为什么在黑暗中萌发的某些种子的干重先增加

2012全国新课标卷第29题涉及玉米种子在黑暗条件下的萌发，在黑暗中萌发的玉米种子，因不能进行光合作用和呼吸作用消耗有机养料而干重逐渐下降；2013全国新课标卷第29题又涉及某油料作物种子的萌发，在黑暗及不能吸收矿质元素的条件下，正在萌发的某油料作物种子（含幼苗）的干重先增加后减少。该油料作物种子在不能进行光合作用和不能吸收矿质元素的条件下萌发，其干重为什么会先增加呢？这与脂肪的代谢有关。
 
一、例题及某种解析
 
例．[2013全国新课标卷第29⑵]某油料作物种子中脂肪含量为种子干重的70％。某研究小组将种子置于温度、蒸馏水、通气等条件适宜的黑暗环境中培养，定期检查萌发种子（含幼苗）的脂肪含量和干重，结果表明：脂肪含量逐渐减少，到第11d时减少了90%，干重变化如图所示。实验过程中，导致种子干重增加的主要元素是     （填“C”、“N”或“O”）。

 
【解析】（引自《聚焦“种子萌发”试题》[1]）培养条件为黑暗（不能进行光合作用，不能吸收CO2，即干重增加的主要元素不会是C）、蒸馏水（没有N等矿质元素，不考虑生物固氮的话，干重增加的主要元素不会是N）。根据题干提示，应是水中的O。理由是吸收的水参与种子中物质代谢以及成为结合水等，导致种子干重增加。特别是胚乳（或子叶）中脂肪转化为幼苗中糖等亲水物质，会使细胞中结合水增加。
 
二、讨论
 
上述“解析”从资料分析的角度得出了正确答案，但对黑暗条件下萌发种子（含幼苗）干重增加的解释是画蛇添足。植物组织的干重通常是在100℃～105℃温度下几次烘干脱水后的稳定重量，种子干重并非干种子重量，是不含水分时的重量，不能把结合水增加作为该种子无光萌发初期干重增加的原因。有大量的脂肪氧化分解的中间产物，在种子（含幼苗）无光萌发初期转化为纤维素、蛋白质等物质，才是萌发种子干重增加的主要原因。
 
脂肪水解产生的甘油与脂肪酸，或氧化成CO2和H2O为种子萌发供能，或转化为纤维素、蛋白质等构建新的组织细胞。脂肪酸的转化需添加氧元素，会使有机物的质量增加，脂肪酸转化导致的有机物质量增加的比率较高。该油料作物种子无光萌发初期，脂肪酸转化为糖类与蛋白质等导致的有机物增加量大于脂肪等有机物分解为无机物导致的有机物减少量，种子干重增加。
 
脂肪酸代谢主要经历β-氧化作用：脂肪酸先活化形成酯酰辅酶A，酯酰辅酶A进入线粒体，经α,β-脱氢作用形成α,β-不饱和酯酰辅酶A，α,β-不饱和酯酰辅酶A加一H2O分子水化形成L(＋)-β羟酯酰辅酶A，该物质氧化形成β-酮酯酰辅酶A，再经硫解作用形成乙酰辅酶A和比原酯酰辅酶A少两个C原子的酯酰辅酶A。这一过程循环进行，酯酰辅酶A分解出多个乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入三羧酸循环，最后形成CO2和H2O。
 
脂肪酸中C、H含量高而O含量低，糖类与蛋白质中的C、H含量低而O含量高，脂肪酸转化为糖类、氨基酸等有机物需要添加O，添加的O直接来自H2O（可间接来自于空气中的O2，O2在有氧呼吸中与[H]结合生成H2O）。脂肪酸转化为糖类的总反应式为：
 
CH3(CH2)nCOOH＋nH2O →（n＋2）（CH2O）＋2n[H]
 
脂肪酸转化成糖类时，质量增加的比率（转化生成的糖类的质量跟参加转化的脂肪酸的质量的差值和参加转化的脂肪酸的质量的比率）约为16n /（14n＋60）。由于n通常在12以上，脂肪酸转化为糖类、氨基酸等的过程中，有机物质量的增加是可观的。具有12个C原子以上的脂肪酸转化出的糖类，其质量比参与转化的脂肪酸的质量多出80％以上，具有18个C原子以上的脂肪酸转化出的糖类，其质量比参与转化的脂肪酸多出90％以上。而依例题数据计算，该油料作物种子干重的最大增加率仅为16．2%，富含脂肪的种子，其脂肪酸的转化是能够实现这一种子干重的最大增加率的。
 
三、启示
 
新颖的生物学探究实验分析试题是高考常见题型，对其中考察资料分析能力的部分，应主要依据试题条件进行分析判断，如果要在知识方面寻早支撑点，有时反而因试题情境呈现的生物学现象“有违”生物学常识，可能生出疑惑或产生错误。解析此类试题时，不必纠缠于教材未涉及的知识，先揣摩命题立意确定为资料分析题型，然后依据题设条件和教材中的核心知识与方法（用排除法）判断。
 
种子在黑暗条件下萌发时，“呼吸作用消耗有机物使种子或幼苗的干重下降”主要适用于淀粉类种子，因为淀粉转化为蛋白质和纤维素时，不会导致有机物的质量增加，呼吸作用分解有机物会导致有机物质量减少。对例题中不同于玉米之类的富含脂肪的种子在无光萌发初期干重有所增加的“新”现象，如果不知其所以然，用生物具有多样性或差异性的观念对待之。
 
不必从新颖的高考试题情境中发掘“新知”，应运用生物学观念破除“种子无光萌发因呼吸作用消耗有机物和不能进行光合作用而干重一直下降”的思维定势，应注重训练揣摩命题立意以捕捉正确思维目标指向的能力，从而提高思维的敏捷性。
 
写作本文时曾上网查证资料，发现似是而非的东西不少，如以“干重”为关键词百度搜索，发现干重被望文生义地解释为“刚收获的水果的重量为鲜重，放置久了水分蒸发后的重量为干重”（从包括有正确解释的好几条解释中“脱颖而出”成为被推荐的解释），依此推之，刚收获的葡萄可称量鲜重，葡萄干可称量干重，葡萄干置于100～105℃温度下烘几次达十多小时蒸发不出水来吗？可见，网络上有非专业人士大胆发布见解，利用网络资源要谨慎甄别。