种子胚轴线粒体结构和功能与活性氧对种子休眠释放因子的响应机制

种子休眠是植物长期演化形成的适应策略，是种子植物中普遍而复杂的现象，其调控机制尚未查明。种子休眠释放的原初分子信号或者关键事件，目前仍不清楚。珍贵经济树种红松的种子具有深休眠特性，以此为试材，通过激素测定、酶活性分析，线粒体分离纯化、电镜观察、亚细胞蛋白组学等研究手段，围绕活性氧是否作为信号分子参与休眠释放原初事件的科学问题，针对与种子休眠密切相关的胚轴及其线粒体，研究种子休眠释放过程中线粒体结构和功能及活性氧代谢的变化规律，及其对调控休眠释放的环境因子的应答规律，以及差异蛋白表达的规律，探明红松种子休眠的类型、成因及其释放途径，以及休眠释放与活性氧的关系，为活性氧是种子休眠释放的信号分子这一假说提供基础数据。研究结果将有助于阐明种子休眠保持和释放的调控机制，对植物种质资源的引种驯化与种质利用和创制，珍稀濒危植物的种群重建，以及农林生产中穗萌发和播种质量问题，具有重要的理论和实际意义。

种子休眠是广泛存在于高等植物中的复杂生物现象，其机制至今尚未查明，尤其不清楚种子休眠释放的原初分子信号或者关键事件。红松是珍贵经济树种，本项目以红松种子为研究材料，首先确定了红松种子具有深度休眠的特性，并确认其休眠类型为形态生理性休眠，最佳解除休眠的方案为先经过2个月暖层积解除形态休眠，然后再经过至少2月的冷层积解除生理性休眠。针对解除形态休眠以及解除了形态和生理休眠的红松种子，比较研究了种胚、胚乳、内种皮中的抗氧化酶活性，推测高含量H2O2可能对种子维持休眠状态起关键作用，并且内种皮的作用强于种胚和胚乳。通过线粒体分离纯化、线粒体结构和功能完整性分析，发现在深休眠种子中，线粒体呼吸速率很高，这可能会增加电子漏的发生，从而导致超氧阴离子的产生。深休眠种子中，尤其是内种皮中，具有很高活性的SOD，超氧阴离子经SOD催化产生高水平的H2O2。而CAT和APX等降解H2O2的抗氧化酶活性不高，致使H2O2维持在高浓度水平。高水平的H2O2可能是阻抑由休眠到萌发状态的“节点”转换，做为原初信号分子控制种子休眠的释放。此研究结果为深入研究从休眠到萌发的转换“节点”的调控机制，提供了研究思路线索，为进一步的研究奠定了基础。研究结果将有助于阐明种子休眠保持和释放的调控机制，对植物种质资源的引种驯化与种质利用和创制，珍稀濒危植物的种群重建，以及农林生产中穗萌发和播种质量问题，具有重要的理论和实际意义。