植物子葉生理功能的研究進(jìn)展

王英男，彭曉媛，華曉雨，臧 威，閻秀峰，藺吉祥

(東北林業(yè)大學(xué)鹽堿地生物資源環(huán)境研究中心/東北鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040)

子葉(cotyledon)是植物種子的重要組成部分，在種子萌發(fā)與幼苗發(fā)育初期起到關(guān)鍵作用[1]。無(wú)胚乳植物種子在萌發(fā)過(guò)程中，子葉肥厚，貯藏著淀粉、脂肪酸以及蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為種子萌發(fā)提供所需物質(zhì)和能量[2]。而對(duì)于有胚乳種子，子葉通常并不發(fā)達(dá)，但可以從胚乳中吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供胚發(fā)育[3-4]。在幼苗發(fā)育初期，一些植物的子葉能夠在第一片真葉具備光合能力之前，通過(guò)光合作用為幼苗提供大量的光合同化物，子葉還能夠感知光信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)分子的長(zhǎng)距離傳遞，從而調(diào)控幼苗的發(fā)育[5]。此外，子葉還能夠通過(guò)形態(tài)與生理功能的變化，參與幼苗抵御外界逆境脅迫的過(guò)程[6]。因此，子葉對(duì)于種子萌發(fā)、幼苗形成以及植物生活史的完成均有極其重要的意義。

目前，對(duì)于子葉生理功能的報(bào)道還很少見(jiàn)，已有研究多集中于鹽堿、水淹等逆境脅迫下子葉生理功能的變化[7-8]、子葉缺失對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響[9-10]以及子葉離體組織培養(yǎng)[11-12]等方面，但對(duì)子葉功能系統(tǒng)性的總結(jié)還從未見(jiàn)報(bào)道?；诖?，本文從子葉的分類(lèi)及功能、幼苗發(fā)育初期子葉相關(guān)的重要生理過(guò)程等方面進(jìn)行歸納與總結(jié)，分析當(dāng)前研究中存在的問(wèn)題與不足，并提出研究展望，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 子葉類(lèi)型

1.1 單子葉與雙子葉

子葉是植物最早出現(xiàn)的葉，而不同植物子葉數(shù)目也有所差異，因此可以將子葉數(shù)目作為植物分類(lèi)的依據(jù)。英國(guó)博物學(xué)家約翰雷(John Ray)在《植物新方法》中第一次提出有的植物有2片子葉，而有的植物只有1片子葉，這對(duì)認(rèn)知植物分類(lèi)學(xué)有著重要的科學(xué)意義。隨著植物分類(lèi)學(xué)的不斷發(fā)展，植物學(xué)家根據(jù)成熟胚中子葉的數(shù)目對(duì)被子植物進(jìn)行分類(lèi)，成熟胚只有1片子葉的稱(chēng)為單子葉植物(Monocotyledon)，如水稻(Oryzasativa)、小麥(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)、洋蔥(Alliumcepa)等。有2片子葉的稱(chēng)為雙子葉植物 (Dicotyledon)，如豆類(lèi)、瓜類(lèi)、棉花(Gossypiumspp.)、油菜(Brassicanapus)、蓖麻(Ricinuscommunis)等(圖1)[13-14]。

1.2 出土型子葉與留土型子葉

不同植物的種子在萌發(fā)過(guò)程中，由于胚軸的生長(zhǎng)速度不同，幼苗形態(tài)也存在一定差異。在種胚中，胚軸是連接胚芽與胚根的營(yíng)養(yǎng)器官，同時(shí)也與子葉相連。由子葉著生點(diǎn)到第一片真葉之間的胚軸為上胚軸；由子葉著生點(diǎn)到胚根的一段為下胚軸。依據(jù)上、下胚軸在種子萌發(fā)時(shí)生長(zhǎng)速度的不同，可以將植物子葉分為出土型子葉與留土型子葉。如蓖麻種子在萌發(fā)時(shí)，胚根首先突破種皮，伸入土中，形成主根，然后下胚軸加速伸長(zhǎng)，將子葉和胚芽一同頂出土面，因此蓖麻的子葉為出土型子葉，大豆(Glycinemax)、棉花、油菜和各種瓜類(lèi)的子葉均屬于此類(lèi)型子葉。而在蠶豆(Viciafaba)種子萌發(fā)時(shí)，胚根先突破種皮，向下生長(zhǎng)成為主根。由于上胚軸的伸長(zhǎng)，胚芽不久就被頂出土面，而下胚軸的伸長(zhǎng)并不明顯，子葉始終埋在土中。因此，蠶豆的子葉為留土型子葉，蕓豆(Phaseolusvulgaris)、荔枝(Litchichinensis)、柑橘(Citrusreticulata)、小麥、玉米等的子葉都屬于留土型子葉(圖1)。

圖1 小麥籽?？v切圖、蓖麻種子結(jié)構(gòu)、蓖麻的出土型子葉、蠶豆的留土型子葉Fig. 1 Longitudinal section of a wheat grain, castor seed structure, the cotyledons of castor that epigaeous seedling, and the cotyledons of broad bean that hypogaeous seedling

2 子葉功能

2.1 營(yíng)養(yǎng)貯藏

一般來(lái)說(shuō)，胚乳是種子集中貯藏營(yíng)養(yǎng)的地方，但也有一些植物種子不具胚乳，這類(lèi)種子在生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)，胚乳的養(yǎng)料通常被胚吸收，并轉(zhuǎn)入子葉中貯藏，所以成熟的種子里胚乳消失，或僅存一層干燥的薄層，不起貯藏營(yíng)養(yǎng)的作用。對(duì)于此種類(lèi)型的植物種子，子葉起到了貯藏營(yíng)養(yǎng)的功能。大豆、落花生(Arachishypogaea)、蠶豆、棉、油菜、瓜類(lèi)等的子葉，都具有營(yíng)養(yǎng)貯藏的功能。而不同類(lèi)型植物子葉中所貯藏的養(yǎng)分種類(lèi)也有較大差異，在油菜、黃瓜(Cucumissativus)子葉中主要以油脂為貯藏物質(zhì)，并以三酰甘油的形式存儲(chǔ)于脂體中[15-16]。當(dāng)種子萌發(fā)后，三酰甘油經(jīng)脂肪酶催化釋放脂肪酸，通過(guò)脂肪酸代謝為種子萌發(fā)和幼苗早期生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量[17-18]。而大豆子葉內(nèi)含蛋白質(zhì)較多，主要以沉降系數(shù)為7S、11S貯藏蛋白為主[19]。種子萌發(fā)后，貯藏蛋白經(jīng)蛋白酶催化降解為氨基酸，隨后通過(guò)氨基酸代謝，一方面為種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)提供內(nèi)源性的氮源及碳骨架，另一方面通過(guò)氨基酸代謝的中間產(chǎn)物α-酮戊二酸參與三羧酸循環(huán)，為種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)提供能量[20]。

2.2 光合作用

種子萌發(fā)后，子葉出土型的植物(如大豆)，一般子葉比較肥厚，其貯藏的營(yíng)養(yǎng)消耗殆盡后，就干癟脫落。而棉花等植物種子子葉較薄，出土后立即展開(kāi)變綠，開(kāi)始進(jìn)行光合作用，待真葉展開(kāi)后，子葉枯萎脫落。此外，蓖麻等植物子葉出土后，能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行光合作用，即使真葉展開(kāi)后一段時(shí)間也并不脫落。這種具有光合能力的子葉在真葉成為主要光合貢獻(xiàn)者之前，能夠?yàn)橛酌绲纳L(zhǎng)提供大量的光合同化物。前人已有較多研究報(bào)道了子葉光合作用對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響，如對(duì)白菜(Brassicapekinensis)子葉遮光的研究中發(fā)現(xiàn)，子葉遮蔽后幼苗株高及生物量與對(duì)照組相比分別下降了31.1%和24.9%[21]。而Hou等[22]在甜瓜(Cucumismelo)子葉生長(zhǎng)對(duì)幼苗光合作用貢獻(xiàn)的研究結(jié)果中表明，甜瓜子葉的光合貢獻(xiàn)率隨苗齡的增加而降低，在子葉展平期為100%，進(jìn)入伸蔓期后僅為5%。對(duì)黃瓜幼苗的研究中發(fā)現(xiàn)，黃瓜幼苗子葉僅用50%的光合面積提供了近80%的CO2同化量。因此，在植物幼苗發(fā)育初期，子葉為幼苗的生長(zhǎng)提供了大量的光合同化物，促進(jìn)了幼苗的發(fā)育[23]。

2.3 脅迫防御

幼苗在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，會(huì)受到干旱、鹽堿、溫度、蟲(chóng)害等諸多生物與非生物脅迫的影響。而作為植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最早出現(xiàn)的葉器官，子葉在抵御脅迫時(shí)也起到了重要作用。在長(zhǎng)期進(jìn)化的過(guò)程中，子葉形成了一系列的防御機(jī)制，以適應(yīng)和抵御不同類(lèi)型的脅迫。如在蘿卜(Raphanussativus)子葉受害蟲(chóng)啃食的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)子葉受到害蟲(chóng)啃食后，產(chǎn)生了形態(tài)上的防御，其受損子葉上下表皮顆粒明顯增多，且上表皮毛明顯增多，同時(shí)表皮毛上也存在顆粒狀復(fù)合體[6,24]。在對(duì)水稻子葉受白葉枯菌感染的研究中發(fā)現(xiàn)，感染后的水稻子葉中與抗病途徑相關(guān)OsPR1B基因表達(dá)量顯著上調(diào)，從而激活表達(dá)下游相應(yīng)的病程相關(guān)基因表達(dá)，進(jìn)而對(duì)抗病相關(guān)的信號(hào)途徑產(chǎn)生影響，使水稻對(duì)白葉枯菌產(chǎn)生防御能力[25-26]。此外，子葉在非生物脅迫下同樣能夠?qū)τ酌缙鸬奖Ｗo(hù)作用。如對(duì)鉛脅迫下海欖雌(Avicenniamarina)子葉生理功能研究中發(fā)現(xiàn)，鉛脅迫下海欖雌子葉內(nèi)可溶性糖含量顯著下降，而在幼苗根和葉中可溶性糖含量顯著增加，說(shuō)明子葉在鉛脅迫下為根、葉提供了營(yíng)養(yǎng)，補(bǔ)償了由于鉛脅迫所造成的幼苗養(yǎng)分虧缺，從而在一定程度上增強(qiáng)了幼苗抵御鉛脅迫的能力[27]。而在對(duì)鹽脅迫下囊果堿蓬(Suaedaphysophora)的研究中發(fā)現(xiàn)，與真葉相比，子葉中Na+離子含量較高，且有著較高的Na+/K+，說(shuō)明子葉起到了一定富集Na+的作用，從而降低了堿蓬幼苗其他部位Na+含量，緩解了鹽脅迫對(duì)幼苗的損傷[28]。

總之，子葉在植物生長(zhǎng)中的功能主要就是以上3種(表1)。

3 幼苗發(fā)育初期子葉相關(guān)重要生理過(guò)程

3.1 貯藏物質(zhì)動(dòng)員

3.1.1蛋白質(zhì)動(dòng)員 種子貯藏蛋白在種子成熟期合成，這類(lèi)蛋白沒(méi)有酶催化活性，主要為幼苗的生長(zhǎng)提供所需的氮源和碳源。在豆科植物刺毛黧豆(Mucunapruriens)子葉超微結(jié)構(gòu)及生理研究中發(fā)現(xiàn)，子葉中貯藏蛋白的動(dòng)員早在種子萌發(fā)結(jié)束前就已開(kāi)始，且動(dòng)員時(shí)間主要集中在種子吸脹后48～72 h，晚于胚軸中蛋白質(zhì)動(dòng)員[29]。在豌豆(Pisumsativum)的研究中也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果[30]。貯藏蛋白的降解主要通過(guò)種子成熟時(shí)合成及在種子萌發(fā)后蛋白質(zhì)體中新合成的蛋白酶催化[31]，而蛋白質(zhì)動(dòng)員過(guò)程中蛋白酶活性的調(diào)節(jié)對(duì)于幼苗的發(fā)育有著極為重要的意義，通過(guò)蛋白酶活性的調(diào)節(jié)使貯藏蛋白從積累轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)員過(guò)程，從而為種子的萌發(fā)及幼苗的發(fā)育提供養(yǎng)分[32](表2)。蛋白酶催化的蛋白質(zhì)動(dòng)員過(guò)程主要在處于適宜酸性pH的蛋白質(zhì)貯藏泡(PSVs)中進(jìn)行[33]。He和Tan-Wisson[34]運(yùn)用免疫電鏡及激光共聚焦掃描電鏡觀察了大豆子葉PSVs中貯藏蛋白的水解過(guò)程，提出貯藏蛋白動(dòng)員過(guò)程主要受PSVs酸化程度的調(diào)控。而對(duì)南瓜(Cucurbitapepo)幼苗子葉PSVs的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，PSVs維持較為適宜的酸性pH主要依靠?jī)煞N膜結(jié)合質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H+-ATPases與H+-PPases實(shí)現(xiàn)[35]。Wilson等[36]對(duì)大豆子葉蛋白質(zhì)動(dòng)員過(guò)程的研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)萌發(fā)后3和6 d的子葉進(jìn)行H+-PPases抑制劑亞氨二磷酸鹽(IDP)處理后，蛋白質(zhì)動(dòng)員過(guò)程差異較大，萌發(fā)后6 d子葉的IDP抑制處理蛋白質(zhì)動(dòng)員效率顯著低于萌發(fā)后3 d的IDP抑制處理，說(shuō)明在幼苗發(fā)育初期主要由H+-ATPases調(diào)節(jié)PSVs中的pH，進(jìn)而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)動(dòng)員過(guò)程，而在幼苗發(fā)育中后期則主要由H+-PPases調(diào)節(jié)。

表1 子葉在植物生長(zhǎng)過(guò)程中的功能Table 1 Function of cotyledons in plant growth processes

表2 幼苗發(fā)育初期子葉蛋白質(zhì)動(dòng)員Table 2 Cotyledon protein mobilization at the early stage of seedling development

3.1.2脂肪酸動(dòng)員 油脂是油料作物種子的主要貯藏物質(zhì)，主要存儲(chǔ)在子葉等貯藏組織細(xì)胞的特定細(xì)胞器——油體(Lipid bodies)中[37]。在向日葵(Helianthusannuus)等油料作物種子中，脂肪酸以亞油酸[LA，(9Z,12Z)-octadeca-9,12-dienoic acid]的形式，經(jīng)酯化作用存儲(chǔ)于甘油三脂(TAGs，triacylglycerols)中[38]。油脂的動(dòng)員主要在子葉中分步進(jìn)行，首先油體中的TAGs被脂酶水解為L(zhǎng)A和甘油。甘油進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，磷酸化為二醛丙酮磷酸，經(jīng)糖酵解過(guò)程轉(zhuǎn)化為丙酮酸，然后經(jīng)三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle，TCA)氧化為CO2和H2O。二羥丙酮磷酸也可以在醛縮酶的催化下生成己糖。LA降解則在乙醛酸循環(huán)體中進(jìn)行，Behrends等[39]、程紅焱和宋松泉[40]運(yùn)用同位素標(biāo)記技術(shù)研究脂肪酸在黃瓜幼苗子葉中的代謝過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在子葉中脂肪酸降解主要通過(guò)β氧化途徑降解為乙酰輔酶A，隨后乙酰輔酶A在異檸檬酸裂解酶的作用下通過(guò)乙醛酸循環(huán)生成丙酮酸，進(jìn)而參與糖異生過(guò)程，生成大量糖類(lèi)，并轉(zhuǎn)運(yùn)到胚軸，以供幼苗生長(zhǎng)之需。在擬南芥(Arabidopsisthaliana)幼苗生長(zhǎng)初期，子葉中β氧化在脂肪酸轉(zhuǎn)化為糖的過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用[41]。

子葉中脂肪酸代謝過(guò)程除β氧化途徑外，還存在脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)催化的脂肪酸氧化途徑[42]。對(duì)子葉脂肪酸代謝的研究發(fā)現(xiàn)，向日葵與黃瓜幼苗子葉中均存在脂氧合酶催化的脂肪酸氧化途徑，并認(rèn)為該途徑主要功能是參與含氧脂肪酸衍生物的降解[43]。脂氧合酶是一種含非血紅素鐵的加氧酶，其在生物體內(nèi)的主要功能是專(zhuān)一催化具有順-1, 4-戊二烯結(jié)構(gòu)的多元不飽和脂肪酸的加氧反應(yīng)，由脂氧合酶催化的脂肪酸氧化途徑被稱(chēng)為L(zhǎng)OX途徑。該途徑是指在有氧條件下多元不飽和脂肪酸被脂加氧酶催化生成氫過(guò)氧化脂肪酸，經(jīng)一系列分支酶作用，生成具有一定生理功能的化合物的過(guò)程。在高等植物體內(nèi)LOX途徑以18C脂肪酸(亞油酸、亞麻酸等)為初始底物，因此LOX途徑又稱(chēng)十八碳途徑[44]。根據(jù)18C脂肪酸氧化位置的不同，高等植物L(fēng)OX分為2類(lèi)，即9-LOX和13-LOX，它們氧化18C脂肪酸分別產(chǎn)生9-(9-HPOD)和13-過(guò)氧化氫衍生物(13-HPOD)。Weichert等[45]通過(guò)高效液相色譜(HPLC)對(duì)黃瓜幼苗子葉LA脂氧合酶途徑代謝產(chǎn)物進(jìn)行了分析，并對(duì)關(guān)鍵酶進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)子葉中LOX主要為13-LOX，能夠催化LA生成13-HPOD，并在乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH)、異構(gòu)酶(isomerase，ISO)等相應(yīng)酶的催化下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為各種烯醛和烯醇類(lèi)化合物，為各種次生代謝產(chǎn)物提供合成前體，從而調(diào)節(jié)幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育(圖2)。

圖2 子葉中脂氧合酶催化的脂肪酸氧化途徑Fig. 2 Fatty acid oxidation pathway catalyzed by lipoxygenase in cotyledon

9-LOX為9-脂氧合酶；13-LOX為13-脂氧合酶；9-HPL為9-過(guò)氧化物裂解酶；13-HPL為13-過(guò)氧化物裂解酶；ISO為乙醇脫氫酶；ADH為異構(gòu)酶。

9-LOX, 9-Lipoxygenase; 13-LOX, 13-Lipoxygenase; 9-HPL, 9-Hydroperoxide Lyase; 13-HPL, 13-Hydroperoxide lyase; ISO, alcohol dehydrogenase; ADH, isomerase.

3.2 調(diào)控胚根發(fā)育

光形態(tài)建成是植物依賴(lài)光來(lái)控制細(xì)胞的分化、結(jié)構(gòu)和功能的改變，最終匯集成組織和器官的建成，即以光控制植物發(fā)育的過(guò)程[46]。光形態(tài)建立后，胚根伸長(zhǎng)，并開(kāi)始吸收土壤中的水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)[5,47]。而子葉在幼苗光形態(tài)建立過(guò)程中對(duì)胚根的伸長(zhǎng)起到了重要的調(diào)節(jié)作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)種子貯藏營(yíng)養(yǎng)的合理利用。對(duì)擬南芥子葉影響胚根生長(zhǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，子葉光合產(chǎn)物蔗糖是調(diào)節(jié)胚根伸長(zhǎng)的長(zhǎng)距離信號(hào)的關(guān)鍵。當(dāng)種子萌發(fā)處于黑暗中，種子中貯藏的有限養(yǎng)分主要供胚軸伸長(zhǎng)，而胚根伸長(zhǎng)幾乎停滯，當(dāng)胚軸不斷伸長(zhǎng)，直至將子葉頂出土面后，子葉展開(kāi)，隱花色素、光敏色素等光信號(hào)受體感知光信號(hào)后，通過(guò)自身構(gòu)象變化與下游信號(hào)分子相互作用；光敏色素相互作用因子(phytochrome-interacting factors,PIFs)是一類(lèi)能夠與光敏色素相互作用的轉(zhuǎn)錄因子家族，其中PIF3對(duì)葉綠素合成調(diào)節(jié)酶基因HEMA1、GUN5以及光合系統(tǒng)PSI中LHCA1、PsaE1基因的表達(dá)起負(fù)調(diào)控作用[48]；PIF1則能夠與原葉綠素酸酯氧化還原酶POR的啟動(dòng)子相互作用，控制葉綠素的合成[49]。當(dāng)光敏色素感受光信號(hào)后與PIFs相互作用并轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，啟動(dòng)自身磷酸化進(jìn)而啟動(dòng)子葉光合作用相關(guān)基因的表達(dá)[50]。當(dāng)子葉光合作用啟動(dòng)后，通過(guò)向胚根輸送大量的光合作用產(chǎn)物蔗糖，促進(jìn)胚根的伸長(zhǎng)，使胚根能夠從土壤中獲取幼苗生長(zhǎng)所需的水分及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。

3.3 子葉綠化

子葉綠化標(biāo)志幼苗具備了通過(guò)自身光合作用為植物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)的能力，其對(duì)幼苗根系的生長(zhǎng)以及真葉的形成與發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，因此子葉綠化是幼苗發(fā)育初期的一個(gè)重要生理過(guò)程(圖3、表3)[51]。子葉的綠化過(guò)程包括子葉出土前在無(wú)光條件下的葉綠素前體原葉綠素酸酯(Pchlide)的合成與積累，以及出土后在有光條件下積累Pchlide的還原[52-53]。其中Pchlide的合成與積累過(guò)程是一個(gè)多步酶促反應(yīng)，由底物谷氨酸開(kāi)始，生成5-氨基酮戊酸(5-ALA)后，2分子5-ALA合成含吡咯環(huán)的膽色素原(PBG)，4個(gè)PBG分子聚合成原卟啉Ⅸ，隨后與鎂原子結(jié)合，形成鎂-原卟啉IX經(jīng)酶催化形成原葉綠素酸酯。Pchlide的還原過(guò)程則主要由原葉綠素酸酯氧化還原酶催化，在光照條件下生成葉綠素酯a。隨后，葉綠素酯a在不同酶催化作用下生成葉綠素 a等光合色素，使子葉葉綠體具備了捕光能力，開(kāi)始進(jìn)行光合作用，為幼苗初期的生長(zhǎng)發(fā)育提供光合同化物。

Pchlide在光照條件下易產(chǎn)生活性氧(ROS)，能夠?qū)?xì)胞膜產(chǎn)生嚴(yán)重的光氧化損傷。因此，合理地調(diào)節(jié)Pchlide在子葉中的含量對(duì)于子葉綠化過(guò)程的順利進(jìn)行，以及幼苗的正常發(fā)育均具有較為重要的意義。Glu-tRNA還原酶是5-ALA合成的限速酶，通過(guò)對(duì)其酶活性的調(diào)節(jié)能夠從源頭控制Pchlid在子葉中的含量。Flu蛋白是一個(gè)分子量27 kD、定位于質(zhì)體的膜蛋白，由apel等在過(guò)量積累原葉綠素酸酯的擬南芥Flu缺陷型中被鑒定[54]。Flu蛋白能夠與Glu-tRNA還原酶C端的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合，從而抑制Glu-tRNA還原酶活性[55]。對(duì)油菜子葉5-ALA調(diào)控的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Pchlide過(guò)量時(shí)通過(guò)Flu蛋白參與Glu-tRNA還原酶活性的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。在黑暗中生長(zhǎng)的Flu缺陷型植株中，由于Glu-tRNA還原酶活性缺乏Flu蛋白的抑制，原葉綠素酸酯大量積累[56]。在對(duì)挪威云杉(Piceaabies)子葉的研究中也有相似的結(jié)果，暗處理下Flu蛋白積累量顯著高于光照處理，Glu-tRNA還原酶活性明顯降低，從而降低了5-ALA和合成速率，限制了Pchlide在子葉中的積累[57]。除子葉中Flu蛋白對(duì)Pchlide含量的調(diào)控外，植物激素乙烯在子葉Pchlide含量調(diào)節(jié)中也發(fā)揮了較為重要的作用。Zhong等[58]通過(guò)啟動(dòng)子融合GUS的方法，分析了擬南芥子葉中植物激素乙烯對(duì)原葉綠素酸酯氧化還原酶(POR)基因表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)通過(guò)AgNO3處理阻斷乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)后，子葉中POR基因未表達(dá)，該結(jié)果證實(shí)了乙烯能夠調(diào)節(jié)POR基因的表達(dá)，進(jìn)而影響了Pchlid在子葉中的含量。而在進(jìn)一步的研究中，通過(guò)對(duì)擬南芥Flu缺陷型子葉進(jìn)行乙烯處理，顯著降低了子葉中Pchlide的含量，且ROS也有較大幅度的下降，說(shuō)明子葉中存在一種由乙烯調(diào)控、不依賴(lài)Flu蛋白的Pchlide調(diào)節(jié)方式[58]。

Glu為谷氨酸; ATP為三磷酸腺苷；NADPH為還原型輔酶Ⅱ；GSA為L(zhǎng)-谷氨酸-1-半醛; 5-ALA為5-氨基酮戊酸; PBG為膽色素原; HMB為羥甲基后膽色素原; UROⅢ為尿卟啉原Ⅲ; CoprogenⅢ為糞卟啉原Ⅲ; Protoporphyrinogen Ⅸ為原卟啉原Ⅸ; ProtoⅨ為原卟啉Ⅸ; Mg-ProtoⅨ為鎂-原卟啉Ⅸ; Mg-PmtoⅨ-Me為鎂-原卟啉Ⅸ單甲酯; Dv-Pchlide為二乙烯原葉綠素酸脂; Pchlide為原葉綠素酸脂; Chlide a為葉綠素酸脂a; Chl a為 葉綠素a; Chlide b為葉綠素酸脂b; Chl b為葉綠素b; Heme為亞鐵血紅素;Flu為熒光蛋白；PHY為光敏色素。

Glu, glutamyl; ATP, Adenosine triphosphate; NADPH, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate; GSA, L-glutamic acid 1-semialdehyde; 5-ALA, 5-Aminolevulinic acid; PBG, Porphobilinogen; HMB, Hydroxymethylbilane; UROⅢ, Uroporphyrinogen Ⅲ; Coprogen Ⅲ, Coproporphyrinogen Ⅲ; Proto Ⅸ, Protoporphyrin Ⅸ; Mg-Proto Ⅸ, Mg-protoporphyrin Ⅸ; Mg-Pmto Ⅸ-Me, Mg-protoporphyrin Ⅸ monomethyl ester; Dv-Pchlide, Divinyl protochlorophyllide; Pchlide, Protochlorophyllide; Chlide a, Chlorophyllide a; Chl a, Chlorophyll a; Chlide b, Chlorophyllide b; Chl b, Chlorophyll b; Heme, ferroheme; Flu, Fluorescent protein; PHY, Phytochrome.

表3 子葉綠化過(guò)程中的催化酶Table 3 Catalytic enzymes in the process of cotyledon greening

4 展望

子葉在高等植物發(fā)育過(guò)程中參與了諸多重要的生理過(guò)程，不但能夠?yàn)橛酌绲陌l(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)及能量，還能夠?qū)τ酌绲陌l(fā)育過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，且在幼苗響應(yīng)生物與非生物脅迫過(guò)程中也起到了關(guān)鍵作用。綜合分析發(fā)現(xiàn)，雖然關(guān)于子葉生理功能的研究已見(jiàn)大量報(bào)道，但研究大多集中于宏觀水平，諸多機(jī)制還不明確，且缺乏對(duì)分子機(jī)理的深入理解，今后的研究需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步深入：

1)利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)子葉綠化過(guò)程中基因表達(dá)水平的變化，同時(shí)要充分考慮不同植物的種類(lèi)、相關(guān)基因的亞細(xì)胞定位以及外界條件變化，以便更確切地分析子葉綠化過(guò)程的影響機(jī)制及其調(diào)控特點(diǎn)。

2)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)與蛋白組學(xué)技術(shù)手段，在基因和蛋白層次解析子葉響應(yīng)生物與非生物脅迫過(guò)程中的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒別子葉響應(yīng)脅迫的相關(guān)調(diào)控基因與參與防御作用的功能蛋白質(zhì)，從而更加系統(tǒng)地解析子葉在抵御生物與非生物脅迫過(guò)程中的途徑與機(jī)理。

3)利用代謝組學(xué)高通量檢測(cè)的技術(shù)特點(diǎn)并結(jié)合生物信息學(xué)的方法，分析油料作物子葉中脂肪酸的代謝過(guò)程，分析其代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、限速步驟，從而更加全面、系統(tǒng)地理解子葉在貯藏物質(zhì)動(dòng)員過(guò)程中的重要作用。