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分子生物学论文外源一氧化氮促进小麦种子萌发及其信号作用机制研究目 录摘 要IABSTRACTIII缩略语词汇表V引言1文献综述3 种子萌发机理的研究进展3 谷物种子中淀粉的降解及其水解酶16 植物一氧化氮（NO）研究进展20参考文献25第一部分 NO供体对渗透胁迫下小麦种子萌发与抗氧化代谢的影响33第一章 NO供体对渗透胁迫下小麦种子吸胀萌发和水解酶活性的影响331 材料与方法352 结果与分析373 讨论44第二章 NO供体对渗透胁迫下小麦种子萌发过程中抗氧化代谢的调控501 材料与方法512 结果与分析533 讨论58第二部分 小麦种子萌发早期b-淀粉酶对NO的快速应答及其生化特性研究61第三章 小麦种子萌发早期b-淀粉酶对NO的快速应答611 材料与方法632 结果与分析653 讨论80第四章 小麦种子萌发早期NO诱导的b-淀粉酶同工酶的特性841 材料与方法852 结果与分析863 讨论91全文结论94创新之处95存在的问题与展望96致谢98外源一氧化氮促进小麦种子萌发及其信号作用机制研究摘 要一氧化氮（Nitric oxide, NO）供体硝普钠（Sodium nitroprusside, SNP）能明显促进渗透胁迫下小麦种子的吸胀、萌发和胚芽胚根的生长，加速贮藏物淀粉降解为还原糖及可溶性小分子糖类；胁迫解除后，仍能维持种子较高的活力从而有利于幼苗的生长。进一步研究发现，SNP还能明显诱导胁迫下种子淀粉酶活性的上升，轻微提高蛋白水解酶活性，加速淀粉胚乳的液化或溶解，而SNP对酯酶影响不大。在探察NO对渗透胁迫下小麦种子萌发过程中抗氧化代谢时发现，一氧化氮（NO）供体硝普钠（SNP）能显著诱导渗透胁迫下CAT（catalase）、APX（acorbate peroxidase）活力的上升和脯氨酸含量积累，抑制LOX（lipoxygenase）活性，降低H2O2与MDA（malondialdehyde）的含量，从而提高渗透胁迫下小麦种子萌发过程中抗氧化能力，为种子的正常萌发提供一个良好的细胞内环境。有意思的是，在小麦种子正常萌发早期，SNP处理便可以显著诱导内源葡萄糖、果糖和蔗糖含量的上升；进一步采用各种糖和SNP，并结合NO清除剂处理小麦种子，发现糖信号可能也介导了萌发早期小麦种子中淀粉酶的激活机制，且与NO之间存在着对话（Cross-talk）现象。而且在正常萌发条件下NO诱导切胚半粒小麦种子萌发早期（6 h）的淀粉酶活力上升可能与GA3无直接相关。并对NO诱导小麦种子淀粉酶活力的可能信号作用机理及其与GA、糖信号通路的关系进行了探讨。进一步研究外源一氧化氮（NO）与赤霉素（GA）对小麦种子萌发早期（12h）淀粉酶调控的信号机制发现，在萌发早期（12h内），-淀粉酶和b-淀粉酶都不受GA所调控；而b-淀粉酶对NO存在着快速应答现象，但是，-淀粉酶却没有这种应答关系。NO诱导b-淀粉酶活性的迅速上升可能与游离态b-淀粉酶聚合体的解聚以及结合态b-淀粉酶的直接释放有关；而NO促进的蛋白水解酶活性的轻微上升，对b-淀粉酶的激活或释放没有贡献；而且NO对b-淀粉酶单体也没有激活效应。此外，我们的研究结果还表明，b-淀粉酶对NO的快速应答现象同样存在于其它物种，如大麦、大豆、水稻、西瓜、抑南芥等种子的萌发早期，暗示了b-淀粉酶对NO的快速应答可能是种子萌发早期的一个普遍机制。采用-淀粉酶活性大小存在差异的三个小麦品种研究发现，-淀粉酶活性与种子的萌发速率呈正相关，同时也暗示了，在正常条件下，高活性或高含量的-淀粉酶可能是促进种子萌发的诱因之一。同时结合-淀粉酶抑制剂的实验结果也表明，-淀粉酶在小麦种子萌发过程中起着重要作用。研究小麦种子萌发早期NO诱导的b-淀粉酶同工酶的特性发现，萌发早期小麦种子中的b-淀粉酶最适pH为4.5-6.5，在pH3.0-9.0范围内较稳定；最适温度为40，高于55时活力丧失，表现了其对热的不稳定性；自由态的种子中预存的自由态I型-淀粉酶同工酶pI在4.8-6.0范围，中性偏酸；依赖于NO而产生的II型-淀粉酶同工酶的pI在6.0-7.0范围，偏中性。抑制剂实验表明，萌发早期所有的-淀粉酶均含有巯基。进一步采用蛋白质合成抑制剂的实验结果表明，依赖于NO诱导的-淀粉酶同工酶在种子萌发早期（12h）不是从头合成的。关键词： 一氧化氮；种子萌发；渗透胁迫；小麦（Triticum aestivum L.）；赤霉素；-淀粉酶SIGNAL MECHANISMS OF EXOGENOUS NITRIC OXIDE ON THE PROMOTION OF WHEAT SEEDS GERMINATIONSTRESSABSTRACTEffects of nitric oxide (NO) donor, sodium nitroprusside (SNP) on the germination and activities of hydrolytic enzymes in wheat (Triticum aestivum L.) seeds were researched. Treatment with SNP dramatically promoted imbibition and germination of wheat seeds, increased the elongation of roots and shoots, accelerated the degradation of reserve starch and the liquefaction of endosperms under osmotic stress. After osmotic stress removed, the wheat seed treated with SNP could also retain higher viability. Further studies showed that SNP could induce amylase activities apparently, enhance protease activities slightly, while exhibit no roles in esterase. The effects of nitric oxide (NO) donor, sodium nitroprusside (SNP) on the antioxidant metabolism in germinating wheat seeds were also investigated. Treatment with SNP dramatically promoted the activities of CAT, APX and the contents of proline simultaneously, inhibited activities of LOX, decreased the contents of H2O2 and MDA. All of these functions were beneficial for improving the antioxidant capacity during germination of wheat seed under osmotic stress.Moreover, SNP could strongly increase the content of sugars, such as fructose, glucose and sucrose in wheat seeds during early germination (12 h) under normal conditions. When the seeds treated with SNP with or without PTIO, an NO scavenger, and different exogenous sugars, including fructose, glucose, sucrose and sorbitol, mannitol as controls, it was found that there might be existing a cross-talking between NO and sugars signaling in the activation of amylase in the early stage of germination, while GA acted no such actions in the same period.The effects of nitric oxide (NO) and gibberellic acid (GA3) on the responses of amylases in wheat seeds were further investigated during the first 12 h of germination. GA3 had no effects on the activities of -amylase (EC 3.2.1.1) or -amylase (EC 3.2.1.2), either in intact seeds or embryoless halves within 12 h. In contrast, addition of sodium nitroprusside (SNP), an NO donor, was able to induce a rapid increase in -amylase activity without affecting -amylase. Furthermore, the rapid response of -amylase to SNP in wheat seeds could be attributed to NO and was approximately dose-dependent. Some other aspects of SNP induction of amylase isozymes were also characterized. Further investigations showed that SNP might play an interesting role in the dissociation of free -amylase from small homopolymers or heteropolymers. Furthermore, SNP also directly induced the release of bound -amylase from glutenin and its crude enzyme preparation. However, the slight increase in protease induced by SNP might not be responsible for this action. Interestingly, based on the fact that the rapid response of -amylase to NO also existed in seeds of other species, such as barley, soybean, rice and watermelon, it might be a universal event in early seed germination.Activities of -amylase in seeds of three wheat species and their germination index were investigated at the same time. It showed that there was a positive correlationship between activities of -amylase and the index of germination in wheat seeds. Experiment of -amylase inhibitors also showed us -amylase played a key role in wheat seeds germination. In this paper, characterization of beta-amylase isozymes induced by NO was further investigated. The pI of the SNP-induced beta-amylases, Type, as determined by IEF, was in the range 6.0-7.0, and that of the intrinsically active ones, Type, in the range 4.8-6.0. The optimum pH of these amylases was found to be 4.5-6.5, and they were stable in the pH range 3.0-9.0. The optimum temperature of these enzymes was 40, but they active even up to 55. Further investigations using protein synthesis inhibitors, such as actidione D and chloromycetin, showed that beta-amylase isozymes induced by NO were not synthesized de novo.Keywords: Nitric oxide; Seed Germination; Osmotic stress; Gibberellin; wheat (Triticum); -Amylase缩略语词汇表ABAabscisic acid脱落酸APXacorbate peroxidase抗坏血酸过氧化物酶AsAascorbic acid抗坏血酸BSAborine serum albumin牛血清白蛋白CATcatalase过氧化氢酶CKscytokinins细胞分裂素DTTdithiothreitol二硫苏糖醇DWdry weight干重EDTAethylenediamine tetraacetic acid乙二胺四乙酸FWfresh weight鲜重GAgibberellin赤霉素GA3gibberellic acid赤霉酸H2O2hydrogen peroxide过氧化氢IEFisoelectric focusing等电聚焦IAAindole acetic acid吲哚乙酸LOXlipoxygenase脂氧合酶MDAmalondialdehyde丙二醛2-ME2-Mercaptoethanol-巯基乙醇NADPHreduced nicotinamideadenine还原型辅酶dinucliotide phosphateNOnitric oxide一氧化氮NOSnitric oxide synthase一氧化氮合酶NRnitrate reductase硝酸还原酶O2.-superoxide anion超氧阴离子PAGEpolyacrylamide gel electrophoresis聚丙烯酰胺凝胶电泳PAR4-(2-pyridylazo)resorcinol4-(2-吡啶)间苯二酚PBSphosphate buffer solution磷酸缓冲液PCMBp-Chloromercuribenzoate氯化苯汞PMSFphenylmethylsulphonyl fluoride苯甲基磺酰氟化物PODperoxidase过氧化物酶PVPpolyvinylpyrrolidone聚乙烯吡咯烷酮PRpathgen-related protein病原相关蛋白RNSreactive nitrogen species活性氮ROSreactive oxygen species活性氧SAsalicylic acid水杨酸SABPsalicylic acid-binding protein水杨酸结合蛋白SARsystem acquired resistance系统获得抗性SDSsodium dodecyl sulfate十二烷基硫酸钠SNPsodium nitroprusside硝普钠SODsuperoxide dismutase超氧化物歧化酶TCAtrichloroacetic acid三氯乙酸引言种子萌发是植物个体发育的最初阶段，一般而言，其下一代的独立生活是从种子萌发开始的。而种子的萌发受内外因素的制约，其中内部因素包括种子的休眠与不成熟，种皮的限制等；外部因素包括光，温，水，氧气，化学物质等。通常情况下，影响一批成熟种子萌发最主要的外部因素是水分亏缺，尤其是近年来由于环境的破坏、水资源的匮乏导致可耕种土地的干旱半干旱状况日趋严重。从世界范围来看，水资源日益短缺是全球性的问题。据统计，因旱灾造成的粮食减产位于各种灾害造成的损失之首。我国是水资源十分短缺的国家之一，干旱缺水地区面积占全国国土面积的52%，这些地区的耕地面积占全国的64%（李广敏与关军锋，2001）。干旱胁迫能抑制种子萌发过程中胚乳和幼苗的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等水解酶的活性；降低贮存物质的氧化分解；抑制呼吸作用，使胚生长所需的物质与能量供应受阻；从而抑制了胚的生长，影响种子的萌发，妨碍了农业生产。因而，水分亏缺条件下种子的萌发机理一直是植物抗逆研究和农业生产上所关注的重要课题。小麦是一种重要的粮食作物，属淀粉型种子。种子中的贮存物质主要是淀粉，此外还有部分蛋白质与脂肪。因而贮藏物质-淀粉的降解与其水解酶-淀粉酶的表达是萌发过程中最显著的事件之一。经典的种子萌发理论认为，在正常的环境条件下，种子由特定部位渗透吸水，接着胚开始萌动合成GA向糊粉层运输，刺激糊粉层合成并分泌水解酶类，尤其是-淀粉酶，至贮藏器官，将贮藏物质水解成小分子物质供胚生长。然而，近来越来越多的研究结果证实，GA仅仅在种子的萌发后期及幼苗的生长有关。而关于在萌发前期尤其是种子吸水膨胀阶段淀粉酶的调控研究一直处于被忽视且未知的状态。NO在植物体内起着重要的作用，参与诸如信号转导，抗氧化代谢，基因的表达与调控，细胞编程性死亡，生长与发育等。García-Mata与Lamattina（2001）研究发现NO可以诱导植物叶片的气孔关闭增强植物对干旱的适应性，表明NO参与了植物体内的干旱胁迫响应。进一步发现NO是通过介导ABA信号转导途径诱导气孔关闭，从而增强植物的抗旱性的；Beligni等（2000）研究发现NO能够诱导需光种子莴苣在黑暗或低光强条件下正常萌发，表明NO参与了种子萌发过程中的光形态发生，介导了种子萌发的内部机制。有趣的是，最近的研究发现，大麦等作物种子的糊粉层可以通过亚硝酸盐的非酶促反应来合成NO，而且这也是萌发过程中的一个普遍现象（Bethke等，2004）；并且在高粱种子萌发早期也发现了NO快速迸发的现象（Simontacchi等，2004）。已经知道，具有跨膜特性的NO也是重要的植物信号分子/调节物质，能够参与种子萌发、光形态建成、胁迫响应、PCD以及抗病等各种生理代谢过程（Zhang等，2003；Barroso等，1999），其作用机理往往与其对相关代谢酶活/基因表达的调节有关（Durner等，1998；Neill等，2000；Mackerness等，2001）。此外，植物NO的生理功能还与其具有的抗氧化剂特性有关，Beligni等（2002）就报道NO可以延缓大麦糊粉层细胞的凋亡，就是因为NO起到了类似于抗氧化剂BHT（Butylated hydroxy toluene）的作用。然而，目前有关NO诱导种子萌发过程中的生理生化机制以及NO能否诱导禾谷类种子萌发，尤其是逆境条件下种子的萌发，国内外仍未见文献报道。NO是否在萌发过程中与GA存在着互作关系，NO是否参与了GA对淀粉酶调控等问题仍待进一步明确。本研究的主要目的是：其一，明确NO能否促进渗透胁迫条件下的种子萌发；其二，深入研究NO在种子萌发过程中的信号作用机制；其三，为农业生产上，尤其是干旱半干旱地区的农业生产上解决播种后萌发滞后的难题。研究结果不仅可以充实植物中的NO信号作用机制，丰富种子中有关-淀粉酶的相关知识，为阐明种子萌发生理和今后生产实践的应用提供新的理论基础。本题的研究内容主要集中于以下几个部分：1. NO对渗透胁迫下小麦种子萌发的影响；2. NO是否参与了种子萌发过程中的抗氧化代谢；3. NO对小麦种子萌发早期-淀粉酶活性快速诱导调节的分子机理；4. 其它种属种子中是否也普遍存在-淀粉酶对NO信号的快速应答现象；5. 受NO调控的-淀粉酶生化特性及其生物学意义。文献综述 种子萌发机理的研究进展植物下一代的独立生活是从种子萌发开始的。我们经常说大自然喜欢变异，确实如此。自然界在造就形形色色的物种的同时，也造就了形形色色的种子萌发机制。从种子外部的解剖学形态到种子内部的储藏物质的组成都决定了种子在萌发时必定存在着或多或少的差异。比如，同是禾本科种子，由于储存物质的组成与比例的不同，小麦与玉米在动员储藏物质、启动萌发时存在差异；同样，水稻与小麦之间的差异便是显而易见的了。另外，同一品种的一批种子由于所处的萌发环境不同，比如高温/寒冷、光/暗、干旱/潮湿、盐碱/重金属等条件下，其适应环境的萌发机制也明显不同。具体一个物种的种子能否萌发与怎样萌发，是由其自身的内部遗传特性及外界的环境因素所决定。内部遗传特性，如胚的休眠与不成熟、种皮的限制（Debeaujon等,2000）等；外界的环境因素，包括光、温、水、气、激素等。显然，这是植物在进化过程中为了物种延续而适应环境的结果。萌发的类型多样性与环境对其影响的复杂性使目前还很难形成一个比较完美的种子萌发模型或理论构图（Ellner, 1985a; Ellner, 1985b）。一、 种子的萌发与休眠1种子的萌发人们可能会认为“萌发的概念”问题早已得到解决，或至少可以轻易地回答。然而，萌发过程的严格解释目前仍难以准确阐明。什么是萌发？有活力的种子，当其受潮吸水后，开始进行呼吸、物质合成及其它代谢活动，经过一定时期，种胚突破种皮，露出胚根的过程，称为萌发。萌发在形态学上，是胚转变为幼苗；萌发在生理学上，是恢复早先受抑制或暂停的代谢和生长，是开放一部分新的遗传程序的转录；萌发在生物化学上，是氧化和合成途径的相继分化，是恢复营养生长和发育的典型生化途径；因此，萌发在本质上，是将胚轴恢复到静止或休眠期间暂时停止的连续生长状态，开始进行新的遗传程序即基因的相异转录（Khan，1977）。萌发是在生命产生后又暂时停止的系统中的生命恢复过程。Bewley（1997）将萌发的时间段划分为从种子吸胀开始，到胚轴伸长和胚根刺破胚周围组织。据推测，激素是构成种子萌发的生化过程的调节物。2种子的休眠生物界有许多很有趣的现象，生物学上的休止就是其中之一。休止有许多形式，休眠、静止、滞育、冬眠和睡觉都是休止的表现。生物学的休止反映了一种降低代谢或代谢低下的状态，表现在遗传程序的表达部分关闭（基因阻遏），并且经常伴随着生长发育的暂时停顿。进入和解除休眠对于有机体继续生命周期来说是重要的发育过程。对于构成休止的生理学和组织学条件，我们还基本上一无所知。种子休眠和静止或其他形式的休止（如芽休眠）的不同之处是高度干燥的状态。为了进一步阐述种子萌发，我们还必须了解一个与之有关的重要概念：休眠。种子的休眠是一个十分古老的话题，然而至今也未能完全揭开它的奥秘。不同的科学家从不同的角度来探讨这个问题。Hobson（1981）曾这样说过：“研究休眠问题的人有多少，休眠的定义就可能有多少种”。这种现象出现的主要原因是因为休眠机理不清楚。Bewley（1997）认为，休眠是指在足够的水分、温度和氧气条件下，种子萌发被抑制的一种内在状态。这意味着只要去除抑制作用，种子就能在很广的环境条件下萌发。Vleeshouwers等（1995）强调合理的休眠概念应该把那些影响种子萌发的内在和外在因素区分开。Baskin和Baskin（1998）对于休眠也做了类似的解释:因为不合适的外界条件和/或种子内部结构特性阻止了种子的萌发。在不可预测环境中种子存在推迟萌发现象，这是大家早就注意到了的事实；然而，在环境条件相对稳定的条件下，种子也会有休眠现象，有的学者提出这是为了避免竞争，尤其是亲属之间的竞争(Ellner, 1987; Ellner, 1986; Nilsson, 1994; Kobayashi and Yamamura, 2000),特别是对光、水的竞争。据此，理论生物学家也列出了几种会导致种子休眠的原因：在有风险的环境中确保种的延续；阻止与母株或兄弟之间的竞争；当环境不利于实生苗的定居时可作为一种调节对策；调节萌发对策使适合度达到最大；作为几个生活周期特征之一被继承下来使种的适合度最大（李良和王刚，2003）。这是对同一问题的不同方面的研究。理论生物学家提出了很多数学模型试图从进化的角度来加以解决。然而，与萌发一样，休眠类型的多样性与环境对其影响的复杂性目前也很难形成一个比较完美的种子休眠模型或理论构图。一颗有活力的种子可能不会萌发，比如，大多数温带和寒带植物的种子在夏末和秋季散落之后，尽管温度、湿度和光照均适合于种子发芽，但仍保持休眠状态，直到来年春季才萌发（Allen与Skmeyer, 1998; Vleeshouwers与Bouwmeester, 2001）。种子长期保持生命力而不萌发的能力是植物最重要的适应性之一。正是体现在生长活动中止的这种适应性，使得种子不仅能在不利的季节条件下存活了下来，并且保证了其物种的延续。在自然环境下，种子休眠代表着一种重要的保护模式，目的在于阻止种子在不适宜的时期萌发，确保幼苗存活。显而易见，种子若在温湿等条件不当的季节萌发便会导致幼苗的死亡。这种适应性有两种主要的表现形式，一种是强迫休眠，即由于不利环境条件所引起的生长停顿，我们也经常称之为“静止”；另一种是机体休眠，这和种子本身的性质有关（Bewley and Black，1982，Bewley and Black，1989；Baskin与Baskin，2000）。可以看出这两类休眠，一类为外因性的，一类为内因性的。外因性休眠受诸多因素影响，如物理的、化学的、甚至种皮和果皮；而内因性休眠是由胚的特征所决定的。休眠的种子在一定条件下都可以萌发（Baskin和Baskin, 1998）。静止的或强迫休眠的种子容易受到非专一性的触发因子，如足够的水分和适宜的温度的作用就能够启动种子的萌发。然而，机体休眠的种子即使是在有利于生长的正常条件下也不萌发。机体休眠种子需要特殊的环境刺激，这种刺激不是恒定不变的，但具有触发萌发过程的作用。一般情况下，特殊的触发因子通常是和抑制条件有关的周期性的环境因素。目前，我们可以肯定的是，静止种子和机体休眠种子在萌发方面的区别在于遗传阻遏和代谢抑制或缺乏的程度。在静止种子萌发时，开始的氧化代谢是厌氧的，一般的或非特殊的萌发因子，如水，可以推动这些途径的活化。后来，氧化代谢变为需氧的，并伴随着分化基因的转录。这些途径受内源萌发物（激素）的推动。然而，休眠种子在萌发时缺乏现成的重要中间产物。所以需要特殊的引发，如低温或光敏节律，来活化水解以及后来的氧化途径，或修补早期的代谢缺乏。此外，遗传转录受到强烈的阻遏，萌发物需要触发以推动转录和转译的活化。总之，休眠种子萌发必须作好代谢准备。所以，在静止种子和休眠种子萌发时，代谢途径及其顺序可能是有重要差别的。休眠的类型可以分为三组：外部、内部和综合休眠。外部休眠中萌发迟滞的原因通常和种皮的各种物理或化学性质有关，其中包括对水和气体的透性（Genever，1998；Hilhorsth，1995；Hilhorsth，1998）。这类休眠包括物理休眠和化学休眠，可用各种物理方法予以打破。物理休眠或硬实性在自然界中是相当普遍的，坚硬的果、种皮对萌发的胚起机械阻碍作用。化学休眠大部分发现于热带和亚热带地区的植物，以抑制剂阻碍种子在不利的旱季发芽，人工去除果皮、种皮或者淋洗果实就足以使许多种子萌发，这种过程在自然条件下通常在雨季发生。内部休眠是最普遍的而且不容易克服，如胚发育不完全、胚的活力下降，只有能引起生理变化的那些因素才能打破休眠，诸如一定温度的层积，后熟要求，光照条件，生长促进剂的应用等等。大多数种子都是综合休眠，有各种内部休眠类型和外部休眠类型的结合，由于造成抑制萌发的各种原因之间的组合的多样性（杨期和等，2003），对综合休眠进行明确的分类是比较困难的，为克服综合休眠通常需要进行复合的预处理。3萌发与休眠的关系从以上叙述可以看出，萌发并不是休眠的简单终止，也不是与休眠的简单过程替换。萌发是一个在不同萌发因子的作用下打破休眠恢复生长的复杂过程；萌发是一个协调、有序、周密的物质与能量的大动员过程；萌发是分解代谢与合成代谢的精密互作；萌发是从生命停滞到生命恢复的复杂的戏剧性的过程。种子萌发是胚解除休止状态，反映了由低代谢向“最适的”或“正常的”代谢的发育转变，同时也反映了休止的解除与生长的恢复。在生物学上，种子萌发是解除胚的类似隐生的状态，是发育的遗传程序的再表达。二、 种子的结构与养料的储藏1、种子的结构种子的大小、形状与结构，在种间有极大的差异。种子是由受精胚珠形成的。当受精胚珠发育时，我们一般可以看到：种皮，由一或二层珠被形成；外胚乳，由珠心形成；胚乳，由一个雄的生殖核和两个极核融合形成三倍体的胚乳细胞核；胚，由一个雄核和卵受精产生。这些不同成分继续发育的程度如何，或甚至它们之中是否全部保存下来，都会造成各种类型种子中一些根本性的结构差异。另外，许多植物的胚珠外组织，特别是子房壁（果皮）在种子形成过程中与种子紧密结合。我们也能看到即使同一植株上的种子，其结构也有所不同，这是种子的多形性。有些植物的种子可出现大小不同、胚乳有无、种皮色泽不一和叶绿素多少的种种差异，产生这种差异的原因尚不十分了解。种皮是种子内部隔绝外界环境的天然屏障，种子与珠柄连结处的一个疤痕形成了种皮上一个明显特征：种脐。许多种子在种脐的一端有一个小孔：珠孔。此外，许多种子的种皮上还有附属物，如种阜、假种皮等。种脐及其附属物在吸涨过程中水分的进入起重要作用。至于为什么会出现种皮的不透水性目前还很不清楚。外胚乳在绝大多数种子发育初期之后就不复存在了，但丝兰、咖啡等少数种类，则逐渐变成种子养料的主要储藏组织。这些种子实际上没有胚乳，可是有些种类也会有相当数量的胚乳。根据胚乳的发达与否，种子可分为胚乳型或非胚乳型种子。比较发达的胚乳内贮藏着营养物，常见的例子是禾本科植物，在这种情况下，子叶相当小，或是吸器状器官。种子发育期间，胚乳包围了胚，并直到种子充分长大，一直保持着较大的组织；有的种子当胚生长加速，胚乳可被吸收或消耗成一薄层组织，而胚就占满了整个种子，如红花菜豆。禾本科及一些其它植物，胚乳的特点是外面有一层糊粉层。当种子开始成熟时，胚乳表面的细胞垂周分裂，形成长方形小细胞。这样的细胞可以有一层或几层，如图1所示，它们的细胞壁变得相当厚，并且，重要的是，不象谷粒中的其它充满了淀粉的死的胚乳细胞，它们是保持着活性的细胞。胚乳糊粉层子叶、盾片胚果种皮图1 小麦种子的结构示意图胚包括长着一片或几片子叶的胚轴。胚轴由三个部分组成：着生子叶的下胚轴、胚根（与下胚轴间的界限很难划分）和胚芽（带有第一片真叶的茎尖）。少数植物在子叶间有一节间叫中胚轴。这些部分在双子叶植物的胚中一般容易判别，但是在单子叶植物中，特别是禾本科，则比较难认。它们的单独一片子叶大多变成吸器-盾片。子叶基部的膜延伸为胚芽鞘，而有些植物的胚轴部分变成中胚轴。胚根鞘可解释为裹着内生胚根的胚轴基部。外胚叶可认为是子叶的叶舌。胚的形状及其在种子中的位置，在种间有极大的差异。2、种子养料的贮藏种子萌发所需要的物质和能量完全来源于贮存物质的氧化分解与能量的释放。在幼苗本身成为能营光合作用的自养植物体之前，萌动的种子靠体内的贮藏养料来维持其生长发育(Bewley, 1997；Bewley and Black, 1985)。这些贮藏物多半是以离散的胞内体形式存在，并包含着类脂物、蛋白质、碳水化合物、有机磷酸盐及各种无机化合物。当然，也仅有极少数植物如兰花，几乎没有贮藏养料，种子的萌发与生长都是靠外界供给碳水化合物等有机物，估计常常是由它和腐生菌之间的关系供给的。贮藏养料的组分，种子之间有很大的差异。碳水化合物，主要是淀粉，在禾谷类及其它禾本科植物中占优势，虽然同时也存在蛋白质和类脂物。大部分植物的种子，其中许多是重要的农作物，贮藏的主要物质是脂类，如甘油三脂，但同样也还有相当多的其它贮藏物，如蛋白质等。另外一类种子，如豌豆、菜豆等豆科植物，蛋白质含量很高，淀粉含量甚至更高，而脂类甚少。有些种子中贮藏的碳水化合物是甘露聚糖，或以游离氨基酸形式贮存氮。除了主要的有机贮藏物质外，也常有肌醇六磷酸钙镁和小分子的碳水化合物。此外，应该了解，种子在发育期间，母体植物所经历的环境条件和遗传因素，都会使其种子中的贮藏物发生相当大的差异（Bewley and Black, 1978）。在静止种子中贮藏养料的的大规模水解是发生在滞后期之后，甚至是发生在胚根出现之后（Drennan与Berrie，1962；MacLeod与Palmer, 1969），表明胚芽胚根早期生长的养分供应依然依赖于贮藏物质的降解。三、 植物激素与种子萌发在种子上应用生长调节剂对于解除休眠和促进萌发有特别重要的意义，这样不仅为生产上提供实践依据，而且可以为我们提供