Семя — как пробуждается семя

Содержание

Прорастет или не прорастет — всхожесть

Определить жизнеспособность семян

Тормоза – природные и искусственные

Едва ли какое явление в жизни растения обращало на себя так много внимания, как именно первое ее проявление. Оно вызывало на размышление и ученых, и мыслителей, и поэтов; оно облечено даже каким-то покровом поэтической таинственности; мы видим в нем олицетворение самой жизни, символ пробуждения от сна и смерти.

К. А. Тимирязев

Семя, вода и ферменты

Чтобы семена тронулись в рост, им нужно создать благоприятные условия. Первейшее из них — влажность. Прорастающее семя жадно поглощает волу. Оно извлекает ее из воздуха, из почвы.

Семена широко распространенного сорняка дурнишника могут отнимать воду даже у насыщенного раствора поваренной соли, а ведь для этого им нужно преодолеть осмотическое давление, соответствующее 375 атмосферам.

Насыщаясь водой, семена набухают, увеличиваются в размере. Набухание семян может привести к самым неожиданным и даже катастрофическим последствиям.

О тех колоссальных силах, какие развиваются при этом, можно судить по известной аварии океанского парохода «Днепр» в Босфорском проливе. Эту аварию описал в повести «Черное море» К. Г. Паустовский, видевший «Днепр» после аварии.

Вот что мы там читаем:

«Когда мы подошли к «Днепру», то увидели необычное зрелище. Пароход был разломан на рифах. Нос отделился от кормы, и обе части парохода, снятые с камней экспедицией Эпрона, стояли рядом, покачиваясь на якорях…

Мы видели его разорванные борта и железные внутренности, висящие в воздухе… Вскоре, все разъяснилось. Трюмы «Днепра» были доверху нагружены горохом. В пробоину проникла вода и подмочила горох.

Он разбух и разорвал с невероятной силой железные борта парохода, погнул переборки и вырвал шпангоуты».

Вода, поступающая в семена, — это среда, необходимая для нормального хода всех процессов жизнедеятельности, идущих только в растворе. В набухших семенах эти процессы резко ускоряются.

Например, при повышении влажности семян пшеницы с 12 — 14 до 28 – 30% интенсивность дыхания в них увеличивается в тысячи раз.

Повышение интенсивности жизненных процессов в семенах — результат активирования ферментов, участвующих в этих процессах. При помощи ферментов запасные вещества семени – белки, жиры, крахмал — превращаются в более простые соединения — аминокислоты, сахара и другие вещества, нужные семенам для жизнедеятельности.

Например, чтобы крахмал, содержащийся в семени, мог быть использован для синтетических процессов и дыхания, он должен превратиться в глюкозу. Это возможно лишь в результате целой цепочки реакций, за каждую из которых «несет ответственность» определенный фермент.

В первую очередь начинает свою работу амилаза, расщепляющая крахмал на декстрины; затем вступает декстриназа, разлагающая декстрин до мальтозы; наконец, мальтаза расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы, которая и используется в разнообразных процессах, идущих внутри прорастающего семени.

Не случайно содержание углеводов в нем резко падает. Например, на третий день прорастания семян пшеницы оно уменьшается на 20%, а на двенадцатый — на 81%.

Еще быстрее снижается содержание жиров: через два дня после начала прорастания семян мака в них остается лишь 47%, а через четыре дня – всего 3% первоначального количества жиров. Жиры интенсивно превращаются (опять-таки с участием ферментов) в жирные кислоты, глицерин и другие соединения, из которых клетки вырабатывают сахара.

Только благодаря этим реакциям могут прорастать маслянистые семена подсолнечника, конопли, клещевины, хлопчатника: ведь в них почти нет «готовых» сахаров.

При непосредственном участии ферментов в прорастающем семени синтезируются новые белки, нуклеиновые кислоты и другие жизненно необходимые соединения. И для всего этого нужна вода.

Прорастет или не прорастет — всхожесть

Готовясь к весеннему севу, земледелец должен знать, хорошие ли семена он собирается высеять, какова их всхожесть. Обычно ответ на этот вопрос получают, предварительно проращивая семена в лаборатории. Но это — дело долгое.

Некоторые семена прорастают в течение нескольких недель. А некоторые должны для этого пройти длительную подготовку.

Например, семена вишни, абрикоса, сливы должны перед прорастанием несколько месяцев пролежать при температуре несколько градусов выше нуля; для других, наоборот, нужна высокая температура.

Определить жизнеспособность семян

Но жизнеспособность семян можно определить, и не высевая их. И помогают в этом опять-таки ферменты, которые в здоровом всхожем семени сохраняют свою активность, а в погибшем инактивируются.

Если, например, здоровые семена поместить в раствор бесцветного гетероциклического соединения тетразола, то содержащиеся в зародыше ферменты — дегидрогеназы превращают тетразол в ярко-красный трифенилформазан, который и окрашивает жизнеспособные зародыши.

В мертвых же семенах ферменты неактивны, и их зародыши не окрашиваются. Зная, сколько семян из образца окрасилось и сколько нет, легко подсчитать процент жизнеспособных семян.

Тетразольный метод дает надежные результаты в течение 2 — 3 часов. Он сейчас используется для определения жизнеспособности семян пшеницы, кукурузы, ячменя, шелковицы, абрикоса, люцерны и многих других растений.

Биохимические методы определения жизнеспособности семян позволяют избежать и ошибочных заключений о всхожести. Дело в том, что условия, необходимые для прорастания, изучены еще далеко не у всех семян.

Проращивая какие-нибудь особо «капризные» семена в обычных условиях и не получив всходов, можно сделать вывод о неполиоценности этих семян, в то время как на самом деле они взошли бы, если бы проращивались в нужных условиях.

Биохимический же метод независимо от условий проращивания показывает, что семена живы, и тогда исследователям остается искать такие условия, в которых прорастание шло бы нормально.

Если семена не прорастают

В одной лаборатории был проделан такой опыт. 50 семян южного дерева гледичии (лат. Gleditsia triacanthos — вид деревьев из рода Гледичия (Gleditsia), семейства бобовые) положили в воду.

Температура была самая подходящая для прорастания, влажность более чем достаточная, жизнеспособность семян не вызывала сомнений. Что же произошло дальше?

Четыре семени набухли на следующий день, 11 — лишь через два месяца. К концу года проросло еще 17 семян, еще через год — 6, на третий год – 6, к исходу четвертого — еще З, а 3 последних семени так и не набухли, и не проросли и через пять лет, когда опыт был прекращен…

Объяснение оказалось очень простым. У семян многих растений очень твердая оболочка (к ним принадлежит, например, грецкий орех). К зародышу такого семени не могут проникнуть влага и кислород, а без них семена не прорастают и могут спокойно лежать в воде годами.

А у тех семян гледичии, которые проросли раньше всех, как оказалось попросту была повреждена оболочка — она пропускала воду. Как заставить «бронированные» семена таких растений тронуться в рост?

Вероятно, нужно повредить или совсем удалить их твердые покровы. Так сейчас и делают: семена перетирают с песком или толченым стеклом, разрушают их оболочку на специальных машинах или даже погружают на некоторое время в серную кислоту.

Но даже когда все это сделано, часть семян по-прежнему не спешит прорастать, отставая от своих собратьев на несколько недель или даже месяцев.

Изучая такие семена, биологи установили, что задержка их прорастания вызвана обычно одной из двух причин: или недоразвит зародыш, или же в семени почему-либо не хватает веществ, необходимых для прорастания.

Исследования подсказали и способ «лечения» таких семян; оказалось, что если выдержать их некоторое время при низкой температуре, то зародыш доразвивается, значительно увеличивается в размере.

После этого семена уже прорастают и дают нормальные растения. Такая обработка получила название стратификации. Одна из причин ускорения прорастания семян при стратификации — в том, что под действием низкой температуры в семенах образуются в большем количестве стимуляторы роста, имеющие важное значение для прорастания семян и роста проростков.

Без стратификации зародыши персика, вишни, яблони, лимонника прорастают, но дают слабые, карликовые растения.

Если же обработать такие семена стимулятором роста гиббереллином (гиббереллины — группа фитогормонов дитерпеновой природы, которые выполняют в растениях разнообразные функции, связанные с контролем удлинения гипокотиля, прорастания семян, зацветания и т. д.), то они не только лучше прорастают, но и образуют нормальные растения. Обогащение семян гиббереллином сказывается и на дальнейших процессах жизнедеятельности растения.

Если обработать гиббереллином (или стратифицировать) семена озимых форм пшеницы, рапса и ржи, а потом высеять их весной, то они вскоре дают стебли и даже начинают цвести, что озимым вовсе не свойственно.

Известно много и таких семян, прорастание которых стимулирует не низкая, а высокая температура. Вероятно, это объясняется тем, что под влиянием высокой температуры в зародышах и оболочке семян снижается содержание ингибиторов — веществ, тормозящих прорастание.

Семя, одетое в пленку

Оболочка, покрывающая семя, далеко не всегда мешает его нормальному развитию. Иногда приходится еще и специально «одевать» семена различными пленками. Такая искусственная «скорлупа» увеличивает сроки хранения семян, в ней они могут лежать многие годы, не теряя своих посевных качеств.

Пленки могут регулировать и взаимоотношения семян с водой — важное условие прорастания. Например, иногда в почве не хватает влаги, и прорастание семян может задержаться. Если же перед посевом покрыть семена гидрофильной пленкой, то они лучше поглощают влагу и интенсивнее прорастают.

С другой стороны, не всегда нужно, чтобы высеянные семена сейчас же трогались в рост. Например, морковь, пшеница, лук, бобы, посеянные зимой или ранней весной, раньше созревают и дают более высокий урожай.

Однако если после весенних теплых дней наступают заморозки, нужно задержать преждевременное прорастание семян. Для этого их покрывают гидрофобными пленками, они препятствуют поступлению влаги в семена, а позднее разлагаются и открывают воде доступ к семени.

Часто в пленку, которой покрывают семена, вводят препараты, губительно действующие на микроорганизмы. Чтобы обогатить семена питательными веществами, их обычно перед посевом измачивают в растворах удобрений.

Но при этом семена набухают, и их нужно немедленно высевать. А если в этот момент портится погода и сеять нельзя, то семена прорастают до посева и пропадают.

Всех этих неудобств можно избежать, если не мочить семена, а покрывать их слоем твердого питательного вещества. Для этого семена обрабатывают сначала клеящим веществом, а потом порошком с минеральными удобрениями, а иногда и с бактериальными препаратами, губительно действующими на болезнетворные грибки.

Такие семена — их называют дражированными — дают энергичные всходы, рост надземных частей и корней растений заметно ускоряется, а урожай повышается. Кроме того, мелкие семена (морковь, табак, лук, помидоры), которые очень трудно равномерно высевать, при дражировании становятся крупнее, и с ними гораздо удобнее работать.

Тормоза – природные и искусственные

Кроме веществ, необходимых для прорастания, в семенах накапливаются иногда и вещества, тормозящие этот процесс, — антагонисты стимуляторов роста.

Например, в незрелых семенах конских бобов содержатся антагонисты гиббереллина. Такие вещества — ингибиторы прорастания — накапливаются иногда и в почве. Например, корневища пырея содержат много агропирена, который, выделяясь из них в почву, задерживает прорастание семян и дальнейший рост культурных растений.

Открытие этих физиологически активных веществ, тормозящих прорастание семян, позволило разработать высокоэффективные способы борьбы с сорняками.

Сейчас для этих целей применяют разнообразные синтетические препараты. Например, если внести перед посевом в почву натриевую соль трихлорпропионовой кислоты (15 кг на гектар), то почти полностью подавляется прорастание семян овсюга; обработка почвы пропаргиловым спиртом (280 кг/га) уничтожает семена таких сорняков, как щирица, горчица, марь.

Динитроортокрезолят натрия заметно снижает всхожесть семян однолетних сорняков: пастушьей сумки, ромашки, щирицы, василька синего. Так изучение жизнедеятельности семян дало в руки земледельца многообразные средства воздействия на растения.

Дальнейшее, еще более глубокое исследование того пускового механизма, который превращает покоящееся семя в сгусток бурно развивающихся химических реакций, подскажет новые пути управления прорастанием семян, укажет на те решающие звенья обмена веществ в них, от которых зависит устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды.

Профессор Овчаров К. Е.