活性氧对羊草种子萌发的影响及其作用机理研究

Chinese wildrye (Leymus chinensis) is perennation rhizomatous grasses. China have about half area of chinese wildrye all over the world, called “refined grains in the grass”.They are very important in developing grassland animal husbandry and improving the ecological environment. However, Chinese wildrye have low sexual propagation and seed germination, high seed dormancy, those reasons have affected cultivated grassland construction and after-culture of grassland degradation. Our group measured seed germination by adding different exogenous additive, we found ROS play an important role at the beginning. This project plans to conduct comparing seed germination experiments among those exogenous ROS, explore the mechanism the ROS regulation on germination of Leymus chinensis seeds by comparing the different in ROS, antioxidant system, GA content, ABA content and gene expression of seed germination processing.

羊草（Leymus chinensis），是禾本科赖草属多年生根茎型禾草。我国羊草面积约为世界羊草总面积的一半，有“牧草中的细粮”之称。近年来畜牧业的迅猛发展和生态环境治理力度的加大，越来越多的羊草草地建植需要大量的种子繁殖。然而羊草有性繁殖能力低，种子休眠严重，发芽率低，当年采集的种子发芽率仅为10%-20%，成为制约羊草利用的瓶颈问题。项目组在前期的研究工作中，进行了羊草种子萌发表型测定，发现活性氧（ROS）在羊草种子萌发初期起重要作用。本项目拟利用发芽率为30%的羊草种子为材料，采用外源ROS及其合成前体处理分析比较羊子种子发芽率的变化，探索羊草种子萌发过程中ROS及其抗氧化系统、赤霉酸（GA）以及脱落酸（ABA）含量等的差异，并结合qPCR分析差异基因表达量，从不同层面揭示ROS在羊草种子萌发过程中的作用机制，为羊草种质资源的利用和种子萌发调控技术的改良提供理论依据。

羊草（Leymus chinensis），是禾本科赖草属多年生根茎型禾草。其有性繁殖能力低，种子休眠严重，发芽率低。本项目利用发芽率为30%的羊草种子为材料，采用外源ROS及其合成前体处理分析比较羊子种子发芽率的变化，探索羊草种子萌发过程中ROS及其抗氧化系统、细胞组织化学定位、赤霉酸（GA）以及脱落酸（ABA）含量等的差异，并结合qPCR分析差异基因表达量，从不同层面揭示ROS在羊草种子萌发过程中的作用，为羊草种质资源的利用和种子萌发调控技术的改良提供理论依据。研究结果表明：1mM H2O2和0.1µm MV可将羊草种子发芽率由32%提高到76%；50µm ABA和5mM NAC均抑制了羊草种子萌发，1mM H2O2和0.1µm MV可将50µm ABA处理的羊草种子发芽率恢复到75%左右，1mM H2O2可将5mM NAC处理的羊草种子发芽率恢复到72%，而0.1µm MV仅可将5mM NAC处理的羊草种子发芽率恢复到42%。通过羊草种子萌发过程中ROS及其抗氧化系统、细胞组织化学定位和GA、ABA含量的测定结果发现：外源H2O2通过上调GA合成，从而诱导种子萌发。外源MV处理亦同。外源添加5mM NAC处理抑制种子发芽率是由于SOD活性下降，O2.- 无法分解，MDA积累，导致脂质过氧化，从而降低种子发芽。外源添加50µm ABA抑制种子发芽与NAC作用机理不同，主要是使种子的ROS产生与代谢速率减缓使ABA/GA下降，从而诱导了种子休眠。50µm ABA+0.1µm MV处理与50µm ABA+1mM H2O2处理均可通过提高H2O2含量从而缓解ABA所引起的种子休眠，APX活性降低减少H2O2清除，进而H2O2通过第二信使作用促进羊草种子萌发。同时，通过抑制ABA含量，促进GA含量提高发芽率。5mM NAC+1mM H2O2与5mM NAC+1mM H2O2处理是通过激活了SOD、CAT和APX，使O2.- 分解，减少脂质过氧化，但是H2O2缓解NAC引起的发芽率降低与激素含量无明显相关性。同时，qPCR分析差异基因表达量发现SOD1并非SOD活性主要贡献者。而APX1和CAT1是调控CAT和APX的主要基因。ABI5和GA3ox也是调控ABA和GA3的主要基因。