种子学-种子的化学成分课件

第四章种子的化学成分种子化学成分的种类，性质、含量和分布，直接影响种子的生理状态、物理性质、耐贮性、营养价值、利用价值。与种子检验方法、加工贮藏、品质育种密切相关。种子是植物主要的储藏器官。种子中的储藏物质：维持种子生命活动；幼苗早期生长的养料来源；人类生存的营养成分、维持人类健康成分主要来源。内容一、种子的主要化学成分及其分布二、种子水分三、种子的营养成分四、种子的生理活性物质五、种子的其他化学成分重点：1、种子主要化学成分及其分布。2、水分、营养物质、生理活性物质等化学成分相关概念和生理特性。3、影响种子化学成分的因素。一、种子的主要化学成分及其分布

水、糖分、含氮物质、脂肪、矿物质、维生素、激素、其他成分（色素、毒素）、遗传物质

4种类型（按照在种子中的作用划分）：

结构物质,

如结构蛋白、核酸、磷脂、纤维素等

营养贮藏物质，如淀粉、可溶性糖、贮藏蛋白、脂肪等

生理活性物质，如酶、维生素、植物激素等

水、矿物质、有毒物质等不同作物种子，化学成分含量和类别都有差异，但化学成分的种类基本相似，差异主要在含量上。粉质种子：淀粉60-70%；蛋白质8-12%；脂肪2-3%（禾本科）蛋白质种子：蛋白质25-35%高淀粉50%（蚕豆）高脂肪20-50%（花生）油质种子：脂肪30-50%（花生、油菜）同类型种子不同品种间化学成分含量存在差异，同时还受到环境条件影响根据不同作物种子营养成分含量的差异，可把农作物种子分为:

化学成分的分布不平衡农作物种子各种化学成分分布不平衡，不同部位之间含量差异很大，决定了各部分生化特性和生理功能及营养价值、利用价值的不同。禾谷类种子胚：（活细胞）含水量高、可溶性糖、脂肪、蛋白质（酶）、维生素、矿物质，无或极少淀粉。（营养价值高，易变质）胚乳：（死细胞）淀粉，储藏蛋白、低脂肪、低可溶性糖、低灰分

注意：糊粉层细胞是活细胞，成份与胚相似皮层：（果种皮）纤维素、矿物质麸皮：纤维素、矿物质双子叶种子种皮：纤维素、矿物质子叶（胚乳）：储藏蛋白、淀粉、脂肪等许多油质种子如蓖麻、大葱等，胚乳中无淀粉粒，主要为脂体、蛋白体，有完整的原生质体，亦为活细胞。胚芽，胚轴，胚根：较多的可溶性糖影响种子化学组成的因素

遗传因素：品质育种的基础

成熟、饱满度：种子成熟愈好，贮藏蛋白与支链淀粉含量愈高,透明度愈高，种子的食用品质愈好；愈饱满的种子，果种皮占的比例小，出粉率、出油率高。环境因素（气候、土壤条件）：对粉质种子的影响：

干旱及盐碱条件使淀粉合成下降，对蛋白质合成影响较小。我国小麦蛋白质含量呈北方高南方低趋势。雨水过多影响淀粉积累。

氮肥促进蛋白质合成积累；钾肥促进淀粉积累，相对降低蛋白质含量。环境因素：对油质种子的影响：适宜低温促进脂肪合成，且不饱和脂肪酸比例增高（碘价升高）；高温则促进蛋白质积累。我国大豆蛋白质含量南高北低；脂肪含量变化相反。

水分充足有利于脂肪积累，反之蛋白质含量相对较高。

磷、钾肥促进油质的合成积累；氮肥过多降低油分。碘价：100克脂肪吸收碘的克数（饱和度）二、种子水分种子水分是种子生理代谢作用的介质和控制开关，对种子的物理性质和生理特性有显著影响。种子水分的状态

自由水（Freewater）-游离水:

存在于种子毛细管中，可自由移动具有普通水的性质，0℃以下能结冰，自然条件下易蒸发，能做溶剂，能引起种子强烈生命活动。

束缚水（Boundwater）-结合水:与种子中的亲水胶体结合，不能自由移动，不具有普通水的性质，0℃以下不结冰。

只有高温才蒸发掉一部分，不能做溶剂。种子含水量的变化主要是自由水含量的变化，束缚水含量的多少主要取决于种子所含亲水物质和亲水基团的种类和数量。自由水：靠氢键结合的水分子束缚水：靠静电吸引结合的水分子临界水分：种子的束缚水达到饱和程度，将出现自由水时的种子含水量。一般禾谷类种子的临界水分为12—13%，油质种子为9—10%（含油量愈高，临界水分愈低）

种子的临界水分是种子安全水分确定的主要依据。安全水分：种子能安全储藏的含水量范围。取决于种子的种类以及储藏的环境温度条件。种子中水分的存在状态与种子的生命活动密切相关：

只存在束缚水时，新陈代谢极微弱，易贮藏

自由水出现，呼吸强度迅速升高，代谢旺盛，病虫滋生;

达一定限度，出现萌发。

种子含水量对种子生理及储藏的影响

>12-14%：种子表面和内部的真菌开始生长，使用熏蒸剂杀虫，会损害种子发芽力。

>18-20%：储藏种子会“发热”。（呼吸放热，水分吸附放热）

>40-60%：种子会发芽。

吸附性种子表面及内部的毛细管（1nm-1um），彼此直接贯通或相隔半透膜。种子依靠毛细管的内表面张力来吸附外界水分子或其他气体分子，这种性能称为吸附性。水分：与亲水胶体结合-束缚（结合）水停留在毛细管内-自由（游离）水平衡水分种子对水分的吸附是一个动态变化过程，在一定条件下（恒温恒湿条件下一段时间后），种子对水分的吸附和解吸速度相同时，种子含水量就保持不变，即达到平衡。吸附---解吸吸湿平衡曲线（“S”形曲线）温度固定时，能将种子水分调节到与任一相对湿度达到平衡的含水量，将这些含水量绘成曲线---该温度下吸湿和解吸平衡曲线。阶段Ⅰ：结合牢固，不能蒸发；阶段Ⅱ：靠Ⅰ端难蒸发，靠Ⅲ端易蒸发；阶段Ⅲ：不存在结合力，自由态存在于细胞和组织间隙。阶段Ⅱ靠Ⅲ端和阶段Ⅲ的水分状况促种子劣变和丧失生活力。种子平衡水分应用确定种子安全贮藏水分一般不应超过临界水分解释油料种子安全贮藏水分较低含大量脂肪（不含亲水基）；水分子分布在亲水胶体上，达平衡水分时，整粒种子水分仍很低。特定条件下种子吸湿和解吸的分界线影响平衡水分的因素

1、湿度；

2、温度;3、种子的化学成分亲水性；

4、种子部位与结构特性。种子不同部位含水量有差异：化学成分不同（亲水基数量）

胚部高（易变质）结构三、种子主要营养成分糖类脂肪蛋白质种子萌发、幼苗早期生长主要能源；人类食物主要养分。呼吸作用基质（糖类、脂肪）幼苗新生细胞的原生质、细胞核合成（蛋白质）I糖类（碳水化合物）种子干物质重25%-70%按在水中的溶解度分为：可溶性糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖等；不溶性糖淀粉、纤维素、半纤维素、果胶等。可溶性糖葡萄糖、果糖、麦芽糖：还原性糖，成熟种子含量极低。蔗糖：非还原性，成熟种子中可溶性糖的主要存在形式，含量低。反映种子生理状况：未成熟种子或萌动状态可溶性糖含量高，随成熟度增高而下降。蔗糖分布于胚、糊粉层及外围组织中，禾谷类：2.0-2.5%；胚乳中含量低，例外:甜玉米，

16%。胚部较高的蔗糖含量可作为种子萌发初期的呼吸底物和养分来源；有机物质运转的主要形式。不溶性糖完全不溶于水或吸水成黏性胶溶液。淀粉、半纤维素：可在酶作用下水解成可溶性糖被利用。纤维素、果胶：难以分解利用。淀粉禾谷类种子最主要的贮藏物质。由α-葡萄糖组成的多糖，以淀粉粒形式贮藏于成熟种子的胚乳或子叶中，加压可溶于热水，不溶于冷水。淀粉粒：95%多糖+少量矿物质、磷酸、脂肪酸淀粉直链淀粉，α-1,4键连接的葡萄糖，螺旋形，易溶于热水，遇碘呈蓝黑色；支链淀粉，α-1,4键，α-1,6键连接的葡萄糖，分子量大，不溶于热水，加温加压可溶于水，遇碘呈红棕色。通常谷类种子中支链淀粉含量75-80%，直链淀粉20-25%

籼米直链淀粉含量25%以上，粳米在20%以下，糯米则100%的支链淀粉。胚乳与碘反应，鉴定种子糯与非糯。直链淀粉与支链淀粉的比例是决定淀粉特性和粮食口感的重要因素。ahelicalstructurewithsixglucoseringstoonerevolution淀粉以淀粉粒(starchgranule，starchgrain)的形式存在于胚乳、子叶中，具晶体结构。单粒：小麦、玉米、蚕豆复粒（单粒聚合体+包膜）：水稻、燕麦淀粉粒的形状、结构、大小因作物、部位而不同

淀粉粒的形态和大小差异，是鉴定淀粉或粮食粉及粉制品的依据。小麦水稻豌豆作物淀粉粒形状淀粉粒大小（μm）大麦圆形或椭圆形20-252-6小麦圆形透镜状或圆形192-352-10黑麦透镜状或圆形28燕麦多角形3-10水稻多角形3-8玉米圆形或多角形15糯玉米圆形15高梁圆形25纤维素与半纤维素存在部位和功能类似。纤维素结构比淀粉更复杂，不溶于水，难分解，不容易消化吸收利用，对人体无营养价值，但能促胃肠蠕动，助消化。半纤维素（hemicellulose)：由多种糖基组成的一类多糖，戊、己聚糖等，可水解为葡萄糖、果糖甘露糖等。半纤维素可以作为种子的储藏物质（储藏于细胞壁）或幼苗的“后备食物”在发芽时由半纤维素酶水解而吸收利用。莴苣、咖啡、羽扇豆纤维素和半纤维素与木质素、果胶、矿物质及其他物质结合，是构成细胞壁的主要物质。成熟籽粒的果种皮仅留下空细胞壁（死细胞），其基本成分就是纤维素和半纤维素。II脂质脂肪贮藏物质磷脂原生质的必要成分脂肪以脂肪体形式存在于胚和胚乳中，禾本科脂肪体主要分布在盾片和糊粉层。油料种子：20%-60%禾本科种子：2%-3%脂肪：多种甘油三酯混合物

饱和脂肪酸：软脂酸、硬脂酸；不饱和脂肪酸：油酸、亚油酸、亚麻酸等脂肪酸的种类和比例决定了脂肪的品质。脂肪性质衡量酸价：中和1克脂肪所需KOH(NaOH)毫克数（游离酸）碘价（值）：100克脂肪吸收碘的克数（饱和度）皂化价：皂化1克脂肪所需的KOH毫克数（脂肪分子量）属高能储藏物，储藏的能量比相同重量的糖和蛋白质高1倍，自然界中多数为油质种子。不饱和脂肪酸植物种子中不饱和脂肪酸能量高、易消化吸收。油酸易氢化饱和亚油酸软化血管亚麻酸双键多，易氧化酸败，不耐贮藏提高油酸、亚油酸含量，降低亚麻酸和饱和脂肪酸含量，是食用油料作物品质育种的重要指标。向日葵、大豆、玉米脂肪以油脂体（油滴oilbody,spherosome）的形式存在于胚（盾片）、糊粉层中磷脂：细胞膜结构物质化学结构与脂肪相似。含磷酸基团类脂化合物积累在原生质表面，限制细胞和种子的透性，防止细胞氧化，维持细胞功能，利于种子活力的保持。磷脂含量较少，但比营养器官高，油质种子中一般为1.6-1.7%；禾谷类种子中一般0.4-0.6%卵磷脂：磷脂酰胆碱脑磷脂：磷脂酰乙醇胺（改善提高大脑功能）大豆种子中磷脂含量较高，达2%，以卵磷脂为主。脂肪的酸败

(Rancidity;Rancidness)：因储藏不当或储藏过久（湿、热、光、空气），脂肪发生变质，产生醛、酮、酸类物质而发出不良气体，并变苦味，种子生活力丧失，品质显著降低。原因：1脂肪水解：脂酶作用下—游离脂肪酸+甘油（酸价上升），微生物分解作用（大量）；种子本身酯酶

2脂肪氧化:

饱和脂肪酸氧化—微生物作用下—酮酸—酮+二氧化碳不饱和脂肪酸氧化—化学氧化和酶促氧化—醛和酸酸败酸败产生大量有毒物质(丙二醛等)—染色体突变、抑制蛋白质合成；细胞膜结构改变和渗漏等影响种子萌发。种子种脂肪的不饱和程度越高，氧化速率越快，易变质。利用抗氧化剂防止酸败(Ve

，Vc，胡萝卜素，酚类物质等)脂肪酸败与种子品质种子中脂肪含量，尤其是胚部脂肪含量，与种子的劣变、种子寿命间存在密切关系。油质种子不耐储藏！食品加工中往往要去除胚、糊粉层；精度低面粉、稻米；玉米不耐贮藏。作业试述脂肪酸败及其原因，并说明脂肪的酸败对种子品质的影响。III蛋白质以肽键结合的氨基酸链构成细胞质、细胞核、质体等的基础物质；含氮物质的主要贮藏形式在种子生命活动和遗传机理中起着重要作用；具有较高的营养价值。按照蛋白质的功能可分为：结构（复合）蛋白：组成活细胞的基本物质酶蛋白：生物催化剂，参与生理生化反应储藏（简单）蛋白：比例大，85-90%，以糊粉粒和蛋白体形式储藏蛋白以糊粉粒或蛋白体(proteinbody)

的形式存在于胚乳、胚、糊粉层

或子叶中。

根据储藏蛋白的溶解性进行分类：1清蛋白：溶于水，在52℃或饱和盐溶液中变性。多为酶蛋白。2球蛋白：溶于稀盐溶液，90℃变性----豆类种子的主要储藏蛋白。3醇溶蛋白：溶于70%-90%乙醇，禾谷类特有。4谷蛋白：溶于稀酸或稀碱溶液，麦类、水稻含量高。醇溶蛋白和谷蛋白是禾谷类种子的主要储藏蛋白，存在于胚乳中。总蛋白(g/100g)清蛋白%球蛋白%醇溶蛋白%谷蛋白%小麦125104540大麦125154040玉米9555535高梁10885232水稻8510580几种作物种子蛋白含量及组成小麦谷蛋白和醇溶蛋白是形成面筋的主要蛋白！

种子蛋白的氨基酸组成：8种必需氨基酸缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸禾谷类种子蛋白：醇溶蛋白中缺乏赖氨酸豆类种子蛋白（球蛋白）：缺乏蛋氨酸蛋白质成分中缺少人体必需的8种氨基酸任何一种时，人体就不能充分利用植物蛋白构建自身特有的蛋白质。蛋白质的分解利用：蛋白质含量；品质（氨基酸组成比例）；纤维素、单宁、蛋白酶抑制剂等影响。四、生理活性物质：

某些含量很低但却能调节种子的生理状态和生化变化的成分。

植物激素、酶、维生素

植物激素在种子中有较植株的其它部位更多的含量，对种子和果实的形成、发育、成熟、休眠和萌发、脱落、衰老起调控作用。按照激素的生理效应或化学结构分5大类：1、生长素IAA等2、赤霉素GA3、细胞分裂素CK4、脱落酸ABA5、乙烯ETH

植物激素的特性和作用生长素-吲哚乙酸（IAA)：存在于种子各部分，以胚芽鞘尖、根尖为多。种子通过色氨酸自主合成IAA，随果实种子的生长而增加，随成熟迅速降低，发芽时含量和活性又迅速升高。促进种子、果实、幼苗生长。赤霉素（GA）：GA3最常用。胚具合成GA能力，种子中GA含量高于植株其它部分。能促进种子、果实生长，调控种子休眠与萌发，常用于种子处理。细胞分裂素（CK）：腺嘌呤衍生物，促进细胞分裂。CK可能在植株中合成，输送到种子，果实或种子自身也可能合成。从种子形成到旺盛生长期含量很高，进入成熟期开始逐渐降低，完熟时消失，萌发时又重新出现。CK能打破因ABA存在导致的种子休眠。

脱落酸（ABA）：因促进叶、幼果等的脱落而得名。ABA能诱导休眠、抑制发芽，随果实和种子的成熟而增加，干燥后降低。发育的种子中存在ABA，但正常的胚胎发育能够进行，其作用是抑制植株上的种子直接从胚胎发育进入发芽。ABA还有促进种子储藏物质积累的作用。

乙稀：促进果实成熟，调控种子休眠与萌发。施加外源乙烯能打破花生、苍耳等种子休眠，作用受浓度影响（高浓度则抑制）。

酶蛋白种子生命活动中生理生化反应的有机催化剂。分布不平衡，主要在胚内和种子外围。具有很强的专一性，根据催化的反应类型分六类。植物中的六大酶类即氧化酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成（连接）。酶活性发育成熟过程中，各种酶尤其合成酶活性高，成熟后安全贮藏中，酶活性极度降低。但氧化酶仍具一定活性。不良条件下贮藏，氧化酶、水解酶活性增强种子加速衰老和劣变。萌发过程中，各种酶尤其水解酶、合成酶、呼吸酶活性增强。不充分成熟和发过芽的种子酶活性特别是水解酶活性高，种子不耐贮，且严重影响加工品质。维生素维持人体正常代谢的必需物质，必须靠食物供给。

种子具有合成维生素的能力，合成后主要贮存于胚部和糊粉层中。维生素主要有两大类：

脂溶性维生素：溶于脂类溶剂，VA，VE

水溶性维生素：VC,VB类维生素在种子中的功能：

作为酶的主要成分，直接影响酶的合成和活性；与萌发有关，如Vc在萌发时大量形成；

VB1、VB6能刺激胚根生长其他成分：色素：

叶绿素、花青素、类胡萝卜素、黄素酮种子色素主要与果皮或种皮、糊粉层、胚乳或子叶的颜色有关。

叶绿素主要存在于未成熟种子的稃壳、果皮及豆科作物种皮中，成熟期间可进行光合作用，完熟时逐渐消失。

类胡萝卜素存在于禾谷类种子的种皮和糊粉层中；

花青素是水溶性色素