种子萌发过程中的生理变化

生物学教学 2 0 1 1 年( 第3 6 卷) 第4 期 种子 萌发 过程 中的生理变化 祝丽环 黄 婷 ( 广 西 梧 州 市 瓤lj 县 蒙 山中 学 5 4 6 7 0 0 ) 对于无休眠期的种子或者 已解除休眠的种子来 说 ， 在足够 的水 分 、 适 宜 的温 度 和 充 足 的氧 气 等条 件 下， 呼吸作用会逐渐加快 ， 酶的活性逐渐加强， 代谢活 动逐渐旺盛， 种子开始萌发， 最终发育成幼苗。种子在 萌发的过程中， 内部会发生复杂的生理变化。 l 胚乳和胚中的物质变化 胚乳 以物质 分解为 主 ， 其 重 量不 断减 少。 而在胚 中， 物质转化以合成为主， 其重量不断增加 ， 胚由小变 大， 胚乳 由大变小 。从整个种子来看 ， 则 是分解 作用大 于合成作用。发芽的种子 ， 虽然体积和鲜重都在增加， 但干重却显著减轻， 直到幼苗由异养( 由胚乳或子叶提 供养料) 转为 自养( 子叶进行光合作用制造有机物 ) 后 ， 于重才能增加 。干重 的减少 主要 是 由于 呼吸作 用 消耗 了一部分干物质 。 2种子吸水 种 子的吸水 可分为 三个 阶段 ( 图 1 ) ： 即急剧 的 吸 水、 吸水的停止和胚根长出后重新迅速的吸水。第一 阶段的吸水主要是物理吸水 即吸胀作用， 第二阶段是 吸水的暂停阶段 ， 而第三阶段重新大量的吸水是 由于 胚的迅速长大和细胞体积的增加 ， 属于渗透吸水。 图 1 种子萌发过程中水分吸收变化曲线 3 呼吸的变化 研究表明 ， 在种子萌发的第二 阶段 ， 种子呼吸产生 受 H 生成 N H ， 使尿中 H 浓度减少， 有利于肾远 曲小管分 泌 H ， 换 回更 多 的 N a ， 促 进 固定 酸 的排 出， 因此当 p H值下降时氨的生成量增加。N H 一 N a 交换扩 大了肾脏 的排 氢能力。 2 3 3 排 出过多的碱 血浆 N a H C O 的肾阈值约为 2 8 m mo l L 。当血浆 N a H C O 3浓 度过 高时 ， 超过 了 肾阈 值， 会导致肾小 管上皮细胞 H 一N a 交换 、 N H 一 N a 交换减少， 对 N a H C O 3 的重吸收也随之减少， 于是 过多的 N a H C O 3随尿 排 出 ， 此 时尿 液呈 碱性 。以 此来 维持 血浆 N a H C O 的正 常含 量。 65 的 C O 2 大大超过 0 2的消耗 ； 当胚根长 出 ， 鲜重 又增加 时 ， 0 2 的消耗高于 C O 2的释放速率 ( 图 2 ) 。这说 明初 期的呼吸主要 是无 氧 呼吸 ， 而 随后是 有 氧呼 吸。细胞 呼吸促进了物质的转化 ， 为种子萌发长成幼苗提供营 养物质 。 0 蔷 萌 欲 时 州( h ) 图2 种子萌发过程中呼吸速率的变化 4酶的活性增 强 在种子萌发 的开始 阶段 ， 只有少量 的水解 酶 ， 这是 因为在发芽 的开始 阶段 ， 贮藏物质的分解十分缓慢。 在氧气充足的条件下， 一个星期后 ， 水解酶的含量明显 升高， 从而促进种子萌发过程的物质转化。 5 有机 物转化 种子 萌发 过程 中有 机物 的 转化 包 括 以下 几 个方 面 ： 在胚乳中， 复杂的贮藏物质分解为简单的物质， 例 如淀粉分解为麦芽糖， 再水解为单糖被利用。脂肪分 解为甘油和脂肪酸， 蛋白质分解为氨基酸。这些贮藏 物质水解后形成 的最终产物， 在胚 中用来合成生命物 质， 直接用来形成新的器官即胚的生长， 长根、 长 茎、 长叶 。在胚 中 ， 物质 的转化 刚好 与胚 乳 相反 ， 可溶 解的小分子化合 物转 化为 不溶 的大 分子化 合物 ， 简单 的化合 物变成复杂 的化合物 ， 最后形成新 的细胞 结构。 6 植 物激素的变化 种子萌发过程中， 多种激素共同发挥调节作用。 参与调节的激素主要包括生长素、 细胞分裂素、 赤霉素 和脱落酸。激素含量具体变化见图 3 。 _ 等 攀 二 釜 蠢 6 迥 4 委 溉 图 3 种 子萌发过程 中激素含量 的变化 从 图中可 以看 出脱落酸 对种子 萌发起 抑制作 用 ， 6 6- 生物学教学 2 0 1 1 年( 第3 6 卷) 第4 期 例谈孟德尔 比率的变化 司恩保 ( 河 北省 邯 郸 邱 县 第 一中 学 0 5 7 4 5 0 ) 孟德尔 比率是在一定 的条件下 表现 出来 的 ， 这些 条件是 ： 亲本必需是纯合二倍体， 相对性状差异 明 显； 基因显性完全 ， 且不受其他基因影响而改变作用 方式 ； 减数分裂过程中， 同源染色体分离机会均等， 形成两类 配子 的数 目相 等 ， 或接 近相等 。配子能 良好 地发育并以均等机会相互结合； 不同基因型合子及 个体具有同等的存活率； 生长条件一致， 试验群体比 较大。 这 些条件在一般 的实验 中 ， 只要加 以全面考 虑和 妥善安排， 基本上都是可以得到保证的， 因而都能表现 出孟德尔式的比率。但是， 在孟德尔以后的研究中， 有 许多事 例表现 了孟德尔 比率的 变更 ， 现 就 以下几 个方 面加以简要介绍 。 1 致死基因 孟 德尔的论文被 重新发现 后不 久 ， 法 国学者 库恩 奥就发现小鼠中黄鼠不能真实遗传， 不论是黄鼠与黄 鼠相交， 还是黄 鼠与黑鼠相交， 子代都出现分离 ： 黄 鼠黑鼠一黄 鼠2 3 7 8 ， 黑鼠2 3 9 8 ； 黄 鼠 黄鼠一黄 鼠2 3 9 6， 黑 鼠 1 2 3 5 。 从以上情况来 看 ， 黄 鼠很像 是杂种 。如果黄 鼠是 杂合体 ， 则黄 鼠与黄 鼠交配 ， 子代 的分离 比应该是 3 ： 1 ， 可是从上述的结果看来 ， 倒是与2 ： 1 很适合。那么 这是怎么一回事呢?研究发现， 在黄鼠 X黄鼠的子代 中， 每窝 小 鼠数 比黄 鼠 黑 鼠少 一些 ， 大约 1 4 ， 这表 明有一部分纯合体黄 鼠在胚 胎期死 亡了。 黄 鼠 AV a x 黄 鼠 A a 尽 l A、 。A ： 2 A、 a： l a a 死 黄 敝 黑鼠 由此可知 ， 黄鼠基 因 A 影响两个 性状 ： 毛皮颜色 和生存能力。A 一方面有显性效应， 它对黑鼠基因 a 是显性 ， 杂合体 A fi t 表现 为黄 鼠； 另一 方 面 ， 黄 鼠基 因 A 在致死 作用方 面存在 隐性效 应， 因此， 纯合体 A A 时会引起合子 的死亡 。 在种子破除休眠过程中， 赤霉素与脱落酸之间存在拮 抗作用关系。各种激素含量的变化说明了种子萌发过 程是多种激素共同发挥调节作用的结果 。 主要参考文献 1 高信曾 1 9 8 7 植物学f 第2版) 北京： 高等教育出版社， 1 4 l 6 2 潘瑞炽 ， 董愚得 1 9 8 4 植物生理学 ( 第 2版 ) 北 京 ： 高等教育 出 版社 ， 4 75 2 2非等位 基因间的相互作用 不同对等位基因间相互作用而导致杂种后代分离 比例偏离正常的孟德尔比例， 称为基因互作。 2 1 互补作用 两对独立基因分别处于纯合显性或 杂合状态时， 共同决定一种性状的发育 ； 当只有一对基 因是显性 ， 或两对基因都是隐性时， 则表现为另一种性 状 ， 这种作 用称为互 补作用 。发 生互补作 用 的基 因称 为互补基因。例如， 香豌豆的花色遗传 ， 香豌豆有许多 品种 ， 其中有 两个 白花品种， 杂交后 F 1开紫花， F 2 分 离出9 1 6紫花和7 1 6白花。 P 白； bS C C p p x c c p P白花 旦 F 。 紫 花 C c P p 、 B 0 F 2 9 紫花 ( C P j： 7 白花 ( 3 C _ p p + 3 c c P +l c c p p ) 显然， 开紫花是由显性基因 c和 P互补的结果， 因 此这两个基 因称 为互补基 因。 2 2 累加作用 两对显性基因同时存在时( 不论是纯 合子还是杂合子) 产生一种性状， 单独存在时则能分别 表现另一种相似的性状。例如， 南瓜果形的遗传 ， 圆球 形对 扁盘形 为 隐性 ， 长 圆形 对 圆形 为 隐性 。用 两种不 同基 因型的 圆球形 品种 杂交 ， F 1 产生扁 盘形 ， F 2出现 三种果形 ： 9 1 6扁盘形 ， 6 1 6圆球形 ， 1 6长圆形。 P 圆球形 AA b b a a B B圆球形 曩 F ， 扁盘形 Aa B b B 0 F ，9 扁盛形( A B - ) ： 6 圆球J f ( 3 A_ b b + 3 a a B _ ) ： 1 长 圆( a a b b ) 从以上分析可知， 两对基因都是隐性时， 为长圆 形 ； 只有 A或 B存在 时 ， 为 圆球形 ； A和 B同时存在时 ， 则形成扁盘形 。 2 3 重叠作用 不同对基 因互作时 ， 对 表现型产生相 同的影响 ， F 2 产生 1 5 ： 1 的 比例 ， 称 为重叠作 用。这类 表现相同作用的基因， 称为重叠基因。例如， 芥菜果形 的遗传。常见果形为三角形蒴果 ， 极少数为卵形蒴果。 将两种植株杂交， F 全是三角形蒴果。F 2 则分离出 1 5 1 6三角形蒴果， 1 1 6卵形蒴果。卵形的后代不分 离， 三角形则有三种情况： 不分离 ； 分离 ， 3 4三角 形蒴果， 1 4卵形蒴果； 出现 1 5 ：