СЕМЕНА: ЧТО НАДО ЗНАТЬ ОБ ИХ СТРОЕНИИ И ПРОРАСТАНИИ

 

В статье даются основополагающие сведения о семенах - описывается их строение и назначение их внутренних структурных компонентов, рассматриваются процессы, происходящие при их прорастании, типы прорастания, факторы, влияющие на него, а также параметры его численной оценки.

Категория: общеобразовательная начального уровня.

 

ВВЕДЕНИЕ

Семена - будущие растения, в них содержится вся необходимая для растения генетическая информация, зачатки будущих органов и необходимый на начальном этапе запас питательных веществ. От того, как успешно взойдут семена и как пойдет процесс роста и развития сеянцев, во многом зависит здоровье и продуктивность будущего растения и качество его урожайной продукции. Поэтому садоводы-огородники первостепенное внимание уделяют подбору семян и подготовке их к посеву.

Как подбор семян, так и выбор методов и параметров их предпосадочной подготовки требуют учета целого ряда факторов, и здесь слепое следование расхожим стереотипам и рекомендациям - не лучший вариант. Тем более, что они частно некорректны и противоречивы, не говоря уже о том, что в их изобилии можно просто запутаться. Поэтому в данной ситуации садоводу нужен минимальный объем достоверных знаний из области ботаники, физиологии растений и растениеводства, в первую очередь о семенах, их строении, свойствах и особенностях прорастания. Цель данной статьи как раз и заключается в предоставлении этих минимально-необходимых сведений.

СТРОЕНИЕ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ СЕМЯН

Главным элементом семени является зародыш. Он состоит из одной, двух или более семядолей, а также содержит зачатки будущих главных органов - зародышевый корешок, зародышевый стебелек и почечку. Снаружи семя покрыто кожурой, имеющей микропиллярный след - небольшое отверстие или углубление, оставшееся в том месте, где семя крепилось к семяножке. Пространство между зародышем и кожурой может быть заполнено эндоспермом и/или периспермом, но у некоторых растений оба этих компонента могут отсутствовать.

Строение двудольного семени

Семядоли предназначены для питания проростка питательными веществами либо непосредственно, если они сами содержат их, либо косвенно, осуществляя их транспорт из эндосперма или перисперма. Кроме того, если семядоли выносятся при прорастании на поверхность (надземное прорастание), то до появления первых настоящих листьев они питают проросток продуктами запускаемого в них фотосинтеза.

В зависимости от числа семядолей большинство покрытосеменных растений делятся на однодольные и двудольные, которые, кроме числа семядолей отличаются также и морфологическими признаками, в частности, строением стебля, корня и листа. Количество же семядолей у семян голосеменных (в основном к голосеменным относятся хвойные растения) может быть существенно больше.

Зародыш - зачаток будущего растения, содержащий зачатки его будущего корня и стебля.

Почечка - зачаток будущей апикальной (верхушечной) почки растения, которая будет обеспечивать рост стебля в высоту.

Стебелек - зачаток будущего стебля растения. Включает два участка: гипокотиль - участок от корешка до семядолей и эпикотиль - участок от семядолей до почечки.

Корешок - зачаток будущего первичного корня растения.

Эндосперм - ткань, содержащая питательные вещества, необходимые для начального роста проростка. При наличии эндосперма семядоли выполняют роль транспорта его питательных веществ к зародышу.

Перисперм - ткань, также, как и эндосперм, содержащая питательные вещества, но отличная от него. Если при наличии перисперма присутствует и эндосперм, то последний для первого выполняет роль транспорта его питательных веществ к семядолям.

Кожура - жесткая оболочка семени, защищающая его от внешних воздействий.

Микропиллярный след - углубление или отверстие в том месте, гле семя крепилось к семяножке, обычно на линии бороздки рубчика. В этом месте кожура отсутствует или ослаблена, что облегчает всасывание воды при набухании семени и выход наружу растущего корешка.

У зародышей семян некоторых растений могут присутствовать дополнительные элементы, например, колеориза - чехольчик, защищающий корешок при его прорастании в почве, колеоптиль - чехольчик, защищающий почечку при прорастании в почве эпикотиля, и ряд других.

Питательные вещества, запасенные в семядолях, эндосперме и перисперме, включают крахмал, жирные масла, белковые вещества и клетчатку. У разных растений в семенах преобладают разные питательные вещества, что предопределяет их хозяйственное назначение, например, производство растительного масла (масличные культуры), продуктов белкового питания (бобовые и крупяные культуры), продуктов углеводно-белкового питания (зерновые культуры) и т.д.

В составе семян также содержится весь необходимый для начального роста и развития запас ферментов и фитогормонов. Содержание воды в семенах минимально - от 5% до 20%, что позволяет им долго находиться в состоянии покоя, т.к. при таком содержании воды процессы метаболизма полностью остановлены. Также в составе семян присутствует и необходимый запас минеральных веществ.

АКТИВАЦИЯ ПРОРАСТАНИЯ

Для прорастания семян необходимо снабжение их достаточным количеством воды и кислорода, а также оптимальная температура окружающей среды. Кроме того, некоторым семенам для стимуляции прорастания может потребоваться свет (см. фотоморфогенез), а некоторым, наоборот, свет может быть вреден.

При набухании семян и повышении в них содержания воды до требуемого уровня происходит активация ферментов, запускаются процессы транспорта и метаболизма. При этом осуществляется трансформация запасеных питательных веществ в формы, легко усваиваемые зародышем, в т.ч. крахмал расщепляется на сахариды вплоть до глюкозы, белки - на аминокислоты, а жирные масла - на жирные кислоты.

Активация прорастания семян

С активацией процессов метаболизма в работу вступают фитогормоны, стимулируя рост и деление клеток корешка и стебелька, и процесс прорастания запускается уже на уровне морфогенеза, т.е. на уровне образования, роста и развития органов растения.

Вода.

При недостатке в семени воды процесс прорастания может вообще не начаться. Недостаток воды может быть вызван ее недостатком в почве, а также плохой проницаемостью кожуры. Поэтому перед высадкой в землю семена часто замачивают, а также подвергают скарификации - понижению прочности и толщины кожуры, например, путем нанесения царапин наждачным инструментом.

Кислород.

При недостатке кислорода в семени могут накапливаться вредные для зародыша вещества - этиловый спирт, молочная кислота, аммиак. Недостаток кислорода может быть обусловлен избытком воды в почве или повышенной плотностью почвы, а также имеет место при замачивании семян непосредственно в воде или в плотном, сильно переувлажненном материале. Поэтому при замачивании непосредственно в воде применяют барботирование - энергичное прокачивание через воду воздуха с образованием пузырьков.

Температура.

Температура при которой семена могут прорастать, лежит в диапазоне от 0°C-5°C до 45°C-48°C. Однако при пониженной температуре снижается поступление воды, тормозятся процессы метаболизма, нарушается соотношение фитогормонов и возникают другие отклонения, что ведет к нарушению нормального развития проростка. Повышенные температуры также могут привести к негативным последствиям. Оптимальный для прорастания температурный диапазон различен для различных растений, однако в большинстве случаев, в среднем, равен 20°C-30°C

Свет.

Необходимость света для прорастания также зависит от вида культур. У некоторых растений семена по параметрам освещения определяют, находятся они в тени других растений, или нет, соответственно в тени процесс прорастания не активируется. Поэтому такие семена предварительно подвергают облучению светом заданной длины волны и интенсивности. Это более характерно для мелких семян, например, для некоторых видов салат, а также для травянистых сорняков.

Стимуляция покоящихся семян

В ряде случаев семена могут быть «покоящимися», т.е. не прорастать даже при наличии всех необходимых условий. Это может быть обусловлено не только плохой проницаемостью кожуры для воды и кислорода, что было рассмотрено выше, но также и дефектами семян или их недозрелостью вследствие того, что они не прошли необходимых фаз внешних воздействий, характерных для естественных условий. Чаще всего это фазы дозревания при низких осенних и зимних температурах. Для активации таких семян обычно применяют процедуру стратификации, т.е. их длительную выдержку при пониженной температуре, которая тоже может быть различной для различных культур.

Для стимулирования прорастания используют и другие методы: обработку магнитными и электромагнитными полями, в том числе СВЧ, светоимпульсную обработку, в т.ч. лазерным излучением, обработку ионами в водной среде, обработку препаратами - стимуляторами роста, и др. Некачественные семена, неспособные к прорастанию из-за недоразвитости, повреждений или других дефектов, отбраковывают по удельному весу, размеру, внешнему виду и другим признакам. Более подробно о методах отбраковки и стимулирования см. в обзоре «Предпосевная обработка семян».

ПРОЦЕСС ПРОРАСТАНИЯ

Первым начинает расти зародышевый корешок. Его задача - укорениться и начать питать проросток водой и находящимися в ней питательными веществами. Корешок прорастает через микропиллярный след и далее, независимо от положения семени, начинает расти отвесно вниз по направлению вектора гравитации, что обеспечивается механизмом геотропизма, при этом начинают формироваться боковые корешки.

После укоренения зародышевого корешка начинается рост зародышевого стебелька. Если начальный рост стебелька обеспечивается ростом его эпикотиля, т.е. надсемядольной части, то семядоли остаются в земле. Такое прорастание называется подземным или гипогейным. Оно характерно для однодольных, в т.ч. для трав и злаков и может происходить по-разному. В одном случае эпикотиль может расти рядом с семенем, в другом - прорастать через него. В любом варианте после выхода эпикотиля на свет из почечки выходит побег с первым настоящим листом и запускается процесс фотосинтеза. До этого момента питание проростка осуществляется органическими веществами, запасенными в семядоле (или в семядолях).

Вариант подземного прорастания семян

В случае же, если начальный рост стебелька обеспечивается ростом его гипокотиля, т.е. подсемядольной части, то он, прорастая, вытягивает семядоли на поверхность. Такое прорастание называется надземным или эпигейным и оно более характерно для двудольных растений. С выходом на свет в семядолях стартует процесс фотосинтеза и они продолжают питать проросток, но уже не запасенными, а синтезируемыми веществами. При этом также начинается рост эпикотиля, а из почечки распускается первый настоящий лист. С активацией в нем фотосинтеза семядоли отмирают.

Вариант надземного прорастания семян

Внимание! Следует отличать семядоли от настоящих листьев. Это необходимо при определении агротехнических сроков, связанных с появлением первых настоящих листьев, в частности, сроков обработки агропрепаратами.

Рассмотренные варианты прорастания характерны для большинства культурных растений. Тем не менее, в рамках двух принципиальных схем - надземного и подземного прорастания у некоторых растений могут быть свои индивидуальные особенности.

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОРАСТАНИЯ

Для оценки прорастания семян применяют следующие показатели:

Всхожесть - в общем случае количество появившихся всходов в процентах к количеству высеяных семян.

Полевая всхожесть - всхожесть в реальных полевых условиях.

Лабораторная всхожесть - всхожесть в лаборатории при заданных условиях проращивания, на заданные сутки после посева и с заданными критериям прорастания. Определяется по ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести.»

Энергия прорастания - процент проросших при лабораторных испытаниях семян за более короткий срок, чем при испытаниях на всхожесть. Определяется по тому же ГОСТу, что и всхожесть.

Сила роста - количество здоровых ростков в процентах от общего числа вышедших на поверхность или масса зеленых проростков в пересчете на 100 растений. Этот показатель лучше характеризует полевую всхожесть, однако стандартизованных методик его определения нет.

Сроки сохранения всхожести семян различны для различных растений и могут варьироваться от нескольких дней, если семена не защищены от высыхания (например, у ив, тополей, клевера и др.) до 5-10 и более лет.

Более подробно о показателях прорастания семян, методах их измерения и сроках сохранения всхожести см. в отдельной публикации.

КРАТКОЕ РЕЗЮМЕ

Семена различных культур имеют ряд общих принципов внутреннего строения и процесса прорастания, но при этом могут иметь видовые и индивидуальные особенности. И общие принципы, и особенности надо принимать во внимание при выборе технологии предпосевной обработки семян, чтобы избежать ошибок и ненужных затрат.

 

Семена: что надо знать об их строении и прорастании
Опубликовано 31.01.18. Последнее изменение - нет