种子引发技术研究与应用进展

姚东伟,吴凌云,沈海斌,田守波,李 明

(1 上海市农业科学院设施园艺研究所,上海市设施园艺技术重点实验室,上海201403;2上海科立特农科(集团)有限公司,上海201106)

种子是农业生产最基本的生产资料,为促进种子发芽成苗,播种前进行种子处理是生产上的首要环节。 颜启传等[1]认为种子引发(Seed priming)最早由Heydecker 等提出。 20 世纪80 年代,郑光华等[2]率先开展了Seed priming 相关研究,并翻译为种子引发。 种子引发是通过控制种子吸水,使其停留在吸胀第二阶段,进行预发芽生理生化代谢和细胞膜、细胞器修复,然后在胚根伸出前回干。 由于引发能大大减少种子播种至出苗的时间及胚根伸出时间的一致性,这些优势引起了研究者和生产者的兴趣。 20 世纪80年代末,种子引发技术开始进入了商业化应用,滚筒引发、基质引发、膜引发等专利技术的出现,使得种子引发技术广泛应用于生产价值高的花卉和蔬菜种子,出现了‘引发种子’新类型[3]。 种子引发的成功应用推动了研究者对种子引发技术及机理的不断深入研究,近十几年来,累计超过数百篇的研究报道及相关专著出版,种子引发成为种子科学研究领域研究热点之一[4-6]。

1 种子引发发展简史

播种成苗是关系种植业生产成败的首要环节,为了保证种子正常出苗,种子进行播前处理是必需的。我国在4 300 年前就有了促进种子发芽的方法,根据成广雷[7]报道,在《诗经·大雅·生民》篇中载有后稷在播种前进行浸种的内容。 此外,曾雄生[8]通过查阅西汉时期的古籍《氾胜之书》,发现该书中记载了溲种法,溲种法即将兽骨骨汁、缲蛹汁、蚕粪、兽粪、附子、水或雪汁,按一定比例和成稠粥状淘洗种子,反复多次,最后干燥贮藏再播种,他认为随后历史上长期使用的雪水浸种就是秉承了溲种法的遗意,到明清时期,雪水浸种方法大致有三种,一是多次浸种,二是冬浸春播,三是长时间一次浸种。 Paparella 等[4]认为种子引发技术雏形在16 世纪已出现,法国农学家Oliver de Serres 记录了当时农民使用粪水浸泡谷物种子2 d 然后阴干的种子播前处理方法,19 世纪,达尔文发现使用海水浸泡生菜种子可以促进发芽,随后,使用营养液浸泡番茄种子可以加快种子发芽和浸种后合适的干燥时间会导致种子快速发芽等现象相继报道。 随着现代农业的快速发展,生产者对种子播种质量的关注日益重视,其中种子活力是表示种子播种品质的重要概念,1977 年ISTA 确定种子活力是决定种子或种子批在发芽和出苗期间的活性水平和行为的那些种子特性的综合表现,高活力种子发芽及出苗整齐、迅速,对不良环境抵抗能力强,低活力种子在适宜条件下虽能发芽,但发芽缓慢,在不良环境条件下出苗不整齐,甚至不出苗[9-10]。 随后十几年,关于提高种子活力的研究大量报道, 也称为‘吸湿回干处理’[11-12]、 ‘水合-脱水处理(Hydrationdehydration)’[13]、 ‘种子硬化(Harding)’[14-15]。 1973 年,Heydecker 等用聚乙二醇(PEG)引发洋葱种子,促进效果及稳定性优于当时盐溶液处理及硬化技术。 从此以后,种子引发(Seed priming)这一概念逐渐被后续研究者广泛采用,引发作为一种提高种子活力的有效方法,具体的技术不断被开发最终实现了商业化应用。

2 种子引发技术研究和应用

2.1 引发技术研究综述

广义上的引发指种子播前为了促进发芽进行的各种水合处理,随着研究的不断深入,各种引发方法被报道,其共同的基础是种子水合。 根据种子吸水方式不同,种子引发主要可以分为水引发、渗透引发、基质引发三大类。 根据引发功能拓展不同,又可以分为生物引发、化学引发、激素引发等。

2.1.1 水引发(Hydropriming)

水引发直接使用水进行种子处理,生产上使用的浸种处理,将种子直接浸泡在水中一段时间后取出进行播种,也可称为最古老的一种引发方法。 水引发操作简单,研究者利用此方法在菠菜、西瓜、苜蓿等种子上进行了种子引发试验[16-20]。 水引发的优点是仅采用水来处理,不会对环境造成污染,但存在种子吸水不均匀、吸水量难控制、易造成吸胀损伤等负效应。 Rowse[21]发明了一种称为“滚筒引发”的技术,通过向滚筒内喷入水汽,利用计算机系统精确控制种子水分、温度、水合时间进行引发处理,成功解决了水引发的缺点,促进了水引发的应用。

2.1.2 渗透引发(Osmopriming)

渗透引发是一种将种子浸泡到通气、低水势溶液中的引发方法,通过控制渗透质溶液的浓度来调整水的渗透压,从而控制种子吸水量。 聚乙二醇(PEG)是渗透引发最广泛使用的化学物质,其突出优点是它本身不能渗入活细泡,许多学者利用分子量(6 000—20 000)PEG 进行了种子引发研究,发现PEG 引发促进种子发芽效果明显[22-23]。 其他化学物质如交联型丙烯酸纳、聚乙烯醇、甘露醇、硝酸钾、氯化钠等也可以用于种子引发。 渗透引发利用渗透势控制种子水势,操作简单易行,研究和生产上均应用广泛。

2.1.3 基质引发(Solid matrix Priming)

固体基质引发将种子和基质、水按一定比例混合进行种子处理的一种引发方法。 基质引发中种子通过基质吸水,引发结束后与种子分离,该方法模拟种子在土壤中发芽,基质引发过程中能够提供种子代谢所需的氧气,无需特别的通气装置。 常用的固体基质有蛭石、沙、珍珠岩等,基质引发方法简单,成本低,易于操作,应用前景广泛[24-25]。

2.1.4 生物引发(Biopriming)

生物引发是在种子水合过程中添加有益微生物作为种子保护剂的一种引发方法。 有益微生物微生物可以通过成膜剂包裹到种子上,也可以直接加入到基质中。 经过生物引发处理的种子,有益真菌或细菌布满种子表面,播种后能够使幼苗免遭有害菌侵袭,同时可以促进作物生长,提高幼苗抗逆性[26-27]。

2.1.5 化学引发(Chemopriming)

化学引发是在种子水合过程中加入各种抑菌化学物质作为种子保护剂的一种引发方法。 引发过程中容易导致微生物积累,在引发液中加入次氯酸钠或盐酸,化学杀菌剂,天然抑菌物质可以阻止微生物积累[28-29]。

2.1.6 激素引发(Hormonal priming)

种子激素引发是在引发过程中加入一定浓度的激素达到促进萌发目的的一种引发方法。 激素引发的主要作用是提高幼苗抗逆性、打破休眠等。 目前已有报道的激素种类有赤霉素、脱落酸、油菜素内酯、细胞分裂素、丁烯酸内酯等[30]。

2.2 种子引发技术的商业化应用

随着引发技术研究的不断深入,滚筒引发、基质引发等专利技术的研发极大推动了种子引发技术的商业化应用。 表1 列出了商业生产主要采用的几种引发技术基本原理,引发处理通常由专业化的种子技术处理公司完成,如INCOTEC 种子技术公司、GERMAINS 种子技术公司等,表2 列出了目前提供种子处理服务公司及其产品特点,其中具体实施细节为商业机密,但基本原理是一致的。 气泡柱引发是常规的引发方法,市场可购买到气泡柱引发设备(荷兰种子加工设备有限公司制造),使用者可根据作物种类自行选择引发液完成引发处理。 由于大量引发需要保证每粒种子保持一致的水分,滚筒装置很好的解决了种子水分均匀度和透气性的问题,处理效果优于气泡柱引发,可以应用到多种引发技术中。 尽管引发处理对许多作物种类都有促进发芽效果,但考虑到处理成本及实际效果等因素,目前生产上应用引发技术较多的是生菜、甜菜、洋葱、番茄、草花种子等。 近三十年来,种子引发技术的应用越来越广泛,但现有技术主要掌握在几个专业种子处理技术公司中,处理成本高、时间长,引发种子耐贮藏性低制约了引发技术的进一步发展。 近年来,瑞典奈尔松种子发展公司研发出了“种子活力化技术”,并研发出活力设备,可以实现种子引发的自动化处理,该技术具有处理时间短,提高种子耐贮性的优点,是引发技术的重大突破。

表1 种子引发技术比较Table 1 Comparison of several seed priming technology

表2 商业上可提供的部分种子引发处理Table 2 List of some seed priming treatments commercially available

3 引发效果与机理

引发可以促进种子萌发、增强种子不适发芽条件下的发芽速度和出苗率、提高老化种子活力、打破种子休眠等[31-32],虽然采用不同的引发方法会取得不同的引发效果,归纳起来种子引发主要有三方面的作用:加速萌发、提高抗逆性、打破休眠。

3.1 加速种子萌发

狭义的种子萌发始于种子吸水(吸胀),终止于胚轴体的伸出,即胚根突破包裹在其周围的组织(包括胚乳、外胚乳、种皮),具体分为三个阶段,阶段Ⅰ:吸胀作用和吸胀损伤;阶段Ⅱ:迟滞期;阶段Ⅲ:萌发的完成。 种子萌发的快慢因作物种类而不同,取决于种子自身的性质(种皮渗透性、种子大小、可水合的物质含量等)和水合期间的环境条件。 对于同一作物,种子萌发快慢取决于各个阶段的持续时间,特别是第二阶段持续的时间。 种子引发期间,通过渗透条件物质或限制水分供应对吸水过程进行制约,可以延长阶段Ⅱ,同时防止种子进入阶段Ⅲ,此时种子保持脱水耐受性,可以进行干燥。 当引发种子再次吸水时,经引发处理的种子缩短了阶段Ⅱ,得以迅速过度到阶段Ⅲ并完成萌发。 通过缩短吸胀阶段Ⅱ的时间,迅速从水合阶段过渡到胚根突破和生长,引发处理可以加速萌发及提高萌发时间的均一性。

3.1.1 种子引发中的水分控制

种子引发技术的基础是平衡吸胀和水势之间的关系,利用聚乙二醇或盐等渗透调节物质(渗透引发)或限制水分供应(基质引发或水引发),使吸胀种子的水势下降,种子可以吸水并满足种子萌发代谢需求(阶段Ⅱ),但胚根伸出受抑制(阶段Ⅲ)。 阶段Ⅱ持续时间及阶段Ⅲ是否发生,受温度和水势影响,由于吸水初始的水势梯度非常高,阶段Ⅰ受温度和水势下降的影响相对较小。 温度或水势降低可延长阶段Ⅱ的持续时间,该阶段最终含水量由周围环境的水势决定,温度和水势的下降也会使呼吸速率减慢,延长阶段Ⅱ的持续时间,水势低于-1.5—-1.0 MPa,阶段Ⅲ则无法进行,存在最低含水量,临界值因不同物种而异,低于该临界值胚无法扩展,阶段Ⅱ无限延长。 具体的引发技术通过调控温度和水势,使种子处于阶段Ⅱ,进行一系列生理生化变化,包括DNA 和线粒体修复、残留mRNA 的降解、新蛋白质的转录和翻译等[33]。

3.1.2 引发种子回干

吸胀种子在合适的时间终止引发并进行合适的回干是种子引发技术的另一关键,水合种子必须在具有脱水耐性前完成干燥,才能保持高活力。 种子在发育过程中,水分被逐渐积累的贮藏物取代,导致含水量下降,脱水是正常性种子成熟的最终步骤,随后种子进入代谢静止阶段。 种子具有脱水耐受性是引发技术应用的基础,一般种子自然成熟干燥之前就具有脱水耐受性。 Karssen[34]利用藜属种子进行种子萌发时间进程研究发现,种子在23 ℃条件下萌发时,首先是胚根周围的外种皮裂开(阶段1),然后包裹内种皮和胚乳层的胚根扩张露出(阶段2),最后胚根突破内种皮和胚乳层伸出完成萌发(阶段3),整个萌发进程23 h。 其中阶段1 和2 状态的种子仍具有耐脱水性,此时种子回干后仍具有正常萌发能力。 种子萌发进程一旦进入阶段3,则萌发已完成,种子回干后便丧失发芽能力。

3.1.3 种子引发加速萌发的机理

关于种子促进萌发的机理已有多方面的研究报道,但尚无全面公认的解释。 目前研究主要包括引发诱导细胞膜修复、使RNA 和蛋白质合成增加等,可总结为蛋白表达、能量代谢及细胞分裂三个方面。

3.1.3.1 引发促进蛋白表达

干燥种子处于代谢静止和生长停滞的状态,其代谢恢复需要大量的生化变化由酶及其他功能蛋白催化。 RNA 和蛋白质的从头合成是种子萌发的重要过程。 Gallardo 等[35]通过甘蓝和拟南芥种子转录组学和蛋白组学的研究表明萌发和引发实际上是相似的过程,种子萌发期间表达的多数基因蛋白在引发过程中同样表达。 Chen 等[36-37]利用-0.6 MPa PEG 在15 ℃下引发菠菜种子,发现引发过程中蛋白表达谱与种子正常发芽过程中蛋白表达谱相似,引发种子回干后引发过程中上调表达的Ⅱ型蛋白消失,但当种子再次水合时,与未引发种子相比,引发种子更早更多的积累Ⅱ型蛋白,说明干燥处理并不能消除种子引发过程中曾上调表达Ⅱ型蛋白的“记忆”。

3.1.3.2 引发增强能量代谢

引发种子活力高,快速萌发需要更多的能量,线粒体是产生ATP 的重要细胞器,种子吸胀开始后,原有线粒体功能完善及数目增加,效率逐渐增加。 尽管线粒体部分受到HSPs 和LEAs 蛋白的保护,但在种子成熟阶段和发芽初期仍然会出现损伤[38]。 因此,在干燥和新鲜吸胀种子中,线粒体均有部分缺陷,需要在吸胀早期进行进一步修复[39]。 吸胀种子中存在两种不同类型的线粒体发育模式,一种是修复和激活成熟干燥种子中已存在的细胞器,另一种是合成新的线粒体。 引发可以促进线粒体发育,诱导产生这两种类型的线粒体。 Sun 等[40]发现大豆引发种子线粒体的内膜和外膜比未引发种子的线粒体膜具有更大的完整性。 Bray 等[41]发现渗透引发处理的洋葱种子胚包含更多数量的线粒体。 种子引发处理中延长了萌发第二阶段时间,在这个阶段促进了线粒体的发育,引发种子拥有一个更大的能量库和更有效的ATP 生产系统,可以为引发后的再次萌发提供更好的硬件保障。 目前,关于种子引发过程中主要代谢途径的路径研究还很有限,引发过程中线粒体蛋白组和转录组的研究将有助于阐释引发过程中的主要代谢途径。

3.1.3.3 引发促进细胞分裂和细胞扩大

胚从外周组织中伸出是萌发完成的标志,胚根伸出必须物理性地突破胚乳和种皮等包围在外周的组织。 因此,胚产生的膨胀力与外周组织的物理限制之间的平衡,决定了萌发是否完成及完成的时间。 阻碍胚根生长的外力由外周组织如胚乳和外种皮产生,软化胚乳,特别是靠近胚根尖端的珠孔端胚乳,是决定胚根伸出的一项重要因素[42-43]。 Nakaune 等[44]研究发现NaCl 引发促进编码膨胀素、β-甘露聚糖内切酶、木葡萄糖内糖基转移酶等削弱胚乳阻力相关基因的蛋白上调表达。 萌发完成不需要细胞有丝分裂,但胚性组织的细胞膨大是胚根突破种皮的另一项重要因素。 成熟干燥胚的细胞一般处于G1或G0期(2C的DNA),随着萌发进行,胚细胞开始进入G2期(4C 的DNA),但不发生分裂。 种子萌发时存在两个DNA合成阶段:一是干燥种子吸胀后与DNA 的修复相关,二是为萌发后的细胞分裂做准备。 DNA 复制的时间可以反映种子活力,低活力的种子为确保成功复制,需要更长时间来完成初始DNA 修复。 DNA 核酸复制活动的强弱可以用4CDNA(G2阶段)和2CDNA(G0∕G1阶段)的比率高低表示。 引发促进了DNA 的修复和复制,引发种子常常比未引发种子含有较高的4C∕2C DNA 比率。 引发种子发芽迅速,高4C∕2C DNA 比率可以作为提早发芽状态的生物标记。 然而,并非每种引发方法均能提高4C∕2C DNA 比率,这与引发条件和最初的种子批质量有关[45]。

3.2 种子引发提高抗逆性

引发可以提高种子抗逆性,当低温或其他胁迫延迟种子萌发时,引发对种子萌发速率和均一性的提高更加明显。 Bruce 等[46]认为引发可以当做是种子预发芽胁迫,种子回干后存在“胁迫记忆”,从而诱导交叉耐性,使得引发种子再次发芽时提高抗逆性。 此类现象已有较多研究报道,例如,过氧化氢预处理诱导小麦幼苗耐盐性[47],水引发、氯化钙引发、ABA 引发诱导(Brassica juncea)耐盐性和耐旱性[48]。

3.2.1 植株引发和种子引发

植株引发(Plant priming)是指植株在遭受生物胁迫后能够诱导植株产生更多的抵抗力而应对随之即来的生物或非生物胁迫,使用非生物胁迫诱导植株抗性的过程,也被称为植株适应环境。 尽管种子引发和植株引发均能提高胁迫抗性,但二者并不相同,种子引发是一个不完全萌发过程,期间适度的非生物胁迫被用来阻止胚根伸出,因此这种概念上的差异导致两种类型的引发所产生抗性具有不同的细胞机制。植株引发通过蛋白质、转录因子和表观遗传改变等诱导抗性记忆。 在种子引发中,胁迫抗性的评价是通过在逆境环境下种子发芽表现,如在胁迫下发芽引发种子胚根比未引发种子更早更多突破种皮来体现[46]。 目前关于植物交叉耐性现象的机制有三种解释:①专业蛋白诱导;②抗氧化途径的活性;③较低相对分子质量化合物的积累[49]。 关于种子引发提高交叉耐性机制仍处于研究中。

3.2.2 种子引发过程中的胁迫

种子引发和种子正常发芽过程的关键差别在于引发控制种子吸水、限制吸胀种子胚根伸出,引发处理本身可以看做是干旱胁迫。 PEG 是引发处理中常用的一种渗透引发剂,也常被用作渗透胁迫的诱导剂,会给细胞造成氧化伤害[50]。 H2O2-引发中种子直接遭受氧化胁迫。 ABA 激素引发中通过ABA 信号传导直接刺激胁迫反应。 回干过程可能是引发种子遭受的另一种胁迫,引发中种子部分水合由静止状态转向代谢活跃状态后中止,然后干燥又回到代谢静止状态,这与种子成熟脱水干燥类似,但时间明显短于后者。 Chen 等[37]研究发现菠菜引发种子不论是快速干燥还是慢速干燥均引起了脂质过氧化。

3.2.3 引发诱导胁迫抗性可能机制

引发处理造成潜在的胁迫主要表现在两个层次,一是引发过程中产生的渗透、干旱、氧化等中度胁迫,另一个是引发后的干燥过程,其中前者诱导了引发种子在发芽后产生交叉耐性[46],后者是否诱导引发种子产生交叉耐性尚不清楚。

3.2.3.1 引发促进专一蛋白表达

胚胎发生晚期丰富蛋白(LEA)是成熟种子中一类重要蛋白(占蛋白质总量的5%,占非贮藏蛋白总量的30%),LEA 蛋白的合成和积累与种子发育期间脱水耐受性的获得密切相关,其中第二类LEA 蛋白也称为脱水素(dehydrin,DHNs),会保护细胞因干旱、盐、冷害造成的脱水损伤。 Chen 等[37]研究发现PEG渗透引发菠菜种子过程中,几种DHNs 蛋白会短暂上调表达,随后在干旱胁迫条件下发芽,引发种子发芽率高于未引发种子,DHNs 蛋白在引发种子中大量出现,而未引发种子未观察到DHNs 蛋白,说明引发种子可能会保持引发处理诱导的“胁迫反应记忆”,当再次遭遇胁迫时,产生相应的胁迫反应,提高抗逆性。热休克蛋白(HSP)是引发诱导胁迫反应积累的另一类蛋白,已在多种作物上报道[35]。

3.2.3.2 引发过程中的活性氧水平和抗氧化系统

活性氧(ROS)参与有氧代谢的所有重要过程,在呼吸作用和光合作用的电子传递过程中形成,活性氧既可以在正常代谢中产生,也在多种环境胁迫条件下积累,如高光强、低温、干旱、盐分、电离辐射、紫外线均可以使植物产生ROS。 活性氧同时也是一种重要的信号分子,可以调节植物生长发育,程序性细胞死亡,激素信号及胁迫抗性[51]。 适度ROS 的积累是种子萌发的积极调节因子,其可以促进胚乳弱化,通过氧化还原反应激活种子萌发级联信号反应,调节糊粉层细胞程序性死亡。 在引发过程中,种子部分水合与引发介质导致的胁迫反应均诱导有益的ROS 的积累[52-53]。

尽管活性氧在种子萌发过程中起到重要的作用,但过多的积累会启动一个级联反应,导致对植物有严重破坏性的物质如羟自由基和脂质过氧化物的产生,高水平的ROS,尤其是羟自由基和过氧化氢会对植物细胞造成严重伤害,不利于种子萌发,特别在种子渗透引发过程中,由于水分的限制会引起过多ROS的产生,因此需要严格控制ROS 的积累。 植物体内存在有效的抗氧化剂系统来减少活性氧伤害,包括ROS 清除酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶)和谷胱甘肽-抗坏血酸循环、维生素E 及维生素A。 Bailly 等[54]发现种子引发过程中,种子抗氧化剂活性增强,引发种子重新萌发时,在萌发及幼苗早期比未引发种子表现更强的抗氧化剂活性。 这与引发中LEA 蛋白的积累类似,存在“记忆效应”。

3.3 引发打破种子休眠

休眠是指能正常吸水并且具有代谢活性的种子在合适的条件下不能正常萌发的现象。 种子引发技术可以应用解除某些种子的休眠现象。

3.3.1 引发解除种子休眠的应用

引发处理解除生菜种子高温休眠是一项广泛的商业性应用,在美国加利福尼亚地区沙漠地区,生菜种子播种于温暖的秋天,大多数生菜品种种子在20—30 ℃萌发受到抑制,引发处理使种子可以度过吸胀时的高温,促进萌发过程。 需光种子发芽必须至少部分水合来响应光信号,对于丸粒化包衣种子,由于涂层会阻挡光纤的渗透,引发处理可以克服这一困难。 甜菜种子中含有萌发抑制剂,生产上一般通过浸泡法滤去萌发抑制剂,通常与引发处理结合,共同发挥作用,在有效解除休眠的同时促进种子发芽。

3.3.2 引发打破生菜种子休眠机理研究

Bewley 等[55]对引发打破生菜种子休眠作用从基因表达上进行了深入研究,发现在低温条件下吸胀的生菜种子中,参与脱落酸合成的基因(LsNCED4)表达量下降,参与赤霉素和乙烯合成的相关基因(如LsGA3oxl 和LsACS1)的表达量增加,相反在高温下吸胀会诱导热抑制作用,低温下的表达趋势被逆转,维持LsNCED4 高水平的mRNA 含量,而LsGA3oxl 和LsACS1 不表达。 在种子引发期间,LsNCED4 的mRNA含量下降,而LsGA3oxl 和LsACS1 的mRNA 含量增加,经过干燥后,引发种子仍能保持较低水平的LsNCED4 表达,较高水平的LsGA3oxl 和LsACS1 表达,并在随后的高温吸胀期间这些趋势不会逆转。 因此,引发技术能使种子顺利度过高温抑制作用,有利于萌发完成。

4 讨论与展望

种子活力是种子的重要品质,高活力种子田间出苗率高、整齐,抗逆性强,耐贮性好,可以节约播种费用,增加作物产量,在农业生产上具有非常重要的作用。 种子引发可以显著提高种子活力水平已被生产实践证明。 种子是活的有机体,同一作物种子活力主要由种子发育、成熟期间或收获前的环境因素决定,受地域、天气、收获时间等影响,种子生产中不可能总能保持理想状态,每粒种子所经历的发育过程不同,活力高低也不同。 种子批活力达到最高峰后就开始衰老下降,种子引发提高种子活力的应用说明种子衰老变化开始后一段时间,其所产生的代谢变化是可逆转的,可能存在临界值,在临界值以前,种子活力可以通过引发等方法恢复或部分恢复到初始最佳状态。 种子引发可能重新模拟了部分种子发育过程,在相对理想的条件下完成了种子生理生化代谢,并在随后理想的回干过程完成种子活力的恢复或提升。 种子引发提高抗逆性可能与交叉耐性有关,合适的引发条件可以将引发过程中发生的生理生化代谢“记忆”固定,当再次遭遇到类似不利萌发条件时,迅速启动先前经历过的代谢反应。 引发处理类似人们表演前的彩排活动,种子预发芽的过程可能被种子“记忆”并熟悉,当再次萌发时生理生化代谢效率提高,发芽时间缩短。 目前报道引发技术的不利效应是种子的可储存时间缩短,但并非总是如此,也有研究表明引发处理会延长种子的储存寿命。 研究结果的差异可能有多种原因,如引发方法、作物种类、品种、干燥方式等,其中引发处理后的干燥条件是最重要的,干燥的速率和程度影响随后的储存寿命,缓慢或分期干燥相比快速干燥会有利于种子的储存。 种子引发效果因品种、种子批而不同,具体技术需要精准控制引发处理的水分、温度、时间等参数,不适条件会降低发芽势甚至导致种子批报废,因此常规商业引发处理一般需要1 个月,近年来瑞典奈尔松种子发展公司研发的种子活化设备的出现,使引发技术向自动化、快速化方向发展,将成为未来引发技术应用的主要方向。 在引发机理研究方面,研究者已从生理代谢、蛋白表达谱等方面进行了深入研究,利用表观遗传学进行种子引发机理的研究可能将是今后重要的发展方向。