利用水曲柳解除休眠种子的再干燥脱水过程研究种子脱水耐性的生理机制

脱水是种子在储藏或环境胁迫中存活、保证物种更好繁衍的适应性策略。不同类型的种子脱水敏感性不同，直接影响到种子储藏和种质资源的保存，因而种子脱水耐性研究在理论和实践上都有重要意义。种子脱水耐性问题一直是种子生理学研究中的热点问题，但迄今为止对种子脱水耐性的生理调控机制仍处于探索之中。本课题以东北地区重要阔叶用材树种水曲柳的种子为研究材料，利用水曲柳已解除休眠种子的再干燥脱水过程来研究种子脱水耐性的生理机制，采用传统和现代种子生理与生物学研究方法，利用现代植物生理和分子生物学实验技术，拟对脱水条件与种子脱水后再复水萌发能力的关系、不同脱水条件下种子脱水耐性变化的生理机制、种子脱水耐性相关特异蛋白的表达进行研究，旨在探索不同脱水条件下正常型种子脱水耐性变化的内在生理机制，并为进一步研究种子脱水耐性的蛋白质组学和基因组学奠定基础。研究结果对丰富种子脱水耐性理论和指导农林业种子生产实践都有重要意义。

种子脱水耐性一直是种子生理学研究中比较热门的问题，但到目前为止对种子脱水耐性调控机制的研究还处于探索阶段。本研究利用水曲柳解除休眠种子的再干燥脱水过程来研究种子脱水耐性调控的内在机制，采用传统和现代种子生理学研究方法，利用现代植物生理学、分子生物学中蛋白质组学和转录组学实验技术，对不同脱水条件下种子脱水过程中的生理变化、种子脱水耐性相关特异蛋白与转录组的表达进行了研究。研究结果表明：（1）解除休眠水曲柳种子在较高温度（20℃）条件下脱水有利于保持较低的细胞膜渗透性和膜质过氧化水平，维持较高的抗氧化系统酶（SOD、POD、CAT）活性；较低温度（5℃）下脱水，细胞膜透性增加，抗氧化系统酶活性降低，膜质过氧化水平升高。低温脱水前用1×10-3 mol/L Ca2+、1×10-4 mol/L ABA或10%蔗糖溶液预处理种子有利于在脱水过程中维持较低的细胞膜渗透性和膜质过氧化水平。Ca2+ 和蔗糖预处理可显著提高种胚中SOD活性，ABA和蔗糖预处理可显著提高种胚中POD活性。（2）不同条件（20℃；20℃硅胶；1℃； 1℃ Ca2＋预处理）下脱水种子具有显著性差异的蛋白点为27个，成功鉴定出7个差异蛋白，其中6个上调，1个下调。特别是驱动蛋白-1在低温胁迫下表现为上调，这个蛋白与微管运动有关，影响和调控动态生长及微管的聚集，同时提供微管和其它细胞间的结构连接，对调控微管的冷稳定性起很重要的作用。（3）在20°C、1°C和1°C Ca2＋预处理三个样本中分析鉴定出显著差异的1,231个转录本。从转录组中鉴定了包括Zinc finger、NAC、Cytochrome P450、Protease、WRKY、MYB、bZIP、ERF、Lipase、AP2/ERF、ARF、RING finger、CIPK、DREB、bHLH、Pathogen-related protein、MADS-box等17个转录因子家族。多种转录因子家族共同参与了水曲柳的脱水和低温下胁迫的应答反应。在各转录因子家族中，Zinc finger基因家族的胁迫应答基因数量最多，其次是Protease、NAC、ERF、bZIP、Cytochrome P450、MYB基因家族。对NAC、WRKY、MYB家族基因聚类分析发现，多数基因的表达受低温脱水胁迫诱导，NAC、WRKY、MYB家族中钙处理后的基因表达模式表现为上