【植物学笔记】种子与幼苗

我们通过了九节内容介绍了植物学的植物细胞和植物组织的基础知识，这一讲我们就来介绍植物学的其中一个核心内容——植物解剖学，来详细地介绍植物的各个器官的作用，植物与动物不同的一点就在于植物的器官直接构成植物个体，而动物器官组成系统，各个系统构成动物个体。所以对于植物解剖学来说我们就把目光放在植物的营养器官（根、茎、叶）和生殖器官（花、果实、种子）

这一讲我们先来介绍种子，种子seed是种子植物等用来传播繁衍后代的特有结构，是植物高度进化的产物，植物种子的形态各异（如下图）{不同植物的种子(从左到右，不按比例)。第一排:罂粟、红辣椒、草莓、苹果树、黑莓、大米、葛缕子属。第二排:芥末，茄子，酸浆，葡萄，覆盆子，红曲，广藿香。第三排:无花果、枸杞、甜菜、蓝莓、金猕猴桃、蔷薇果、罗勒。第四排:粉红胡椒、番茄、萝卜、胡萝卜、紫罗兰属、莳萝、芫荽。第五排:黑胡椒、卷心菜、大白菜、沙棘、欧芹、蒲公英、荠菜。第六排:花椰菜、萝卜、猕猴桃、石榴、百香果、梅丽莎、万寿菊}、大小也各异（比如芝麻和椰子的种子。）粗糙的表面还有各种各样的雕纹，成熟的种子还有明显的斑痕——种脐。有的种子还具有翅、冠毛、刺、芒和毛等附属物，有利于种子的传播。

成熟的种子都具有种皮seed coat，testa（由珠被发育而来的保护层，一般会有种脐和来自于珠孔的种孔）和胚embryo（由胚芽plumule、胚轴hypocotyl、子叶cotyledon、胚根radicle）两部分组成，有些植物还具有胚乳endosperm（植物种子中储藏营养物质的薄壁组织，有胚乳的种子胚乳很小（特别是子叶），而不含有胚乳的种子是由于胚乳被胚消化吸收，子叶储存了大量营养物质而肥大）

双子叶植物有胚乳种子，比如下图的蓖麻（Ricinus communis L.）的种子，具有两层种皮，外种皮坚硬由花纹，内种皮膜质乳白色。种子的一端有由外种皮延伸而形成的海绵状突起结构——种阜caruncle，有吸水作用来促进种子萌发。在种子的一面中央有一纵棱称之为种脊rhaphe，是道生胚珠的胚柄与珠被愈合处留于种皮上的痕迹。胚乳含有大量脂肪，占据种皮以内较大空间。胚位于胚乳之中，胚芽、胚轴、胚根极小。子叶两片大而薄、有明显脉纹、紧邻胚乳基部与胚轴相连。

单子叶植物有胚乳种子：以小麦种子为例，小麦种子实际上是果实（果皮与种皮愈合不易分离），小麦种子的一端有果毛，腹面有一纵行的腹沟。胚乳发达，占据了籽粒的绝大部分，由含有蛋白质的糊粉层和大量贮藏淀粉的胚乳细胞组成。胚位于籽粒基部的一侧，体积较小。胚轴上有子叶相对的外侧，还有一小突起，称为外胚叶。

洋葱种子近似半球形，种皮内有储藏蛋白质、类脂和半纤维素的角质胚乳。胚弯曲包藏于胚乳之中。子叶一片、长筒形，胚芽位于子叶基部一侧的裂缝处，胚轴较短，其下方为胚根。

双子叶植物无胚乳种子：如蚕豆种子，种子一端有黑色细长的瘢痕称为种脐，种脐一端有细小的种孔，与种孔相对的隆起部分称之为种脊，两个豆瓣为子叶外侧的的小突起为胚根，连接两片小子叶的为胚轴，与胚轴相连，与胚轴相对的另一端为胚芽。

单子叶植物无胚乳种子：如眼子菜和慈姑，种子很小、种皮薄，胚弯曲，子叶一枚长筒形。

种子具有活力而出于不发芽的状态称之为种子休眠seed dormancy，可以适应环境延续生存，是种子植物进化的稳定对策。根据休眠的原因，可以将休眠分为强迫休眠（缺乏适当条件而不萌发）、生理休眠（与种子本身的特性有关），所以说引起植物休眠的原因有外部、内部（种皮机械压迫、对水、气的不透性，有抑制物质，胚本身未发育成熟，缺少必须的激素，有胚乳的合成、积累、转化等尚未完成）和内外部三类。解除种子休眠的方法有物理作业去除种皮的“硬实性”，低温层积加快种子后熟，化学物质与激素刺激，清水漂洗和光照处理解除休眠。

种子萌发seed germination，是指种子从吸水到胚根突破种皮期间发生的一系列生理生化过程。从形态上看，种子萌发是具有生命活力的种子吸水后，胚生长突破种皮并形成幼苗的过程。通常一胚根突破种皮为标志。从生理上来看，萌发是无休眠或已解除休眠的种子吸水后由相对静止状态转为生理活动状态，呼吸作用加强，储藏物质被转化为可供胚利用的物质，引起胚的生长。从分子生物学的角度来看，萌发的本质是水分温度等因子使得植物些基因表达和酶活化，引发一系列与胚生长有关的反应。影响种子萌发的内因包括：完整的结构、生理性成熟、充沛的活力、丰富的营养。外因包括充足的水分（吸水从凝胶变为溶液来代谢，开始酶促反应，胚乳中的物质开始分解，胚乳细胞程序性死亡）和氧气（供旺盛的呼吸作用使用）、适宜的温度，有的植物还需要具备光照或黑暗条件。

幼苗seeding可以分为子叶出土幼苗epigaeous seeding（胚根首先突破种皮，向下生长，下胚轴向下伸长，将子叶带离种壳，暂时进行光合作用，胚根胚芽相继发育为地下的根系和地上茎叶系统。如下图中的下方图和上图）和子叶留土幼苗hypogaeous seeding（萌发时仅仅子叶以上的上胚轴或者中胚轴伸长生长，它们连同胚芽向上伸出地面，形成植物的茎叶系统。而下胚轴不伸长或者伸长很有限，使得子叶和种皮留于土壤中。如下图中的上方图）。但是此外有一些植物的萌发兼具子叶出土和留土的特点。（生物学最大的特点就在于不论你怎么归纳总会有例外，可以说生物学总是充满黑天鹅）

参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/Ricinus

https://en.wikipedia.org/wiki/Seed

https://en.wikipedia.org/wiki/Germination

https://en.wikipedia.org/wiki/Seed_dormancy

https://en.wikipedia.org/wiki/Wheat

https://en.wikipedia.org/wiki/Vicia_faba

https://en.wikipedia.org/wiki/Cotyledon