玉米種子發(fā)芽生理和培育壯苗（上）

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 羅紅兵)

編者按玉米是世界上最重要的糧飼兼用作物。玉米籽粒含碳水化合物70%～75%，蛋白質(zhì)10%左右，脂肪4%～5%和多種維生素。玉米還是重要的工業(yè)原料，初加工和深加工可生產(chǎn)二三百種產(chǎn)品。湖南省玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2008年～2012年玉米播種面積及總產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)，播種面積從25.3萬(wàn)公頃增加到45.3萬(wàn)公頃，總產(chǎn)量從129.6萬(wàn)噸提高到258萬(wàn)噸，每667平方米產(chǎn)量從341公斤增加到380公斤。2013年我們特邀湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院玉米生產(chǎn)專家羅紅兵教授執(zhí)筆，從玉米的生理角度講解玉米的栽培技術(shù)。

一、玉米種子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

玉米種子由種皮、胚乳和胚組成，一般千粒重約250克～350克。種皮由子房壁發(fā)育成的果皮和種皮連在一起，堅(jiān)硬，外面覆蓋角質(zhì)層，防止病菌侵入，有保護(hù)作用。種皮一般占種子重量的5%～8%。胚乳是由極核受精后發(fā)育成的內(nèi)胚乳，貯有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，占種子重量的80%～85%。胚由受精卵發(fā)育而成，是玉米植株的雛型。在禾谷類作物中，玉米的胚最大，一般占種子重量的10%～15%。玉米的胚由子葉(盾片)、胚芽、胚軸、胚根組成。

二、玉米種子萌發(fā)過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化

休眠種子的生命活動(dòng)很微弱，但種子只要一吸水膨脹，不僅外部形態(tài)會(huì)發(fā)生明顯變化，內(nèi)部的生理生化活動(dòng)也會(huì)顯著地活躍起來(lái)，其中最重要的表現(xiàn)就是物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

1.碳水化合物的轉(zhuǎn)化 在種子萌發(fā)過(guò)程中，碳水化合物的轉(zhuǎn)化主要是淀粉的分解。種子萌發(fā)首先分解利用的是胚中的淀粉，然后才是胚乳中的淀粉。分解淀粉的酶有3類，分別是淀粉酶(包括α-淀粉酶和β-淀粉酶)、麥芽糖酶和淀粉磷酸化酶。淀粉的分解有2種方式：①水解。這是淀粉分解的主要形式，起作用的水解酶是淀粉酶和麥芽糖酶，淀粉在其共同作用下水解成葡萄糖。②磷酸解。這是淀粉分解的次要形式，起作用的酶是淀粉磷酸化酶，淀粉在其作用下分解成葡萄糖-1-磷酸。

2.脂肪的轉(zhuǎn)化 脂肪的分解產(chǎn)物也是種子萌發(fā)所需物質(zhì)和能量的重要來(lái)源。種子吸脹后，脂肪酶活性大大增強(qiáng)，脂肪在脂肪酶的作用下水解成甘油和脂肪酸。甘油經(jīng)過(guò)磷酸化后變?yōu)榱姿岜?；磷酸丙糖可以進(jìn)入呼吸過(guò)程被徹底氧化分解，也可以轉(zhuǎn)化為糖和淀粉。與此同時(shí)，脂肪酸也被逐步分解成乙酰輔酶A，乙酰輔酶A可以再進(jìn)入呼吸過(guò)程被氧化分解，也可以轉(zhuǎn)化為糖。

3.蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化 在淀粉分解的同時(shí)，胚乳中的貯藏蛋白在蛋白酶的催化下生成氨基酸，并轉(zhuǎn)移至正在萌動(dòng)的胚中重新合成新的蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的分解是在蛋白酶和肽酶的共同作用下進(jìn)行的。種子吸脹后，蛋白酶和肽酶的活性大大提高。蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下水解成多肽；多肽在肽酶的作用下水解成氨基酸和其他含氮化合物。接著大部分水解生成的氨基酸被轉(zhuǎn)運(yùn)至胚并在酶的催化作用下重新排列組合合成新的蛋白質(zhì)，進(jìn)一步形成原生質(zhì)和酶等；還有少數(shù)氨基酸經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用與其他有機(jī)酸形成了新的氨基酸。

4.核酸的變化 種子萌發(fā)過(guò)程中，胚乳和胚中的核酸發(fā)生顯著的變化。種子吸脹后，胚乳中的核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)在相關(guān)酶的作用下被大量分解，含量大幅下降。而胚芽中合成核糖核酸和脫氧核糖核酸卻很旺盛，含量迅速增加。據(jù)測(cè)定，萌發(fā)后4小時(shí)～121小時(shí)，胚乳中的DNA減少了2/3以上；而胚芽中DNA的含量卻增長(zhǎng)了15.9倍，RNA增長(zhǎng)了10.2倍，可溶性核苷酸增長(zhǎng)了31.1倍。

5.激素的變化 休眠的玉米種子體內(nèi)激素活性很微弱，或含量很低。種子吸脹后，激素的活性或含量就會(huì)明顯提高，尤其以生長(zhǎng)素(也叫吲哚乙酸)為代表。

種子萌發(fā)時(shí)，胚乳中生長(zhǎng)素的活性和含量明顯提高。發(fā)芽時(shí)，胚乳中以吲哚乙酸葡萄糖苷和吲哚乙酸肌醇的形式存在的無(wú)活性的IAA(吲哚乙酸)被水解分離成有活性的IAA；同時(shí)胚乳中的貯藏蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的色氨酸也能合成IAA。 (待續(xù))