【目的】应用低场核磁共振技术揭示紫荆(Cercis chinensis)种子吸胀和层积过程中水分相态的变化,再结合层积过程中营养物质含量的变化,分析各相态水分在其中的作用,揭示紫荆种子萌发过程中的物质基础和生理状态。【方法】对80 ℃热水处理解除硬实后的紫荆种子,用称重法确定其吸水曲线。随机选取一部分紫荆种子经低温层积处理解除其生理休眠,测定不同层积阶段紫荆种子的发芽率和营养物质含量,同时采用低场核磁共振技术测定吸胀和层积过程水分相态及含量的动态变化。【结果】①80 ℃热水浸种5 min后再进行60 d低温层积可以有效提高紫荆种子的发芽率。②紫荆种子的吸水曲线呈“ S”形变化,(0,9] h为快速吸水阶段,(9,24] h吸水速率逐渐减慢,24 h后进入平衡吸水期。③核磁共振波谱图表明,紫荆种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈显著线性关系:y = 164 604.7 x + 4 962.3,决定系数R2 = 0.999 6。④根据核磁共振T2弛豫谱将紫荆种子吸胀过程中水分相态分为束缚水(T2a)、自由水(T2b)和刚进入种子的水分(T2c)3种。⑤紫荆种子吸水0~3 h过程中T2a含量持续下降,T2b含量大幅度增加;3 h后出现了T2c,此后仅存在T2b和T2c,两者含量均呈增加趋势,峰顶点右移,水分流动性增强。层积过程中T2b和T2c峰顶点向右偏移,峰面积和峰比例波动变化,总的来说向水分流动性增强的趋势发展。⑥紫荆种子层积过程中,淀粉含量持续下降,可溶性糖含量呈上升态势,可溶性蛋白含量呈先上升后下降的变化趋势。【结论】紫荆种子吸水层积过程中,水分的流动性增强。吸胀过程紫荆种子中出现过T2a、T2b和T2c 3种相态的水分,层积过程仅出现过T2b和T2c两种水分,且淀粉、可溶性糖和可溶性蛋白等营养物质含量的变化与T2b含量的变化趋势大体相同。各相态水分的波动变化为紫荆种子萌发提供适宜的水分环境,其中层积过程T2b的各种变化可能与其萌发密切相关。
【目的】探究油菜素内酯(BR)对越南安息香(东京野茉莉,Styrax tonkinensis)种子发育过程中脂肪酸合成相关酶活性及油脂积累的影响,为揭示外源油菜素内酯促进东京野茉莉种子脂肪酸合成和油脂积累的生理机制提供一定的理论和实践依据。【方法】以10年生东京野茉莉结实母树为研究对象,设置喷施4种浓度(1、5、10、20 μmol/L)油菜素内酯处理,记为BR1、BR5、BR10、BR20,以喷施蒸馏水为对照。分别于花后45、65、95和125 d实施喷施处理,于花后50、70、100和130 d取样,测定种实发育过程中的FAS(脂肪酸合成酶)、ACC(乙酰辅酶A羧化酶)、DGAT(二酰甘油酰基转移酶)活性,以及果实鲜质量和种子粗脂肪质量分数,分析不同浓度BR处理对东京野茉莉种实发育过程中脂肪酸合成相关酶活性及油脂积累的影响。【结果】BR处理对东京野茉莉种实发育过程中脂肪酸合成相关酶活性有显著影响。东京野茉莉种子FAS活性变化十分显著,在花后50 d,各处理间的FAS活性较低,随后上升,到花后100 d达到最大峰值,后缓慢下降。且在花后100 d,BR5和BR10处理的FAS活性同时达到最大值,都为对照组的1.8倍,活性分别为329.104和326.744 nmol/(min·mg)。东京野茉莉种子的ACC活性在发育期呈现“上升—下降—上升”的趋势。在花后70 d时,BR5处理的ACC活性值达到波峰位置,活性为20.50 nmol/mg,是对照组的5.9倍。在4个时期中不同处理的DGAT活性先上升后下降,在花后100 d达到最高峰,各BR处理明显高于对照组,其中BR5处理后的DGAT活性达到最大值,为6.03 nmol/mg,是对照组的1.2倍。BR处理对东京野茉莉种子FAS、ACC和DGAT活性总体上具有促进作用,以BR5处理效果最为显著。在4个时期中,均以中等浓度的BR处理促进东京野茉莉种子粗脂肪质量分数的效果最佳;在花后70 d,各处理下的种子粗脂肪质量分数存在显著性差异,BR5处理下的种子粗脂肪质量分数显著地高于其他处理。不同浓度的BR处理后,东京野茉莉果实鲜质量总体上有所增加。除花后100 d外,其他时期以BR5处理对果实鲜质量的增加效果最好。各处理的东京野茉莉种子脂肪酸合成相关酶活性与种子粗脂肪质量分数和果实鲜质量存在显著的正相关关系。【结论】FAS、ACC和DGAT活性动态变化表明,BR处理能够提高种子脂肪酸合成相关酶活性,促进种实发育过程中脂肪酸的合成。相关分析结果表明,东京野茉莉种子脂肪酸合成相关酶活性与果实鲜质量和种子粗脂肪质量分数存在显著正相关关系。
【目的】探索温度影响白皮松(Pinus bungeana)种子萌发过程中水分、储藏物质含量和酶活性变化的生理机制,以揭示温度影响种子萌发的生理机制。【方法】将白皮松种子置于不同温度下进行萌发试验,检测温度对发芽率和萌发过程中含水率、可溶性糖、淀粉、蛋白质、粗脂肪含量及淀粉酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性等生理指标的影响。【结果】萌发温度为15和20 ℃时,种子发芽率达90%左右;当萌发温度升高到25和30 ℃,种子萌发受阻,发芽率急剧降至10%以下。20 ℃条件下,种子萌发过程水分含量变化分为快速升高期、滞缓期和重新快速升高期3个阶段;萌发过程中,种子内的物质代谢活动较为强烈:可溶性糖含量先降低后升高,6 d后淀粉开始水解,10 d后脂肪和蛋白质在相关酶的作用下分解为小分子物质供胚利用。25 ℃条件下,种子吸水始终停留在滞缓期;过高的温度抑制了酸性磷酸酶、淀粉酶和蛋白酶的活性,影响了脂肪、淀粉和蛋白质的降解;可溶性糖含量有所降低以维持种子“静止”状态。【结论】白皮松种子萌发的适宜温度条件为15~20 ℃,温度继续升高会产生热抑制;适温条件下(20 ℃),种子萌发优先利用胚自身贮藏的物质,最先利用的是碳水化合物,然后是蛋白质和脂类的动员,且脂肪大量降解始于胚根突破种皮后。高温25 ℃条件下,种子中的酶活性被抑制,物质分解代谢受阻,胚不能吸收和利用足够的营养来完成萌发。
【目的】环状RNA(circRNAs)是一类由转录本反向可变剪接产生的内源非编码RNA,在植物生长发育过程中具有重要作用。通过鉴定毛竹(Phyllostachys edulis)萌发期种子中的circRNAs,探究其在干旱和盐胁迫条件下的表达,为深入开展非生物胁迫条件下竹类植物种子萌发的分子调控机制提供基础。【方法】分别使用聚乙二醇(PEG)和NaCl模拟干旱和盐胁迫,构建H2O、10%(质量分数,下同)PEG、15% PEG、50 mmol/L NaCl和100 mmol/L NaCl处理下毛竹种皮破裂阶段种子的链特异性文库,通过高通量测序和生物信息学分析揭示样本中的circRNAs及其表达谱。【结果】所有样本中共鉴定了1 446个circRNAs,76.34%的circRNAs来源于外显子区;不同处理下毛竹萌发种子中表达量最高的circRNA分别为plant_circ_0001703、plant_circ_0001728、plant_circ_0000358、plant_circ_0001236和plant_circ_0001728;与对照相比,524、505、467和474个circRNAs在4个胁迫处理下萌发的种子中显著差异表达;差异表达circRNAs的源基因显著富集在不同的GO条目和KEGG途径中。【结论】1 446个circRNAs能够在毛竹萌发期种子中表达,其中有1 056个circRNAs在种子萌发阶段响应了PEG或NaCl胁迫;作用于酸酐的水解酶活性和鞘脂代谢途径的基因可能对circRNAs调控PEG或NaCl胁迫下的毛竹种子萌发有重要意义。
【目的】分析马尾松(Pinus massoniana)自由授粉实生种子园营建关键技术及现实遗传增益,提出实生种子园多世代低成本经营新模式建议。【方法】以选自福建省马尾松优良种源区的212株优树育成198个家系苗木为实生种子园营建材料,2003年建立了实生种子园的自由授粉子代测定林。种子园设计分2种:①种子园生产群体与子代测定群体合成一体;②种子生产群体与子代测定群体分离建立。种子园良种生产区根据遗传测定家系评价信息分别进行3次遗传疏伐。【结果】经遗传疏伐的马尾松自由授粉实生种子园6年生子代测定结果表明,材积生长量的现实遗传增益为8.5%。在对比示范林中,种子园良种的材积生长量超过未改良林分种子30%。DNA分子检测结果表明,种子园生产群体具有较高的随机交配程度和遗传多样性。由此证明,福建上杭县白砂国有林场马尾松第1代自由授粉实生种子园营建是成功的。成功的关键从技术上看有以下3点:①保证优树选择的质量和数量,是实现实生种子园遗传增益和后续遗传改良的基础;②子代测定群体及时遗传评价和生产群体的科学遗传疏伐,是种子园营建成功的关键措施;③实生种子园交配系统检测与调控及日常管护,是确保种子园运行正常的必要条件。从林木育种项目管理与实施上看,南京林业大学与福建省林木种苗总站及福建省上杭县白砂国有林场有着长期良好协作关系,从林木育种长期性共同事业出发,坚持至今,这也是确保种子园营建成功的重要条件。【结论】马尾松自由授粉实生种子园的改良途径是可行且有效的。总结认为:①对于像桉树、马尾松等这类较为速生的树种,营建种子园后对植株不进行修剪矮化,采用“测定群体与生产群体合成一体”的技术路线,具有更大优越性。②建园树种主要性状的幼年—成年相关信息尚未掌握,而种子园植株需要进行修剪矮化时,则采用另建优树自由授粉子代测定林,以取得遗传评价数据作为种子园生产区遗传疏伐的指导依据是有价值的。建议将多世代种子园建立在隔离条件良好、地形较平缓地点,种子园植株不用修剪矮化即保持自然树形,种子园良种生产任务完成后,转化成森林旅游林、森林康养林或用材储备林,以充分发挥森林多种功能效用,降低林木良种基地经营成本。这是值得探讨的实生种子园多世代低成本营建的新模式。
