(種子學(xué)課件)種子引發(fā)

種子引發(fā)一、種子引發(fā)的概念和生物學(xué)意義

種子引發(fā)（Seedpriming）是控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸水的第二個階段，讓種子進(jìn)行預(yù)發(fā)芽的生理生化代謝和修復(fù)作用，促進(jìn)細(xì)胞膜、細(xì)胞器和DNA的修復(fù)以及酶的活化，處于準(zhǔn)備發(fā)芽的代謝狀態(tài)，但防止胚根的伸出。

種子引發(fā)最早由Heydecke等（1973）提出。經(jīng)大量研究表明，引發(fā)后的種子活力強(qiáng)，抗逆性強(qiáng)，耐低溫，出苗快而整齊，成苗率高。現(xiàn)在美國有的種子公司已有蕓薹屬、胡蘿卜、芹菜、茄子、萵苣、洋蔥、辣椒、番茄和西瓜等引發(fā)種子的銷售。二、種子引發(fā)的機(jī)理和效應(yīng)

1.種子引發(fā)機(jī)理（1）RNA合成用25％PEG6000引發(fā)萵苣種子2周后，發(fā)芽速率與RNA合成速率有平行關(guān)系。引發(fā)后種子在約6小時開始發(fā)芽，而此時RNA合成達(dá)到高峰。未處理的種子RNA合成模式與引發(fā)種子相似，但總的合成活性明顯低于引發(fā)種子。（2）蛋白質(zhì)合成在15℃用25％PEG6000引發(fā)萵苣種子2周，蛋白質(zhì)合成增加，蛋白質(zhì)合成的速率和數(shù)量均受到引發(fā)的影響。這與觀察到的引發(fā)不但加速發(fā)芽而且提高種子和幼苗的活力現(xiàn)象相一致。

電泳后蛋白質(zhì)譜帶的變化也表明引發(fā)不僅影響蛋白質(zhì)的合成，也影響蛋白質(zhì)的質(zhì)量。

2．種子引發(fā)的效應(yīng)關(guān)于種子引發(fā)效應(yīng)已有很多的報道，這里歸納成以下幾個主要方面。①在低溫或高溫下加速發(fā)芽；②提高發(fā)芽和出苗的一致性；③增加產(chǎn)量；④提高在逆境下的出苗；⑤提高幼苗干重、鮮重和苗高；⑥克服遠(yuǎn)紅光的抑制作用；⑦提早成熟；⑧PEG作為抗菌劑的載體，提高抗病能力；⑨減少熱休眠效應(yīng)；⑩防止幼苗猝倒病；④提高陳種子、未成熟種子的活力；⑩免除吸脹冷害的發(fā)生和損失。三、種子引發(fā)方法及技術(shù)

目前常用的種子引發(fā)方法有滲調(diào)引發(fā)(Osmo-priming)、滾筒引發(fā)(Drumpriming)、固體基質(zhì)引發(fā)(SolidMatrixPriming)和生物引發(fā)(Bio-priming)。根據(jù)方法的不同，又有不同的技術(shù)，以下為一些技術(shù)的簡介

1．滲調(diào)引發(fā)滲透調(diào)節(jié)方法是將種子放在一定濃度的溶液中，在10～30℃條件放一定時間，然后用蒸餾水漂洗后，經(jīng)室溫干燥，再進(jìn)行播種或貯藏。另外，據(jù)研究，用濾紙床控制吸水或濕一干交替吸脹等方法也可達(dá)到滲透調(diào)節(jié)引發(fā)的目的。根據(jù)不同的情況和所用的方法不同，處理?xiàng)l件會有所改變，如滲透溶液種類、濃度，處理的時間，處理的溫度，處理期間的通氣、光強(qiáng)等。滲透調(diào)節(jié)通常以聚乙二醇(Polyethyleneglycol，PEG)為材料，PEG是一種高分子有機(jī)化合物，常用PEG分子量為6000或8000，它不能透過細(xì)胞壁而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。將種子放在適當(dāng)濃度的PEG溶液中，以控制滲透壓，調(diào)節(jié)水分進(jìn)入種子?，F(xiàn)在有很多種類化學(xué)藥品可以用于種子的引發(fā)。根據(jù)不同的報道歸納為應(yīng)用單一藥劑處理，如Na2HP04、A1(N03)3、Co(N03)2、KNO、K3P04、NaCl、mgS04、KN03十K2HP04、Ca(N03)2、NaN03、KCl、丙三醇、甜菜堿、甘露醇、脯氨酸、聚乙二醇(PEG)、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉(SPP)，或幾種藥劑混合作為處理溶液，如KNO3+K3P04、PEG+鏈霉素、PEG+四環(huán)素、PEG+殼梭孢菌素、PEG+金霉素、PEG+福美雙、PEG十福美雙+芐基青霉素、PEG+GA4-7+乙烯利等。

所研究的種類包括大麥、小麥、玉米、高粱、大豆、羅馬甜瓜、香瓜、西瓜、萵苣、甜菜、大白菜、芹菜、韭蔥、胡蘿卜、洋蔥、番茄、歐芹、豌豆、菠菜、萊豆、花莖甘藍(lán)、辣椒、胡椒、花椰菜、茄子、芫荽、冬瓜、葡萄、月見草、扁穗雀麥、鴨茅、葦狀羊茅等。

在種子引發(fā)過程中，由于種子在高濕溫暖的條件下，極易受到真菌等微生物的侵染和危害。因此，在種子引發(fā)過程中應(yīng)注意病原菌的控制。Nascimento和West(1997)報道在羅馬香瓜的試驗(yàn)中種子原始帶菌為20％，用KNO3+KH2P04(1．5+1．5％)在25℃黑暗下引發(fā)6d后，種子帶菌上升為94％，如在引發(fā)前用克菌丹處理，則引發(fā)后種子帶菌下降至60％。采用不同的殺真菌劑及不同使用方法可以使種子引發(fā)過程中的真菌降低到較低水平(TylkowskaandBiniek，1996)。但沒有一種殺菌劑是對所有的真菌都有效的。

2．滾筒引發(fā)通常用PEG或其他藥劑作為引發(fā)溶液，種子通過半透性膜從滲透液吸收水分保持種子內(nèi)的水勢在一定的水平，足以在種子吸脹的第二階段(滯緩期，各種大分子及膜系統(tǒng)可在此時期修復(fù))開展代謝活動，但防止胚根伸出種皮。因此，其他方法如能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)奈鼭袼讲⒕o接著一個適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)期，也應(yīng)有類似的對發(fā)芽的效應(yīng)。基于這一原理，位于英國Welles—bourne的園藝研究國際組織發(fā)展了滾筒引發(fā)新技術(shù)，通過控制直接吸水方法來控制種子的水勢。這一方法將種子置放在一個鋁質(zhì)的滾筒內(nèi)，滾筒一側(cè)為可拆裝的有機(jī)玻璃圓盤，滾筒以水平軸轉(zhuǎn)動，滾筒內(nèi)種子在滾筒周線上轉(zhuǎn)動，速度為每秒1～2cm。水汽被噴人滾筒內(nèi)。當(dāng)種子在滾筒內(nèi)吸水24—48h時，混合是非常均勻一致的，這一時期結(jié)束時種子非常豐滿，但表面干燥。為得到最大的效應(yīng)，控制吸水程度是關(guān)鍵。對每一個種子批，可以通過一個簡單的校準(zhǔn)測定來確定。計算機(jī)被用于計算吸濕的速率和控制水的供應(yīng)。根據(jù)不同的種，在一個關(guān)閉的滾筒內(nèi)滾動吸濕種子5—15d，然后用空氣流干燥種子(Rowse，1996)。

滾筒引發(fā)包括四個不同的階段。一是校準(zhǔn)，這一過程是確定引發(fā)時種子吸濕的合適水平，以決定將多少水加入到種子中。二是吸濕，在一定時間內(nèi)(較典型的是1d或2d)，加水至校準(zhǔn)的水平使種子吸濕。三是培養(yǎng)，這一過程約1—2周，種子保持吸濕過程達(dá)到的水分，增加引發(fā)的效果。四是干燥，去除種子增加的水分，以便種子回復(fù)或接近引發(fā)前的含水量。當(dāng)然也可以直接播種。3．起泡柱引發(fā)起泡柱直徑5cm，高度約為50cm，種子在柱內(nèi)引發(fā)，引發(fā)期間潮濕的空氣被通入柱內(nèi)，以減少PEG引發(fā)溶液水分損失并增加溶液中的氧含量(ThorntonandPowell，1992)。4．?dāng)嚢栊蜕锓磻?yīng)器引發(fā)反應(yīng)器直徑190mm，具有5L的工作容積，一個六葉45o斜度的攪拌器，形成一個向下的液體流，轉(zhuǎn)動速度250r／min。0.02—0.05vvm(vvm為每分鐘每液體體積的氣體體積)的富含O2空氣和0.5～1.0vvm空氣在攪拌葉片下，被噴射進(jìn)反應(yīng)系統(tǒng)。以上兩種方法處理過程中，種子保持懸浮的狀態(tài)，常給予溶解氧值在80％飽和以上。利用氧電極持續(xù)地測定溶解氧，定時測定PEG的水勢，如有必要則調(diào)整引發(fā)溶液或更換引發(fā)溶液。5．固體基質(zhì)引發(fā)固體基質(zhì)引發(fā)(SMP)通過種子與固體顆粒、水以一定比例混合在閉合的條件下控制種子吸脹達(dá)到一定的含水量，但防止種子胚根的伸出。大部分水被固相基質(zhì)載體所吸附，干種子表現(xiàn)負(fù)水勢而從固相載體中吸水直至平衡。

作為理想的引發(fā)的固體基質(zhì)必須具有下列性質(zhì)：對種子無毒害作用；具有較高的持水能力；在不同的含水量下保持松散性；化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為惰性；引發(fā)結(jié)束后容易與種子分離。

隨著固體基質(zhì)引發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，引發(fā)中利用的固體載體和液體成分也得到不斷的改善。目前應(yīng)用的固體基質(zhì)主要有：蛭石、燒黏土、頁巖、軟煙煤、聚丙酸鈉膠以及合成硅酸鈣等(Khah，1992；Pill，1994)。在引發(fā)中所使用的液體成分主要有：水、PEG溶液和一些小分子無機(jī)鹽水溶液。在基質(zhì)引發(fā)中，所使用的種子與引發(fā)固體基質(zhì)的比例通常1：1.5～3左右，所用水分量常為固體基質(zhì)干重的60％~95％(Taylor等，1988)。Chang等(1998)將種子和蛭石混合，加水后密封培養(yǎng)，用這種方法引發(fā)甜玉米種子，提高了甜玉米種子的出苗率，減少了種子的內(nèi)含物泄漏，提高了過氧化物酶的活性。另外，固體基質(zhì)引發(fā)在控制種子吸水速率的同時，還可作為種子消毒劑和殺菌劑的載體。Parera(1991)報道超甜玉米種子在低溫試驗(yàn)中發(fā)芽率為10％，但經(jīng)SMP十0.05％NaOCl處理后，發(fā)芽率提高到37％。6．水引發(fā)是將種子先在水中預(yù)浸，然后將種子放在相對濕度為100％的密閉容器內(nèi)培養(yǎng)。Fujikura等(1993)用該方法引發(fā)花椰菜種子，效果比PEG引發(fā)要好，尤其在低溫(10℃)下發(fā)芽效果更好，但它對老化種子的修復(fù)效果不如PEG。水引發(fā)和PEG引發(fā)(滲透引發(fā))可能存在機(jī)制上的不同。根據(jù)不同種子的特性，改變浸泡和培養(yǎng)時間，水引發(fā)可能對其他種子也會有效。7．生物引發(fā)生物引發(fā)已成為一種新的種子處理技術(shù)。根據(jù)Sundstrom等報道，生物引發(fā)是利用有益微生物作為種子的保護(hù)劑，而不是利用傳統(tǒng)的抗菌素。通常，有益的微生物不能與田間原有的大量存在的病原菌競爭，通過生物引發(fā)，使種子上的有益微生物大量增殖布滿種皮，并能較快和有效地繁殖和保護(hù)發(fā)育中的幼苗根系。近來美國一家公司已商業(yè)化試用生物引發(fā)的蔬菜種子產(chǎn)品。Callan等(1990，1991)采用1.5％熒光假單胞菌(Pseudomonasfiuorescens)AB254的甲基纖維素懸浮液包衣甜玉米種子，然后回干2h，此后，包衣種子在23℃下水合20h，包衣種子吸脹至35％～40％的含水量并立即播種。生物引發(fā)期間，細(xì)菌群體增加10—1000倍。結(jié)果顯示，生物引發(fā)的種子很少出現(xiàn)由最終極腐霉(Pythiumultimum)引起的出苗前的猝倒病，在低溫土壤的效果好于殺菌劑氨丙靈(Metalaxyl)的控制水平或與之相同。

近年來，Reese等(1998)已建立了一個新的生物引發(fā)方法，稱為加壓融合生物引發(fā)。該法采用增加空氣壓力，達(dá)到加速種子水合，促進(jìn)生物控制劑致金色假單胞菌(Pseudomonasaureola—ciens)進(jìn)入甜玉米種子。結(jié)果表明，引發(fā)后的甜玉米種子播后明顯增加了出苗率