东北牛防风(Heracleum moellendorffii Hance),又名老山芹,作为一种重要的非木材林产品,其富有特殊营养价值及药物作用,在我国北方地区森林资源开发利用中起到非常重要的作用。为了使山野菜的繁育工作开展的更有效率,驯化栽培的研究必不可少。目前,对东北牛防风种子休眠、种胚后熟、生理后熟仅有一些相关生理生化活动的探讨。东北牛防风种子成熟时,种子的种胚发育不完全,因此后熟现象对其大规模栽培具有直接制约作用。有关东北牛防风的活体植株中种胚发育的研究报道较少,如果在活体植株中可以解决种胚发育最大化的问题,从而进一步解除种子休眠问题,那么对于此作物的人工栽培可提供更为便捷的工作指导。本研究旨在对野生东北牛防风活体植株中种胚发育的各阶段进行观察及分析。利用石蜡切片进行显微学观测,确定种胚停止发育的阶段及停留时间,同时对基础代谢及生理活动进行分析,以期达到在活体植株种子成熟时,可以获得种胚能够接近完熟的理想状态。为野生种子后熟过程节约时间成本,提高萌发率,对于人工栽培生产实践做出理论依据,也将为东北牛防风的良种繁育与推广提供重要科技支撑。此外,随着分子生物学研究的不断发展,前人基于模式植物例如拟南芥(Arabidopsis thaliana)数据的分析及比对相关问题有了较为系统的研究,因此我们首次尝试通过高通量测序技术获得不同发育时期东北牛防风种子的基因信息,利用新一代基因测序表达谱分析方法,对发育过程中种胚的差异表达基因进行筛选分析,了解东北牛防风种胚内基因表达量的变化,进而明确影响东北牛防风种胚后熟的关键作用因子,从分子生物学角度为其发育机制提供理论依据。以东北牛防风活体植株调控及种胚发育机制作为研究重点,将层积处理中东北牛防风种胚发育作为辅助研究,结合石蜡切片的显微学观测,对比探讨其种胚发育的全过程,从多个角度揭示种胚发育的生长,最终解决休眠问题,并结合植物生长适宜环境条件,旨在为野生东北牛防风的人工栽培、可持续开发利用提供理论基础。通过研究得到以下结论:(1)受野生资源自身的生物学特征影响,东北牛防风种胚在种子成熟时仍存在发育不完全的现象,自然脱落时的种胚部分停滞于心形胚时期,部分停滞于鱼雷型胚时期,属于分化不一致的现象。(2)对东北牛防风采用磷酸二铵(4.07-8.14kg/667m~2)与硫酸钾(12.00-18.00 kg/667m~2)复合施用有利于其叶片中皂苷、香豆素、黄酮成分的积累。复合施用磷酸二铵8.14 kg/667m~2和硫酸钾12kg/667m~2处理下株高、茎粗、开展度可达到最大值,同时可以使东北牛防风产量显著提升。(3)利用RNA-seq在种胚发育不同程度样品中确定了差异表达基因。聚类分析显示了不同样本中差异基因的表达情况,尤其是经过疏花处理的导致基因表达发生大量变化差。同时确定12个关键基因,包括CYP,MYB,APX1,GRX,HSP,LEGA,LEGB,RFC1,HOX,PAP,MPA,FATB。(4)东北牛防风中上调节蛋白主要与营养储存活动有关,包括种子贮藏蛋白;疏花处理引起了氧化还原酶活性的变化。因此,疏花处理促进脂肪酸的降解,根据上调表达的差异基因可分析出主要与脂肪酸降解的通路相关,其中ACSL,ACOX1,ECHS1,HADH在疏花处理后均上调表达。(5)变温层积可有效促进种胚形态后熟,缩短种子休眠的时间,有利解除休眠。在变温层积处理下的子叶胚发生率高达87.25%,胚率也为组间最大值;变温层积可有效提高野生东北牛防风种子发芽率,在层积过程内显著高于低温层积处理,最高发芽率为43%。