十一、植物的休眠、成熟和衰老生理分析

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图10-12 稻颖果中不同种类 蛋白质在种子发育过程中的 含量变化
(3)脂类的合成与积累
原料:磷酸甘油和脂酰CoA
油料种子: 先积累可溶性糖和淀粉 碳水化合物→脂肪 饱和脂肪酸→不饱和脂肪酸
图10-13 油菜种子在成熟过程 中干物质积累
1.可溶性糖;2.淀粉;3.千粒 重; 4.含氮物质; 5.粗脂肪
(2)清水漂洗
西瓜、甜瓜、番茄、辣椒和茄子等种子外壳含有萌发抑 制物,播种前将种子浸泡在水中,反复漂洗,流水更佳,让 抑制物渗透出来,能够提高发芽率。
(3)层积处理 一些木本植物的种子要求低温、湿润的条件来解除休眠。 用层积处理(将种子埋在湿沙中置于1~10℃温度中,经1~3个 月的低温处理就能有效地解除休眠)。在层积处理期间种子中的 抑制物质含量下降,而GA和CTK的含量增加。 (4)温水处理 棉花、小麦、黄瓜等经日晒和用35~40℃温水处理,可促 进萌发。油松、沙棘种子用 70℃水浸种 24h,可增加透性,促 进萌发。 (5)化学处理 棉花、皂荚、合欢、漆树、国槐等种子均可用浓硫酸处理 (2min~2 h后立即用水漂清)来增加种皮透性。
(2)有机酸减少
果实的酸味出于有机酸的积累。有机酸的产生可 来自碳代谢、三羧酸循环、氨基酸脱氨等代谢途径, 贮存的主要部位是液泡。 有机酸减少的原因主要有:合成被抑制;部分酸 转变成糖;部分被用于呼吸消耗;部分与 K+ 、 Ca2+ 等阳离子结合生成盐。
(3)果实软化
主要原因是细胞壁物质的降解。变化最显著的是果胶物
从合子的不均等分裂开始的植物胚胎发育过程是一个有序 的基因表达过程,在胚胎发育的特定阶段和特定部位,特 定的基因在细胞核内有选择地转录,使特异的 mRNA 水平 发生改变,从而合成特异的蛋白质或酶,最终导致胚成熟 和种子的形成。 胚发育相关基因的表达:目前,已从拟南芥中鉴定和分离 出一些调控胚发育的基因LEC2、FACKE、GNOM等。 胚乳发育相关基因的表达:基因主要有FIS和BETL基因。 LEA基因
2.种子发育过程中物质的变化
种子中的贮藏物质主要有淀粉、蛋白质、脂类 和矿质等,它们分别贮藏在不同组织的细胞器中。
表12-4 种子中贮藏物质的种类和场所
贮藏物质名称 淀粉(直链淀粉、支链淀粉) 蛋白质(谷蛋白、球蛋白等) 脂类(主要为甘油三脂) 主要贮藏组织 胚乳或子叶 子叶、盾片 子叶、盾片、糊粉层 细胞器或颗粒名称 淀粉体 蛋白体 圆球体
种子发育过程中含水量和呼吸速率的变化特点
发肓初期贮藏组织 含水量高,呼吸作用旺 盛。随着有机物质合成 与积累,组织含水量降 低,呼吸速率下降。
图12-10 水稻种子发育过程中含水量和呼吸 速率的变化
A.生长曲线 B.呼吸速率变化曲线 C.含水量变化曲 线 D.过氧化氢酶活性变化曲线
4.影响种子成熟的外界因素
2008考研题
未完成后熟的种子在低温层积过程中, ABA 和 GA含量的变化为:( )
• A.ABA升高,GA降低; • B. ABA降低,GA升高;
• C. ABA和GA均降低;
• D. ABA和GA均升高;
(6)生长调节剂处理
GA效果最为显著。
(7)光照处理
藜、莴苣、云杉、水浮莲、芹菜和烟草的某些品 种,种子吸胀后照光也可解除休眠。
4.光照
温、氧条件满足了就能够萌发,多数农作物的种子, 如水稻、小麦、大豆、棉花等。中光种子的特性与 人类长期选择有关。 则不能发芽或发芽不好,如莴苣、紫苏、胡萝卜、 桦木以及多种杂草种子。 在黑暗中反而发芽更好,如葱、韭菜、苋菜、番茄、 茄子、南瓜等。
中光种子 萌发不受有无光照的影响,只要水、
需光种子 在有光条件下萌发良好,在黑暗中
油菜
48
蚕豆
157
在一定温度范围内,温度高时,吸水快,萌发也快。 早春早稻浸种要3~4d,夏天,晚稻浸种1d就吸足水分。
2.温度
种子萌发有温度三基点。
虽然在最适温时萌发最快,但由于消耗较多,幼苗长得瘦 弱。一般适宜播种期以土温稍高于最低温为宜。 表10-2 几种农作物种子萌发的温度范围
作物种类 大、小麦类 玉米、高梁 水稻 最低温度(℃) 3 ~5 8~10 10~12 最适温度(℃) 20~28 32~35 30~37 最高温度(℃) 30~40 40~45 40~42
验结果。(实验题10分)
2010年考研题
• 在萌发的初期,油料种子中脂肪和可溶性糖含 量的变化为( )
A.脂肪含量升高,可溶性糖含量降低 B.脂肪和可溶性糖均降低
C.脂肪含量降低,可溶性糖含量升高
D.脂肪和可溶性糖均升高
5.种子生活力的测定方法
• 氯化三苯基四氮唑(TTC)法;染色的是活种子. • 红墨水染色法;染色的是死种子 • 溴射香草酚蓝法 (BTB);( 蓝 → 黄 ) 放出 CO2 使介质 pH值改变,变色的是活种子. • 纸上荧光法;---适合十字花科植物的种子.有荧光圈 的是死种子.
(二)芽的休眠和萌发
时停顿的现象。
1.芽的休眠和萌发过程
植物生活史中芽生长暂
2.芽的休眠和萌发与环境条件的关系
1.日照长度 诱发和控制芽休眠最重要的因素。对多年生植物而言, 通常长日照促进生长和芽的萌发,短日照引起伸长生长的 停止以及休眠芽的形成。反应受红光促进,远红光抑制 (光敏色素)。 2.温度 低温是诱导休眠的重要因子
(4)矿质的积累
运进种子的磷、钾、钙、镁 等矿质元素主要集中积累在 子叶 ( 双子叶植物 ) 或糊粉层 与盾片(单子叶植物)中。 磷主要是以植酸(肌醇六磷酸 )的形式存在。
植酸会与钙、镁等结合形成 非丁(phytin,肌醇六磷酸钙 镁盐,或植酸钙镁盐)。
图版Ⅰ 水稻糊粉层细胞的超微结构 1.花后10d扫描电镜照片;2. 花后15d扫 描电镜照片;3. 糊粉层细胞透射电镜照 片,花后8d;4. 糊粉粒透射电镜照片(3 局部放大)A. 糊粉层;ag.糊粉粒;n.细 胞核;NE.珠心;s.圆球体;SA.亚糊粉 层;p.淀粉质体;
(四)果实的生长和成熟生理
1.果实成熟时的生理变化
物质的转化
(1)糖含量增加
果实成熟时,淀粉等 贮藏物质水解成 蔗糖、葡 萄糖和果糖 等可溶性糖, 使果实变甜。 葡萄是果实中糖分积 累最高的,可达到鲜重的 25% 或干 重 的 80% 左右, 但如在成熟前就采摘下来。
图12-12 香蕉、苹果、柑橘在完熟过程中糖含量 的变化
质的降解。不溶性的原果胶分解成可溶性的果胶或果胶酸,
果胶酸钙分解。多聚半乳糖醛酸酶(PG) 是果实成熟期间变化 最显著的酶,在果实软化过程中起着重要的作用。
果肉细胞中的淀粉降解(淀粉水解为可溶性糖),也是果
实变软的一个原因。 乙烯在细胞质内诱导胞壁水解酶的合成,水解酶进入细
胞壁,酶促胞壁水解软化。因此用乙烯处理果实,可促进成
3.芽的休眠和萌发与激素的关系
促进休眠的物质中最主要是脱落酸。短日之所以 能诱导芽休眠,这是因为短日照促进了脱落酸含量增 加的缘故。 GA打破芽休眠
(三) 种子的发育和成熟生理
种子的发育,主要包括胚和胚乳的发育,以及种子贮藏物 质的积累。
拟南芥植物野生型的胚胎发育阶段示意图
1.种子发育及基因表达
矿质(主要为植酸盐)
糊粉层、子叶、盾片
糊粉粒
(1)淀粉的合成与积累
淀粉性种子 可溶性糖↘ 淀粉含量↗
淀粉由可溶性糖转化而来
图 10-11 水稻成熟过程中颖果内淀粉 和可溶性糖含量的变化 (品种: IR28 )(Singh & Juliano,1977)
2011年考研题
淀粉类种子在成熟过程中,可溶性糖的含量( ) A. 逐渐增加 B. 逐渐减少 C. 不变 D. 先减少后增加
喜暗(或嫌光)种子 在有光条件下萌发不好,
光线对种子萌发的影响与光的波长有关。这一现象与光敏 色素有关。光敏色素吸收了红光或远红光后,分子结构上就发 生可逆变化,从而引起相应的生理生化反应。
2009年考研题
• 请设计实验证明光敏素参与需光种子的萌发的调
控 , 要求简要写出实验方法与步骤 , 预测并分析实
3、种子成熟过程中的生理变化
(1)种子的发育及基因表达
多数种子的发育可分为以下三个时期
图12-9 种子发育过程示意图
1.胚胎发生期
细胞分裂为主 胚不具发芽能力
2.种子形成期
以细胞扩大生长为主,积累淀粉、蛋白质和脂肪 等贮藏物质 胚已具备发芽能力(胎萌)
3.成熟休止期
贮藏物质的积累逐渐停止,脱水休眠 LEA 蛋 白 —— 胚 胎 发 育 晚 期 丰 富 蛋 白 (late embryogenesis abundant protein)
1.光照。光照强度直接影响种子内有机物质的积累。也影 响蛋白质和含油量; 2.温度。对种子的成熟及干物质积累影响较大,温度过高 呼吸消耗大,子粒不饱满;过低,种子瘦小。昼夜温差 3.空气相对湿度。阴雨天多,空气相对湿度高,会延迟种 子成熟; 4.土壤含水量。干旱会破坏作物体内水分平衡,严重影响 灌浆,土壤水分过多,由于缺氧使根系受伤,种子不能正 常成熟。 5.矿质营养。适当施氮有利于提高蛋白质含量,P、K,有 利于脂肪合成。
3.种皮(果皮)的限制
坚厚的种皮、果皮,或上附有致密的蜡质和角质。由于 种壳的机械压制或由于种 ( 果)皮不透水、不透气阻碍胚的生
长而呈现休眠,如莲子、椰子、苜蓿、紫云英等。
4.抑制物的存在
低分子量的有机物,如具挥发性的氰氢酸 (HCN) 、氨
(NH3)、芥子油;醛类化合物中的柠檬醛、肉桂醛;酚类化合 物中的水杨酸、没食子酸;生物碱中的咖啡碱、古柯碱;不 饱和羧酸中的花楸酸以及脱落酸等。
(一)种子的休眠和萌发 1.种子休眠的原因
1.胚未成熟
银杏种子成熟后从树上掉 下时还未受精,等到外果皮腐 烂,吸水、氧气进入后,种子 里的生殖细胞分裂,释放出精 子后才受精。兰花、人参、冬 青、当归、白蜡树等。
人参 当归
Leabharlann Baidu
2.种子未完成后熟
后熟作用 成熟种子离开母 体后,需要经过一系列的生理生 化变化后才能达到生理成熟而具 备发芽的能力。 莎草种子的后熟期长达 7年。 油菜在田间已完成后熟作 用。粳稻、玉米、高粱的后熟也 较短,籼稻基本上无后熟期。 小麦后熟期稍长些,少则5 d(白皮),多则35~55 d(红皮)。
(2)蛋白质的合成与积累 原料:氨基酸和酰胺
发育初期,与胚分化有关的蛋白质 首先被合成; 中期,主要合成与贮藏物质积累有 关的蛋白质; 种子发育后期,合成的蛋白质与种 子休眠和抗脱水性有关 种子中的蛋白质含量与品质密切相 关,蛋白质含量高的种子,其营养 价值高,然而水稻胚乳中蛋白质的 含量却与米的食味呈负相关,蛋白 质含量高的大米,其食味较差。
2.种子休眠与植物激素的关系
• 脱落酸能促进多种多年生木本植物和种子休眠。
• 植物的休眠或生长,是由脱落酸和赤霉素调节 的。在光敏色素作用下,长日照形成赤霉素, 短日照形成脱落酸
• 穗发芽:可在成熟时喷施B9,延缓种子萌发。
3.种子休眠的解除及萌发
(1)机械破损
适用于有坚硬种皮的种子。可用沙子与种子摩擦、划伤 种皮或者去除种皮等方法来促进萌发。如紫云英种子加沙和 石子各1倍进行摇擦处理,能有效促使萌发。
(8)其他方法 用X射线、超声波、高低频电流、
电磁场等处理,也有破除种子休眠的作用。
4.环境条件对种子萌发的影响
1.水分
一般淀粉和油料种子吸水达风干重的30%~70%即可发芽, 蛋白质含量高的种子吸水量要超过干重时才能发芽。
几种作物种子萌发时最低吸水量占风干重的百分率
作物种类 水稻 小麦 玉米 吸水率(%) 35 60 40 作物种类 棉花 豌豆 大豆 吸水率(%) 60 186 120
棉花
大豆 黄瓜
10~12
6 ~8 15~18
25~32
25~30 31~37
38~40
39~40 38~40
3.氧气
种子萌发需要通过有氧呼吸来保障能量和物质的供应,因此在种子 萌发时,需要足够的氧气。 一般作物种子在氧浓度10%以上才能正常萌发,当氧浓度在5%以 下时,很多作物种子不能萌发。 含脂量高的种子 , 宜浅播。若播后遇雨,还要及时松土排水,改善 土壤的通气条件,否则会引起烂种。
熟,使果实软化。
(4)挥发性物质的产生
化学成分相当复杂,约有 200多种,酯、醇、酸、醛和萜 烯类等一些低分子化合物。 苹果中含有乙酸丁酯、乙酸 己酯、辛醇等; 未熟果中没有或很少有这些 香气挥发物,所以收获过早, 香味就差。
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