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种子保存过程中生活力丧失特性及其机理研究

作　者: 辛霞
导　师: 刘旭; 卢新雄
学　校: 中国农业科学院
专　业: 作物种质资源学
关键词: 种质资源保存种子生活力遗传完整性蛋白质组繁殖更新
分类号: S325
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

种子成熟后即开始进入衰老过程,即使在种质库低温低湿的保存条件下,种子生活力仍然在缓慢降低。了解种子衰老特性是确保种子长期安全保存的重要基础。本文分析了种子在不同保存条件下生活力丧失特性、不同发芽率更新后种质遗传完整性变化和不同发芽率种子的蛋白质组变化,从发芽能力、遗传和蛋白变化角度深入理解农作物种子的衰老特性,以期为制定种子衰老预警和繁殖更新标准提供理论依据。本研究主要取得以下结果：(1)低温保存种子生活力监测：通过分析国家库(-18℃)34种作物14706份种子保存20年的生活力监测数据发现,92.9%被监测种子发芽率保持在85%以上,即国家种质库绝大多数种质可安全保存20年以上。但有1.1%种子的发芽率从80%以上降至70%以下,包括小豆、牧草、黄麻等,表明-18℃C保存条件下种子生活力仍在缓慢降低。(2)种子在不同保存条件下的生活力丧失特性：分析了在中期库(10-4℃)、南昌室温、三亚室温和40℃高温保存的小麦和大豆种子的生活力变化,结果发现各保存条件下的种子寿命均服从正态分布,种子存活曲线均为反S形,不同条件下小麦种子生活力开始快速下降的转折点(Pt)在82.2%至83.6%之间,暗示这些特点均不受保存环境影响,Pt可以作为种子生活力快速下降的预警指标。(3)种子生活力下降的蛋白质组分析：分析了经50℃加速老化玉米种子干胚(未吸胀)中蛋白质组的变化,分离到40个差异表达蛋白,说明老化可引起干种子蛋白质组变化。蛋白质谱鉴定结果表明老化扰乱了种子的转录和信号转导,导致保护能力的下降,诱导了蛋白酶的上调表达,促进贮藏蛋白的降解,削弱了代谢和能量供应能力,最终导致种子生活力下降。其中与能量供应相关的蛋白所占比例最高,涵盖了从糖酵解、TCA循环、电子传递链到氧化磷酸化各个环节,结合对磷酸戊糖途径(G6PDHase酶活性)、Glc-6-P、丙酮酸和ATP含量的测定,认为贮藏糖类物质的动员和能量供应在玉米种子老化和生活力中具有重要作用。在老化种子中新出现或者消失的蛋白点,可作为衰老预警指标。(4)种子生活力下降对遗传完整性的影响：分析了10份小麦异质种质在中期库(10-4。C)保存了16-17年繁殖更新后的农艺性状和醇溶蛋白,发现其中4份材料的部分农艺性状(株高、旗叶长和宽)、醇溶蛋白带型频率和一些遗传参数,如I、He发生了明显改变。这4份材料更新时发芽率小于等于66%,而其余更新发芽率大于等于75%的材料在更新后则没有显著变化。因此建议将75%作为种子繁殖更新标准的发芽率下限。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章前言  10-17
  1.1 种子资源的保存现状  10-11
  1.2 种子保存过程中生活力变化  11-14
    1.2.1 种子存活曲线和老化速度  11
    1.2.2 影响种子生活力的因素  11-14
  1.3 种子衰老对种质遗传完整性的影响  14-15
  1.4 种子衰老的蛋白质组研究  15-16
  1.5 本项研究的目的与内容  16-17
    1.5.1 研究目的  16
    1.5.2 研究内容  16-17
第二章低温长期保存种子生活活力监测  17-26
  2.1 引言  17
  2.2 材料与方法  17-18
  2.3 结果与分析  18-23
    2.3.1 保存20年后种子生活力整体变化情况  18-19
    2.3.2 不同繁种地点的种子生活力下降差异  19
    2.3.3 田间出苗率  19-23
  2.4 讨论  23-26
第三章种子衰老—生活力丧失特性  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 材料与方法  26-29
    3.2.1 材料和保存条件  26-27
    3.2.2 实验方法  27
    3.2.3 数据分析  27-29
  3.3 结果和讨论  29-36
    3.3.1 种子寿命的正态分布检验  29-30
    3.3.2 种子存活曲线类型  30-33
    3.3.3 转折点,老化速率和贮藏寿命  33-34
    3.3.4 种子生活力快速下降的其他指标  34-36
第四章种子衰老—蛋白质组分析  36-53
  4.1 引言  36
  4.2 材料与方法  36-39
    4.2.1 材料  36-37
    4.2.2 实验方法  37-39
    4.2.3 数据分析  39
  4.3 结果  39-47
    4.3.1 人工加速老化后玉米种子发芽能力和活力变化  39-40
    4.3.2 种子老化过程中胚蛋白质组变化  40-44
    4.3.3 差异表达蛋白的MALDI-TOF质谱鉴定  44
    4.3.4 生理指标的变化  44-47
  4.4 讨论  47-53
    4.4.1 老化影响干种子的蛋白质组  47-48
    4.4.2 与代谢和能量供应相关的蛋白  48-49
    4.4.3 与蛋白定位和贮藏相关的蛋白  49-50
    4.4.4 疾病/防御相关蛋白  50-51
    4.4.5 与细胞生长/分裂相关的蛋白  51
    4.4.6 其它蛋白点  51-53
第五章种子衰老—遗传完整性分析  53-63
  5.1 引言  53
  5.2 材料与方法  53-55
    5.2.1 材料  53-54
    5.2.2 实验方法  54-55
    5.2.3 数据分析  55
  5.3 结果  55-61
    5.3.1 MT和LT种子的发芽和田间出苗表现  55-56
    5.3.2 MT和LT种子的农艺性状  56-61
    5.3.3 MT和LT种子的醇溶蛋白差异  61
  5.4 讨论  61-63
第六章结论  63-64
参考文献  64-70
致谢  70-71
博士后期间发表论文情况  71
申请专利  71

种子保存过程中生活力丧失特性及其机理研究

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