寻找自然生命的力量种子第二章,倾注

倾注心血的设计

种子的一生注定是不平凡的，它既是高等植物生命活动的结果，又是新生命活动的开始，因此当大自然在塑造它的时候，倾注了大量心血，为它设计了非常复杂的结构，以求让它能够在各种未知和恶劣的环境下生存下来。

如果我们从植物的演化历程和所占据的地球空间来看，种子植物能够代替蕨类等植物成为现今地球上的最具活力和多样性的植物物种是有先天优势的，这种优势集中体现在种子植物的发育和繁殖过程中。蕨类、苔藓类等主要都是依靠孢子来繁殖的，它们的孢子裸露在外界环境中，即使遭受轻微的外部侵袭，也有可能丧失生命活力，无法繁殖出新的个体。种子植物在这方面要先进得多，它们的种子在形成过程中受到了母体极为细心地保护，并像哺乳动物的胎儿那样得到充足的养料。因此，当种子一旦形成，它就已经具有了新植物的雏形和发育成一个成熟植株的潜力。不仅如此，为了便于传播和抵抗不良的环境条件，种子还形成了特殊的保护结构，从而极大增加了存活下来的几率，为种族延续创造了良好的条件。

对植物来说，它们都是大自然的一部分，是地球不可缺少的成员，是不分三六九等的。可是人们不这样想，尤其是在植物学家眼里，植物是分等级的。植物学家在对植物进行等级划分时，将种子植物列为最高等的一类，因为它们不仅在形态上具有明显的根、茎、叶等组织器官分化，而且依靠种子这种高级的“媒介”进行繁殖和生命演化，这些都是或至少有一部分是其他种类的植物所不具备的。

我们把种子说得这么厉害，把它的地位抬得这么高，是不是有意在吹嘘呢？事实上，我们完全没有理由故意这么做，之所以给种子这么高的评价完全是基于它本身的特性和能力。如果对此有所怀疑，我们可以从种子的结构进行剖析，来证明给予种子的所有赞美之词都是恰当和有迹可循的。

种子的类别非常多，形态也是千变万化，各不相同。不过，它们的组织结构大多都是一样的，基本上都是由种皮、胚和胚乳三部分组成。当然，不同种子的这三大组成部分是有所差异的，有的甚至只有其中的两大部分，但这并不能说明有“缺项”的种子发育不够完全。事实上，种子有“缺项”只是在人们的眼里如此，而对种子本身来说，它们是完整的，是完全可以萌发的。

种皮是覆盖在种子周围的皮，它就像一副铠甲，为种子提供强有力的保护。那么，这副铠甲是如何来的呢？我们在前面介绍过，胚珠是雌蕊非常重要的组成部分，由珠柄、珠被和珠心等组成。珠柄就像是一棵大树的根，让胚珠可以固定住，并将养料输送给胚珠。珠被位于珠心的外层，原本是用来保护珠心的，但是在胚珠受精后，一步步发育成了种皮，依旧承担防护的任务，只是形态和名字发生了改变。

既然都是由珠被形成的，那么种皮是不是都长得一样呢？答案是否定的。就像种子一样，种皮的结构也是多种多样的。这是因为不同植物的珠被的数目和厚度是不一样的。而且即使数目和厚度相同，但珠被在形成种皮的过程中，由于细胞分布、色素和有机物沉淀、表皮细胞特化等原因，也会造成种皮结构形态千差万别。因此，我们会看到，棉花种子的种皮上面有纤维毛，摸起来软绵绵的；有些豆科植物的种子，如大豆、绿豆、蚕豆的种皮非常坚硬；番茄和石榴种子的种皮鲜嫩多汁，就像是果肉一般；桃、杏等种子的种皮结构简单，薄如纸状，完全起不到防御作用。

说到桃、杏的种子，有人会质疑的说：它们的种子明明十分坚硬，为什么会说种皮薄如纸状？其实，我们所看到的桃、杏坚硬的核并不是种子的种皮，而是果实的内果皮，是子房最里面的一层细胞发育而成的，至于种子还躲在硬核的里面。如果用外力杂碎硬核，我们就会发现，里面有一个小小的种子，它的种皮非常得薄，稍微一用力，就会被搓下来。和桃、杏的种子类似，花生的种子也躲在坚硬的外壳下。当我们剥开花生壳时，就会看到一个穿着红色“外衣”的圆胖子，那就是花生的种子，而那件“红外衣”就是花生的种皮。

种子躲在如此坚硬的核里，会不会把自己困死在里面呢？我们并不需要为种子感到担心，它们这样做是有一定道理的。种子躲在坚硬的核里，那么不论是动物吃了果实，将种子吞出来，或者在种子落地时，和石头相撞，又或者种子被斑马、大象等大型动物踩踏，都不用担心被损坏。有些鸟类在将种子和果实一起吞下时，要先在装满小石子的砂囊中将其进行研碎，然后才送到胃里。如果没有硬核保护，柔软的种子很容易会被消化一空，根本没有完整地从鸟肚子排出的一天，更不会有机会生根发芽。等到已经发生的或曾经有可能发生的意外和危险全都过去，种子又发觉外部环境适合它们萌发时，它们就会想办法将坚硬的外壳弄破碎，然后从里面长出嫩芽和幼小的根来。至于它们是如何做到的，我们会在后面介绍种子的萌发过程时详细讲述。

玉米、小麦、莴苣都是日常生活中十分常见的植物，在它们的种子身上，我们也能见到果皮的身影。但和桃、杏不同的是，它们的种皮并不是包裹着种子，然后躲在果皮里面，而是在种子成熟时，因为被挤压而紧紧地贴在果皮的内层，形成一个内外紧密相连、比较坚韧的“外衣”，从而保护种子不受外力损伤，防止病虫害入侵。

如果说种皮起到的主要作用是防御，那么它所保护的对象是什么呢？对于种子来说，胚是最为重要的部分，它是种子将来萌发，形成根、茎、叶的基础，决定着今后种子是否能够从一个毫不起眼的小东西成长为一棵点缀山林、郁郁葱葱的绿色植物。因此，种皮所要保护的就是胚。

我们在前面讲过，精核和卵细胞结合会形成受精卵，受精卵会不断分裂，形成种子的重要器官。其实，这个器官就是种子的胚。多数种子内部通常只有一个胚，但有些种子有两个以上的胚，比如柑橘类的种子。大多数植物的种子内都有发育正常和完全的胚，即由胚芽、胚轴、子叶和胚根组成的胚，但有些植物的种子即使发育成熟，胚仍是发育不全的，比如一些寄生植物、阴生植物和短寿命植物等。

被子植物的胚形状极为多样，有直立形的，如向日葵；有弯曲形的，如大豆、蚕豆；有环形的，如甜菜、地肤；有螺旋形的，如番茄、辣椒；有折叠形的，如棉花、牵牛等。尽管胚的形状如此不同，但它在被子植物的种子中的位置总是固定的，胚根一般都朝向珠孔。

裸子植物的胚在种子内位置也是固定的。不同的是，它们总是沿着种子中央的纵轴生长，而且形状大多相似。不过，不同种类胚的子叶数目差异很大，有的只有一个，有的却有十八个之多，但最常见的是两个，比如银杏、红豆杉的种子。

一到春天，埋藏在土里的种子就会破土而出，向大自然展示新生的壮举。这时，我们能感受到了一粒种子的力量以及所包含的全部生命，也看到了为数不多的几片嫩叶和一截儿并不粗壮的嫩茎。这些嫩叶和嫩茎虽然现在还很柔弱，但终究有一天会变得强壮起来，能够向世界展示种子的伟大和力量。这些嫩叶和嫩茎是从哪里来的？它们来自胚芽。胚芽位于胚轴的顶端，是茎叶的幼体，在将来突破种皮后会发育成植物的叶子和茎。

不仅如此，种子能够知道春天到来，也是胚芽的功劳。春天时，天气逐渐变得温暖，日照也会变得比冬天长。胚芽就像拥有敏锐的触觉一样，能够感受到空气温度和日照长短的日渐变化，然后并做出反应。这听起来有些不可思议，但事实就是如此，通过一些简单向光性实验就能加以证明，这类实验我们在介绍植物的根和茎时都做过。

胚芽看起来是那么的脆弱，要突破泥土的束缚是多么得不容易，期间会不会受伤呢？这一点，种子早已想到。种子为胚芽“佩戴”了一顶帽子——胚芽鞘。当种子萌发时，胚芽鞘就像一把锥子率先穿出地面，保护胚芽中幼小的叶片不受到损伤。当长到一定程度后，胚芽就会突破胚芽鞘，开始尽情生长。在这个过程中，胚芽鞘还会分泌植物生长素，进行光合作用，让幼苗能尽快过上独立生活。当然，并不是多有的种子植物都具有胚芽鞘。其实，胚芽鞘是单子叶植物所特有的，而双子叶植物和裸子植物没有胚芽鞘，但这并不妨碍它们的胚芽在突破种皮后从土壤里冒出来。

在我们看来，胚芽是最先突破种皮的，因为我们的目光无法透过土壤看到黑暗的地下。事实上，胚根才是第一个从种皮中冲出来的。

胚根位于胚的下部，是还没有发育的原始根。它的尖端靠近种子的萌发孔，因此当种子开始萌发时，胚根一般首先突破种皮，发育成幼苗的主根。

胚根对种子来说非常重要，它的发育程度和深度在很大程度上决定了种子是否能够成活，植物是否具有强大的生命力。比如，人们种植的植物总是没有野草生长的快，而人们在拔草的时候也会发现，野草的根总是扎得非常深，这能够说明，根越深植物的生命力越强。所以可以说，胚根是整株植物的源泉，它发育好了，种子就能顺利发芽，整株植物今后也能长得更好。当然，这一切都不是胚根或种子所能强求的，因为除了种子本身外，地域、气候、温差、土壤等因素也都决定着胚根的发育程度。

和胚芽一样，胚根在深入土壤的时候，也很容易被土壤颗粒损坏。于是，胚根在它的尖端部分也长出了保护组织——胚根鞘，它能在胚根生长初期保护胚根。当生长到一定程度后，胚根会突破胚根鞘，成为植物幼苗的初生根，扎根土里，开始快速生长，土壤中为植物幼苗获取养分和水分。和胚芽鞘一样，胚根鞘也是单子叶植物的种子特有的，而双子叶植物和裸子植物的种子身上并不存在，但这并不妨碍它们的胚根深入到土壤中。

和胚芽、胚根相比，胚轴似乎显得有些多余，因为一株植物幼苗有了根、茎、叶似乎就已经很完整。事实显然不是如此。胚轴还“蜷缩”在种子里的时候将胚芽和胚轴连接在一起，而当种子萌发时，它会发育成连接植物根与茎的部分。可以说，胚轴在它一生总是扮演者沟通者或连接者的角色，这样的角色虽然很不起眼，但却是不可缺少的。

用“不可缺少”来评价胚轴是非常合适的。胚根发育成植物的主根向地下生长，胚芽发育成植物的茎叶向地上生长，然后一颗种子很快就能变成一颗植物幼苗，这一切看起来非常得自然，可如果没有胚轴的帮忙，这些都有可能无法实现。在种子萌发过程中，胚根确实是一马当先，但胚芽却并没有紧随其后。紧随胚根发育的是胚轴，它不断地伸长，费尽心力将柔嫩的胚芽一步一步顶出土壤，让其能够顺利发育成茎和叶。所有说，如果没有胚轴，种子可能永远无法将茎和叶伸出土壤，去窥探绚丽的地面世界。

除了胚芽、胚根和胚轴，子叶也是胚不可缺少的组成部分。种子在萌发时，需要消耗大量的营养物质，但此时它无法像植物那样同过根从土壤中吸取水分和养分，也无法利用叶子通过光合作用合成营养物质，那么它是从哪里获得如此多的营养呢？答案就是子叶。子叶是是幼胚的叶，更是种子重要的营养器官，里面含有大量的养分，可以为种子萌发提供动力。在被子植物中，子叶的数量是非常稳定的，成熟的胚只有一片子叶的叫作单子叶植物，比如常见的百合、小麦、水稻、竹子、鸢尾等；有两片子叶的叫作双子叶植物，比如杨树、榆树、洋槐、棉花、向日葵等。至于裸子植物，它们有两片或两片以上的子叶，数目不定。

由于存贮营养物质，很多种子的子叶都特别得肥厚，比如我们吃的花生、蚕豆就是肥厚的子叶。能结出这类种子的植物通常都是双子叶植物。相比之下，单子叶植物种子的子叶很不发达，所能提供的营养物质非常有限，但可以从胚乳中吸收营养物质，然后转运给胚，供胚发育需要。不管是单子叶植物种子，还是双子植物种子，它们的子叶对于种子萌发成幼苗初期，具有十分重要的作用。

子叶的作用仅仅如此吗？其实，子叶的用处还有很多。在胚芽突破土壤的时候，子叶能够提供一定的保护，让其不会受到土壤颗粒的伤害。有的子叶在出土见到阳光后，还会变绿，产生很多叶绿素，来进行光合作用。尽管它进行的光合作用非常微弱，提供的能量非常少，但聊胜于无，也有助于幼苗更好更健康地生长。大豆、油菜、西瓜、蓖麻等种子的子叶就属于会出土的类型。相对于子叶出土，很多种子的子叶会一直留在土壤里。这类种子在萌发时，胚轴的上半部分会不断延伸，将胚芽推出土面，而下半部分没怎么伸长，因此子叶不会被顶出土，而是一直埋在土壤里，直到内部贮藏的营养物质消耗一空而解体。豌豆、荔枝、柑桔、核桃、橡胶、玉米、水稻等种子的子叶就属于会留在土里的类型。

到这里，种子的胚基本上已经介绍完了，虽然不太详细，但足以让我们领略种子的智慧和远见。尽管刚刚来到这个世界，还没有真正接触外界，也有没有长成一棵完整的植物，但种子早已从祖先父辈那里获知了大量的信息，知道将来它将来要长成一株有根、茎、叶的植物，因此当还在母体上的时候，它就已经有所准备，未雨绸缪般地形成了由胚芽、胚根、胚轴和胚芽构成的胚，以便能够在将来顺利扎根生叶，从种子变成小幼苗，再到一株成熟的植物。

我们刚刚说过，有一些种子的子叶很不发达，只能为胚发育提供很少量的营养物质，但可以作为运输通道为胚从胚乳中输送养料。因此，这类种子所具有的胚乳就像是一个装满养料的大仓库，非常发达，占据了种子很大一部分空间。

虽然胚乳是种子植物特有的结构，但被子植物和裸子植物的来源是不同的，其中被子植物的胚乳是极核的产物，而裸子植物的胚乳是由卵细胞直接发育而来的。对于被子植物来说，胚乳的起源还有很多地方说不清楚。在双受精过程中，来自同一个花粉管的两个精子，一个与卵细胞结合形成受精卵，一个与中央核结合形成受精极核，它们具有相同的遗传信息，并且所处的环境也是相同的，按道理来说应该会沿着同一方向发育，可实际上却沿着两个显然不同的发育途径形成了种子的分生组织——胚和营养组织——胚乳。对于这种奇特的生物现象，人们提出了不少假设，但目前没有任何一种说法能完美地解释胚乳的起源。

胚乳对于种子来说非常得重要，但并不是所有的种子都有胚乳，比如花生、油菜、兰科、川苔草科、凌科等植物的种子。在这些无胚乳的种子身上，我看不到胚乳的身影，但这并不意味着在种子形成过程中胚乳不曾出现过。其实，在无胚乳种子形成的早期，胚乳是存在的，只是后来它里面的营养物质完全被胚吸收、转移到子叶中贮藏起来，因此在种子成熟后，子叶会变得很肥大，而胚乳却完全消失了，或者只在种皮下残留一两层胚乳细胞。这类无胚乳种子在萌发时，如果肥大的子叶被摘除，幼芽就会因为得不到营养物质供给而很快死亡。相比之下，有胚乳的种子因为大部分营养物质都贮藏在胚乳中，即使在萌发后被摘除子叶，幼芽还会继续良好的生长，受到的影响非常小。

很多双子叶植物的种子因为拥有肥厚子叶而没有胚乳组织。但一些双子叶植物的种子却长有胚乳，比如蓖麻种子。蓖麻种子的种皮既坚硬又光滑，上面还有很多花纹。剥去种皮，就能看到一大团白色的物质，这就是蓖麻的胚乳。至于蓖麻的胚则包藏在胚乳之中，他的两片子叶比较大，但很薄，所含的营养物质根本无法满足种子萌发的需求。和蓖麻种子类似的，还有番茄的种子，它也属于双子叶植物有胚乳种子。

慈姑是一种生活在水里的单子叶植物，它的种子很小，由种皮和胚两部分组成。慈姑种子的种皮非常薄，只有一层细胞；胚就像弯曲的挂钩，长柱形的子叶着生在胚轴上，和胚根的顶端紧紧靠拢在一起，而胚芽已经形成了最初生叶；至于胚乳则完全看不到。

我们通常所说的胚乳其实指的是种子的内胚乳。那么，与之相对的就有一个外胚乳。一般情况下，在胚和胚乳发育过程中，胚囊的体积会不断变大，使得胚囊外面的珠心组织遭到破坏，最终被胚和胚乳吸收掉。因此，很多成熟的种子种完全没有珠心组织。可是，有一些植物的珠心组织在种子发育过程中，被保留了下来，不仅没有被吸收消耗掉，反而因为不断增殖而发育成为充满丰富营养的组织，也就是外胚乳，它和内胚乳一样，也能为种子萌发提供营养物质。菠菜、甜菜的种子就具有外胚乳，胡椒、姜的成熟种子甚至同时具有内胚乳和外胚乳。

种子的结构到这里我们基本上就讲完了。事实上，不管是种皮、胚，还是胚乳都只是对种子结构的大致划分，不同的种子还有很多细微的结构差别，比如有的种子在萌发孔附近长有海绵状突起，即种阜，它是外种皮延伸而成的，有吸收水分的作用，有利于种子萌发；有的种子的腹面中央，有一条非常明显的隆起，即种脊，它里面含有维管束，可为种子发育提供养料；有的种子长有圆形、椭圆形或卵形的“肚脐眼”——种脐，它是种子形成过程中，植物向种子输送营养的唯一通道。

种子形成这么多特殊的组织结构，其实都是为了萌发生长，将种族的基因传播下去服务的。因此，我们在了解了种子的结构后，可以在种子萌发过程中观察种皮、胚轴、胚根、子叶、胚乳等是如何产生变化的。

小麦种子在萌发时，首先是胚根鞘突出种皮裸露出来，之后胚芽鞘也破皮而出。当胚根鞘长到大约一毫米时，胚根冲破胚根鞘形成小麦苗的主根，并逐步在胚轴处生出几对不定根。胚芽虽然没有胚根生长快，但也很快穿透胚芽鞘，从土里伸出来，长出第一片叶子，并开始进行光合作用。此时，小麦子叶中仅有的少量营养物质已经被胚吸收完毕，而胚乳中的养料还没有完全用尽。虽然小麦苗已经能过进行光合作用，但因为叶片太少，叶绿素含量太低，自己所能生产的养料极其有限，因此还需要继续从胚乳中获取养料。

棉花的种子属于无胚乳种子，萌发时也是胚根最先发育，接着胚芽冲棉籽壳中长出来，同时胚轴迅速伸长，将胚芽和子叶一起顶出土面。子叶出土后，逐渐展开变绿，开始通过光合作用制造养料，同时里面原本贮藏的养料继续输送给胚根和胚芽，供其生长。不久，胚根形成了主根，胚芽上出现了第一片叶子，一株棉花幼苗、一个新生命便诞生了。

至此，我们对种子的结构已经有了清晰地认识，并且随着认识的不断深入，对种子的佩服之情油然而生。种子的诞生是植物进化史上的一个里程碑和奇迹，它们用自己小小的身体记录下了祖先们千百万年创造的历史，并在不断地改造中一步步完善自己的身体结构，让自己顺利度过各种危险，成功生根发芽，长成一株成熟的植物，将生命传承下去。