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第6章 种子

裸子植物和被子植物特有的繁殖体,它由胚珠经过传粉受精形成。种子通常包括种皮、胚和胚乳3部分,有的植物成熟的种子只有种皮和胚两部分。种子的形成使幼小的孢子体枣胚得到母体的保护,如同哺乳动物的胎儿那样获得充足的养料。种子还有种种适于传播或抵抗不良条苏铁件的结构,提供给植物的种族延续以良好的条件。因此在植物的系统发育过程中种子植物能够代替蕨类植物取得优势地位。种子与人类生活关系密切,除日常生活必需的粮、油、棉外,一些药用(如杏仁)、调味(如胡椒)、饮料(如咖啡、可可)等都来自种子。

种子的形态

种子的大小形状,颜色由于种类不同而各不相同。椰子的种子很大,油菜、芝麻的种子较小,而烟草、马齿苋、兰科植物的种子就更小了。蚕豆、菜豆为肾脏形,豌豆、龙眼为圆球状;花生为椭圆形;瓜类的种子多为扁圆形。颜色以褐色和黑色较多,但也有其他颜色,例如豆类种子就有黑、红、绿、黄、白等色。种子表面有的光滑发亮,也有的暗淡、粗糙。道致表面粗糙主要是由于表面有穴、沟、网纹、条纹、突起、棱脊等雕纹的结果。有些还可看到种子成熟后自珠柄上脱落留下的斑痕枣种脐和珠孔。有的种子还具有翅、冠毛、刺、芒和毛等附属物,这些都有助于种子的传播。种子体积的大小差异很大,一个带着内果皮的椰子种子,可以达几千克重,而药用植物马齿苋种子的千粒重只有0.13克,寄生的高等植物列当种子更小,千粒重仅在0.0029~0.0049克之间。

种子大小的差异相距甚大,各有其生物学上的意义。例如椰子的种子很大,每株结实数量有限,由于种子特别容易萌发,种子内又富含液体胚乳,营养充足,这样就可得到“重点保证”。而那些体积非常小的种子,则以多取生,虽然它们只有占总数很少的种子能够萌发,但仍可产生大量后代。大多数一年生杂草植物,就是按照这种方式进行大量繁殖的。

种皮

裸子植物与被子植物种子结构非常相似,都包括种皮、胚和胚乳三部分。

种皮由珠被发育而来,其作用是保护胚与胚乳。裸子植物的种皮包括明显的3层。外层和内层为肉质层,中层为石质层。

被子植物的种皮结构各不相同,如花生、桃、杏等种子外面有坚硬的果皮,所以种皮结构简单,薄如纸状;小麦、玉米、水稻、莴苣的种子,果皮与种皮愈合,种子成熟时种皮被挤压而紧贴于果皮的内层;有些豆科植物和棉花的种子具有坚硬的种皮,种皮的表皮下有栅栏状的厚壁组织细胞层,表皮上有厚的角质膜。有些豆类种子由于角质膜过厚形成“硬实”,不易萌发。棉籽的表皮上有大量的表皮毛,就是棉纤维。番茄和石榴种子的种皮,外围组织或表皮细胞肉质化。蕃茄种皮的表皮细胞柔软透明呈胶质状,并有刺突起。石榴种皮的表皮细胞伸展很种皮的形成长成为细线状。细胞液中含有糖分可供食用;荔枝、龙眼的种子可食部分与石榴不同,是由假种皮肉质化而成,假种皮是由珠柄组织凸起包围种子而形成。

种皮的结构与种子休眠密切相关。有的植物种皮中含有萌发抑制剂,所以除掉这类植物种皮,对种子萌发有刺激效应。

由受精卵发育形成。发育完全的胚包括胚芽、胚轴、子叶和胚根四部分。裸子植物的胚都是沿着种子的中央纵轴排列,子叶数目是不同种类种子的胚之间唯一不同处,变动在1~18个之间。但常见的子叶数目为两个,如苏铁、银杏、红豆杉、香榧、红杉、买麻藤和麻黄等。

被子植物胚的形状丰富多样,椭圆形、长柱形或程度不同的弯曲形、马蹄形、螺旋形等等。尽管胚的形状各异,但它在种子中的位置总是固定的,一般胚根都朝向珠孔。

胚的子叶也各不相同,有细长的、扁平的,有的含大量储藏物质而肥厚呈肉质,如花生、菜豆,也有的成薄薄的片状如蓖麻。有的子叶与真叶极为相似,具有锯齿状的边缘,也有的在种子内部呈多次折叠如棉花。

胚乳

裸子植物胚乳是单倍体的雌配子体,通常都较为发达,多储藏淀粉或脂肪,也有的含有糊粉粒。胚乳一般为淡黄色,个别为白色,银杏成熟的种子中胚乳呈绿色。

大部分的被子植物在种子发育过程中都能够形成胚乳,但在成熟种子中有的种类不具或只具很少的胚乳,这是因为它们的胚乳在发育过程中被胚分解吸收了。通常把成熟的种子分为有胚乳种子和无胚乳种子两大类。

在无胚乳种子中胚很大,胚体各部分,尤其是在子叶中储有大量营养物质。在有胚乳种子中胚与胚乳的大小比例在各类植物中相差悬殊。

不同植物种子中的胚乳的寿命、数量以及储藏物质的种类都有极大的区别。胚乳中最普通的储藏物质是淀粉、蛋白质、脂肪,还有碳水化合物,如甘露糖和半纤维素可以沉积在细胞壁上,如咖啡、柿子、海枣等就是以这种方式贮存养料。含淀粉的胚乳常常是没有生命的,如灯心草科、莎草科、禾本科、蓼科、石竹科中含淀粉的胚乳细胞成熟后细胞核退化;而在百合科、石蒜科、萱草属、蓖麻属和胡萝卜属中含淀粉的胚乳细胞是有生命的。

一般而言,在胚和胚乳发育的过程中,胚囊体积不断地扩大,使得胚囊外的珠心组织受到破坏,结果被为胚和胚乳所吸收。因此在成熟的种子中没有珠心组织。但有些植物在种子发育过程中珠心组织保留下来,并储藏养料形成外胚乳。菠菜、甜菜、咖啡的成熟种子具有外胚乳。胡椒、姜的成熟种子同时还有胚乳和外胚乳。

种子的寿命

种子成熟离开母体后仍是活的,但各类植物种子的寿命相差悬殊。其寿命的长短不但与遗传特性和发育是否健壮有关,而且还受环境因素的影响。有些植物种子寿命很短,如巴西橡胶的种子生活仅一周左右,而莲的种子寿命很长,生活长达数百年甚至千年。

种子寿命的延长对优良农作物的种子保存有着重要意义,换句话说可以利用贮存条件延长种子寿命。

实验证实,最为理想的贮存条件是低温、低湿,黑暗以及降低空气中的含氧量。如小麦种子在常温条件下只能贮存2~3年,而在-1°C,相对湿度30%,种子含水量4~7%,可贮存13年,而在-10°C,相对湿度30%,种子含水量4~7%,可贮存35年。许多国家利用低温、干燥、空调技术贮存优良种子,使良种保存工作由种植为主转为贮存为主,大大节省了人力、物力并保证了良种质量。

光合作用

植物通过光能将二氧化碳和水等无机物合成有机物并放出氧气的过程。

植物赖以生长的主要物质来源和全部能量来源主要是光合作用的产物,其他直接或间接依靠植物生活的生物的有机物和能量来源也是源于光合作用合成的有机物。光能及化能自养细菌能够参与光合作用的部分过程,也能合成有机物,但总量极微。地球上的植物每年通过光合作用合成近2000亿吨有机物,同时固定了3×1021焦耳的太阳能,这等于人类全部能耗的10倍。地层中埋藏的煤炭、石油和天然气是古代植物光合作用形成的有机物演变而成的。光合作用释放O2和固定CO2,使大气中的O2积累,CO2含量降低。

光合作用对地球演化、生物进化、现有大气环境的维持及人类的生活和生产都有非常重大的意义。人们除从各方面探讨和利用光合作用外,还模拟它的部分过程,以此来研究光合作用的机理和对其的仿生应用。

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