摘要
皂荚（Gleditsia sinensis）属于贵州省重要的经济生态树种之一，主要采用实生苗繁殖，生产应用上每年均需要大量优质的种子。种子具有硬实性和休眠特性，未经休眠解除的种子在自然状态下难以发芽，自然环境下贮藏活力易散失，发生老化劣变现象，限制了皂荚的播种育苗。为探究皂荚种子老化机理，明确种皮硬实性形成和种子休眠原因，并探究种子休眠解除与萌发过程中的生理生化及分子调控机理，本研究采用人工老化的方法对皂荚种子进行处理，分析发芽及生理生化变化特征，探索减缓种子活力散失的方法。利用染色法、密封法和显微镜观测等方法探究其种皮结构、初始吸水位点和水分移动路径，分析内源抑制物的成分，阐明种子休眠的原因，为硬实性种子解除休眠提供必要的理论依据。首次对皂荚种子在低温层积催芽各时期的生理指标、转录组学和代谢组学进行分析，筛选差异表达基因（DEGs）和差异代谢物（DEMs），探索种子休眠与萌发过程中的生理生化及分子调控机理，主要得出以下结论： （1）皂荚种子活力经高温高湿处理后显著下降，幼苗生长受到抑制，电导率和丙二醛含量上升，抗氧化酶活性降低。可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量下降，营养物质被大量消耗或降解。膜脂过氧化作用加剧、抗氧化酶系统功能失调、渗透调节失衡和贮藏营养物质含量下降，是造成皂荚种子老化的主要原因。可选用可溶性蛋白、可溶性糖、POD和SOD等指标综合衡量种子活力和质量。 （2）皂荚种皮表皮层高度角质化，种脐和种孔充满胶状物质，可能是造成种皮硬实性的主要因素。热水或硫酸处理后种皮结构有明显变化，蜡质和种脐区域的胶状物质消失，种皮表面出现裂纹，种脐出现孔洞，种皮多个部位均可吸水。种脐区域是初始和主要的吸水位点。种胚中含有抑制发芽的物质，种子属于复合休眠。 （3）根据皂荚种子层积催芽时间和种胚的外部形态变化，将层积催芽过程划分为5个阶段。种子在层积催芽过程中受营养物质和能量代谢、渗透调节和抗氧化酶系统的共同调控，共同参与种子休眠解除和萌发。 （4）皂荚种子休眠解除主要与核糖体、有机酸代谢、糖代谢、激素合成与转导等方面有关。多条植物激素代谢通路上调表达，参与调控种子休眠解除与萌发。对 ABA、GA、IAA 和 CTK 的合成代谢通路分析，筛选到编码 ZEP、AAO、CYP707A、PYL、KAO、GA2ox、TAA、YUCCA、IPT、CYP735A、CKX 的 DEGs 调控激素合成与代谢。编码AMY、PFK、SUS和SDH的DEGs促进糖类代谢。编码GPAT、ACSL和MDH的DEGs促进脂肪代谢以提供能量。内源激素的代谢与调控和能量物质的代谢与调控（糖类和脂肪）促进皂荚种子休眠解除和萌发。 （5）对皂荚种子的代谢组学分析，共获得1694种代谢产物。筛选到淀粉醋酸酯、乙硫氨酸、丙烯酸等 10种有机酸，羟脯氨酸天冬酰胺、甲硫酰羟脯氨酸和异亮氨酸等6 种氨基酸和十一碳烯酸、脱氧有机酸等 14 种脂类显著上调，可能与促进皂荚种子休眠解除和萌发有关。结合模块与代谢物相对含量相关性、DEMs和DEGs进行相关性分析，关联分析后筛选出KAO、GA2ox等8个调控赤霉素合成途径的关键DEGs，筛选出UGP2等23个调控淀粉和蔗糖代谢通路的DEGs。 本研究对皂荚种子老化进行初步探索，并对种皮结构及其对种子吸水的影响，对层积催芽过程中的种子进行生理、转录组学和代谢组学进行分析，发现了种子老化的生理机制，初步探索种皮硬实性特征，明确种子休眠原因，找到了层积催芽休眠解除过程中的关键差异基因和代谢物，为探索种子休眠解除与萌发的生理生化及分子调控机理提供理论基础。
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