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第12章 作物栽培与育种(1)

种子的种类

种子的大家庭可谓种类繁多,约有20万种。它们都是种子植物的小宝宝,而种子植物约占世界植物的2/3还要多。

种子中的大王应属复椰子了,这种形似椰子的种子可比椰子大得多,而且中央有道沟,像是把两个椰子重合在一起,所以叫它为复椰子。那还是1000多年前,在印度洋的马尔代夫岛上,岛民们在沙滩上看见了这种大个果子。

他们不知这是否是椰子,于是劈开它,吃果肉、喝汁液,发现和椰子差不多,便给它取名为“宝贝”。人们1000年后才明白这是复椰子,是远涉重洋从塞舌尔海岛漂来的。复椰子重约20公斤,里面的种子则有15公斤之多,真是大个头了,于是许多国家的植物博物馆里都把它用作标本。

下面说说最小的种子。有句俗语说:“丢了西瓜拣了芝麻。”芝麻的种子要25万粒才有1公斤重,看来芝麻种子是够小的了。而烟草的种子要700万粒才达到1公斤重,即7000粒才重1克。然而这还不是最小的种子,真正的小种子是斑叶兰的种子,200万粒才重1克,轻得如同灰尘。

种子的颜色也包含了世上所有的颜色,而其中约有一半是黑色和棕色。豆科中的红豆,是带有光泽的深红色,它也叫相思豆。它寄托了远隔千山万水的恋人们的相思之情,因此流传了许多数不尽的动人故事。

种子有圆有扁,也有的是长方形,有的竟是三角形或多角形。大多数的种子是比较光滑的,但也有的表面凹凸不平,还有的长着绒毛和“翅膀”,像个小昆虫。谁敢轻视这些小小的种子呢?有时只需一粒,它居然能发育成直入云霄的参天巨树呢。

种子富含营养的原因

人类的食物主要从植物中取得,而且绝大部分来自种子,因为种子所含的营养物质比根、茎、叶要高得多。种子贮藏的营养物质,总的来说有三大样:碳水化合物(包括淀粉、糖类等)、蛋白质和油脂。此外,还有数量较少的各种维生素、矿物质、酶类和色素等。

淀粉是种子中最普通的贮藏物,谷类(水稻、小麦、玉米)中尤其丰富,对人类的贡献也最大,全世界平均每三个人中就有一个人吃稻米,而许多亚洲人则几乎一日三餐离不开它。蛋白质含量最高的是豆类种子,一般含量为25%~40%,原产我国的大豆,蛋白质含量高达40%。油脂含量最高的是油料作物的种子,例如花生,含量达40%~50%。在食用油中,种子油约占一半。可以说,种子是植物的一座名副其实的营养贮藏库,也是人类取之不尽的营养源泉。

种子为什么营养如此丰富呢?看一看这些贮藏物的作用,答案也许就清楚了。

从进化的角度来看,种子是植物界高度发展的产物,它包含着新的小生命——种胚,又装有新个体所需要的营养品——贮藏物,结构十分严密和精巧,像哺乳动物的婴儿需要乳汁哺育一样,种子植物从种子萌发开始到幼苗长出新叶之前的新个体,也是一个还不能独立生活的“婴儿”,它所需要的乳汁就是贮藏物。那么,植物怎样为它的后代准备这些“乳汁”,后代又怎样“吮”取它呢?

原来,在种子发育过程中,植物体内的养分便不断向果实和种子调运,当种子成熟时,这些可溶性的养分便转变成不溶性的高分子物质(碳水化合物、蛋白质和脂类)贮藏起来,每一粒种子都有一个贮藏库,禾谷类的贮藏库是胚乳(如米粒),豆类的贮藏库是子叶(如蚕豆的豆瓣)。成熟的种子脱离母株后,一般呈休眠状态,贮藏库紧闭起来。当环境条件适宜时,种子吸水膨胀,贮藏库“打开”,不溶性物质又变成可溶性的能够运走和吸收的物质,淀粉水解成糖,脂肪变成脂肪酸和甘油,蛋白质变成氨基酸等等。这些物质有的被用作“燃料”,成为萌发时的动力;有的被用作生成新细胞和组织的“建筑材料”,于是小小的种子变成一株幼苗,这时,贮藏物质消耗一空,就像一个孵出了小鸡的鸡蛋,剩下的只是一个空蛋壳。

种子萌发和幼苗生长初期都要消耗大量的养分。不难设想,如果种子中没有这些丰富的养料,种子怎能萌发?即使萌发了也可能由于营养不良而半途死去。种子所以特别富含营养,原因就在这里。

人类从种子中获得了大量的营养,同时人类又不完全依靠植物的恩赐。所以,人类一直在想方设法改造植物,增加产量,提高种子中的蛋白质含量,让种子为人类作出更多的贡献。

种子的寿命

种子具有寿命,但不同的种子,寿命长短差别很大。新中国建立之初,我国科学工作者在辽宁省普兰店泡子屯附近的泥炭层中,挖出了一些莲子。这一带多年以来就没有人种过荷花,怎么会挖出了莲子呢?经过鉴定,证明这些莲子在地层中已经“沉睡”大约1000多年了,竟是唐、宋时代的莲子。人们感兴趣的是,这些古莲子还能不能发芽?1951年,人们把古莲种子种了下去。1953年夏季,它们不但萌发了片片碧绿的嫩叶,居然还开出了粉红色的艳丽的荷花。日本的大贺博士在千叶县的低洼沼泽地下发现了沉睡了2000多年的莲子,播种后,也发芽开花结果了,可谓是种子中的老寿星。然而在南美洲阿根廷的一个山洞里发现的3000多年前的一种苋菜种子仍保持着生命力,不能不更让人称奇。最让人觉得不可思议的是1967年加拿大报道的在北美洲北极育肯河冻土层的旅鼠洞中发现的20多粒北极丽扇豆种子,经C14同位素测定,它的寿命至少已有1万年,播种后有6粒种子发芽长成了植株。这是目前所知寿命最长的种子。多年来,人们都认为世界上寿命最短的种子是沙漠中的梭梭种子,它的种皮极薄,极易发芽成苗,兰花种子的寿命也只有几个小时,杨树和柳树的种子的寿命也只有10多天。

为什么种子的寿命有长有短?关键的问题在哪里?原来种子的寿命关键是要使种子的胚保持生命力。种子的萌发只要满足胚对水分、空气、适宜温度等条件的需要就能实现。经科学家研究,种子外表的蜡质和厚厚的角质层都能使种子具备不透性而难以萌发,而长寿种子更是具备不易透水、不易透气的坚硬、致密的种皮。据研究,豆科植物种子寿命较长的原因很可能就是具备不透性的原因。在豆科植物种子的种皮中,存在种皮栅栏细胞角质层,莲子外面的果皮是坚硬的硬壳,里面存在着一种叫马氏细胞明线的物质引起不透性,再加上致密的细胞壁,更不易透水透气。种子的胚得不到充足的水分和氧气,生理活动微弱,就处于休眠状态而成为长寿种子,一旦种皮破坏,胚得到萌发条件就会打破休眠状态而萌动。

有人认为影响种子寿命的最主要的因素有两个,一个是种子的含水量,一个是种子的温度。含水量与温度降低则会延长种子的寿命。人们在实践中也发现调节短命种子的贮藏温度和湿度,寿命会相对延长,例如只有几小时生命力的梭梭种子,若在适宜条件下能保持1~2年的发芽力,带翅种子贮存7个月后才失去生命力。

由此可见,所谓“短命种子”只是贮存条件的不适宜而造成的,合适的贮存条件可延长种子的寿命,这在农业和林业生产上都具有重要意义种子的传播。

植物为了传种接代,在数亿年漫长的生长过程中,各自练就了一套传播种子的过硬本领。植物的果实种子成熟后,有的自然落在母株周围萌芽生长;有些却远走高飞,做远程旅行,以扩大其种族领域。但它们既无能够奔跑的腿脚,又无像鸟类飞行的翅膀,何以会做远程的“旅行”呢?我们说,生物总是按“适者生存”的自然法则来生存和发展的,它们具有适应远程旅行的不同形态和结构。

你可能认识指甲花(又称凤仙花)吧,它的花可染红指甲,其果实呈椭圆形,成熟后只要碰它一下,它就会“怒不可遏”:5片果瓣即刻裂开,并急剧向内弯卷收缩,将种子向四面八方弹出,远达1米以上。因此,指甲花的种子有“急性子”(中药名)之称。

还有一种热带地区的沼泽草木樨,也是名副其实的“炮兵”植物,其果实成熟时骤然裂开,声响如炮,同时射出种子,有效射程达15米。有一种喷瓜,果形与黄瓜相似,因为它具有疯狂的袭击能力,所以又叫它“疯黄瓜”。其果实成熟时就变成粘性液体,给果皮以巨大的压力,一旦遇到外力碰撞或果熟脱落时,果皮就突然开裂,粘液和种子一齐喷出,射程可达6米。

蒲公英、一品红等,它们的果实又轻又小,头顶长着许多毛,只要一阵轻风吹拂,就可腾空而起,展翅翱翔。而像柳树等植物,则借种子上许多细毛的浮力飘舞于空中,一到三四月间春风送暖之际,大街小巷便到处纷纷扬扬,飘下许多柳絮“伞兵”。还有松树、榆树、臭椿等的种子,则以它们特有的翅膀,乘风展翅高飞,远航至异乡落户。伴鸟飞天的种子非常多,如稗草、榕树、桑寄生等都是。它们的种子都有很坚硬的种皮保护着,并分泌出许多粘液附着在种皮上,一旦飞鸟啄吃这些种子后,种子就滑进了鸟的腹肚中,就像乘坐民航飞机一样,旅行到很远很远的地方去。随着鸟粪的落地,它们的旅行才告结束。

还有许多像莲等植物的种子,是靠在水中流动,随波逐流的方法传播种子,繁殖后代的。此外,还有许多植物的种子上面生有不少钩和刺等,借此来搭乘在其他物体上进行传播。

如苍耳把它种子上的钩刺钩挂在动物的毛皮或人的衣物上,借以远距离地散布种子。鬼针草的弟兄们则是以果顶上的倒生刺毛,倒挂在衣物上来传播的。所以,不管人或动物,只要掠过它们的旁边,它们就会用毛、刺、钩、针等特有的旅行搭乘器,钩刺在过路者的毛发或衣物上,做免费旅行。

各种外形美丽,味道香甜的水果,如桃、梨、苹果、葡萄等,也有各种鸟兽自愿为它们担当传播种子的任务。这些水果虽然牺牲了甜美的果肉,却达到了传播种子的目的。人们的运输活动和吃果后随地乱抛种子等,实际上也都帮助了种子的传播。

种子的力量

你知道种子的力量有多大吗?石块下面的小草,为了要生长,它不管上面的石头有多么重,也不管石块与石块中间的缝隙怎么窄,总要曲曲折折地、顽强不屈地挺出地面来。它的根往土里钻,它的芽向地面透,这是一种巨大的力量。至于树种的力量就更大了,它能把阻止它生长的石头掀翻!一颗种子可能发出来的“力”,简直超越一切。

人的头盖骨结合得非常致密,非常坚固。生理学家和解剖学者,为了深入研究头盖骨的结构特征,曾经用尽了各种方法要把它完整地分开,但都没有成功。后来有个人,受了种子被压在石块下面而顽强钻出石块的小草的启发解决了这个难题。植物种子的力量既然这么大,可不可以用它来剖开头盖骨呢?他认为这是可能的,于是他就把一些植物的种子放在头盖骨里,配合了适当的温度和湿度,使种子发芽。发芽后的种子,就产生了足够的力量,它竟然钻到头盖骨几乎密不可分的缝隙里,使劲地往出钻,往出长。这样,一切机械力量所不能做到的将骨骼自然结合分开的事情,小小的种子办到了。它不仅把人的头盖骨分开了,而且解剖得脉络清楚,从而解决了人们研究头盖骨的一大难题。

种子发芽与阳光

当种子遇到了充足的水分、适宜的温度和足够的空气时,就慢慢苏醒过来,开始发芽了。

至于种子发芽,需要阳光多和少的问题,曾经有人做过这样的试验:把一些小麦、燕麦、豌豆、向日葵、长齿草和烟草等的种子各取100粒,分别放在若干个碟子里,并在碟子底上撒一些河沙,然后把这些碟子放在温暖而光亮的地方,让它们发芽。另外,同样用这么多碟子,放上同样的种子,所不同的是,在这些碟子上,用一个黑罩子盖上,也就是让它们在黑暗的环境下发芽。经过这两种不同生活环境条件下种子发芽试验,结果是:小麦、燕麦、豌豆、向日葵的种子,在黑暗中和在光亮处一样发芽。有光与无光对于它们的发芽不产生影响。烟草、长齿草、田边草、黑种草的种子就不同了,在黑暗里它们完全不发芽,在光亮处它们发芽非常好。但是,也有一些植物种子,与烟草、长齿草完全相反,只有在黑暗的条件下才发芽比较好,例如千头草、曼陀罗花、鸡冠花、苋菜、洋葱、菟丝子就是这样。最有意思的是蛇麻草,开始发芽的前三天必须放在黑暗里,而其余时间要放在光亮处发芽。也有一些种子,萌发时对光线非常敏感,只要极短时间的露光就够了,如莴苣的某些品种就是这样。

根据种子萌发与光线的关系,有人把种子分成三类:在黑暗处不发芽或发芽很差,而在光线下发芽良好的,叫做“喜光性”种子;在黑暗中发芽良好,而在光线下发芽受阻碍的称为“厌光性”种子;再一类的种子发芽与光线无关,放在哪里发芽都行。从上面的试验可以看出,种子发芽有的需要阳光多,有的需要阳光少,有的甚至不需要阳光也能发芽,这是由于各种植物种子的特性有所不同。这种特性与它在原产地的生长自然环境有着密切的关系。

就整个植物种子而言,第二类和第三类占绝大多数。

我们掌握了各种植物种子的发芽特点,在栽培时就要特别注意,对喜光性种子就要播种在接近土壤表面,或者在播种前用光照处理以及其他特殊处理后再播种;厌光性种子就要播种在有一定深度的土壤中,以避免光线对发芽的不利作用。这样做了,对提高种子发芽率是有好处的。

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