玉米种子发芽生理和培育壮苗（上）

(湖南农业大学农学院 罗红兵)

编者按玉米是世界上最重要的粮饲兼用作物。玉米籽粒含碳水化合物70%～75%，蛋白质10%左右，脂肪4%～5%和多种维生素。玉米还是重要的工业原料，初加工和深加工可生产二三百种产品。湖南省玉米产业发展迅速，2008年～2012年玉米播种面积及总产量实现跨越式增长，播种面积从25.3万公顷增加到45.3万公顷，总产量从129.6万吨提高到258万吨，每667平方米产量从341公斤增加到380公斤。2013年我们特邀湖南农业大学农学院玉米生产专家罗红兵教授执笔，从玉米的生理角度讲解玉米的栽培技术。

一、玉米种子的结构特点

玉米种子由种皮、胚乳和胚组成，一般千粒重约250克～350克。种皮由子房壁发育成的果皮和种皮连在一起，坚硬，外面覆盖角质层，防止病菌侵入，有保护作用。种皮一般占种子重量的5%～8%。胚乳是由极核受精后发育成的内胚乳，贮有丰富的营养物质，占种子重量的80%～85%。胚由受精卵发育而成，是玉米植株的雏型。在禾谷类作物中，玉米的胚最大，一般占种子重量的10%～15%。玉米的胚由子叶(盾片)、胚芽、胚轴、胚根组成。

二、玉米种子萌发过程中的物质转化

休眠种子的生命活动很微弱，但种子只要一吸水膨胀，不仅外部形态会发生明显变化，内部的生理生化活动也会显著地活跃起来，其中最重要的表现就是物质的转化。

1.碳水化合物的转化 在种子萌发过程中，碳水化合物的转化主要是淀粉的分解。种子萌发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类，分别是淀粉酶(包括α-淀粉酶和β-淀粉酶)、麦芽糖酶和淀粉磷酸化酶。淀粉的分解有2种方式：①水解。这是淀粉分解的主要形式，起作用的水解酶是淀粉酶和麦芽糖酶，淀粉在其共同作用下水解成葡萄糖。②磷酸解。这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.脂肪的转化 脂肪的分解产物也是种子萌发所需物质和能量的重要来源。种子吸胀后，脂肪酶活性大大增强，脂肪在脂肪酶的作用下水解成甘油和脂肪酸。甘油经过磷酸化后变为磷酸丙糖；磷酸丙糖可以进入呼吸过程被彻底氧化分解，也可以转化为糖和淀粉。与此同时，脂肪酸也被逐步分解成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A可以再进入呼吸过程被氧化分解，也可以转化为糖。

3.蛋白质的转化 在淀粉分解的同时，胚乳中的贮藏蛋白在蛋白酶的催化下生成氨基酸，并转移至正在萌动的胚中重新合成新的蛋白质。

蛋白质的分解是在蛋白酶和肽酶的共同作用下进行的。种子吸胀后，蛋白酶和肽酶的活性大大提高。蛋白质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。接着大部分水解生成的氨基酸被转运至胚并在酶的催化作用下重新排列组合合成新的蛋白质，进一步形成原生质和酶等；还有少数氨基酸经过转氨基作用与其他有机酸形成了新的氨基酸。

4.核酸的变化 种子萌发过程中，胚乳和胚中的核酸发生显著的变化。种子吸胀后，胚乳中的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)在相关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脱氧核糖核酸却很旺盛，含量迅速增加。据测定，萌发后4小时～121小时，胚乳中的DNA减少了2/3以上；而胚芽中DNA的含量却增长了15.9倍，RNA增长了10.2倍，可溶性核苷酸增长了31.1倍。

5.激素的变化 休眠的玉米种子体内激素活性很微弱，或含量很低。种子吸胀后，激素的活性或含量就会明显提高，尤其以生长素(也叫吲哚乙酸)为代表。

种子萌发时，胚乳中生长素的活性和含量明显提高。发芽时，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无活性的IAA(吲哚乙酸)被水解分离成有活性的IAA；同时胚乳中的贮藏蛋白质分解产生的色氨酸也能合成IAA。 (待续)