NẢY MẦM: CẤU TRÚC CỦA HẠT, QUY TRÌNH, CÁC LOẠI - SINH HỌC - 2024

Sự nảy mầm là quá trình mà thành phần phôi trong hạt của cây sinh tinh phát triển để tạo ra một cây mới, và được đặc trưng bởi sự nhô ra của tinh hoàn hoặc vỏ hạt của rễ.

Trong giới thực vật, thực vật sinh tinh là một nhóm thực vật được gọi là "thực vật bậc cao", có đặc điểm xác định là tạo ra hạt giống do sinh sản hữu tính của chúng, từ đó nó có tên gọi là "tinh trùng" trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là hạt giống.

Nảy mầm của cây hai lá mầm (Nguồn: MAKY.OREL qua Wikimedia Commons)

Nhóm thực vật sinh tinh bao gồm thực vật có hoa hoặc thực vật hạt kín và thực vật không hoa hoặc thực vật hạt trần, chúng tạo ra các hạt nằm trong một cấu trúc gọi là "bầu noãn" hoặc hạt trần, tương ứng.

Sự nảy mầm của một loại hạt, bất kể loại hạt của nó, có thể được hiểu là một tập hợp các bước liên tiếp làm cho một hạt chết lặng hoặc không hoạt động, với hàm lượng nước thấp, cho thấy sự gia tăng hoạt động trao đổi chất chung của nó và bắt đầu hình thành cây con từ phôi bên trong.

Rất khó xác định thời điểm chính xác mà sự nảy mầm kết thúc và sự phát triển bắt đầu, vì sự nảy mầm đã được xác định cụ thể là sự vỡ ra của lớp vỏ tinh mà bản thân nó đã là kết quả của sự tăng trưởng (phân chia và kéo dài tế bào) .

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm, nhiều yếu tố nội sinh (khả năng tồn tại, mức độ phát triển của phôi, v.v.) và ngoại sinh (ví dụ: sẵn có nước, nhiệt độ và thành phần khí quyển).

Cấu trúc hạt giống

Thực vật hạt kín có hạt với cấu trúc tương đối đơn giản, vì chúng bao gồm một phôi (sản phẩm của sự thụ tinh của noãn bởi hạt phấn) được bao bọc bởi một lớp bọc được gọi là “túi phôi”, cũng hình thành từ quá trình thụ tinh.

Vỏ hạt được gọi là tinh hoàn và là sản phẩm của sự phát triển các bộ phận bên trong của noãn. Phôi ăn chất mà nó được ngâm trong đó, nội nhũ, cũng có thể trở thành một mô thô sơ ở những cây có lá mầm.

Lá mầm là lá sơ cấp có thể đảm nhiệm chức năng dinh dưỡng cho phôi và có thể đảm nhận chức năng quang hợp của cây con được hình thành khi hạt nảy mầm.

Lượng chất dự trữ rất khác nhau giữa các hạt, đặc biệt là về thành phần của protein, chất béo và carbohydrate mà chúng có. Tuy nhiên, chất dự trữ chính trong hạt, ở mức độ nhiều hay ít, thường là tinh bột.

Phôi là cấu trúc cơ bản của hạt. Nó có thể được xem như một "thực vật thu nhỏ" và bao gồm một lá mầm, một bộ lông hoặc epicotyl (phía trên nơi có lá mầm), một hoặc nhiều lá mầm và một lá mầm (phía dưới lá mầm).

Từ rễ hình thành, rễ sau đó được hình thành, là phần dưới đất của cây; epicotyl sau này sẽ là trục chính của thân cây, trong phần trên không; trong khi hypocotyl là một phần của phôi hợp nhất rễ với bộ lông hoặc epicotyl, tức là hợp nhất thân với rễ ở cây trưởng thành.

Điều quan trọng cần lưu ý là có sự đa dạng lớn của các loại hạt trong tự nhiên, đặc biệt là về kích thước, hình dạng, màu sắc và cấu trúc chung, không kể các đặc điểm sinh lý bên trong của chúng.

Quy trình (các giai đoạn)

Tất cả các hạt trưởng thành đều ở trong tình trạng được gọi là tĩnh lặng, nhờ đó các cấu trúc nhân giống này có thể chịu được thời gian kéo dài trong đó các điều kiện thuận lợi cần thiết cho sự nảy mầm không có.

Sự yên tĩnh của hạt bị đảo ngược khi có nước, có thành phần khí quyển và nhiệt độ thích hợp (tất nhiên là tùy thuộc vào loại hạt).

Sự nảy mầm, một khi đã qua giai đoạn tĩnh lặng, bao gồm các quá trình phổ biến trong sinh lý của thực vật:

- hơi thở

- hấp thụ nước

- chuyển đổi "thức ăn" thành các chất hòa tan

- sự tổng hợp các enzym và hormone

- chuyển hóa nitơ và phốt pho

- sự chuyển vị của cacbohydrat, hoocmon, nước và khoáng chất tới mô phân sinh và

- sự hình thành các mô.

Tuy nhiên, các nhà sinh lý học thực vật đã xác định ba giai đoạn cụ thể đó là: xâm nhập, kéo dài tế bào và tăng số lượng tế bào (phân chia tế bào), giai đoạn sau phụ thuộc vào các sự kiện di truyền và phân tử khác nhau.

Imbibition

Hàm lượng nước trong hạt trưởng thành thấp đáng kể, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển hóa của các mô bên trong. Do đó, bước đầu tiên trong quá trình nảy mầm của một hạt giống là sự hấp thụ nước, được gọi là sự hấp thụ nước.

Sự xâm nhập phục hồi sự xáo trộn của các tế bào phôi, trước đó đã bị plasmolysis do kích thước nhỏ của không bào gần như trống rỗng của chúng.

Trong những giờ đầu tiên của giai đoạn này, không có thay đổi hóa học nào được quan sát thấy trong hạt, cũng như bất kỳ loại hoạt động nào liên quan đến sự kéo dài hoặc kéo dài của thành tế bào, v.v.

Ngay sau đó, quá trình hydrat hóa các mô (trong điều kiện thuận lợi của khí quyển và nhiệt độ), cho phép kích hoạt các bào quan và các enzym tế bào, đặc biệt là của ty thể. Sự hoạt hóa này cũng thúc đẩy quá trình tổng hợp hormone và protein, cần thiết cho các sự kiện tiếp theo.

Kéo dài và tăng số lượng tế bào (phân chia)

Sau một vài giờ ngâm nước (tùy thuộc vào mức độ hút ẩm của hạt), sự kéo dài của các tế bào thuộc phần xuyên tâm có thể được đánh giá cao, điều này cho phép cấu trúc này kéo dài và nhô ra khỏi bề mặt bao phủ nó.

Các lần phân chia tế bào đầu tiên xảy ra ở mô phân sinh của rễ, ngay tại thời điểm mà rễ "phá vỡ" mô bao phủ nó. Tại thời điểm này, một số thay đổi tế bào học được quan sát thấy, chẳng hạn như sự xuất hiện nổi bật hơn của nhân của mỗi tế bào.

Các giai đoạn nảy mầm của hạt A. thaliana (Nguồn: Alena Kravchenko qua Wikimedia Commons)

Vỏ hạt hoặc tinh hoàn bị rễ sơ cấp cắt ngang hoặc gãy bởi rễ chính, được biểu thị bằng lá mầm, sau đó trục của lá mầm tiếp tục quá trình kéo dài. Các lá mầm vẫn ở bên trong tinh hoàn trong suốt quá trình này, bất kể kiểu nảy mầm.

Trong khi quá trình này diễn ra, dinh dưỡng của tế bào phôi phụ thuộc vào hoạt động của các enzym chịu trách nhiệm phân hủy carbohydrate và chất béo dự trữ trong nội nhũ và / hoặc lá mầm, hoạt động hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình xâm nhập trước đó.

Các kiểu nảy mầm

Các kiểu nảy mầm đã được xác định tùy theo số phận của các lá mầm khi cây con được hình thành từ phôi. Hai loại được biết đến nhiều nhất là nảy mầm epigeal và nảy mầm hypogeal.

Sơ đồ về quá trình nảy mầm của một hạt đậu (Nguồn: Mầm.svg: * Nảy mầm.png: Kat1992 Công việc nghiên cứu: Công việc bổ sung: Begoon qua Wikimedia commons)

Mầm biểu sinh

Nó xuất hiện ở nhiều loại cây thân gỗ, bao gồm cả cây hạt trần, và được đặc trưng bởi các lá mầm trồi lên khỏi đất như được “đẩy” bởi các epicotyl kéo dài.

Hypogeal nảy mầm

Nó xảy ra khi các lá mầm vẫn nằm trong phần dưới đất, trong khi các lá mầm mọc thẳng và các lá quang hợp phát triển từ đó. Nó phổ biến cho nhiều loài thực vật, ví dụ như cây phong, cây dẻ và cây cao su.

Người giới thiệu

1. Bewley, JD (1997). Hạt nảy mầm và ngủ đông. Tế bào thực vật, 9 (7), 1055.
2. Copeland, LO & McDonald, MF (2012). Nguyên lý của khoa học và công nghệ hạt giống. Springer Science & Business Media.
3. Nabors, MW (2004). Nhập môn thực vật học (số 580 N117i). Lề.
4. Srivastava, LM (2002). Sự nảy mầm của hạt, sự huy động thức ăn dự trữ và sự ngủ đông của hạt. Sinh trưởng và Phát triển Thực vật: Nội tiết tố và Môi trường. Nhà xuất bản: Cambridge, MA, 447-471.
5. Taiz, L., Zeiger, E., Møller, IM, & Murphy, A. (2015). Sinh lý và phát triển thực vật.
6. Toole, EH, Hendricks, SB, Borthwick, HA, & Toole, VK (1956). Sinh lý của sự nảy mầm của hạt. Đánh giá hàng năm về sinh lý thực vật, 7 (1), 299-324.
7. Tuấn, PA, Sun, M., Nguyễn, TN, Park, S., & Ayele, BT (2019). Cơ chế phân tử của sự nảy mầm của hạt. Trong ngũ cốc nảy mầm (trang 1-24). AACC International Press.