烟草种子发育、贮藏和引发过程中的质量变化和机理研究

发布时间：2020-06-04 22:09

【摘要】：烟草(Nicotiana tabacum L.)种子是烟草经济产业中特殊的生产资料,是优良品种的载体。优质的烟草种子是烟叶生产技术中经济有效的增产措施。本研究拟在烟草种子生产、加工、贮藏、播种前处理等环节建立一套完整的质量控制体系。本文以烟草种子红花大金元(HD)和云烟97(Y97)为主要材料,开展了烟草种子成熟、贮藏和播前引发三个过程中的活力、生理生化和相关机制的研究,主要研究结果如下:1.研究了烟草种子发育过程中种子质量和种子内含物的关系,预测烟草HD和Y97种子的最佳收获时间是第31到33天。授粉后第31到33 DAP(授粉后天数,day after pollination,DAP),HD和Y97生活力和活力达到最大值,随后在35 DAP出现下降。从7到35 DAP,HD和Y97的含水量从90%下降到30%,脱落酸(abscisic acid,ABA)总下降量为2000ng·g-1。整个种子发育阶段,可溶性糖和淀粉含量下降,脂肪和蛋白质逐渐积累,变化最剧烈的时期是7到21 DAP。在7到21 DAP,粗纤维和精氨酸呈上升趋势,灰分和赖氨酸呈下降趋势。整体来讲,HD和Y97种子的发芽率和脂肪、含水量、可溶糖、蛋白质、淀粉、ABA、赖氨酸、千粒重和种皮颜色之间存在显著的相关性,含水量、脂肪和蛋白质含量和活力指数显著相关。种子生活力可用于评估内含物与种子质量之间的关系,并预测烟草种子的最佳收获时间。2.使用近红外光谱快速无损的分析烟草种子发育过程中脂肪、可溶性糖和粗纤维的含量,快速检测种子内含物并且充分利用烟草种子的生物量。变量标准化(standard normal variate,SNV),Savitzky-Golay卷积平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG),一阶导数(first derivate,1stD)和多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)组合的四种预处理方法:SNV-SG,SNV-SG-1stD,MSC-SG和MSC-SG-1st D,分别用于对原始光谱进行优化。然后使用最小二乘法(PLS)和非线性最小二乘支持向量机(LS-SVM)构建校正模型,LS-SVM方法构建的模型性能优于PLS模型。脂肪、可溶糖和粗纤维的最佳LS-SVM模型是使用MSC-SG-1st D方法预处理光谱得到。结果表明,近红外光谱适合快速、准确地分析烟草种子内含物。3.采用不同的包装方式和贮藏条件,研究烟草种子的最佳贮藏方式为真空包装、低温贮藏;并且采用加速老化方法验证脂肪氧化酶(Lipoxygenase,LOX)是烟草种子劣变过程中的关键酶。为了探究种子劣变的机制,烟草种子在使用布袋(cloth,C)和真空(vacuum,V)包装分别贮藏在常温(room temperature,RT)和低温(low temperature,LIT,18℃),间隔5个月定期取样。包装方式和贮藏条件共同影响种子活力;经过25个月贮藏,真空包装在低温(LT/V)条件下贮藏的种子活力最高;布袋包装在常温(RT/C)条件下贮藏的种子在20个月后完全丧失发芽能力。同时,RT/C条件下种子中过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量和LOX活性增加,NtLOX3表达量上调。另外,回归分析显示LOX活性与种子活力存在负相关关系。为了进一步验证LOX活性和烟草种子活力的关系,使用LOX活性抑制剂:咖啡酸(caffeic acid,CF)和儿茶素(catechin,CT)预先浸种,然后进行人工加速老化。抑制剂预先处理的种子LOX活性,MDA和H2O2含量都很低,种子活力和幼苗质量较高,种子更加耐老化。这些结果有力地证明,LOX活化会加速种子老化,抑制LOX活性显著提高了老化过程中种子活力和生活力。4.采用响应面试验设计和主成分分析方法对烟草种子HD和Y97的引发时间、引发温度和引发液pH三个因素组合进行优化筛选。使用H2O2作为增氧剂。然后进行标准发芽试验,以发芽结束后的幼苗全苗长、苗干重、苗鲜重和活力指数为响应量进行响应面和主成分分析。筛选到最佳的红花大金元种子引发条件为弓引发时间49h、引发温度30℃、引发液pH为5;最佳的云烟97种子引发条件为引发时间45h、引发温度21℃、引发液pH为6。5.利用H2O2和赤霉素(gibberellin,GA)的合成抑制剂,二甲苯基碘(diphenylene iodonium chloride,DPI)和烯效唑(uniconazole,Uni),引发烟草种子,探究活性氧(reactive oxygen species,ROS)和GA对种子萌发的调控机制。使用DPI和Uni引发的烟草种子发芽率降低,特别是DPI+Uni组合处理的种子,几乎不萌发。H2O2和GA可以完全逆转DPI和Uni的效果。H2O2+Uni和GA+DPI引发的种子发芽率和H2O引发的效果一样。H2O2和GA引发的种子通过相关的基因表达提高GA含量和降低ABA含量,并维持二者的内稳态和信号传导。另外H2O2和GA引发的种子异柠檬酸裂解酶(isocitrate lyase,ICL)活性上升,可溶性糖含量增加。这些结果表明,H2O2和GA对烟草种子萌发至关重要,二者通过相互诱导来调控种子萌发。同时,ICL活性由ABA/GA和ROS浓度共同调控。
【图文】：

氧化酶,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,浓度,黄嘌呤

Ｈ２0２在植物体内有多条产生途径（图ｕ）邋（Ｎｅｉｌｌ等，２００２）。细胞内的Ｈ２0２准确逡逑浓度很难测定，其浓度造成的潜在影响也不同，但是一般来讲Ｈ２０２浓度会被高效的抗逡逑氧化物酶系统所平衡（图１．１）。非生物胁迫如脱水、低温、高温和过量的辐射都会打破逡逑这种平衡，这些胁迫增加了邋Ｈ２０２起始信号的响应，包括酶的激活、基因的表达、程序逡逑性细胞死亡（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ邋ｃｅｌｌ邋ｄｅａｔｈ，邋ＰＣＤ）和细胞损伤。Ｈ２Ｏ２是通过一些特定酶的代逡逑谢产生。当受到病原菌、伤口和热激刺激时，Ｈ２0２会被快速大量的合成，并释放到质逡逑外体中（Ｒａｏ和Ｄａｖｉｓ，邋２００１）。在哺乳动物的吞噬细胞中，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷逡逑酸（ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ邋ａｄｅｎｉｎｅ邋ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ邋ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＮＡＤＰＨ）会首先产生超氧阴离子逡逑（ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ邋ａｎｉｏｎ，Ｏｒ邋）0拟南亦在受到病原菌侵染时，价办ｏＷ）和ｄ邋ｒｒｆｔｏＷ７（编码ＮＡＤＰＨ逡逑氧化酶）对Ｈ２0２的产生是必须的（Ｔｏｒｒｅｓ等，２００２）。其他产生Ｈ２Ｏ２的酶包括黄嘌呤逡逑氧化酶

颜色变化,深褐色,褐色,浅黄色

第：章邋烟草种子发ｆｆ过程中内舍物变化与种ｆ质量的关系逡逑褐色、深褐色；萼片的色泽变化规律为绿色、浅绿色、浅黄色、褐色、深褐色；种子的逡逑色泽变化规律为白色、浅黄色、浅褐色、褐色、深褐色（图２．１）。经色差仪进行种子逡逑颜色数字化测定，其ＡＥ＊值逐渐升高，说明种子颜色逐渐变深。Ｙ９７的种皮颜色在３５逡逑ＤＡＰ达到最大值，ＨＤ的种子在２９邋ＤＡＰ达到最大值（图２．１）。逡逑、９７逦ｈｄ逡逑ｆｉｆｆｉ逦ｉｉｍｉ逡逑＊星逢Ｍ逦ｎＨ邋“逡逑７ｄ逦１４邋ｄ逦２１邋ｄ邋２３邋ｄ逦２５邋ｄ逦７邋ｄ逦１４邋ｄ逦２１邋ｄ邋２３邋ｄ逦２５邋ｄ逡逑ＨＭ＊逦＃ＭＨ逡逑２７邋ｄ逦２９邋ｄ逦３１邋ｄ邋３３邋ｄ逦３５邋ｄ逦２７邋ｄ逦２９邋ｄ逦３１邋ｄ邋３３邋ｄ逦３５邋ｄ逡逑７０邋逦邋６０邋逦逡逑Ａ邋Ｂ邋逦逦逦逦逦－＊逡逑６０逦５０逡逑Ｗ５０逦￣＾￣逦厂逡逑ｒ逦／逦
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S572

【参考文献】