曾在中国农科院和美国农业部工作多年，并作为美国国际开发署的专家在非洲志愿援外。曾任职中国科学院华南植物园研究员和国际植物园协会秘书处主任。热爱摄影，喜欢亲近自然。 本期主角：种子 肚子疼？喝热水！ 感冒了？喝热水！ 作为广泛流传的民间偏方 没有什么是一杯热水不能解决的 如果有，那就喝两杯 喝热水不仅是直男们应付女友的万能话术 还一度成为各种简单粗暴的续命方式 甚至连植物也逃不出这套路 叶子发黄？多浇点水！ 花儿蔫了？多浇点水！ 种子不发芽？多浇点水！ 如果植物会说话 怕是也要咆哮体附身 你以为 真的是多浇点水那么简单？ 种子的存活离不开天时地利人和。 就像我们每个人一生要做出许多决定，何时发芽是植物一生中要做出的最重要的决定之一。种子过早发芽可能会遭受灭顶之灾，过晚发芽又可能会错过宝贵的生长机会。 种子通常不大，有些甚至很微小。尽管它们的体积很小，但是种子含有营养以及植物发芽所必需的所有“指令”。种子本身就像一个“生存包”，包含了种子生长根部并形成幼苗所需的营养。 为了克服幼苗可能遇到的不利生长条件，很多植物进化出种子休眠来应对环境条件及季节变化。当你拿到这些植物的种子时，种子一般处于休眠状态，这意味着它们不活跃。只要环境条件不适合发芽，种子就会处于休眠状态，暂时阻止其发芽。只有在合适的条件下，种子才被唤醒，才会开始变得活跃起来。 大多数种子发芽会先长出胚根，然后再长出胚芽。一旦根系扎根，幼苗会冒出来并最终突破土壤。随着植物生长并开始从土壤中获取营养物质，它将长成更大的植株。 种子萌发对我们来说似乎很寻常和理所当然，但你有没有想过，只有几毫米的种子长成一棵参天大树其实是一件非常神奇的事情。 种子如何决定发芽的最佳时机？ 这个话题虽然有点神秘，科学家至今也不完全理解种子内部发生的一切。但近些年，科学家借助分子生物学慢慢在揭开种子萌发的神秘面纱。 二种激素协同调控萌发 种子萌发受两种植物激素调控：脱落酸（ABA）发出信号以保持休眠状态，赤霉素（GA）引发萌发。这两种激素之间的推拉帮助种子确定适合开始发芽的时间。 2010年，瑞士日内瓦大学的科学家发现，休眠种子通过连续释放脱落酸，阻止种子内胚胎的生长和绿化。脱落酸在植物绿叶生长后期也起着重要的调节作用。 英国诺丁汉大学和加拿大多伦多大学植物学家的合作研究也进一步揭示了，控制种子萌发的机制也同样在调节植物生命周期的另一个重要决定--何时开始开花。 深度休眠种子（左）和浅度休眠种子（右）里脱落酸和赤霉素含量的变化（Topham et al. PNAS） 2015年，韩国和瑞士科学家的一项联合研究揭示，控制脱落酸向胚胎转运涉及起码四种转运蛋白。在拟南芥中，休眠状态由胚乳维持，胚乳是胚胎周围种皮内的单细胞层。胚乳合成的脱落酸由多个转运蛋白持续向胚胎转运和释放，其中两个转运蛋白（蓝色）将脱落酸从胚乳输送到胚胎，而另外两个（绿色）在胚胎中摄取脱落酸。有效抑制种子萌发需要所有四个转运蛋白协同工作。 附着于种皮下的胚乳向胚胎释放脱落酸 Kang et al. Nature Communications 种子也有“眼睛” 根据英国约克大学的一项新研究，受光质量调节的MFT蛋白阻止种子在黑暗或阴暗条件下发芽。当光线不足以生长时，MFT蛋白通过开启阻止生长的基因并切断促进生长的基因来防止植物在错误的条件下发芽。这是植物进化出非常复杂的分子机制以与环境保持一致的一个很好的例子。这使得种子能够在土壤中存活多年，只有当光线合适时，种子才会萌发。 拟南芥Arabidopsis. Credit: Vasiliy Koval / Fotolia 科学家发现植物种子有“大脑” 种子有个微型“大脑”帮助决定何时发芽。 在“美国国家科学院院刊”上有一项新研究表明，种子可以使用微型“大脑”来帮助他们决定是否发芽或保持休眠状态。 英国伯明翰大学植物学家的这项研究发现，激素聚集在种子尖端附近的两个区域，这里产生的激素作为信号互相发送。当由一处生产的脱落酸成为该决策中心的主要激素时，种子保持休眠状态；但随着赤霉素的增加，“大脑”开始告诉种子是时候发芽了。植物也像人类一样，经过“思考”再做出决定。 种子有传递温度的“记忆” 最近，英国科学家的一项研究表明，拟南芥能将最近温度的“记忆”传递给种子，为它们在下一个春天萌发做好准备。 在英国进行的这项实验发现，在较温暖条件下孕育的拟南芥种子，比在较凉爽条件下孕育的种子萌发得更早。即使后者在产生种子的几周前经历过较温暖的天气，结果也是如此。 Iwasaki et al. eLife 研究人员跟踪研究了与植物开花相关蛋白质的变化，他们发现，在凉爽天气下，蛋白质的水平会促使植物母体在果实中产生更多的鞣酸（一种复合物，能使种子的外壳更坚硬）。鞣酸含量越高，种子的外壳就越硬，胚芽也就越难突破，从而推迟了种子萌发的时间。植物的母体可以决定种子外壳的硬度，并用这种方式控制种子的萌发。在更温暖的条件下，植物母体会微调蛋白质的水平，确保后代立即萌发，从而更好地利用热量。 显微镜下开始萌发的拟南芥种子 Credit: UNIGE / Sylvain Loubéry 今年，瑞士日内瓦大学的研究人员揭示了植株通过“干扰”RNA把低温信息传给种子，这些“干扰”RNA小片段可以使某些基因失活，该机制允许种子优化其萌发的时间。温度越低，种子的休眠水平越高。然后在萌发的胚胎中清除信息，以便下一代可以在其环境中存储新数据。 小麦种子发芽率受种子成熟时温度的影响（日本NARO） 种子到幼苗 并不是“浇点水”那么简单 最新的研究增加了越来越多的证据，表明过去植物的复杂性被低估了。 休眠是植物提高后代生存和成长机会的一种方式。它允许种子延迟发芽，直到适合幼苗茁壮成长的条件出现。这也意味着种子可以有时间，被带到与亲本植物有段距离的地方（例如，被动物吃掉并在其他地方排泄），这减少了与来自同一亲本的其他种子的竞争。 一些种子需要烟火洗礼才能发芽 与那些在成熟时自发释放种子的植物相比，一些植物需要大火帮助，破坏坚硬种皮后才能发芽。 澳大利亚班克木的种子保存在卵泡状木质果实中，需要丛林大火帮助才能释放种子。在大火中，植物母株可能会被烧死，森林大火帮助种子清除竞争对手并且提供很好的肥料。因此，虽然森林大火可能造成巨大的破坏，但并非一无是处，一些火灾对许多本土植物的更新和生存至关重要。 大火帮助班克木果实释放种子。Credit：Tindo2 / Flickr 动物便便让种子受益 很多植物依赖动物将种子带到可以发芽的地方以帮助种子扩散。 鸟类、蝙蝠、昆虫和其他动物食用种子，将种子带到一个新地方。将种子撒播到其他地方，意味着幼苗与其亲本植物之间以及幼苗之间的竞争减少。 在澳大利亚雨林中，食火鸡在林地上觅食，会吃掉大量原生果实。果实在肠道停留一段时间后，通过便便将种子排放到别处。更重要的是，食火鸡粪便不仅提供水分，而且还可以保护种子免受啮齿动物等掠食者的侵害。 2010年的一项研究发现，食火鸡不仅帮助了种子扩散，而且经过肠道后种皮减弱，能提高种子的发芽率。 食火鸡的便便里可以含有高达1公斤种子。Credit：Jeremy Bornstein / Flickr。 种子萌发的过程看起来貌似简单，但事实证明它远比“浇点水”要复杂得多。种子会感受一系列环境信号，包括温度，水分和营养。 为了确保种子发芽在生存的最佳时机，植物已经进化出非常复杂的方式，以避免潜在的致命错误，争取更多种子传播的机会，从而避免与同一物种的个体之间竞争。种子的生命周期与环境条件密切相关，就像自然界中许多其他事物一样，仅是更大系统的一部分。我们需要更好地理解种子，因为人类离不开植物的繁衍生息。 — 其实 养植物和养女朋友并没有什么区别 都需要我们的百般呵护万般照顾 才能“修成正果”噢~ - END - 参考文献： Willis et al. 2014. New Phytologist 203:300-309 Kang et al. 2015. Nature Communications DOI:10.1038/ncomms9113 Topham et al. 2017. PNAS DOI:10.1073/pnas.1704745114 Vaistij et al. 2018. PNAS DOI:10.1073/pnas.1806460115 Iwasaki et al. 2019. eLife DOI:10.7554/eLife.37434 微信ID：szbgac 长按二维码关注，获取更多信息
种子不发芽
微小的种子（www.theseedcollection.com.au）视频 | 植物传播种子的慢镜头画面 Smithonian
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