水稻种子萌发

水稻种子的萌发

一、水稻种子的结构及其生活力

从植物学角度来看, 水稻谷粒并不是种子, 而是具有单粒种子的果实。在果实发育过程中, 果皮和包在里面的种皮, 紧密地联接在一起。这种果实在植物学中叫做颖果,生产上习惯称为种子。

水稻种子由颖壳和米粒两部分组成。米粒又可分为果皮、种皮、糊粉层、胚乳及胚。米粒绝大部分为贮藏养料的胚乳所占据, 它是秧苗三叶期以前所需养料的主要来源，其主要成分是淀粉, 其次是蛋白质、脂肪, 及少量半纤维素、矿物质等。胚乳与种皮相接的外围层, 是一层排列规则的大细胞, 细胞壁较厚, 其内部充满细小的糊粉粒( 蛋白质颗粒) , 称为糊粉层。胚是长形,位于米粒的一角, 少了它谷粒就不能发芽,它是由卵细胞和精细胞受精后发育而成的。胚的中轴为胚轴, 胚轴上端连接着胚芽。胚芽内有茎的生长点, 外有圆锥形的胚芽鞘(芽鞘)。种子发芽时胚芽鞘成为鞘叶。胚轴下端连接着胚根。水稻种子的子叶只一片, 子叶的一侧着生在胚轴上, 另一侧和胚乳相接,其间有一层比较整齐的上皮细胞。种子发芽时, 上皮细胞和糊粉层可以分泌一些酶类,把胚乳中的淀粉、蛋白质等分解为可溶性养分, 并将这些营养物质吸收转运到正在生长的胚中。种子内贮藏的养分愈丰富, 发芽时供给胚生长所需要的养分就愈充足, 长出的幼苗也就愈健壮。

水稻种子的生活力强弱与种子的成熟度、收割期、脱粒方法及贮藏条件有密切关系。一般种子成熟良好, 发芽率就高, 发芽也就快而整齐。种子收获后, 一般经过一定时期( 如一个月) 的干燥, 有促进后熟的作用, 因而比新鲜种子发芽率高, 当季收的早稻作二晚种子用的, 要尽可能多晒几个太阳, 加速后熟, 提高发芽率。收谷时, 如遇阴雨或脱粒机转速过高, 种胚受伤, 发芽率就会降低。谷种贮藏一年以后, 发芽率显著降低。贮藏期间温度过高及种子含水过多, 会引起种子呼吸作用增强, 贮藏物质消耗过多, 也会导致微生物的感染引起霉烂, 使种子生活力降低, 甚至完全丧失发芽能力, 因而必须重视种子的保管工作。二、种子的萌发过程

水稻种子成熟以后, 在一定的水分、温度和氧气条件下, 就可萌动发芽。种子萌发过程可分为吸胀、萌动、发芽三个阶段。

1 . 种子吸水膨胀阶段: 由于干燥种子内的细胞原生质呈凝胶状态, 且属于亲水胶体, 因此当种子放入水中后, 就能很快吸胀,

直到细胞内部水分达到饱和状态, 种子才停止吸水。随着种子吸水量增加, 种子内新陈代谢活动逐渐活跃起来, 加强了在贮藏期间微弱进行的物质转化过程和呼吸作用。

2 . 种子萌动阶段: 由于种子内酶活性提高, 呼吸作用不断加强, 种子内贮藏物质不断地转化为糖类和氨基酸等一类可溶性物质, 并转运到胚细胞中去。胚细胞利用这些物质, 使细胞迅速分裂和伸长。当胚的体积增大到一定程度时, 就顶破种皮而出。在一般情况下, 胚根首先突破种皮, 因为它的尖端对着种孔, 吸水早, 生长也最早。`然后长出胚芽。

3. 发芽阶段: 种子萌动后, 胚继续生长, 当胚根长度与谷粒长度相等, 胚芽长度达到谷粒长度一半时, 就称为发芽。水稻种子发芽时, 初出的幼根是种根。幼芽最先出现的部分是芽鞘。幼芽( 芽鞘) 不含叶绿素, 待从芽鞘伸出不完全叶时, 叶色才转绿, 这叫做出苗。种子胚乳中养分的消耗,通常从胚的附近部分开始, 以后逐渐扩大。到了三叶期, 胚乳中的养分己被消耗完, 只剩下一个空壳, 此时称为离乳期。这是秧苗由胚乳营养进入独立生活, 也就是从异养转入自养的转折时期。因此适时追施断乳肥对培育壮秧有重要作用。

三、种子萌发过程中的生理活动

在种子发芽过程中, 为了满足胚的生长需要, 胚乳中贮藏的物质不断被分解成为可溶性物质, 运到生长的胚里, 作为呼吸作用的原料,.并进一步分解释放出能量, 同时产生一些中间产物( 如丙酮酸等) , 供形成新细胞之用。由此可见, 在种子萌发过程中,生理活动主要表现在物质转化和呼吸作用两个主要方面。表现在外部就是胚乳干物质不断减少, 芽谷堆里发热, 种胚不断长大。

( 一) 有机物质的转化

种子萌发时, 胚乳中养料的分解和再合成, 都有酶参加, 麦芽糖的制作就由麦芽精的酶起作用。酶是一种高效能的生物催化剂主要由蛋白质组成, 不耐高温, 催芽时芽谷堆中温度过高, 导致蛋白质的变性凝固, 酶失去了活性而引起烧芽。不同有机物质的分解与合成, 都有相应的酶在起作用。一种酶只能作用于一种物质, 如淀粉酶只能分解淀粉, 这是酶的专性。少量的酶可使大量的物质转化。酶的催化能力在一定范围内与酶为浓度、温度成正相关。水稻种子中的营养物质主要贮藏在胚乳中。因此在种子萌发过程中, 胚乳的淀粉、蛋白质等物质不断地减少。

1. 淀粉的转化

水稻种子约含淀粉62 % 左右。种子萌发时, 淀粉在淀粉酶催化作用下, 分解为麦芽糖; 再在麦芽糖酶的作用下分解为葡葡糖。淀粉也可在磷酸化酶作用下分解成葡葡糖。可用下式

表示:

淀粉

糊精

葡萄糖

淀粉+磷酸葡萄糖-1-磷酸酯

淀粉被分解为葡葡糖以后, 直接供作呼吸作用的原料; 并可进一步合成纤维素, 以保证新细胞中形成细胞壁的需要。

2。蛋白质的转化

水稻种子蛋白质含量一般为8 % 左右。种子萌发时, 种子内贮藏的蛋白质在蛋白酶的作用下分解为可溶性的氨基酸, 运送至胚的生长部位。氨基酸又在相应酶的作用下,形成结构蛋白质, 成为幼芽、幼根中的细胞成分。因此在种子萌发时, 贮藏蛋白质减少, 结构蛋白质反而增加。

3 。脂肪的转化

水稻种子含脂肪比较少, 约为1一2%。种子萌发时, 贮藏脂肪在脂肪酶的作用下分解为脂肪酸和甘油, 可以继续转化为糖, 作为呼吸作用的原料。

可以下式表示:

脂肪酸含氧酸

脂肪糖类

甘油醛

( 二种子的呼吸作用水稻种子萌发过程中一个显著的特征,就是谷堆发热, 这是种子内部

进行强烈呼吸作用所致。呼吸作用存在于种子的每个活细胞之内。没有呼吸便没有生命。

呼吸作用过程中被消耗的最重要、最普遍的有机物质是

六碳糖( 已糖) , 可以下式表示:

C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+674KJ

从上式可以看出, 呼吸作用就是生活细胞内, 在酶的催化与氧的作用下, 把部分有机物质逐步分解, 氧化成二氧化碳和水, 并释放出能量。氧化一个葡葡糖分子需吸收6个分子氧, 放出6个分子二氧化碳, 生成6个分子水, 并释放出6 74 千焦能量。

种子萌发时的呼吸作用, 一般分为两种:有氧呼吸;

C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+674KJ

无氧呼吸:

C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+24KJ

研究证明, 在水稻幼苗中呼吸作用具有多种途径。既有糖醉解的酶活动和三羧酸循环系统, 又有其它氧化路线存在, 如葡葡糖的直接氧化, 丙酮酸的直接氧化等。水稻种子萌发过程可分为嫌气和好气两个时期, 第一时期是从吸胀到萌动为止, 其特点是脱氢酶具有高度活性, 仅胚芽萌动,而幼根未生长, 无氧气进入种子内部, 芽鞘生长所需能量主要由发酵作用供给。呼吸系数大大超过 1 , 氧化还原势低, 芽鞘生长是靠胚部所含物质进行的。第二时期是从萌动开始, 胚部真叶长出为止。其特点在于氧气自由地进入种子内部, 发酵作用为有氧呼吸所取代, 增加了许多氧化酶类的活动, 胚乳中贮藏的物质被引进生物氧化循环中, 氧化还原势增长, 胚根和胚部真叶迅速生长, 于物质不断增加。但是己萌发的种子, 如果处在淹水缺氧环境中, 则会进行无氧呼吸( 如酒精发酵作用) , 这只可以暂时的维持其生命活动, 由于无氧呼吸产生的中间产物( 如酮酸少) , 影响了合成作用中原料的供应, 特别是无氧呼吸释放的能量仅及有氧呼吸的二十六分一左右, 分解产物中的酒精又对细胞有毒害作用, 因此, 长时间的无氧呼吸对水稻种子发芽和幼苗生长都是有害的。比如在催芽过程中, 谷堆太厚, 水分过多, 温度过高, 又不翻动常产生酒气, 使谷种发芽受阻, 播种后, 谷芽长期处在淹水条件下产生烂芽现象,都是这个缘故。这可清楚看出呼吸作用与植物的生命活动有密切关系。呼吸作用一方面为种子萌发提供参加物质代谢活动的能源( 只有未被利用的能量以热能形式放出) ,另一方面又在呼吸过程中产生许多化学上很活跃的中间产物, 进一步作为建造新细胞的材料。因此可以说, 呼吸作用是种子萌发过程中新陈代谢活动的中心, 它既是生命活动能量的来源, 又是生命活动的物质基础。在催芽过程中, 谷种上堆时的呼吸作用比浸种时的呼吸作用有所加强, 到了种子破胸阶段, 呼吸作用的强度陡然上升, 成倍增加, 转入发叉以后, 呼吸作用的强度又逐渐减弱。这表明从破胸到发叉之间是呼吸作用最旺盛的时间, 放出热量最多。这就为我们控制谷堆温度, 防止烧芽, 催出壮芽, 提供了依据。

四、种子萌发生长与外界条件的关系

种子质量好, 是萌发成苗的内在因素。要使公种正常萌发生长, 适宜的水分、适当的温度和足够的氧气是必须满足的。

1 , 水分

风干种子含水量约为11%一14% , 是以束缚水形式存在, 原生质呈凝胶状态, 酶处于钝化状态, 只进行微弱的物质转化和呼吸作用, 因而谷种发芽一定要吸收足够的水分。催芽之前要进行浸种, 让种子均匀地吸收水分,促使细胞原生质由凝胶状态向溶胶状态转变, 自由水