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　　編者按：種瓜得瓜，種豆得豆，種子到底有多神奇？中科院之聲與中國科學院昆明植物研究所聯(lián)合開設(shè)“凡此種種”專欄，為大家講述種子的有趣故事，介紹大自然中匠心獨具的種子植物。

　　種子是種子植物的繁殖和散布器官，全球種子種類超過了35萬種，它們雖然都只由種皮、胚乳和胚構(gòu)成，但在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理上卻呈現(xiàn)出了巨大多樣性。在蕓蕓眾種子中，到底哪些種子能夠與眾不同、獨領(lǐng)風騷呢？

　　活化石植物——蘇鐵類種子 

　　化石證據(jù)顯示，蘇鐵類（Cycas）植物出現(xiàn)于距今2.9-2.48億年的二疊紀，然后在中生代，即三疊紀、侏羅紀和白堊紀時繁盛無比，廣泛分布于陸地上，與恐龍一起，創(chuàng)造了輝煌的“蘇鐵和恐龍”時代。直至一億年前，它們才開始沒落，但現(xiàn)今仍留存了110種，作為活化石而存在。

　　在分子系統(tǒng)中，蘇鐵類植物是現(xiàn)今種子植物最基部的類群之一。從形態(tài)上看，其植株和繁殖器官至今都保留著許多原始特征，如植株相對低矮；莖干不分枝或二叉分枝；幼葉拳卷狀；雌雄異體，在不同的植株個體上產(chǎn)生雄球花和雌球果；雄球花和雌球果生于枝頂，由多數(shù)扁平的孢子葉組成，孢子葉葉狀；胚珠著生于大孢子葉基部；花粉橢球形，具遠級單溝花粉；精子具鞭毛，能在胚珠的液體環(huán)境中自行游動到含有卵細胞的頸卵器中；種子裸露；在成熟種子中，長長的白色絲狀胚柄仍留存于胚根基部等。

 

圖1. 蘇鐵長有種子的可育大孢子葉、雌性植株和縱剖種子 

　　蘇鐵類植物之所以能經(jīng)歷上億年的地質(zhì)與氣候變化，從遠古順利繁衍至今，作為繁殖和散布器官的種子起到了極為重要的作用。蘇鐵的種子較大，內(nèi)含豐富的胚乳，胚乳中具有大量油脂和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)，可為胚的進一步發(fā)育及小苗的早期生長提供充足的營養(yǎng)。

　　其次，蘇鐵種子具有發(fā)達的三層種皮：外層種皮肉質(zhì)，呈明亮的橘紅色或黃色，不僅具有吸引傳播動物的功能，還能保護內(nèi)部的胚安全度過早期的干旱期；中層種皮木質(zhì)，起主要機械保護作用，能保護胚和胚乳免受外界的物理和生物傷害，并防止傳播動物在啃咬外種皮時，傷及內(nèi)部的胚；內(nèi)層種皮黃棕色，膜質(zhì)，能有效調(diào)節(jié)水分進入種子內(nèi)部。

　　最后，蘇鐵大而營養(yǎng)豐富的種子能吸引各種動物前來幫助其傳播種子，從二疊紀至白堊紀的恐龍，到現(xiàn)今的鳥類（鸚鵡、犀鳥）、嚙齒類動物（老鼠、松鼠）、果蝠，及一些大型哺乳動物（熊、野豬、狒狒、猴子），從而保證了蘇鐵類植物能代代相傳，成功繁衍至今。

　　最大的種子——海椰子 

　　海椰子（Lodoicea maldivica）屬棕櫚科巨子棕屬植物，其種子（實為帶內(nèi)果皮種子）為橢球形，如同兩個連體的椰果，也形似女性臀部，故又名雙椰子和臀型椰子。另外由于其種子長達30厘米，重23千克，故也被稱為大實櫚、巨籽棕，是世界上最大和最重的植物種子。

 

圖2. 海椰子的雄花和果實（圖片來自網(wǎng)絡(luò)） 

　　海椰子種子為什么要長這么大呢？其生活的環(huán)境土壤層薄、肥力低、淡水資源貧乏、自然災(zāi)害頻繁，不利于植物的繁衍，因此為了提高后代的成活率，海椰子植株加大了對種子的投入，才生產(chǎn)出了如此巨型的種子，并在里面填充了大量營養(yǎng)豐富的胚乳，可以供小小的胚慢慢發(fā)育成苗，并支持小苗在早期健康成長。

　　海椰子種子大而重，使其無法像椰子一樣通過洋流進行廣泛傳播，只能在印度洋島國塞舌爾共和國的普拉蘭島和屈里約斯島進行生長和繁衍，且每年只有約1200個果實產(chǎn)出，故被塞舌爾共和國視為國寶，嚴禁私運出口。

　　除了特殊的形狀和出奇的大，海椰子果實和種子還有一個典型特征，那就是“慢”：雌花在受粉后2年才能結(jié)出果實；果實需在樹上生長8-10年才能成熟；果實成熟掉落地面后，需要2-3年才能萌發(fā)，長出胚根；待3-4年后才能長出真葉，之后每年只抽出一片新葉；15歲時始長出樹干，直至25至40年后才開花結(jié)果。

　　這真是一種讓人匪夷所思的種子！

　　最小的種子——斑葉蘭種子 

　　斑葉蘭（Goodyera schlechtendaliana）是蘭科斑葉蘭屬多年生草本植物，其種子小如塵埃，最小的僅長0.01毫米，只有在顯微鏡下才能看清楚；另外只有5×10^-7克重，是芝麻種子重量的萬分之一，是海椰子重量的百億分之一，故為世界上最小和最輕的植物種子。

 

圖3. 斑葉蘭種子的掃描電鏡照片和光學顯微照片 

　　斑葉蘭種子究竟長什么樣子呢？其種子呈管狀，細如絲；表面只有一層薄而防水的棕色透明種皮；內(nèi)部無胚乳，僅在中部有一個尚未分化的球形胚，兩端為長長的空腔。它為什么要長得如此奇異呢？

　?。?）斑葉蘭生活于嚴苛而競爭激烈的環(huán)境中，且植株矮小，故供給種子發(fā)育的營養(yǎng)有限，只能長得小。

　?。?）種子只有長得越小，才有利于植株產(chǎn)生更多種子，并且多達幾百萬粒的種子也才能同時著生于一個果實內(nèi)。

　?。?）只有舍棄了胚乳，植株才有營養(yǎng)來生產(chǎn)更多種子，種子也才能有效減輕重量，靠風廣泛傳播。

　?。?）長成管狀，并在兩端形成長長的空腔，于種皮表面形成蜂巢狀紋飾，才能具有較大空氣浮力，輕易就能借上升氣流和風進行長距離擴散，不僅廣泛覆蓋母株周圍的適宜生長點，還能不斷向外擴散，拓殖新的分布點。

　?。?）一端開口、一端封閉的構(gòu)造，有助于胚吸水萌發(fā)，并與共生真菌產(chǎn)生聯(lián)系。

　　以上五點保證斑葉蘭無論處于何種環(huán)境條件下，怎么著都有少數(shù)種子能夠成功散布出去，找到適生地點，并順利發(fā)芽和生長，使該物種代代相傳下去。

　　斑葉蘭種子所含的營養(yǎng)物質(zhì)如此之少，那它怎么順利成苗呢？出人意料的是，它竟能與周圍的菌根真菌形成共生關(guān)系，讓這些真菌來幫助它從周圍環(huán)境中吸取養(yǎng)分，促進種子萌發(fā)和支持小苗早期生長，并防止其他病菌感染。

　　斑葉蘭種子中蘊藏的眾多生存智慧，讓人不得不佩服！

　　最重要的糧食作物種子——水稻、小麥和玉米種子 

　　民以食為天，最重要的糧食作物種子是誰呢？總體來說，水稻、小麥和玉米種子不分伯仲，應(yīng)并列該項第一。

• 水稻種子 

　　水稻（Oryza sativa）是生長于熱帶、亞熱帶地區(qū)的半水生禾本科植物，自北緯53°的中國黑龍江省漠河，歐洲49°的捷克到南緯35°大洋洲澳大利亞的新南威爾士州，以及南緯40°南美洲的阿根廷地區(qū)都可種植，孕育了以長江文明為代表的東亞、東南亞以及南亞文明。

　　水稻的栽培歷史長達9000年以上，是最悠久的農(nóng)作物之一。也是世界上食用人數(shù)最多的農(nóng)作物，目前全球約有25億人以大米為主食，而亞洲是其最主要的消費區(qū)。在世界三大谷物中，水稻的栽種面積、總產(chǎn)量和單產(chǎn)均占第二位，而亞洲是其最主要的生產(chǎn)區(qū)，全世界90％以上的大米都產(chǎn)自這里，然后是非洲和美洲。其中，中國是最大的水稻生產(chǎn)國。

 

圖4. 香軟的米飯來自于田間辛勤的勞作（圖片來自網(wǎng)絡(luò)） 

• 玉米種子 

　　玉米（Zea mays）起源于美洲大陸，馴化于墨西哥西南部，栽培歷史長達7000多年，曾孕育了印第安人古代文明。

　　現(xiàn)今世界各大洲都有玉米種植，而以北美洲最大，其次是亞洲，中國為主產(chǎn)國之一。在世界三大谷物中，玉米的總產(chǎn)量和單產(chǎn)均居第一。玉米種子不僅可作為主食，還是食品、醫(yī)藥、化工、紡織、造紙、制糖、飼料和釀酒等行業(yè)必不可少的原料，可制成250多種工業(yè)產(chǎn)品，故為全球最重要的糧食種子之一。

 

圖5. 玉米棒子與多種多樣的玉米制品（圖片部分來自網(wǎng)絡(luò)） 

• 小麥種子 

　　小麥（Triticum aestivum）是世界上最早的栽培植物，在古埃及的石刻中就有其栽培記錄，是西亞、北非以及歐洲文明的重要基礎(chǔ)。其中，一粒系小麥于新石器時代被廣泛種植于西歐到小亞細亞一帶；二倍體小麥于1萬多年前開始被種植于亞洲西部；異源六倍體普通系小麥是現(xiàn)今廣泛栽培的品種，是世界上大多數(shù)國家的基本糧食作物。

　　目前，小麥的栽種面積居世界第一位，自北緯67°的挪威、芬蘭和俄羅斯到南緯45°的阿根廷都有種植，種植面積超過30億畝。全球有三分之一以上的人口都將小麥作為主糧，它不僅可制成面條、饅頭、餃子、烙餅、面包、通心粉和各式糕點，還可用于釀酒、制成淀粉和糊精，即使麩皮、麥秸和谷糠都能用作牲畜飼料。

 

圖6. 麥穗、麥粒與醇香的面包（圖片來自網(wǎng)絡(luò)） 

　　地球獨子——普陀鵝耳櫪的種子 

　　普陀鵝耳櫪（Carpinus putoensis）是樺木科鵝耳櫪屬喬木，目前全球僅存一株野生植株，生于浙江舟山群島的普陀山上。

　　是什么原因造成其境地如此悲慘呢？除了適生環(huán)境被嚴重破壞，植株被過度砍伐等外因外，普陀鵝耳櫪的生殖系統(tǒng)和種子繁育環(huán)節(jié)也出現(xiàn)了重大問題。

　　普陀鵝耳櫪的花為單性花，雖雌雄同株，但雄多雌少，且雌雄花序分布格局不合理；雌雄花花期相遇時間較短，有效授粉期短；花粉靠風來進行傳播，授粉成功率低，從而導致普陀鵝耳櫪的結(jié)實率非常低，僅有8%。

　　另外，普陀鵝耳櫪的果實9至10月成熟后，靠風進行傳播，故只有極少數(shù)種子能夠到達適生地點；果皮厚而尖硬，對水分和氣體的透性差，種子具有較深物理休眠，發(fā)芽率低；種皮薄，無胚乳，胚的含油量高，使種子不能長久保藏，易失去活力，故成苗率較低。

　　此外，種子含油豐富，不僅可食用，還能制皂和生產(chǎn)潤滑油，因此引來了人們對它的過度采集和利用，從而造成生成的植株稀少，種群更新困難，逐漸淪為了“地球獨子”。

　　普陀鵝耳櫪現(xiàn)今窘?jīng)r引起了國家和人民的高度重視，不僅把它列為國家一級重點保護野生植物，還把普陀山劃為了中國國家重點自然風景保護區(qū)，設(shè)置管理局，對該種進行重點管護，并組織相關(guān)單位進行攻關(guān)研究，通過有性和無性繁殖的方式，繁育出了3萬多株子代樹苗，從而有效緩解了其滅絕的危險。

 

圖7. 普陀鵝耳櫪的果實和植株 

　　種子不僅幫助植物順利繁衍，創(chuàng)造了郁郁蔥蔥的植物界，還為植食性動物和人類提供了基本的食物供給及大量的工業(yè)原料，創(chuàng)造了繁榮的動物世界和高度發(fā)達的人類現(xiàn)代文明，實不愧“偉大”二字。但皮之將死，毛將焉附？請愛護它們的母株，保護好植物多樣性，不然終有一天人類將自食惡果，到時將悔之晚矣。

 

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     攝影：李漣漪、李慧

    （中科院之聲 2021年12月8日）

　　來源：https://mp.weixin.qq.com/s/wNpp0N3fOWDELHleK80JKQ