种子成熟与萌发过程中的物质变化

种子的成熟与萌发是植物生长过程中两个关键阶段，涉及复杂的物质合成、转化与分解过程，具体变化如下：

一、种子成熟过程中的物质变化

种子成熟是从受精卵发育成成熟种子的过程，核心是储能物质的积累和代谢活性的调整，主要变化包括：

1. 有机物的合成与积累
   

   • 碳水化合物：光合作用产物（如蔗糖）运输到种子，转化为淀粉（如小麦、玉米的胚乳）或其他多糖储存，部分植物（如豆类）以可溶性糖暂时储存，最终转化为蛋白质或脂肪。
   • 脂肪与油脂：油料种子（如油菜、花生）中，糖类通过脂肪酸合成途径转化为甘油三酯，储存于油体中，此过程伴随大量 ATP 和 NADPH 的消耗。
   • 蛋白质：氮素通过氨基酸合成途径，在胚或胚乳中形成贮藏蛋白（如球蛋白、谷蛋白），作为萌发时的氮源储备。
   • 次生代谢产物：部分种子积累特殊物质，如种子外壳中的单宁（抗氧化）、棉籽中的棉酚（防御功能）。

   
   

2. 水分与呼吸作用的变化
   

   • 种子成熟后期，自由水含量显著下降，结合水比例上升，细胞代谢减缓，进入休眠状态。
   • 呼吸速率逐渐降低，能量消耗减少，确保有机物高效储存。

   
   

3. 激素调控
   

   • ** 脱落酸（ABA）** 含量升高，促进种子脱水干燥和休眠，抑制提前萌发；细胞分裂素和生长素含量下降，生长活动停止。

   
   

二、种子萌发过程中的物质变化

种子萌发是从休眠状态恢复代谢活性的过程，核心是储能物质的分解和新细胞构建物质的合成，主要变化包括：

1. 吸水与酶的激活
   

   • 种子吸胀吸水后，水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）被激活或合成，由赤霉素（GA）诱导（如大麦种子中 GA 促进 α- 淀粉酶合成），分解储存的大分子。

   
   

2. 储能物质的分解与转化
   

   • 淀粉的分解：淀粉在淀粉酶作用下分解为麦芽糖，再经麦芽糖酶转化为葡萄糖，用于细胞呼吸供能或作为合成新细胞壁的原料。
   • 脂肪的分解：油料种子中，脂肪酶将甘油三酯分解为甘油和脂肪酸，脂肪酸通过 β- 氧化生成乙酰 CoA，进入三羧酸循环或转化为糖类（通过乙醛酸循环，如蓖麻种子）。
   • 蛋白质的分解：贮藏蛋白在蛋白酶作用下分解为氨基酸，用于合成萌发所需的结构蛋白、酶或核酸（如核苷酸合成）。

   
   

3. 能量代谢与物质合成
   

   • 葡萄糖通过糖酵解、有氧呼吸产生 ATP，为细胞分裂、伸长提供能量；同时，中间产物（如丙酮酸、磷酸戊糖途径产物）用于合成核酸、磷脂等新物质。
   • 细胞壁成分（如纤维素、半纤维素）和细胞膜成分（如磷脂）的合成加速，支持胚根、胚芽的生长。

   
   

4. 激素与水分变化
   

   • 赤霉素和生长素含量升高，促进水解酶合成和细胞伸长；脱落酸降解，解除休眠。
   • 自由水含量急剧上升，代谢活动增强，呼吸速率显著提高（萌发初期可能经历无氧呼吸，随后转为有氧呼吸）。

   
   

三、关键物质变化对比

总结

种子成熟是物质积累与休眠准备的过程，通过合成淀粉、脂肪、蛋白质等储能物质，降低水分和代谢活性；萌发则是物质分解与代谢激活的过程，通过水解酶分解储能物质，转化为能量和构建新组织的原料，伴随激素平衡的剧烈调整。这两个阶段的物质变化本质上是植物对生存策略的适应 —— 成熟时储备能量以度过不良环境，萌发时动员储备以启动生长。