第二章牧草种子的化学成分和组成

种子学第二章牧草种子的化学成分和组成思维导图，牧草种子的化学成分和组成复杂多样，包含了糖类、脂类、蛋白质、矿物质等多种营养物质，这些物质在种子的生长、发育和萌发过程中起着至关重要的作用。介绍详细，描述全面，希望对感兴趣的小伙伴有所帮助！

牧草种子的化学成分和组成

• 牧草种子的主要化学成分及其分布
  • 种子化学成分类型
    • 细胞结构性物质
      • 构成原生质的蛋白质、核酸、磷脂
      • 构成细胞壁的纤维素、半纤维素、木质素、果胶质、矿物质
    • 营养物质
      • 淀粉、脂肪、蛋白质及其他含氮物质
        • 种子中的主要成分
    • 生理活性物质
      • 酶、植物激素、维生素
    • 水分
    • 其他物质
      • 矿物质、色素、有毒物质
  • 种子按营养成分分类
    • 粉质种子
      • 淀粉含量高（60-70%)
      • 蛋白质含量（8-12%)
      • 脂肪含量少（2%-3%)
    • 蛋白质种子
      • 蛋白质含量（8-12%)
      • 淀粉含量也高（50%)：食用豆类：箭等豌豆
      • 脂肪含量也高（20%-8%)：油用豆类
    • 油质种子
      • 脂肪含量高（30%-50%)
      • 蛋白质含量也高（30-50%）
• 种子水分
  • 种子中水分的存在状态
    • 游离水
      • 指种子中不被胶体吸附或吸附力很小，能自由流动的水
      • 主要存在于种子的毛细管和细胞间隙
      • 可作为溶剂，0摄氏度以下会结冰，易蒸发
    • 结合水
      • 指与种子中的亲水胶体（糖类、蛋白质、磷脂等）紧密结合在一起，不能自由流动的水
      • 不能为溶剂，0摄氏度以下不会结冰，不易蒸发
  • 种子的临界水分和安全水分
    • 临界水分
      • 定义
        • 种子的结合水分达到饱和的程度，并将出现游离水时的水分含量
      • 特性
        • 临界水分因种子化学成分的不同而异，亲水胶体含量高，亲水基数量和类型多，种子的临界水分就高
        • 临界水分：蛋白质种子＞淀粉质种子＞油质种子
          • 蛋白质种子亲水基多且亲水性强，其次为淀粉，脂肪不含亲水基，不能吸附水分子
        • 禾谷类种子的临界水分为12%-13%，油质种子为8-10%（含油量越高、临界水分越低）
    • 安全水分
      • 定义
        • 种子在不同气候条件下，能保证种子安全贮藏的种子含水量范围
      • 应用
        • 种子在入库前必须确定其安全水分，主要依据临界水分，临界水分高，安全水分也高，反之也低
    • 安全水分标准
      • 在正常管理条件下，能保证种子安全度过夏季高温的最高水分，即为该种子的安全水分标准
      • 确定依据
        • 种子的临界水分
          • 种临界水分高﹣--﹣安全水分可以高
          • 种临界水分低﹣--﹣安全水分必须低
          • 一般原则：安全水分 ≤临界水分
        • 种子的贮藏水分
          • 气候：低温干燥→可以高一点
          • 仓贮条件：好→可以高一点
    • 种子的平衡水分
      • 定义
        • 当种子处于一定的环境条件下（温湿度）、种子对水汽的吸附和解析达到动态平衡时的种子含水量
      • 影响因素
        • 大气相对湿度：温度不变时，种子的平衡水分与外界相对湿度呈正相关
        • 相对湿度不变，平衡水分与温度呈负相关。大多数平衡水分在25℃下测定
        • 种子化学成分的亲水性
        • 种子的部位与结构：胚的含水量远超其他部位
• 种子的营养成分
  • 糖类
    • 一般占种子干物质重的25%~70%。糖类在种子中以不溶性糖和可溶性糖两种形式存在，其中不溶性糖是主要的贮藏形式
    • 分类
      • 可溶性糖（非结构性碳水化合物）
        • 特性
          • 成熟的种子中几乎不含还原糖，而主要以蔗糖的状态存在
          • 未成熟、发育中的种子或处在发芽过程中的种子，可溶性糖的含量很高，而且含有大量还原糖
          • 在不良条件下，贮藏种子中可溶性糖的含量增加，是种子衰老的象征和贮藏条件不良的结果
        • 分类
          • 单糖
            • 核糖、脱氧核糖
              • 核糖和脱氧核糖属五碳糖，是核酸的组成成分
            • 葡萄糖、果糖
              • 在种子的成熟过程中很快被转化为双糖或其他较复杂的形式，在种子的萌发过程中是淀粉水解的最终产物
              • 可进入糖酵解﹣三羧酸循环或磷酸戊糖途径，为种苗的生命活动提供能量和合成代谢所需的低分子化合物
          • 双糖
            • 葡萄糖、麦芽糖、果糖
              • 属于还原性糖，在成熟的种子中含量极少
            • 蔗糖
              • 常成熟种子中的可溶性糖主要以非还原性的蔗糖形式存在
              • 含量：胚＞种皮＞胚乳
                • 蔗糖是种子发芽时重要的养料，在种子的胚部蔗糖浓度很高，可达10%~23%；其次是种子外围部分，如果皮、种皮、糊粉层及胚乳外层；胚乳中含量最低
      • 不可溶性糖（结构性碳水化合物）
        • 主要是多糖类，是由多分子单糖失水缩合而成的
        • 分类
          • 淀粉
            • 特点
              • 禾本科牧草和饲料作物种子最主要的贮藏物质
              • 主要以淀粉粒的形式贮藏于成熟种子的胚乳（禾本科）中或子叶（豆科）中
            • 组成
              • 种子中淀粉含有20%~25％的直链淀粉和75%~30％支链淀粉
              • 在糯质种子中，几乎不存在直链淀粉而仅有支链淀粉
              • 直链淀粉
                • 结构特征
                  • D﹣葡萄糖基以a-(1,4）糖苷键连接而成，分子中有250-300个葡萄糖基，分子量1~2x105，空间构象卷曲成螺旋形，每一回转为6个葡萄糖基
                  • 易溶于热水，淀粉与碘呈颜色反应呈蓝色
                • 为次要部分，质干，多为南方大米
                  • 粳稻稻米一般直链淀粉含量较低（20％以下），少数中等(20%~25%)
              • 支链淀粉
                • 结构特征
                  • 分子中除有a-(1,4）糖苷键的糖链外，还有a-(1,6）糖苷键连接的分支，分子中含300~400个葡萄糖基，分子量>2x10（7）
                  • 不溶于热水，只有在加温加压时才能溶解于水；遇碘液呈红褐色
                • 为主要部分，粘性强，多为北方大米
                  • 籼稻稻米一般直链淀粉含量较高（25％以上），部分中等，少数较低
              • 糯米几乎不含直链淀粉，近100％为支链淀粉
          • 纤维素与半纤维素
            • 它们与木质素、果胶、矿物质及其他物质结合在一起，组成果皮和种皮细胞
            • 是细胞壁的基本成分
            • 半纤维素是戊聚糖和己聚糖，它可以水解为葡萄糖、甘露糖、果糖、阿拉伯糖、木糖和半乳糖等
  • 脂类
    • 脂类是所有类似于脂肪物质的统称。不溶于水，可溶解在醚、氯仿或其他有机溶剂中，大多数植物的种子都含有油脂，各种固醇类、磷脂及甘油酯都属于此类
    • 脂肪
      • 分布
        • 以脂肪体的形式存在于种子的胚和胚乳中
          • 禾本科脂肪存在于片和糊粉层中
      • 性质
        • 脂肪是疏水胶体，不溶于水，但溶于乙醚、石油醚、苯、四氯化碳等有机溶剂，可用这些溶剂来测定种子中的脂肪含量
        • 种子中脂肪的性质可用酸价和碘价来衡量
          • 酸价
            • 是中和1g脂肪中全部游离脂肪酸所需的氢氧化钾毫克数
            • 酸价升高是导致种子劣变的标志
          • 碘价
            • 指与100g脂肪结合所需碘的克数
            • 能指示脂肪中脂肪酸的不饱和程度
              • 碘价越高，脂肪中不饱和脂肪酸的含量越高，脂肪越容易氧化
            • 可指示贮藏性
      • 结构
        • 由高级脂肪酸和甘油结合形成的甘油三酯（或三酰甘油）
          • 饱和脂肪酸
            • 动物油
          • 不饱和脂肪酸
            • 植物油的主要成分（对人体更健康）
      • 种子中脂肪的酸败
        • 定义
          • 种子在贮藏期间，内部的脂肪受湿、热、光和空气的氧化作用，产生醛、酮、酸等物质，散发出不良的气味，使种子生活力丧失，种用品质显著降低，为种子中脂肪的酸败现象
        • 条件
          • 种子含水量高
        • 过程
          • 水解
            • 脂肪→脂肪酸、甘油→酸价升高
          • 氧化
        • 危害
          • 1.脂肪氧化的结果，促使种子中细胞膜结构改变，经氧化的细胞膜在发芽过程中失去其正常功能，发生严重的渗漏现象，影响种子发芽
          • 2.脂肪氧化的产物醛类（丙二醛），对种子有严重的毒害作用，可以与DNA结合形成DNA﹣醛，使染色体发生突变，抑制蛋白质合成，种子不能正常发芽
          • 3.种子本身的情况和贮藏条件，影响种子的酸败，进而引起种子的劣变
            • 种子劣变：降低种子生存能力，导致种子丧失活力及发芽力不可逆变化
    • 磷脂
      • 定义
        • 磷脂是含有磷酸基团＋甘油＋含氮化合物的类脂化合物
      • 特性及作用
        • 一定的亲水性
        • 是生物膜的必要成分
        • 具有限制细胞和种子透性、防止细胞氧化，维持细胞正常功能的作用
        • 保持种子活力
      • 分类
        • 卵磷脂
          • 磷酸基团+甘油+胆碱
          • 卵磷脂容易和各种物质化合成复合物，对呼吸时发生的氧化作用及合成作用都有重要的意义
        • 脑磷脂
          • 磷酸基团+甘油+胆胺
      • 分布
        • 植物中的磷脂在根、叶、种子中均有分布，但以种子中含量较多，一般达1.6%~1.7%,子内部胚芽的含量较胚乳为多
  • 蛋白质
    • 作用
      • 是构成细胞质、细胞核、质体等的基础物质
      • 催化、调节机体代谢活动的酶和某些激素等都是蛋白质或蛋白质的衍生物
      • 在种子的生命活动和遗传机理中起着重要的作用
    • 含量
      • 豆科
        • 占干重的20%~40%
      • 禾本科
        • 不超过15%
    • 种类
      • 按结构分
        • 简单蛋白质
          • 清蛋白
            • 中性或释酸性情况下能溶解于水，经加热或在某种盐类的饱和溶液中发生沉淀，在一般种子中含量很少，主要为隔蛋白
            • 与植物抗逆性有关
            • 在禾本颗种子的胚乳中含量很少，在胚体中占干物质的10%以上，主要为酶蛋白
          • 球蛋白
            • 不溶于水，但溶于10％的氧化钠稀盐溶液，加热后不像清蛋白那样容易凝固
            • 是豆科植物种子所含的主要蛋白质
          • 酶溶蛋白
            • 不溶于水和盐类溶液，但能溶于70%-90％的乙醇
            • 是禾本科植物种子中的特有蛋白质，所有禾本科都有
          • 谷蛋白
            • 不溶于水、盐和乙醇溶液，但溶于0.2％的碱或酸溶液
            • 面筋道的主要来源
            • 在禾本科植物种子中含量较高
        • 复合蛋白质
          • 核蛋白
            • 概念
            • 分布
              • 种子胚部
            • 特性
              • 核蛋白的变性意味着种子的衰老和死亡
              • 受到高温、紫外线、射线、酸、碱等外界环境和生理代谢过程所产生的有毒物质的影响，其分子结构就会发生变化，理化性质也会随之改变
      • 按功能分
        • 结构蛋白
        • 代谢蛋白
        • 贮藏蛋白
          • 贮藏蛋白在种子蛋白质中的比例较高，85%-90%，以主要以糊粉粒或蛋白体的形式贮藏在糊粉层、胚及胚乳中，其大小、形态结构和分布密度因种子不同部位而异
          • 最终产物为氨基酸
          • 各氨基酸含量及分布情况
            • 禾本科牧草及饲料作物种子中谷氨酸含量最高，含量较高的氨基酸还有亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸和天冬氨酸，色氨酸含量很低
            • 豆科牧草及饲料作物种子中谷氨酸的含量最高，其次有天冬氨酸、亮氨酸、精氨酸、丝氨酸和赖氨酸，色氨酸、蛋氨酸含量最少
            • 拓展：人体所需的8种氨基酸
              • 苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸
  • 三者关系
    • 糖类和脂肪是呼吸作用的基质，蛋白质主要用于幼苗新生细胞的原生质和细胞核的合成。 当糖类或脂肪缺乏时，蛋白质也可转化成呼吸基质。
• 种子的生理活性物质
  • 酶
    • 种子种的酶可以催化种子的各项生理生化反应，引起种子内部氧化、还原、脱氨基、水解和合成等生化反应
    • 分类
      • 单纯酶：水解后仅有氨基酸组分的酶
      • 结合酶：由蛋白质部分（酶蛋白）和非蛋白质部分组成（辅酶、辅助因子）
    • 分布
      • 胚内和种子的外围部分
    • 含量
      • 成熟度较差的＞完全成熟的
    • 最适温度：35~40℃
    • 种子中的水解酶
      • 状态
        • 游离态
        • 结合态
        • 关系
          • 种子成熟的不同时期，不同状态的酶起着主导作用
          • 种子成熟初期，水解作用的比例相对大一些，随着成熟的加强，合成作用逐渐占优势
          • 种子萌发的过程中水解作用渐渐增强
          • 在种子贮藏上常采用低温、干燥的方法，抑制种子中结合态酶向游离态酶的方向转化，可止种子变质和活力下降
          • 尚未成熟或受冻的种子中含有较多的游离态酶，呼吸作用较强，因而贮藏时必须清除这些种子
      • 代表酶
        • 淀粉酶
          • 淀粉→麦芽糖
            • 液化
              • 使淀粉或淀粉糊精变成较小的分子，均匀分布于水中
            • 糊精化
              • 使淀粉或大糊精分子水解成愈来愈小的糊精分子
            • 糖化
              • 糊精分子发生水解作用，分解为麦芽糖
                • 葡萄糖
          • 类别
            • α－淀粉酶
              • 只存在于发芽的种子和未成熟的种子中，一般种子萌发后由糊粉层产生通过盾片运往胚乳
              • 能分解直链淀粉和支链淀粉，但作用过程产生大量的糊精，且生成糖的作用较慢
              • 能水解整粒淀粉粒
            • β－淀粉酶
              • 在成熟的禾本科牧草种子中，只含β﹣淀粉酶，并且存在于胚乳中
              • 能使直链淀粉完全分解成麦芽糖，但在作用于支链淀粉时，只能分解葡萄糖链的游离链端，而不能分解支链淀粉的支链
                • 红糊精
                • α－紫糊精
              • 缺乏将整粒淀粉粒水解的能力，或水解作用进行得极其缓慢
            • 种子中淀粉酶的活性以盾片部分为最强，胚的其余部分糊粉层和胚乳部分的淀粉酶活性都很低，靠近糊粉层的胚乳外层含有大量的活性淀粉酶
        • 蛋白酶
          • 蛋白质→肽→氨基酸
            • 蛋白酶+肽酶
          • 分布
            • 休眠的禾本科牧草种子内，蛋白酶和肽酶主要集中在糊粉层细胞内，而胚乳中的含量极少
          • 含量
            • 种子萌发时，蛋白酶随着种子的萌发过程逐渐增加
            • 随种子的成熟而降低
          • 活性
            • 种子中蛋白酶的活性因所处的部位而异，还部的蛋白酶的活性比盾片中强得多，而盾片部分的蛋白酶的活性又较胚乳部分强。二肽酶和多肽酶同样在胚部最活跃
        • 脂肪酶
          • 脂肪→甘油+脂肪酸
          • 活性
            • 胚部最强，胚乳和糊粉层中的较弱
          • 干种子中不一定都含有脂肪酶，有些植物种子中的脂肪酶要在萌发的过程中才能产生
        • 磷脂酶
          • 磷酸一酯酶、磷酸二酯酶
            • 对呼吸过程起重要作用
          • 植酸酶
            • 存在于禾本科种子的糊粉层内，能使可溶性的含磷有机化合物发生水解
  • 植物激素
    • 细胞分裂素CK
      • 促进细胞的分裂和细胞体积增大
      • 种子生长过程中呈先增加，后下降的趋势
    • 乙烯
      • 在常温下为气体，很容易在组织间扩散
      • 在种子吸胀后迅速产生，可促进种子的萌发
      • 能够抑制ABA和其他物质对发芽的一直作用
    • 脱落酸ABA
      • 许多植物种子的胚、胚乳及种皮中含有发芽的抑制物质
      • 可促进种子休眠
      • 脱落酸和赤霉素的含量平衡对种子的休眠和萌起很大作用
    • 赤霉素（GA）
      • 种子中浓度较植物其他部分高
      • 作用
        • 可促进种子的萌发和种苗的生长
        • 在糊粉层内赤霉素透发α﹣淀粉酶的合成，合成后的α﹣淀粉酶进入胚乳
        • 在糊粉层内还可诱发蛋白酶和核糖核酸酶、植酸酶的合成
        • 对种苗发育过程中胚芽和胚根的细胞具有进作用
    • 生长素（IAA）
      • 在发育的种子和萌发的种子中，生长素的含量都很高
      • 作用
        • 促进种苗细胞伸长的作用
        • 可解除细胞壁中经维素酶的抑制作用，因而使细胞壁变得松弛，有利于细胞壁的扩展
        • 控制胚芽和胚根向性运动，使胚芽向上生长，胚根向下生长
  • 维生素
    • 脂溶性维生素
      • 维生素A
        • 一般禾本科牧草种子中几乎不含胡萝卜素，豆科牧草种子中含有胡萝卜素
        • 可保护维生素A及不饱和脂肪酸不被氧化，或者减缓这些物质过氧化的速度
      • 维生素E
        • 是一种抗氧化剂，对于防止油脂的氧化及变味有显著作用
        • 在油质种子中大量存在，禾本科牧草种子的胚部含量也很丰富
        • 抗氧化性
          • 在新种子中的含量较高，随着贮藏时间的延长而降低．衰老的种子缺乏产生维生素E的能力
    • 水溶性维生素
      • 维生素B
        • 禾本科牧草种子和豆科牧草种子中含量非常丰富
        • 禾本科种子中的B族维生素主要存在于胚部和糊粉层，胚乳中含量很少
      • 维生素C
        • 一般干种子中均缺乏这种维生素，但在种子发芽过程中却能大量形成，因此在发芽种子中含量丰富
        • 分布
          • 禾本科→幼芽
          • 豆科→子叶
    • 变化规律
      • 大多数维生素含量在发育时增加快，成熟时生产率降低
      • 缺乏维生素时，酶的形成就受到影响，如使相应的酶类失调或失活而引起代谢紊乱，甚至患维生素缺乏症。
• 种子的其他化学物质
  • 矿物质
    • 灰分率
      • 是指种子样品在高温下灼烧，而残留的灰分占样品总重量的百分率
      • 表示种子内矿物质含量
    • 常见矿物质及作用
      • P
        • 是种子中最重要的矿质元素，植物体内种子中含磷量最多，萌发和种苗生长之用
      • K
        • 钾以离子状态存在于原生质中，胚芽和胚根尖端含钾量最高。钾参与酶的活化、蛋白质的合成等过程。豆科种子中钾的含量高于禾本科种子；
      • S
        • 种子中的硫是胱氨酸和蛋氨酸的组成成分，并构成蛋白质；
      • Fe
        • 种子中铁为铁盐和络铁，是参与呼吸代谢的氧化酶类；
      • Mg
        • 对种子发芽后磷酸和蛋白质的代谢起着重要的作用，可活化各种酶类，促进呼吸作用，促进种苗对磷的吸收
      • Ca
        • 构成种子细胞壁间的果胶钙
      • Mn
        • 是糖酵解和三羧酸循环某些酶的活化剂，提高呼吸速率
  • 色素
    • 种子的色泽能表示出种子的成熟度和种子的特性，是品种差异和品质优劣的标志之一
      • 种子的色泽可以根据种皮（或果皮）、糊粉层、胚乳或子叶的颜色来确定
    • 叶绿素主要存在于禾本科牧草的程片和果皮中，某些豆科牧草的种皮中也含有叶绿素
    • 存在于种子中的黄色素都属于类胡萝卜素
    • 花青素是水溶性的细胞液色素，主要存在于豆科牧草的种皮中，因存在部位的酸度不同，使种皮具有各种各样的颜色或斑纹
    • 种子的颜色会因外界环境条件的改变而变化，如新鲜的紫花苜蓿种子为黄色，贮在时间长的陈种子变为紫黄色
  • 种子毒物和特殊化学成分
    • 芥子苷和芥酸
    • 皂苷和胰蛋白酶抑制剂
    • 单宁
    • 棉酚
    • 茄碱