，是調(diào)節(jié)植物(芽、種子等)生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制(王艷梅等， 2012),在植物生命活動(dòng)中具有重要作用(房麗莎等， 2020)。Wareing等(1971)認(rèn)為種子休眠由脫落酸(abscisic acid，ABA)、赤霉素(gibberellin，GA)、細(xì)胞分裂素(cytokinin，CK)等激素決定。種子內(nèi)部ABA水平影響休眠深度(Yanetal.， 2020)，并積極調(diào)控休眠的誘導(dǎo)及維持，ABA代謝及信號(hào)通路中相關(guān)基因調(diào)控種子休眠(表1)。種子處于休眠狀態(tài)時(shí)，有高水平的ABA以及較低水平的GA含量，GA通過(guò)其生物合成通路和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路負(fù)向調(diào)控種子休眠(表2)； 而生長(zhǎng)素(auxin，IAA)在其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中，通過(guò)增強(qiáng)種子對(duì)ABA的敏感性，正向調(diào)控休眠(表3)； 乙烯(ethylene，ETH)對(duì)種子休眠解除有一定的促進(jìn)作用(康云清， 2016)(表4)。

表1 脫落酸代謝及信號(hào)通路中與種子休眠調(diào)控相關(guān)基因

續(xù)表1 Continued

表2 赤霉素代謝及信號(hào)通路中與種子休眠調(diào)控相關(guān)基因

表3 生長(zhǎng)素代謝及信號(hào)通路中與種子休眠調(diào)控相關(guān)基因

表4 乙烯代謝及信號(hào)途徑中關(guān)鍵基因與種子休眠調(diào)控

另外，油菜素甾醇(brassinosteroids，BR)和細(xì)胞分裂素、水楊酸(salicylic acid，SA)、茉莉酸(jasmonic acid，JA)等激素也能夠通過(guò)ABA或GA的信號(hào)通路間接調(diào)控種子的休眠(Néeetal.， 2017)。因此，ABA、GA的生物合成與代謝控制著種子休眠產(chǎn)生以及休眠的深度，是種子休眠與解除的關(guān)鍵。

1.4.2 其他調(diào)控學(xué)說(shuō) 光敏素(phytochrome，PHY)主要通過(guò)使基因活化或表達(dá)、調(diào)節(jié)某些酶的活性、改變細(xì)胞膜的透性、調(diào)控脫落酸和赤霉素代謝與信號(hào)基因的表達(dá)來(lái)影響休眠。PHY在感知光照及溫度信號(hào)時(shí)有不同分工： 作為光受體，PHY調(diào)控種子萌發(fā)受光波長(zhǎng)及輻射強(qiáng)度的影響； 作為溫度受體，PHY受環(huán)境及種子吸脹溫度影響(李振華等， 2019)。

基因調(diào)控學(xué)說(shuō)認(rèn)為，基因調(diào)控種子的休眠過(guò)程是復(fù)雜的。ABA對(duì)基因組轉(zhuǎn)錄具有阻遏作用，影響DNA活性，并通過(guò)抑制特定類型mRNA的產(chǎn)生維持休眠(Wareingetal.， 1971)。種子在休眠過(guò)程中仍然進(jìn)行核酸的代謝(藤伊正， 1980)，高濃度的ABA能夠抑制核酸的正常代謝，干擾核糖核酸RNA的合成，從而阻抑了蛋白質(zhì)和有關(guān)酶的合成，使種子不能進(jìn)行正常的代謝活動(dòng)(鄭光華， 2004)。在休眠解除的初期，油松(Pinustabulaeformis)(周學(xué)權(quán)， 1989)、玉蘭(Yulaniadenudata)(楊孝漢等， 1991)種子RNA的合成受到翻譯水平的抑制，之后新RNA合成，DNA轉(zhuǎn)錄開(kāi)始參與休眠的調(diào)節(jié)。

細(xì)胞膜相變論認(rèn)為，溫度能夠通過(guò)影響細(xì)胞膜的狀態(tài)而調(diào)控種子休眠性。溫度升高，可能使細(xì)胞膜從凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w態(tài)，從而影響相關(guān)酶活性，并導(dǎo)致細(xì)胞膜透性變化和物質(zhì)滲透，從而調(diào)控與種子休眠相關(guān)的代謝過(guò)程。

除此之外，還有學(xué)者提出呼吸途徑調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)、代謝物調(diào)控途徑、Ca2+調(diào)節(jié)理論等來(lái)描述種子休眠的機(jī)理。

2 種子休眠解除方法與機(jī)制

2.1 激素解除休眠

種子由抑制物質(zhì)起主要作用轉(zhuǎn)向促進(jìn)物質(zhì)占主導(dǎo)地位，是解除休眠的決定性因素。休眠解除過(guò)程受多種激素控制。長(zhǎng)白楤木種子在貯藏過(guò)程中赤霉素3A(gibberellin A3，GA3)、ABA、玉米素核糖苷(zeatin riboside，ZR)、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid，IAA)4種激素的消長(zhǎng)變化對(duì)種胚發(fā)育及休眠解除具有重要作用(范文麗， 2015)。Wang等(2018)研究山桐子(Idesiapolycarpa)種子休眠解除過(guò)程ABA、IAA、GA3和ZR水平的變化，發(fā)現(xiàn)IAA、GA3、反式玉米素核糖苷(trans-zeatin riboside，tZR)能夠有效促進(jìn)種子休眠解除。ABA含量與GA3/ABA比值可能是解除休眠期的關(guān)鍵因素(Wangetal.， 2019b)，并且山桐子種子的發(fā)芽率與GA3/ABA 和(IAA+GA3+tZR)/ABA的比值均顯著相關(guān)(王艷梅等， 2018)。

2.2 層積解除休眠

種子經(jīng)過(guò)層積處理一方面能夠增加種皮的透性，促進(jìn)種子生理后熟； 另一方面可以減少萌發(fā)抑制物，從而調(diào)控種子內(nèi)部激素水平向利于休眠解除與萌發(fā)方向發(fā)展。不同休眠特性種子，層積時(shí)所需溫度不同(劉震等， 2004； 王艷梅等， 2015)。新成熟的杉木(Caoetal.， 2016)、檜柏(馬拉青呼， 2019)、山茶(Camelliajaponica)(張寧等， 2015)等種子需要經(jīng)過(guò)低溫層積解除休眠，獲得更高的發(fā)芽率及更快的發(fā)芽速度； 而山茱萸(Cornusofficinalis)種子需要變溫層積環(huán)境(洑香香等， 2013)。

2.3 化學(xué)物質(zhì)解除休眠

利用酸、堿、過(guò)氧化物、含氮化合物等化學(xué)物質(zhì)處理能夠破壞種皮來(lái)增加種皮透性打破種皮障礙、調(diào)節(jié)代謝或者降解萌發(fā)抑制物等解除種子休眠(魯強(qiáng)， 2019)。酸豆(馬天曉等， 2012)、刺槐(Naziretal.， 2014)、砂生槐(安毅鵬等， 2020)等一些由種皮包裹蠟質(zhì)層或有其他被覆物導(dǎo)致休眠的種子，可以利用酸、堿液有效破除種皮障礙。

2.4 物理方法解除休眠

2.4.1 煙和熱解除休眠 燃煙中的一氧化氮(nitric oxide，NO)具有刺激植物萌發(fā)的作用(Keeleyetal.， 1997)； 煙中可溶解的氰醇類(cyanohydrins)，如氨基乙腈(glycoloni-trile) 、丙酮氰醇(acetone cyanohydrin)等通過(guò)緩慢釋放氰化物(cyanide)可以打破種子休眠狀態(tài)，刺激植物萌發(fā)。從燃煙中提取的化合物卡里金(karrikins，KAR1)達(dá)到一定濃度后可提高種子的萌發(fā)率(Flemattietal., 2004)。并且，植物對(duì)KAR1的響應(yīng)依賴其休眠程度，需要經(jīng)過(guò)后熟的植物對(duì)KAR1敏感性會(huì)更強(qiáng)。有些植物種子可能先需要合適的溫度和濕度打破休眠，增加對(duì)KAR1的敏感性，進(jìn)而再促進(jìn)萌發(fā)(周峰， 2013)。熱處理打破休眠的本質(zhì)在于增加種皮的透氣性，解除休眠則需要根據(jù)種子類型施加不同溫度處理。

2.4.2 激光解除休眠機(jī)制 激光對(duì)生物體有一定的光壓作用，可通過(guò)電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、熱效應(yīng)和壓力效應(yīng)等在一定范圍內(nèi)對(duì)生物體、組織、細(xì)胞等產(chǎn)生極大的影響，導(dǎo)致種子內(nèi)部生物能的改變，調(diào)控種子發(fā)育，從而促進(jìn)休眠解除(李蓉等， 2005； 李宇赤等， 2019)。

2.4.3 物理?yè)p傷解除休眠 砂生槐(安毅鵬等， 2020)等“硬實(shí)”種子的休眠可利用去皮或劃破種子等物理方式，增加種皮透性打破機(jī)械束縛，以解除休眠。

3 林木種子萌發(fā)

3.1 萌發(fā)的定義

種子萌發(fā)通常指種子開(kāi)始吸收水分(種子吸脹)，重新開(kāi)啟代謝過(guò)程，胚根突破周圍結(jié)構(gòu)完成萌發(fā)(Bewleyetal., 2013)。種子吸脹時(shí)種皮軟化，透氣性提高，并通過(guò)糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)和磷酸戊糖等途徑進(jìn)行呼吸作用，獲取能量，推動(dòng)種子內(nèi)部物理狀態(tài)發(fā)生變化，繼而在適宜環(huán)境下完成萌發(fā)。

3.2 激素調(diào)控種子萌發(fā)

激素通過(guò)其生物合成通路和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路拮抗地調(diào)控種子萌發(fā)。ABA與GA通過(guò)抑制對(duì)方合成與分解代謝的基因而產(chǎn)生拮抗作用，由激素含量變化引起的種子發(fā)育過(guò)程中的生物發(fā)生，影響種子萌發(fā)狀態(tài)。與ABA相比，GA在種子休眠解除到萌發(fā)的過(guò)程中發(fā)揮主要作用(Finkelsteinetal.， 2008)，其通過(guò)消弱種皮障礙、弱化胚乳的束縛推動(dòng)萌發(fā)；Auxin能夠負(fù)向調(diào)控種子萌發(fā)(帥海威等， 2016)； ETH可以促進(jìn)種子種胚細(xì)胞的增長(zhǎng)、胚軸伸長(zhǎng)(康云清， 2016)，也能夠減輕ABA對(duì)萌發(fā)的抑制、與GA相互促進(jìn)，在種子萌發(fā)中也很重要(方志榮等， 2007)； CK在種子萌發(fā)時(shí)，能夠減輕種子受逆境(干旱、鹽堿和重金屬等)脅迫程度，調(diào)控胚胎發(fā)育(宋松泉等， 2021)。除此外，BR、SA、JA等也能夠作用于ABA與GA的信號(hào)通路促進(jìn)種子萌發(fā)(表5)。

表5 激素代謝及信號(hào)途徑中關(guān)鍵基因與種子萌發(fā)調(diào)控

續(xù)表5 Continued

3.3 miRNA調(diào)控種子萌發(fā)

在萌發(fā)階段，種子內(nèi)部蛋白活性恢復(fù)，細(xì)胞中某些基因開(kāi)始表達(dá)轉(zhuǎn)錄成信使RNA(Messenger RNA，mRNA)，這些mRNA與種子內(nèi)部原本的貯藏mRNA開(kāi)始翻譯與萌發(fā)有關(guān)的蛋白質(zhì)。microRNA(miRNA)是一類小分子非編碼RNA，參與種子發(fā)育、休眠與萌發(fā)等植物生命過(guò)程(魏俊等， 2017)，它通過(guò)和靶基因mRNA堿基配對(duì)，以降解mRNA或阻礙其翻譯進(jìn)而抑制目標(biāo)基因的表達(dá)，也可以直接切割目標(biāo)mRNA調(diào)控種子萌發(fā)(表6)。miRNA在天女木蘭(Magnoliasieboldii)種子萌發(fā)時(shí)的表達(dá)集中在細(xì)胞生理、代謝等生物過(guò)程(魏俊， 2017)； 對(duì)銀杏種胚差異miRNA靶基因分析，發(fā)現(xiàn)其主要富集在激素信號(hào)、代謝通路、生物合成等途徑(何青松， 2018)。因此，miRNAs的差異表達(dá)特性在萌發(fā)發(fā)育中有重要調(diào)控作用。

表6 miRNA參與種子萌發(fā)調(diào)控功能

種子萌發(fā)與內(nèi)部能量物質(zhì)的代謝、激素信號(hào)啟動(dòng)以及傳導(dǎo)等過(guò)程密切相關(guān)，除此之外，還受到轉(zhuǎn)錄翻譯、細(xì)胞伸長(zhǎng)及活化、修復(fù)機(jī)制和細(xì)胞器重組等遺傳性因素的影響。

3.4 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控種子萌發(fā)

種子萌發(fā)是一個(gè)需能過(guò)程，這個(gè)過(guò)程涉及到營(yíng)養(yǎng)物(碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等)的分解以及能量的釋放(尹華軍等， 2004)?？扇苄蕴?葡萄糖、蔗糖)能夠通過(guò)糖酵解、磷酸戊糖途徑為種子萌發(fā)提供能量，并且能夠維持細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)?？扇苄蕴情_(kāi)始下降，說(shuō)明種子已經(jīng)處于活躍狀態(tài)，開(kāi)始消耗可溶性糖來(lái)進(jìn)行萌發(fā)(張存虎， 2018)。在種子內(nèi)部多種功能蛋白質(zhì)中，貯藏蛋白與種子萌發(fā)關(guān)系是最為密切(岳佳銘等， 2021)。銀杏種子胚乳中的貯藏蛋白質(zhì)是氮源的供應(yīng)者，在種子萌發(fā)過(guò)程中，貯藏蛋白質(zhì)被動(dòng)員，降解為胚生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(李生平， 2004)。淀粉作為重要的供能物質(zhì)，經(jīng)淀粉酶水解后，為種胚生長(zhǎng)發(fā)育供能。高溫下，淀粉酶活性會(huì)受到抑制，導(dǎo)致紫椴種子中淀粉分解緩慢，可溶性糖和蛋白代謝也受抑制，導(dǎo)致種子難以正常萌發(fā)(段加玉等， 2013)?？扇苄缘鞍子欣谠鰪?qiáng)種子的抗逆性，且在細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)中具有重要作用，經(jīng)相關(guān)酶降解后，有利于種子吸脹，為細(xì)胞分裂生長(zhǎng)、種子發(fā)育提供所需能量。天女木蘭(劉月洋， 2010)、楨楠(Phoebezhennan)(龍漢利等， 2013)、珊瑚樸(劉序， 2019)等種子萌發(fā)過(guò)程中，可溶性蛋白、淀粉、可溶性糖等貯藏物質(zhì)水平皆總體下降，為萌發(fā)供能。

3.5 活性氧分子調(diào)控種子萌發(fā)

活性氧(reactive oxygen species，ROS)是在逆境下調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的一種重要的多功能信號(hào)分子(Qietal.， 2018)，在植物遭受逆境脅迫時(shí)，ROS會(huì)過(guò)度積累而導(dǎo)致植物的多種細(xì)胞成分氧化損傷，最終導(dǎo)致種子的萌發(fā)能力降低，而參與ROS調(diào)控通路又是種子降低氧化危害、應(yīng)對(duì)逆境脅迫的重要策略(Chenetal.， 2014)。ROS對(duì)種子萌發(fā)的作用是間接的。對(duì)于馬檳榔(Capparismasaikai)(趙東興等， 2018)、美國(guó)無(wú)刺皂莢(Gleditsiatriacanthosvar.inermis)(劉婷等， 2018)、大葉女貞(Ligustrumlucidum)(賀桂蘭， 2020)等一些種皮透氣性差的種子，使用過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)可以軟化種皮，降低種皮對(duì)胚生長(zhǎng)的束縛作用，促進(jìn)萌發(fā)。SA和H2O2共同處理玉米能顯著提高內(nèi)源SA和H2O2的含量，且與GA生物合成相關(guān)的基因ZmGA20ox1和ZmGA3ox2會(huì)表達(dá)上調(diào)，與GA分解代謝相關(guān)的ZmGA2ox1基因表達(dá)會(huì)明顯下調(diào)，進(jìn)而降低種子萌發(fā)抑制基因ZmRGL2的表達(dá)，促進(jìn)種子萌發(fā)(Lietal.， 2017)。ABA抑制種子的萌發(fā)可能與ABA的降解增加H2O2的積累量有關(guān)(Anandetal.， 2019)，而ROS又能通過(guò)轉(zhuǎn)錄效應(yīng)來(lái)刺激GA的生物合成(Lietal.， 2018)。以上研究表明，ROS通過(guò)調(diào)節(jié)激素代謝來(lái)調(diào)控種子萌發(fā)。因此，保持種子內(nèi)部ROS含量的平衡對(duì)種子萌發(fā)非常重要。

4 種子休眠與萌發(fā)

休眠與萌發(fā)是種子2個(gè)不同的發(fā)育階段，既存在聯(lián)系又相互區(qū)別。休眠能夠決定種子發(fā)芽所需的條件，當(dāng)給予適宜的外部環(huán)境后，解決種子自身產(chǎn)生的抑制作用便可以引起萌發(fā)。這2個(gè)步驟的核心是ABA/GA平衡： 成熟種子處于休眠狀態(tài)時(shí)，ABA和IAA含量高，GA含量低； 種子萌發(fā)時(shí)，其他激素也能夠影響 ABA與GA的生物合成與代謝信號(hào)通路，激素間相互作用可以精確控制種子休眠與萌發(fā)(圖1)。

圖1 種子休眠解除與萌發(fā)過(guò)程

5 結(jié)論與展望

種子休眠與萌發(fā)受遺傳因素和環(huán)境因素的控制，是植物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程中的2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，對(duì)少數(shù)植物種子休眠與萌發(fā)的機(jī)制已有較為清晰的認(rèn)識(shí)，尤其在激素信號(hào)調(diào)控休眠與萌發(fā)方面，已取得重大進(jìn)展。種子休眠與萌發(fā)的機(jī)制在不同植物中具有一定的保守性，但單、雙子葉植物間及不同植物間存在一定的特異性。與模式植物及一些農(nóng)作物、園藝作物相比較，林木生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，相關(guān)的遺傳基礎(chǔ)和分子機(jī)制尚不清楚，有關(guān)其林木種子休眠解除與萌發(fā)機(jī)制研究不夠完善，林木種子休眠與萌發(fā)的分子機(jī)制仍知之甚少，林木種子休眠與萌發(fā)的探究仍是林學(xué)研究的難點(diǎn)。因此，今后可在以下幾方面進(jìn)行深入研究： 1)自然萌發(fā)率低的木本植物種子休眠、萌發(fā)機(jī)制； 2)影響種子休眠和萌發(fā)的因素之間是如何相互作用的，尤其激素和環(huán)境對(duì)不同休眠類型的種子休眠和萌發(fā)的調(diào)控； 3)多角度多學(xué)科交叉探討種子休眠與萌發(fā)過(guò)程中發(fā)生的生理生化代謝反應(yīng)和分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)； 4)更多蛋白互作的體內(nèi)證據(jù)，調(diào)控林木種子休眠與萌發(fā)的差異基因的篩選、主效基因挖掘及其功能分析。