一、种子的概念
种子在植物学上是指由胚珠发育而成的器官,由胚、胚乳及种被(种皮)三部分组成,是种子植物特有的繁殖器官。在农业、林业、园艺生产、中药材栽培领域,种子泛指一切可以繁殖后代,供生产繁殖用的植物器官或植物体的一部分。除了植物学的真种子外,还包括种子状果实、营养器官、人工种子。
1、真种子
由花器官中的胚珠经过受精作用发育而成,即植物学上的种子,如蒙古黄芪、甘草、党参、桔梗、栀子等植物的种子。
2、种子状果实
种子状果实是作为撒播单位的果实,其种子与果皮,或种子连同果皮包裹于宿存花被内,成熟时同时脱落,不易分离,有人将其称为“种实”。如当归的双悬果、丹参的小坚果、红花的瘦果、掌叶大黄的瘦果连同宿存花被等。
3、营养器官
某些药用植物的营养器官,在一定条件下能生根发芽长成新植株,栽培上常作为繁殖材料,包括用于繁殖的根茎、珠芽等。如薯蓣的珠芽,独蒜兰、半夏的球茎,天麻、延胡索的块茎等。
4、人工种子
人工种子,也被称为“合成种子”“无性种子”“种子类似物”,通常是指离体培养产生的胚状体,或具有发育成完整植株能力的分生组织(芽、愈伤组织、胚状体等),以及种子包埋在含有营养和具有保护功能的物质中形成的,并在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体、饼状物及流质。针对一些萌发困难的真种子和部分球茎类药用植物,已开展了人工种子的研究。
如兰科植物种子细小,种子内仅含有胚,无胚乳,缺乏营养物质储存,萌发时仅靠自身内源营养物质难以萌发,通过人工种子的包埋物质提供营养,可以显著提高成活率。尽管人工种子的研发成本很高,但对于难萌发、萌发过程复杂的种子而言,人工种子可大幅提高萌发率和成苗率。
二、种子形态
种子的形态特征主要包括形状、大小、颜色、表面特征等,因植物种类不同,形态特征也有差异。
1、形状大小
种子的形状多种多样,常见的有圆形、椭圆形、肾形、卵形、圆锥形等。大小差异悬殊,如海椰子的直径约50厘米,一般重10多斤,最重可达30斤。而斑叶兰种子无胚乳,200万粒重1克,萌发时需借助真菌产生的菌根的帮助。
2、颜色
种子颜色各有不同,如绿色(绿豆)、白色(扁豆)、红紫色(赤小豆)、红棕色(意苡)、一端红一端黑(相思豆)。
3、表面特征
种子表面通常平滑且具有光泽,但也有粗糙、皱、刺突等现象,如平滑而有光泽(北五味子),粗糙(长春花、天南星)、具皱褶(乌头、车前)、具毛茸(白前、络石)、具假种皮(由珠柄或胎座部分组织延伸而成,呈肉质的有卫矛、荔枝,薄膜质如白豆蔻、益智)、具种阜(在珠孔处由珠被扩展形成海绵状突起物,如蓖麻、巴豆)。
三、种子结构
种子一般由种皮、胚、胚乳三部分组成,也有的种子没有胚乳,有的种子具外胚乳。
1、种皮
种皮位于种子的外层,由胚珠的珠被发育而成,对各部分起到保护作用。通常只有1层种皮,如大豆,也有的种子有2层种皮,即外种皮和内种皮,外种常坚韧,内种皮较薄,如蓖麻。种皮可以是干性的,如豆类。也可以是肉质的,如石榴的种皮为肉质的可食用部分。有的种子在种皮外尚有假种皮,是由珠柄或胎座部位的组织延伸而成,有的为肉质,如龙眼、荔枝、苦瓜。有的呈菲薄的膜质,如砂仁、白豆蔻等在种皮上常可看到以下结构:
种脐:种子成熟后从种柄或胎座上脱落后留下的疤痕,常呈圆形或椭圆形。
种孔:来源于胚珠的珠孔,为种子萌发时吸收水分和胚根伸出的部位。
合点:来源于胚珠的合点,是种皮上维管束汇合之处。
种脊:来源于珠脊,是种脐到合点之间的隆起线,内含维管束,倒生胚珠发育的种子种脊较长,弯生或横生胚珠形成的种子种脊短,直生胚珠发育的种子无种脊。
种阜:少数植物的种皮在珠孔处有一由珠被扩展形成的海绵状突起物,在种子萌发时可以帮助吸收水分,如蓖麻、巴豆等。
2、胚乳
胚乳由极核细胞受精后发育而成,常位于胚的周围,呈白色,储藏着丰富的营养物质,如蛋白质、淀粉和脂肪,为种子萌发时的养料。
大多数植物的种子在胚发育和胚乳形成时,胚囊外面的珠心细胞被胚乳吸收而消失,但也有少数植物种子的珠心或珠被的营养组织在种子发育过程中未被完全吸收而形成营养组织,包围在胚乳和胚的外部,称外胚乳,如肉豆蔻、槟榔、胡椒等。槟榔的种皮内层和外胚乳常插入内胚乳中,形成错入组织。肉豆蔻的外胚乳内层细胞向内伸入,与类白色的内胚乳交错,也会形成错入组织。
3、胚
胚是由卵细胞受精后发育而成,是种子中尚未发育的幼小植物体,包藏于种皮和胚乳内,由以下部分组成:
胚根:幼小未发育的根,正对着种孔,将来发育成植物的主根。
胚轴:又称胚茎,为连接胚根与胚芽的部分,以后发育成为连接根和茎的部分。
胚芽:胚的顶端未发育的地上枝,以后发育成植物的主茎和叶。
子叶:为胚吸收和贮藏养料的器官,占胚的较大部分,在种子萌发后可变绿而进行光合作用。一般单子叶植物具1枚子叶,双子叶植物具2枚子叶,裸子植物具多枚子叶,禾本科植物是由高度特化的子叶即盾片来吸收养料,如小麦、玉米。
四、种子成分
种子的胚乳或子叶中,贮藏着丰富的营养物质。这些营养物质是种子本身萌发时所需物质,也是人类和大多数动物的食物来源。种子的化学成分非常复杂,其中最主要的是水分、糖类、脂类、蛋白质及其他含氮物质。此外,还有少量的矿物质、维生素、酶、色素等。种子中各类化学成分的含量,受气候、土壤等条件影响有很大的变化,各类种子成分含量差异很大、成分不一,但它们的化学成分基本上可分为无机物和有机物两大类。
1、无机物
(1)水分
水分是种子的成分之一,种子的一切代谢作用都必须依靠水的媒介和参与才能完成。种子中的水分有两种状态,一种是游离水(自由水),另一种是结合水(束缚水)。前者具有一般水的性质,可作为溶剂,容易从种子中蒸发出来。后者却牢固地和种子中的亲水胶体结合在一起,不容易蒸发出来,不具有溶剂的性能。
种子内部的一系列生命活动必须在游离水存在的状况下才能进行,当种子游离水不存在时,种子内的酶就成为不活动状态,种子的代谢活动就降低到很微弱程度。当游离水出现以后,酶就由不活动状态转变为活动状态。但含水量过多的种子,易腐烂变质,丧失发芽能力。因此,播种时要让种子吸足水分,以利萌发,在收获时要将种子充分晒干,以利贮藏。
(2)无机盐
种子内贮藏的矿物质(灰分),是植物从土壤中吸收的,包括磷、钾、钙、镁、硫、硅、硼、铜、锌、锰、钼等。这些矿质元素,是组成种子的成分,对植物体内的代谢过程起重要的作用。其中镁盐和铁盐对发芽后幼小植物形成叶绿素有关,硫是胱氨酸和谷胱甘肽的分子结构之一,锰对植物生长具有刺激作用。种子中的矿物质含量以种皮最高,胚次之,胚乳中含量最低。
2、有机物
有机物主要包括碳水化合物、脂肪和蛋白质。此外,还含有少量的酶、激素、维生素等。
(1)碳水化合物
碳水化合物是构成种子的主要物质,一般约占种子干物质的25-70%,它是胚生长的主要营养物质,也是最重要的呼吸基质。种子内贮存的碳水化合物主要是淀粉。不同种子的淀粉含量不同,有的淀粉是主要的贮藏物质,如小麦、水稻粒中淀粉含量可达70%左右。有的淀粉含量较少,如豆类种子。种子中贮藏的可溶性糖分大多蔗糖,这类种子成熟时有甜味,如玉米、板栗等。
半纤维素和纤维素是较复杂的碳水化合物,它能贮藏在种子的胚乳或子叶的细胞壁中。豆科植物的种子中含有大量的半纤维素,种皮主要也由半纤维素组成。这类物质既是细胞壁的构成物质,又可作为食物被利用,通常把半纤维素称为半贮藏物质。纤维素是构成细胞壁的基本物质,这类物质在种子萌发时不能被水解利用。
(2)脂肪
脂肪是种子生命活动的重要能源。植物的营养器官和生殖器官中都含有脂肪,以种子中的含量最多。种子的脂肪大部分集中在胚和糊粉层中,它是胚细胞原生质的成分、如小麦胚中的脂肪含量占胚重的15%,玉米中的脂肪含量达胚重的23%。种子的子叶和胚乳中也含有脂肪,如花生、大豆的子叶和蓖麻的胚乳都含有丰富的脂肪。植物细胞中的脂肪呈油滴状分布于细胞质中。
植物种子的脂肪大多含不饱和脂肪酸,例如大豆的脂肪中,不饱和脂肪酸占80%以上。种子在贮藏过程中,不饱和脂肪酸会氧化为醛、酮等物质而发生苦味,简称酸败,产生酸败会影响种子的生活力,一般脂肪含量较高的种子,寿命往往较短。
(3)蛋白质
种子中的蛋白质多呈贮藏状态存在,各类种子中蛋白质含量差异很大,如禾谷类作物种子一般不超过15%。油料作物的蛋白质含量较淀粉种子高,尤其是豆科作物的种子,如大豆、豌豆、向日葵等,蛋白质含量特别高。
五、种子类型
根据种子成熟后胚乳的有无,种子可分为有胚乳种子和无胚乳种子两类。
1、有胚乳种子
胚乳较发达的种子,称为有胚乳种子,由种皮、胚和胚乳三部分组成。其中胚乳占据种子的大部分体积,胚相对较小,子叶薄。所有裸子植物、大多数单子叶植物以及许多双子叶植物的种子都属于此类型。
(1)裸子植物有胚乳种子
松属种子的种皮分为内、外两层,外种皮较厚而硬,内种皮膜质。种皮内有白色的胚乳,胚乳呈筒状,其中包藏着一个细长白色呈棒状的胚。胚根位于种子尖细的一端,胚轴上端着生多片子叶,子叶中间包着细小的胚芽。如银杏种子的种皮由三层组成,外种皮肉质,未成熟时绿色,成熟后为黄色,此层很容易腐烂并有臭味。内种皮纸质,包于胚乳之外。成熟时胚乳呈绿色,胚位于中央呈长柱状,具两片子叶。
(2)双子叶植物有胚乳种子
油桐、蓖麻、梧桐的植物的种子都有胚乳。其中油桐种子呈椭圆形,外种皮较厚硬,内种皮较薄。种皮内的大量白色物质即胚乳,胚被包埋在胚乳的中央,由胚根、胚芽、胚轴和子叶四部分组成。子叶两片,很薄,上有明显的脉纹。胚芽夹在两片子叶中间,与胚轴相连,子叶基部生于短短的胚轴上。
(3)单子叶植物有胚乳种子
小麦、水稻、毛竹等都是有胚乳种子,这些种子的种皮与果皮愈合而生,称为颖果。颖果中胚乳占据绝大部分,内含大量的淀粉粒和糊粉粒。胚小,紧贴胚乳,胚芽和胚根由极短的胚轴连接,在胚芽和胚根先端分别包有胚芽鞘和胚根鞘。在胚轴一侧有一肉质盾状子叶,称为盾片或内子叶。在另一侧有一突起,称为外子叶,是退化的另一子叶。
2、无胚乳种子
许多双子叶植物如豆类、核桃和柑橘类的种子,以及部分单子叶植物的种子都缺乏胚乳,如慈姑、泽泻等,属于无胚乳种子。无胚乳种子只有种皮和胚两部分,在种子成熟过程中,胚乳中贮藏的养料转移到子叶中,因此常常具有肥厚的子叶,贮藏大量养料。其中慈姑种子很小,由种皮和胚两部分组成,种皮薄,胚弯曲,子叶一片,长柱形。除慈姑、泽泻外,单子叶植物无胚乳种子在农作物中比较少见。
六、种子发育
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。多数种子的发育可分为以下三个时期:
1、胚胎发生期
胚胎发生期从受精开始到胚形态初步建成为止,此期以细胞分裂为主,同时进行胚、胚乳或子叶的分化。这期间胚不具有发芽能力,离体种子不具活力。
2、种子形成期
种子形成期以细胞扩大生长为主,淀粉、蛋白质和脂肪等贮藏物质在胚、胚乳或子叶细胞中大量积累,引起胚、胚乳或子叶的迅速生长。此期间有些植物种子的胚已具备发芽能力,在适宜的条件下能萌发,即所谓的早熟发芽,这种现象在红树科和禾本科植物中最为常见。
3、成熟休止期
此期间贮藏物质的积累逐渐停止,种子含水量降低,原生质由溶胶状态转变为凝胶状态,呼吸速率逐渐降低到最低水平,胚进入休眠期。完熟状态的种子耐脱水,耐贮藏,并具有最强的潜在生活力。经过休眠期的完熟种子,在条件适宜时就能吸水萌发。
七、种子休眠
种子成熟后即转入休眠状态,此时的种子新陈代谢缓慢,呼吸作用微弱,能量消耗少。种子体眠是指具有生活力的种子,由于某些内在因素或外界条件的影响,一时不能发芽或发芽很困难的现象。
1、被迫休眠
种子成熟后,得不到发芽所需的环境条件而处于休眠状态。达到生长所需的条件后,种子便立即发芽,这类休眠也称为短期休眠。常见的植物有油松、侧柏、马尾松等。
2、自然休眠
种子成熟后,由于自身特性,即使给予发芽所需的环境条件,也不能立即发芽,必须经过较长时间或进行特殊处理才能发芽,这类休眠也称为长期休眠。常见的植物有银杏、白蜡、水曲柳等。
八、种子传播
植物果实和种子成熟后,依靠自身或外力的作用散布开去,称为种子传播。种子传播方式有主动传播(自体传播)和被动传播,其中被动传播包括风力传播、水力传播、借助人类和动物的活动传播等。
1、主动传播(自体传播)
主动传播(自体传播)即依靠植物体本身传播,不依赖其他媒介。本身具有重量的种子,成熟后会因重力作用直接掉落地面,如毛柿、大叶山榄等、而有些蒴果及角果,果实成熟开裂之际会产生弹射的力量,将种子弹射出去,如台湾含笑。部分自体传播的种子在掉落地面后,会有二次传播的现象发生,鸟类、蚂蚁哺乳动物都是可能的二次传播者。
2、被动传播
(1)风力传播
在长期自然选择和进化过程中,许多植物形成了借助风力进行传播种子的特性。这些植物的种子一般都具有体积小、质地轻、有翅或毛等附属物的特点,使得种子能悬浮在空气中,以便借助风力吹送到远处。如罂粟科、兰科植物的种子小而轻,可随风吹送到数公里以外。
(2)水力传播
水生植物或沼泽植物的种子多借水力传播。如莲的坚果在莲蓬上面,莲蓬由花托形成,呈倒圆锥形,成熟后漂浮于水面,随波逐流,将种子传到远方。椰子果实的中果皮疏松,富有纤维,可在水中漂浮,成熟后落于水面,随水力传播。
这类植物果实和种子的外面生有毛刺、倒钩刺或有黏液分泌,能挂或黏附于动物的皮毛、羽毛或人的衣服上,随动物和人们的活动无意识中把种子携带到较远的地方,如鹤虱、鬼针草、苍耳等植物的果实。
有些植物的果实和种子成熟后被鸟兽吞食,它们具有坚硬的种皮或果皮,可以不被消化,种子随粪便排出体外,传到各地仍能萌发生长。且附着在种子周围的粪便还为以后幼苗的成长提供了丰富的有机肥,更有利于植物的繁衍,如番茄、甘草的种子等。
来源:植物养分高效管理
植物六大组织器官之一——种子返回搜狐,查看更多