閆蘊(yùn)韜，何 兮，張海清，賀記外

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）

0 引言

水稻在貯藏過(guò)程中，種子內(nèi)部會(huì)自發(fā)地發(fā)生一系列生理變化，如膠體陳化,導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固、活力喪失，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化，導(dǎo)致種子活力降低、成苗率下降等現(xiàn)象[1]。中國(guó)水稻生產(chǎn)、貯藏、消費(fèi)地區(qū)主要分布在南方高溫高濕地區(qū)，現(xiàn)階段水稻種子貯藏倉(cāng)庫(kù)主要是通過(guò)控制貯藏溫度和濕度以及保持適宜的通氣條件從而達(dá)到延緩種子衰老和稻谷質(zhì)變的進(jìn)程，例如建立充滿惰性氣體、低溫干燥的密閉糧庫(kù)等，但這些貯藏方式需要消耗大量的能源，同時(shí)也造成了許多環(huán)境問(wèn)題，水稻種子貯藏面臨嚴(yán)峻的問(wèn)題[2]。水稻種子自身耐貯性的好壞在一定程度上決定了水稻種子和糧食儲(chǔ)藏能力的強(qiáng)弱。因此，對(duì)水稻種子耐貯性進(jìn)行研究具有重要的意義[3]。

種子耐貯性是指完成后熟的種子經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的貯藏后仍然能夠保持最原始的種子活力的狀態(tài)。水稻種子在貯藏的過(guò)程中，種子內(nèi)部不可避免地發(fā)生一系列的生理變化，導(dǎo)致種子活力下降或喪失，進(jìn)而會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)重大損失。具有較強(qiáng)耐貯性的種子可以確保種子長(zhǎng)期貯藏后仍具有較強(qiáng)的活力與生活力，并保證水稻種子的田間經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。如何在水稻種子的貯藏過(guò)程中減少內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，有效延緩種子衰老和種子劣變是亟待解決的問(wèn)題。目前科研工作者已經(jīng)定位到了部分與水稻種子耐貯藏相關(guān)的QTL位點(diǎn)，但真正進(jìn)行功能研究的基因不多?？蒲腥藛T從水稻種子耐貯藏的調(diào)控機(jī)制出發(fā)，在水稻種子的自我保護(hù)機(jī)制以及大分子損傷修復(fù)機(jī)制的過(guò)程所涉及到的一些蛋白與基因進(jìn)行功能分析，從而確定了這些基因?qū)λ痉N子耐貯性強(qiáng)弱有重要的意義，但是具體的調(diào)控機(jī)制不是十分明晰。為了進(jìn)一步探究種子耐貯的生理生化機(jī)制與遺傳因素，解析種子耐貯性的分子機(jī)理，本研究在已有的研究基礎(chǔ)上對(duì)可能影響水稻耐貯性的相關(guān)基因與蛋白進(jìn)行綜述，對(duì)科學(xué)探究種子耐貯性具有指導(dǎo)意義。

1 種子劣變與種子老化

種子劣變是致使種子活力降低的不可逆的現(xiàn)象，在種子貯藏過(guò)程中無(wú)法避免[4]。種子在自然條件下質(zhì)量衰退以及活力降低的過(guò)程稱為老化，種子老化的進(jìn)程受外部的高溫高濕環(huán)境的影響。種子的老化與劣變同時(shí)發(fā)生，有老化就有劣變，但種子劣變并不一定由種子老化所引發(fā)[5]。劣變與老化是引起種子活力降低的主要因素，在種子收獲后至生理成熟，以及后期種子貯藏的過(guò)程中都伴隨著老化與劣變[6]。Delouche和Caldwell[7]研究了種子劣變過(guò)程中種子活力及種子發(fā)芽力兩者的關(guān)系，種子活力與種子生活力呈線性正相關(guān)，種子劣變的發(fā)生會(huì)降低種子活力[8]。然而，由于種子自身的一些特性的存在，種子硬實(shí)和種子休眠會(huì)對(duì)種子老化產(chǎn)生不同的響應(yīng)機(jī)制。有關(guān)研究表明，硬實(shí)的種子貯藏過(guò)程中具有較小程度的劣變，胡貴江[9]通過(guò)對(duì)45℃與42℃兩種不同溫度下的棉籽進(jìn)行72 h的老化處理后發(fā)現(xiàn)較高的溫度可以更好的破除種子的硬實(shí)使其發(fā)芽，且種子硬實(shí)率與老化處理時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。在種子可接受的范圍內(nèi)，隨著適當(dāng)種子老化的濕度的增加或者老化的時(shí)間的延長(zhǎng)，可以有效促進(jìn)水稻種子萌發(fā)，表明了人工加速老化可以有效破除硬實(shí)的種子休眠[10]。

2 種子耐貯性的生理生化機(jī)制與生物大分子損傷機(jī)制研究

種子完成生理成熟后，內(nèi)部生命活動(dòng)的進(jìn)行仍伴隨著種子老化和劣變。老化劣變機(jī)制是涉及種子生理生化變化和種子新陳代謝等一系列復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，目前對(duì)這一機(jī)制的研究尚不清晰，生理生化及細(xì)胞學(xué)方面的研究表明導(dǎo)致貯藏期種子老化的因素有：脂膜過(guò)氧化與膜系統(tǒng)損傷，蛋白質(zhì)合成能力下降與蛋白質(zhì)損傷，內(nèi)源激素及有毒物質(zhì)的積累，抗氧化能力下降，DNA損傷等。Pillay[11]提出了老化劣變起因的多種假設(shè)，主要包括：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損耗的假說(shuō)；激素變化的假說(shuō)；有毒物質(zhì)積累的假說(shuō)；生物大分子變性的假說(shuō)以及功能結(jié)構(gòu)如膜、線粒體解體的假說(shuō)；Bewley等[12]提出種子貯藏期間DNA與RNA的降解以及種子內(nèi)部氧化還原穩(wěn)態(tài)也與種子的耐貯性相關(guān)。在種子發(fā)芽率下降，幼苗生長(zhǎng)勢(shì)降低之前，種子內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列的生理變化，張兆英[13]研究表明種子的老化或種子劣變主要表現(xiàn)在細(xì)胞膜完整性的喪失和細(xì)胞內(nèi)部脂類物質(zhì)氧化程度的加深，細(xì)胞內(nèi)各種酶活性的降低，呼吸作用也會(huì)受到一定程度的破壞，種子內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷消耗，以及ABA、GA含量的變化。Delouche[7]預(yù)測(cè)了種子在劣變過(guò)程中發(fā)生變化的生理生化順序?yàn)樯锬は到y(tǒng)的降解，呼吸作用與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，種子抗逆性變?nèi)酰N子耐貯能力下降，種子田間成苗能力減弱等。

2.1 膜脂過(guò)氧化與膜系統(tǒng)損傷

細(xì)胞質(zhì)膜由不連續(xù)的磷脂雙分子層構(gòu)成，在磷脂雙分子層上附著部分球狀蛋白。這些球狀蛋白在保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)的完整性以及調(diào)節(jié)各種物質(zhì)出入細(xì)胞膜方面具有重要的作用。Agmon等[14]提出了關(guān)于脂質(zhì)過(guò)氧化如何導(dǎo)致細(xì)胞死亡的4個(gè)假說(shuō)。第一個(gè)假說(shuō)：脂質(zhì)過(guò)氧化引起的細(xì)胞成分的變化會(huì)造成大范圍膜損傷，使膜上的洞孔打開(kāi)，導(dǎo)致離子穩(wěn)態(tài)的喪失。第二個(gè)假說(shuō)：由于脂質(zhì)的化學(xué)變化，破壞了細(xì)胞膜完整性，破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。第三個(gè)假說(shuō)：主要造成膜損壞的不是膜內(nèi)部含有的脂質(zhì)成分，而是膜內(nèi)蛋白。第四個(gè)假說(shuō)：氧化產(chǎn)生了不飽和脂肪酰胺片段，這些片段會(huì)對(duì)其他細(xì)胞的正常生命活動(dòng)造成損害并可能致死。

顏啟傳等[15]發(fā)現(xiàn)水稻種子浸出液中可溶性糖的電導(dǎo)率和含量指數(shù)隨著種子老化程度的加深而增加，說(shuō)明種子老化與細(xì)胞膜通透性有關(guān)，種子老化程度越高，種子膜系統(tǒng)的損害越嚴(yán)重。

2.2 蛋白質(zhì)合成能力下降和蛋白質(zhì)損傷

Pilly[11]發(fā)現(xiàn)大豆種子蛋白質(zhì)合成能力下降導(dǎo)致種子劣變。Rajjou等[16]研究發(fā)現(xiàn)使用蛋白質(zhì)抑制劑放線菌酮處理后的擬南芥種子很難發(fā)芽，認(rèn)為加速老化后種子活力的下降與蛋白質(zhì)合成能力密切相關(guān)。蛋白質(zhì)共價(jià)鍵自發(fā)損傷也是種子老化的主要原因之一，L-異天冬氨酸-甲基轉(zhuǎn)移酶(PIMT)是一種依賴于S-腺苷甲硫氨酸的重組酶，種子老化中異天冬氨酸產(chǎn)生自發(fā)性殘留物致使蛋白質(zhì)損傷[17]，而PIMT可修復(fù)其蛋白質(zhì)損傷。與DNA修復(fù)相似，蛋白質(zhì)修復(fù)也是對(duì)已損傷的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行溯原，在擬南芥中發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)L-異天冬氨酸-甲基轉(zhuǎn)移酶I(Protein L-isoaspartylmethyltransferase，PIMT1)過(guò)度積累時(shí)，擬南芥體內(nèi)異天冬氨酸的含量減少，種子壽命與種子活力增強(qiáng)，相反PIMTI累積減少時(shí)，種子壽命縮短，種子活力下降[18]。水稻中的OsPIMT1缺失可以降低老化后種子的發(fā)芽率，在老化的過(guò)程中OsPIMT1編碼的PIMT修復(fù)酶通過(guò)減少體內(nèi)有害蛋白的積累來(lái)維持種子胚胎的活力，從而提高老化后種子的壽命與活力[19]。

2.3 內(nèi)源激素及有毒物質(zhì)的變化

種子老化的過(guò)程中，伴隨著內(nèi)源激素含量的變化，老化后的細(xì)胞及生理系統(tǒng)對(duì)激素的反應(yīng)能力也會(huì)喪失。ABA(Abscisic acid)、GA(Gibberellins acid)、IAA(Indole-3-acetic acid)作為植株生長(zhǎng)的主要調(diào)控激素在調(diào)控種子的成熟、發(fā)芽的過(guò)程中具有不可或缺的作用，對(duì)種子的休眠與耐貯性具有重要的影響。付華等[20]以4種牧草種子為研究材料，探究了不同老化處理對(duì)種子萌發(fā)過(guò)程中乙烯釋放量的影響和乙烯釋放量與發(fā)芽率的關(guān)系，結(jié)果表明，隨著種子劣變程度加深，乙烯釋放量逐漸下降，釋放高峰推遲，老化過(guò)程中的代謝產(chǎn)物如乙醇、醛、酮等有毒物質(zhì)的積累會(huì)對(duì)破壞種子的正常生理活動(dòng)，最后導(dǎo)致種子喪失生命力。

2.4 抗氧化能力下降

在種子發(fā)育、成熟、加工與貯藏以及萌發(fā)期間會(huì)遇到各種逆境脅迫，脅迫因子會(huì)對(duì)種子的品質(zhì)造成很大的影響，進(jìn)而對(duì)作物生產(chǎn)造成不可逆的影響[21]。細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)狀態(tài)的失衡和隨之而來(lái)的氧化損傷與種子生存能力的喪失有關(guān)。在種子劣變的過(guò)程中，ROS積累、脂肪酸過(guò)氧化所產(chǎn)生的代謝物質(zhì)，會(huì)對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)如：細(xì)胞膜、核酸、蛋白質(zhì)大分子物質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)造成不可逆的損害[22]。

2.5 DNA損傷

一般情況下，種子活力高低和出芽速度依賴于種子吸脹吸水過(guò)程中激活的DNA修復(fù)機(jī)制，同時(shí)種子劣變發(fā)生伴隨著染色體畸變、端粒長(zhǎng)度改變、DNA損傷、DNA甲基化[23]。

種子體內(nèi)DNA損傷主要來(lái)自氧化應(yīng)激反應(yīng)[24]，種子吸脹萌發(fā)時(shí)伴隨著ROS誘導(dǎo)的DNA損傷，導(dǎo)致種子劣變。DNA損傷會(huì)直接損害細(xì)胞的功能，在種子內(nèi)部發(fā)生的DNA單堿基突變有可能遺傳給后代。擬南芥的ATOGG1是一種DNA裂解酶，參與堿基切除修復(fù)以消除DNA中的8-OXOG基因。該基因的過(guò)量表達(dá)抑制種子劣變的發(fā)生，轉(zhuǎn)基因種子中8-OXOG表達(dá)量降低，可以在一定程度上修復(fù)損傷的DNA，使種子在非生物脅迫下表現(xiàn)出較強(qiáng)的萌發(fā)能力[25]。DNA甲基化在種子生育和生存能力的保持上有很重要的作用[26]。RNA也會(huì)被ROS破壞，由于其單鏈結(jié)構(gòu)和缺乏修飾系統(tǒng)，更容易被氧化[27]。氧化的mRNA會(huì)抑制蛋白質(zhì)的合成和降解，因此進(jìn)行生命活動(dòng)的種子細(xì)胞在mRNA轉(zhuǎn)錄水平上受到了阻礙，導(dǎo)致種子壽命降低。

3 水稻種子耐貯性的遺傳學(xué)研究

3.1 水稻種子耐貯性QTL定位

種子活力與自身發(fā)育、貯藏條件等外界因素的影響密不可分，同時(shí)也受遺傳因素的調(diào)控。隨著當(dāng)今DNA分子標(biāo)記技術(shù)和基因組作圖技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的與種子活力和耐貯相關(guān)的QTL被檢測(cè)到。Li等[28]在南京、連云港、金湖等不同的種植環(huán)境下種植‘Koshihikari’（輪回親本）和‘Kasalath’構(gòu)建的回交重組自交系(BIL)群體，在水稻9號(hào)染色體上R10783S與R1751兩標(biāo)記之間檢測(cè)到了種子耐貯性QTL位點(diǎn)qSS-9，該位點(diǎn)解釋表型變異為10.63%～33.10%，通過(guò)染色體片段置換(CSSL)群體驗(yàn)證了該位點(diǎn)。Miura[29]最先在9號(hào)染色體G103與R1751區(qū)域檢測(cè)到與種子壽命相關(guān)的主效QTL位點(diǎn)qLG-9。隨后不久，Sasaki等[30]、Xue等[31]、Jiang等[32]通過(guò)構(gòu)建不同的遺傳群體均在9號(hào)染色體上檢測(cè)到了與qLG-9重疊的主效QTL，分別命名為 RC9-2、qRGR-9、qMT-SGC9.1和 qDTSGC9.1。劉喜等[33]利用分子標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建了4個(gè)攜帶不同大小的‘Koshihikari’純合F4家系，將qSS-9精細(xì)定位在Indel標(biāo)記Y7與Y13之間。沈圣泉等[34]以‘珍汕97B’/‘密陽(yáng)46’構(gòu)建的RIL群體作為材料，在溫度45℃，濕度100%的條件下對(duì)群體材料進(jìn)行人工老化處理，以老化處理后的發(fā)芽率占對(duì)照發(fā)芽率的相對(duì)比值作為衡量指標(biāo)，檢測(cè)到了2個(gè)耐貯主效QTL，并證明該位點(diǎn)的加性×加性上位性效應(yīng)大于加性效應(yīng)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)根據(jù)耐貯的時(shí)間的不同，起主效作用的QTL也不同，7天的老化處理檢測(cè)到基因qSS9-1起主要作用，而在14天處理下檢測(cè)到四號(hào)染色體基因qSS4對(duì)增加種子耐貯性起主要作用。此外，Xue等[31]使用‘IR24’/‘Asominori’的重組自交系檢測(cè)了1、3和9號(hào)染色體上與種子耐貯性相關(guān)的3個(gè)QTL。柳武革等[35]以水稻品種‘廣恢122’和秈稻‘G99’雜交后代構(gòu)建的F2:3群體為研究材料，在9號(hào)染色體上定位到2個(gè)與貯藏特性相關(guān)的發(fā)芽率QTL。Zeng等[36]以秈稻品種‘ZYQ8’與粳稻品種‘JX17’進(jìn)行雜交，收集F1代花粉進(jìn)行培養(yǎng)，經(jīng)自然加倍與人工秋水仙素處理加倍后獲得染色體片段替換系‘CSSL45’和‘CSSL29’，通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇與‘JX17’進(jìn)行連續(xù)3次回交，成功構(gòu)建加倍單倍體(DH)群體，通過(guò)對(duì)得到的種子進(jìn)行人工老化處理在第9,11,12號(hào)染色體各檢測(cè)到一個(gè)主效QTL，命名為qLS-9、qLS-11和qLS-12，解釋的表型變異分別為12.2%,18.2%和10.6%。其中qLS-9的加性效應(yīng)為9.21，來(lái)自‘JX17’的qLS-9位點(diǎn)可增強(qiáng)水稻種子的耐貯性；qLS-11和qLS-12的加性效應(yīng)分別為12.30和8.65，來(lái)自ZYQ8的qLS-11和qLS-12位點(diǎn)可以增強(qiáng)種子耐貯性。Hang等[37]將‘Sasanishiki’‘/Habataki’‘/Sasanishiki’的回交重組自交系(BIL)群體在自然條件下貯藏兩年，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的人工老化處理后進(jìn)行QTL分析，在后代自然老化的條件下檢測(cè)到6個(gè)QTL，大部分QTL位點(diǎn)均與秈稻品種‘Habataki’定位到的QTL位點(diǎn)表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。

在自然儲(chǔ)存的條件下，Sasaki等[30]用‘Milyang 23’和‘Akihikari’構(gòu)建的重組自交系群體(F7)的種子分別貯藏1年，2年和3年，定位到4個(gè)與種子壽命相關(guān)的QTL(RC7、RC9-1、RC9-2和RC9-3)。Jiang等[32]采用類似的處理方法，在兩個(gè)重組自交系群體中檢測(cè)到了7個(gè)與種子耐貯性相關(guān)的QTL。

Li等[28]利用‘Koshihikari’和‘Kasalath’構(gòu)建的回交群體的種子在自然老化處理32個(gè)月和48個(gè)月進(jìn)行種子耐貯性QTL，在第2、3、4、6、9和11號(hào)染色體上各檢測(cè)到1個(gè)QTL位點(diǎn)。雖然這些檢測(cè)到QTL位點(diǎn)能我們對(duì)水稻種子耐貯性有了進(jìn)一步的了解，但是通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)在自然與人工兩種處理下檢測(cè)到的QTL并不完全一致[38]。任淦等[39]通過(guò)自然老化和人工老化處理對(duì)‘珍汕97’/‘明恢63’衍生的重組自交系群進(jìn)行了種子耐貯性QTL定位，在室溫條件下儲(chǔ)存3年條件下檢測(cè)到3個(gè)QTL(qNRP1、qNGR3-1、qNGR3-2)，分別位于第1和第3染色體上，且定位于‘珍汕97’的qNRP1和qNGR3-2表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，對(duì)表型變異貢獻(xiàn)率分別達(dá)到8.5%和14.5%。在人工老化箱（溫度50℃、濕度95%）老化處理72小時(shí)條件下，分別在第1、8和9號(hào)染色體上定位到了4個(gè)QTL，分別命名為qAGP1、qAGP8、qAGR9-1和qAGR9-2。本文在水稻圖譜上對(duì)前人檢測(cè)到的水稻種子耐貯性QTL進(jìn)行了標(biāo)注（圖1）。發(fā)現(xiàn)除了10號(hào)染色體外，在其他染色體上均檢測(cè)到了水稻種子耐貯性QTL位點(diǎn)，這表明水稻種子耐貯性是典型且復(fù)雜的數(shù)量性狀。

圖1 水稻種子耐貯性相關(guān)QTLs定位

3.2 水稻種子耐貯性調(diào)控機(jī)理研究

種子自身的保護(hù)機(jī)制和生物大分子損傷修復(fù)機(jī)制是種子耐貯性的主要調(diào)控機(jī)制[40]。種子發(fā)育中后期所具有的脫水耐性可以使種子獲得生活力和耐貯性。

種子的成熟過(guò)程中，種子體內(nèi)糖分的積累，熱激蛋白(HSP)，胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白(LEC)，激素調(diào)節(jié)相關(guān)的基因也是調(diào)控種子的耐貯性的關(guān)鍵[41]。糖與激素的相互作用是植物調(diào)控自身生長(zhǎng)發(fā)育的重要途徑。Li等[42]通過(guò)過(guò)量表達(dá)ZmGOLS2，ZmRS及AtSTS來(lái)提高擬南芥中的棉子糖低聚寡糖(RFO)的含量，極大提高了擬南芥的種子活力，但水稻中棉子糖相關(guān)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

海藻糖是由兩個(gè)葡萄糖分子組成的二糖，在植物的抗逆反應(yīng)中充當(dāng)信號(hào)分子[43]。水稻中僅存在一個(gè)海藻糖酶(TRE)基因OsTRE1，該基因同時(shí)受低溫、高鹽、干旱脅迫以及外源ABA誘導(dǎo)，過(guò)量表達(dá)OsTRE1可以加快海藻糖的降解進(jìn)程，提高水稻的抗逆性。熱激蛋白(HSP)在植物受到逆境脅迫后表達(dá)量變高，從而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，增強(qiáng)植株抗逆性。Kaur等[44]研究表明OsHSP18.2在種子成熟過(guò)程中高量表達(dá)，在擬南芥背景下過(guò)量表達(dá)該基因可以減少體內(nèi)ROS積累，提高擬南芥種子的生活力與耐貯性。HSFA9可以增強(qiáng)植株的抗旱性與氧化脅迫性，并且該基因可以誘導(dǎo)熱激蛋白和低聚糖的積累，從而增強(qiáng)種子的耐貯性。Kotak等[45]通過(guò)構(gòu)建擬南芥ABI3敲除株系，證實(shí)ABI3通過(guò)激活HSFA9啟動(dòng)子從而增強(qiáng)種子的耐貯性。Almoguera等[46]認(rèn)為HaDREB2和向日葵熱激因子A9(HaHSFA9)在向日葵胚胎中共同激活了Hahsp17.6G1啟動(dòng)子，有助于A9介導(dǎo)的種子壽命的增強(qiáng)，并且當(dāng)HaDREB2與A9共同在種子中過(guò)表達(dá)時(shí)，會(huì)顯著增強(qiáng)種子的壽命和耐貯性。

水稻種子貯藏過(guò)程中受環(huán)境的誘導(dǎo)，體內(nèi)的ROS過(guò)度積累會(huì)造成生物大分子損傷，增強(qiáng)ROS的清除能力與修復(fù)氧化損傷可以使種子生活力與耐貯性顯著增強(qiáng)。氧合酶(LOX)是一種屬于氧化還原酶家族的非血紅素鐵的雙加氧酶，可在脂肪酸的特定位置氧化不飽和雙鍵產(chǎn)生脂肪酸過(guò)氧化物，廣泛存在于動(dòng)植物體中，參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育、成熟、衰老以及植物脅迫相關(guān)的反應(yīng)，也是茉莉酸合成途徑的第一個(gè)關(guān)鍵酶，在水稻的耐貯方面具有重要的生理功能[47-50]。Suzuki等[51]成功獲取了與水稻耐貯相關(guān)的材料‘Daw Dam’，證實(shí)Lox-3缺失呈單基因隱形遺傳。宋美等[52]在人工老化條件下研究了耐貯藏基因(Lox-1、Lox-2、Lox-3)在不同缺失程度下對(duì)水稻耐貯性的影響，結(jié)果表明Lox-1、Lox-2、Lox-3這3個(gè)基因全部缺失種子的耐貯性大于Lox-1、Lox-2兩者缺失的種子，大于Lox-2或Lox-3基因缺失的種子，證明了種子活力受耐貯基因缺失程度的影響。吳躍進(jìn)等[53]利用RNAi干涉r9-LOX1基因，獲得轉(zhuǎn)基因水稻植株，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因后代進(jìn)行耐貯性分析，證明干涉r9-LOX1基因后的水稻種胚LOX-1酶活性顯著降低，顯著提高水稻耐貯特性，緩解了水稻陳化變質(zhì)。劉南南等[54]在栽培稻品種中成功克隆了與種子耐貯相關(guān)的基因Lox3，Lox3在胚成熟的過(guò)程中會(huì)大量表達(dá)，在穎殼中的含量很低，主要在種子的胚與表皮中表達(dá)。汪仁等[55]成功定位并克隆了LOX缺失基因，成功克隆到編碼基因OsLox1和OsLox3，并證實(shí)OsLox1所編碼的蛋白是一個(gè)具有雙活性的酶。Cai等[56]發(fā)現(xiàn)cryAb/crylAc Bt轉(zhuǎn)基因水稻種子具有較好的耐貯性，在自然條件下貯藏9個(gè)月后，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)水稻內(nèi)部的游離脂肪酸含量顯著低于受體材料，種子發(fā)芽率也顯著高于對(duì)照材料：Shin等[57]認(rèn)為水稻乙醛脫氫酶7在調(diào)控水稻種子的成熟和保持水稻種子的活力方面具有重要的作用，同時(shí)突變體對(duì)低溫脅迫和鹽脅迫比對(duì)照更敏感：Oge等[18]研究表明蛋白修復(fù)L-異天冬氨酸-甲基轉(zhuǎn)移酶I在延長(zhǎng)種子壽命上具有重要的作用，在擬南芥中過(guò)量表達(dá)PIMT1可以減少種子蛋白組中L-isoaspartyl的積累，從而提高種子的發(fā)芽；同樣Verma等[58]在鷹嘴豆中發(fā)現(xiàn)CaPIMT2通過(guò)修復(fù)核蛋白中異常的異天冬氨酸殘基來(lái)修復(fù)種子活力與延長(zhǎng)種子壽命；水稻存在2個(gè)L-異天冬氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因，2個(gè)基因通過(guò)協(xié)同作用提高水稻抗逆性，增強(qiáng)水稻種子的耐貯性[59]；Lee等[60]報(bào)道了轉(zhuǎn)銅鋅SOD基因的煙草能夠提高老化后種子的發(fā)芽率，證實(shí)抗氧化酶在維持種子活力過(guò)程中有重要意義；Narayana等[61]對(duì)老化后的水稻種子活力與幼苗活力進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)在加速老化后的種子內(nèi)部會(huì)累積糖基化和脂質(zhì)過(guò)氧化化合物，如：丙二醛，甲基乙二醛，Maillard和Amadori的產(chǎn)物，這些代謝物質(zhì)的積累導(dǎo)致細(xì)胞膜完整性喪失，降低能量代謝，損害RNA與蛋白質(zhì)的合成，從而降低種子的活力。醛類物質(zhì)也是植物生長(zhǎng)發(fā)育代謝物質(zhì)，水稻基因OsALDH7可以將丙二醛等醛類物質(zhì)氧化分解為相應(yīng)的羧酸，構(gòu)建該基因的突變體后發(fā)現(xiàn)，突變體植株體內(nèi)賴氨酸的降解速度變快，顯著降低了種子的耐貯性[62]。金屬硫蛋白(MTs)主要維持植物體內(nèi)金屬穩(wěn)態(tài)與活性氧清除，Zhou等[63]以擬南芥為背景材料，過(guò)量表達(dá)NnMT2a和NnMT3后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株ROS清除能力變強(qiáng)，得到的種子抗老化能力提高，種子活力顯著的增強(qiáng)；Seo等[64]報(bào)道了一個(gè)與磷脂相關(guān)的基因AtDLAH，該基因在幼苗中有較高的表達(dá)量，編碼的蛋白質(zhì)只存在于線粒體，過(guò)量表達(dá)該基因可以降低擬南芥種子的脂質(zhì)過(guò)氧化水平，提高老化后的種子活力；

種子的休眠與耐貯性呈正相關(guān)，種子的休眠性越強(qiáng)，表現(xiàn)出的耐貯性就越強(qiáng)。一些與激素合成相關(guān)基因的克隆進(jìn)一步揭示了種子耐貯的調(diào)控機(jī)制。ABA調(diào)控種子成熟、脫水耐性與誘導(dǎo)種子的休眠。ABA羥基化是植物體內(nèi)ABA分解的主要途徑，植物體內(nèi)有3種不同的ABA羥基化途徑(C-7′,C-8′,C-9′)，其中C-8′被認(rèn)為是ABA分解代謝的主要途徑[65]。ABA 8′-羥化酶是一種與膜結(jié)合的細(xì)胞色素P450(CYP450)單加氧酶，Kushiro等[66]證實(shí)cyp707a2突變體的擬南芥種子表現(xiàn)出高度的休眠，內(nèi)源ABA的積累是野生型的6倍，能顯著提高種子的耐貯性。OsDET1是擬南芥DET1的直系同源基因，Zang等[67]以水稻為背景材料，OsDET1的RNAi植株ABA生物合成受到明顯抑制,而在過(guò)表達(dá)OsEDT1的植株中內(nèi)源ABA的含量明顯提高，種子的休眠性得到明顯的增強(qiáng)，也提高了種子的耐貯性。DOG1調(diào)控?cái)M南芥種子的休眠，促進(jìn)種子內(nèi)源ABA的積累，抑制種子的萌發(fā)；Bentsink等[68]以擬南芥為背景材料，通過(guò)構(gòu)建了DOG1敲除突變體，發(fā)現(xiàn)該突變體種子的耐貯性顯著降低。AtPER1是種子內(nèi)部所特有的過(guò)氧化酶，與種子的休眠存在一定的關(guān)系，Chen等[69]發(fā)現(xiàn)atper1-1與atper1-2突變體的種子初級(jí)休眠受到抑制，并且伴隨著內(nèi)源激素ABA的降低以及GA含量的增加。Quettier等[70]為了了解蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)在ABA信號(hào)傳導(dǎo)中的作用，在擬南芥獲取純合的T-DNA插入系，證實(shí)了編碼雙特異性PTP的PHS1對(duì)ABA的信號(hào)傳導(dǎo)起負(fù)調(diào)控的作用。Bueso等[71]認(rèn)為擬南芥ATHB25(Homeobox25/Zinc finger protein domain)正調(diào)控GA3ox2，促進(jìn)與GA相關(guān)物質(zhì)的合成以及種皮細(xì)胞細(xì)胞壁的形成，且能顯著增強(qiáng)種子的耐貯性。DOF1.5與DOF2.3是擬南芥DOF類轉(zhuǎn)錄因子，在成熟的種子中特異表達(dá)，具有重要的調(diào)控作用，Bueso等[72]發(fā)現(xiàn)DOF1.5與DOF2.3可增強(qiáng)種子耐貯性。生長(zhǎng)素代謝相關(guān)基因也參與種子成熟發(fā)育的過(guò)程，調(diào)控種子的耐貯性。Liu等[73]發(fā)現(xiàn)，ABI4通過(guò)介導(dǎo)GA與ABA的平衡會(huì)對(duì)種子的初級(jí)休眠存在一定的調(diào)控作用，并且負(fù)向調(diào)控子葉變綠。ABI3作為ABA的下游合成基因，是抑制種子發(fā)芽、調(diào)節(jié)種子休眠的關(guān)鍵基因，同時(shí)證實(shí)生長(zhǎng)素也能通過(guò)激活A(yù)BI3加深種子的休眠，從而增強(qiáng)種子耐貯性。

4 展望

種子是植物的遺傳物質(zhì)載體，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本物質(zhì)資料和主要產(chǎn)出形式。收獲后的種子由于貯藏環(huán)境的影響，不可避免地會(huì)發(fā)生老化劣變，并且對(duì)種子的發(fā)芽活力造成很大的影響。由于農(nóng)時(shí)與政策的需要，每年都必須有一定數(shù)量的種子儲(chǔ)備與貯藏，因此獲取強(qiáng)耐貯性的水稻品種更為迫切。當(dāng)前對(duì)水稻耐貯性的研究已有一定的研究報(bào)道，但挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，培育優(yōu)良耐貯性的水稻品種仍迫在眉睫，具體的問(wèn)題與筆者的應(yīng)對(duì)建議做如下總結(jié)。

（1）加強(qiáng)基礎(chǔ)領(lǐng)域研究，前人主要是通過(guò)利用栽培稻品種構(gòu)建人工群體進(jìn)行種子耐貯性QTL研究，也檢測(cè)到了大量控制水稻種子耐貯性QTL，甚至對(duì)部分主效QTL進(jìn)行了精細(xì)定位和圖位克隆，然而傳統(tǒng)的QTL定位效率不高，周期較長(zhǎng)，且人工群體遺傳變異較少，因此在一定程度上阻礙了種子耐貯性的研究。筆者認(rèn)為可以從3個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：第一，著重利用自然群體發(fā)掘種子耐貯性位點(diǎn)，在更廣泛的遺傳背景下更有利于開(kāi)展種子耐貯性研究；第二，著重從野生稻種質(zhì)資源中發(fā)掘新基因、新位點(diǎn)，栽培稻經(jīng)過(guò)人工馴化后，丟失了許多重要的基因，利用野生稻資源可以找到丟失的種子耐貯性位點(diǎn)。第三，更新技術(shù)手段，可以從轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組水平上對(duì)水稻耐貯機(jī)理進(jìn)行探討。

（2）加快分子標(biāo)記輔助選擇育種的進(jìn)程，在當(dāng)前的分子輔助選擇育種過(guò)程中，育種家們的育種目標(biāo)一直停留在高產(chǎn)、抗蟲(chóng)、抗病、優(yōu)質(zhì)等方面，忽視了種子活力相關(guān)性狀。需知優(yōu)良品種推廣的前提是具有優(yōu)良的種子，因此加強(qiáng)種子相關(guān)性狀的分子標(biāo)記輔助選擇尤為重要，特別是加強(qiáng)水稻種子耐貯性的分子標(biāo)記輔助選擇育種，培育耐貯性較強(qiáng)的品種。不僅能有效的保障用種安全，而且可以有效地降低中國(guó)糧食在貯藏過(guò)程中的損失，為中國(guó)的糧食安全提供保障。

（3）育種實(shí)踐證明：耐貯性較強(qiáng)的品種也同時(shí)具有較強(qiáng)的休眠特性。因此在育種過(guò)程當(dāng)中休眠性強(qiáng)的品系，不可避免地被育種家們淘汰掉，也就間接淘汰了耐貯性強(qiáng)的品系。筆者研究發(fā)現(xiàn)水稻種子的休眠性和耐貯性呈正相關(guān)，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)不少休眠性弱而耐貯性強(qiáng)的種質(zhì)材料，因此可以在基數(shù)龐大的水稻種質(zhì)群體材料中遴選出休眠性適中或較弱但具有耐貯性強(qiáng)的種質(zhì)資源，并利用這些材料作為供體材料，進(jìn)而選育耐貯性強(qiáng)的水稻新品種。