種子是由受精胚珠發(fā)育而來的,是可脫離母體的延存器官。植物的生存周期嚴格的說是從受精卵分裂形成胚開始的,但目前習慣上認為種子是植物生存周期的起始,因此播種自然成為人們進行植物繁殖的主要手段。
種子到植物體,首先要經(jīng)過萌發(fā)(germination)階段。風干的種子的生理活性極其微弱,基本上處于靜止狀態(tài),即所謂休眠狀態(tài)。當種子吸收了充足的水分,在適宜的條件下,有活性的種子就可以萌發(fā)。所謂萌發(fā),可以從三個學科角度去描述和定義:
形態(tài)學角度:萌發(fā)是具有生命力的種子吸水后,胚生長突破種皮界限并形成幼苗的過程。通常認為胚根突破種皮是萌發(fā)的標志。
生理學角度:萌發(fā)是無休眠或者已解除休眠的種子吸水后又相對靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)為生理活動狀態(tài),呼吸作用增強,儲藏物質(zhì)被分解并轉(zhuǎn)化為可供胚利用的物質(zhì),引起胚生長的過程。
生物化學與分子生物學角度:萌發(fā)的本質(zhì)是水分、溫度等因子使種子的某些基因表達和酶的活化,引起的一系列與胚生長有關(guān)的生化反應。
種子萌發(fā)需要經(jīng)過三個階段,他們是:
第一階段——吸脹吸水期:此階段主要依賴種子內(nèi)膠體成分吸收水分,是原來的凝膠狀態(tài)的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)的物質(zhì),此時諸多大分子的鏈得以舒展,種子細胞恢復原有的結(jié)構(gòu)和功能。值得指出的是,此時期的吸水與種子是否有活性無關(guān),也就是說死種子也可以經(jīng)歷吸脹吸水期,表現(xiàn)為種子膨大。
第二階段——緩慢吸水期:經(jīng)過了第一期的吸水作用,種子原生質(zhì)體的水合程度已經(jīng)趨于飽和;細胞膨壓增加和種皮的限制,阻礙了進一步吸水。此時種子吸水呈現(xiàn)由快吸水轉(zhuǎn)向慢吸水階段,此時種子細胞內(nèi)多種酶蛋白恢復活性,休眠的DNA恢復活性,開始轉(zhuǎn)錄信使RNA。同時啟動大量酶促反應,表達多種蛋白。與此同時,種胚細胞開始合成、分泌赤霉素(GA),促進胚乳的分解,以提供胚細胞生化反應的原料。由于大量的胚乳分解物質(zhì)進入胚細胞內(nèi),胚細胞內(nèi)液滲透壓上升,又加快了吸水,所以細胞進入萌發(fā)第三期。
第三階段——生長吸水期:由于細胞代謝的加快和胚細胞滲透壓上升,導致吸水速度由第二期的慢吸水進行性加快。此時,胚根、胚芽中的核酸、蛋白質(zhì)等生命物質(zhì)代謝旺盛,胚細胞的生長引起了種皮外觀的可見萌動。當胚根突破種皮后,有氧呼吸加強,新生器官生長迅速,表現(xiàn)為種子滲透吸水和鮮重的持續(xù)增加。