种子的活力不高以及作物的早衰是导致作物产量下降以及植物资源丧失的主要因素。磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)，它是以磷脂酰肌醇为底物，催化产生磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI3P)。虽然在生理条件下，细胞内的PI3P含量很低，但随着外界环境的变化，其含量会迅速上升。PI3K及其催化产物PI3P在植物的生理以及胁迫应答中发挥着重要的功能，如对ROS，微丝骨架以及自噬的调控等。虽然如此，但PI3K在种子活力以及作物早衰中的功能仍未被揭示。在本文中，我们揭示了磷脂酰肌醇-3-激酶在种子萌发以及衰老调控过程中的重要功能。其机制的解明，有助于了解种子活力以及衰老的调控机制，为优良育种以及遗传改造提供理论基础。　　本论文的研究工作主要包括:　　第一:基于PI3K对于种子胚中NADPH氧化酶调控的研究。首先，我们在种子萌发过程中，发现PI3K活性的抑制显著降低了种子的萌发率。进一步的研究发现PI3K抑制剂的添加减少了种子胚中ROS的生成。且我们发现NADPH氧化酶是种子胚中ROS的主要来源。RT-PCR的结果显示PI3K抑制剂的添加显著的抑制了NADPH氧化酶的rboh4和rboh9的基因表达。而对NADPH氧化酶的活性分析发现，PI3K抑制剂的添加显著的降低了种子胚中NADPH氧化酶的活性。此外，western blot的结果显示PI3K活性的下调降低了胞质因子Rac1向质膜的转运。而前人的研究显示Rac1蛋白与NADPH氧化酶亚基的绑定有助于其活性的提高。鉴于此，我们提出在种子胚的萌发过程中，PI3K一方面可能通过促进NADPH氧化酶基因的表达，另一方面通过调控Rac1向质膜的转运来提高了种子胚中NADPH氧化酶的活性，从而促进了种子胚中ROS的生成以及种子的萌发。　　第二:基于衰老叶片中PI3K对V型质子泵活性调控的研究。首先，在MeJA诱导衰老的叶片中，我们发现气孔的开度逐渐增大，而气孔开度的增大可能导致细胞失水率的增加，并加速了衰老的进程。其次，我们发现MeJA诱导衰老过程中气孔的开度和液泡的酸性存在着密切的关联，液泡酸性的抑制显著的提高了气孔的开放。V型质子泵作为影响液泡酸性的主要调控因子，在此作为我们的研究对象。V型质子泵抑制剂的处理显著的降低了液泡的酸化，促进了气孔的开放并加速了衰老的进程。进一步对MeJA诱导衰老条件下V型质子泵亚基基因表达以及酶活的分析显示，V型质子泵亚基的基因表达明显上调而活性也明显上升。在动物细胞中，PI3K参与了糖诱导V型质子泵的活化，在本文中，我们也发现PI3K抑制剂的添加，显著的降低了糖诱导下离体拟南芥叶片中V型质子泵的活性。此外，在MeJA诱导衰老条件，PI3K活性的下调也显著的降低了V型质子泵的活性。先前的研究发现PI3K能够和V型质子泵的某些亚基在特定环境刺激下发生相互作用。在本研究中，酵母双杂交以及双分子荧光互补(BiFC)的实验显示PI3K能够和V型质子泵的B2亚基在植物体内以及体外发生相互作用。洋葱表皮的BiFC实验显示PI3K能和V型质子泵的B2亚基在液泡膜上共定位。至此，我们推测PI3K和V型质子泵B亚基的结合可能一方面促进了B亚基向液泡膜的转运，另一方面可能直接提高了V型质子泵的组装效率，从而加速了V型质子泵的活化。对于V型质子泵的下游效应分析显示，PI3K活性的下调也显著的降低了MeJA诱导衰老条件下液泡的酸化以及气孔的关闭，并最终表现为抗衰老的效应。基于以上的实验结果，我们推测在MeJA诱导衰老过程中，糖信号的积累可能启动了植物细胞抗衰老的效应，PI3K的活化促进了与V型质子泵B亚基的结合，提高了V型质子泵的活性，加速了细胞内液泡的酸化，促进了气孔的关闭，减少了胞内水分的流失，从而达到延缓衰老的目的。　　本研究工作在分子以及细胞水平上阐述了重要的信号分子——磷脂酰肌醇-3-激酶在种子活力以及作物早衰过程中的重要功能，并进一步研究了PI3K和NADPH氧化酶以及V型质子泵在种子活力以及衰老过程中的作用机制。这些工作有助于揭示种子活力以及作物早衰的调控机理，为提高农作物的产量以及质量提供了一定的理论和实验基础。