§ 23. Прорастание семян

Орган семенного размножения и расселения растений, представляющий собой зародышевое растение, снабжённое запасом питательных веществ и защищённое кожурой.

• 1. Составные части — состоит из многоклеточного зародыша (зародышевый корешок, стебелёк, почечка и семядоли), запасающей ткани (эндосперма или питательных веществ в самих семядолях) и плотной семенной кожуры.
• 2. Биологическая функция — обеспечивает выживание вида в неблагоприятные периоды года и расселение на новые территории.

Молодое растение, развивающееся из семени в процессе прорастания до момента перехода к полностью самостоятельному автотрофному питанию за счёт фотосинтеза.

• 1. Последовательность развития — первым покровы семени прорывает зародышевый корешок (устремляется вниз), затем вытягивается подсемядольное колено (гипокотиль), выносящее семядоли или первый побег с почечкой на поверхность почвы.
• 2. Типы прорастания — надземное (семядоли выносятся на свет и зеленеют — фасоль, томат, тыква) и подземное (семядоли остаются в почве, служа источником питания — горох, пшеница, дуб).

Способность зародыша семени сохранять живой протопласт и способность к быстрому и дружному прорастанию при наступлении благоприятных условий.

• 1. Определение энергии прорастания — оценивается по доле семян, давших здоровые проростки за первые 3–4 дня лабораторного теста.
• 2. Агрономическое значение — семена с высокой жизнеспособностью дают мощные устойчивые всходы, менее подверженные поражению болезнями и сорняками.

Процент семян, нормально проросших в установленный срок при оптимальных условиях температуры, влажности и доступа воздуха.

• 1. Методика расчёта — определяется отношением числа проросших семян к общему числу высеянных контрольных семян (обычно из партии в 100 штук), выраженным в процентах.
• 2. Классы посевного стандарта — семена первого класса кондиции для посева зерновых культур должны обладать всхожестью не менее 95%.

Физиологическое состояние зрелого семени, при котором обмен веществ снижен до минимального уровня, клеточное деление приостановлено и семя не прорастает даже при наличии влаги и тепла.

• 1. Адаптивное значение — защищает семена от преждевременного прорастания осенью перед наступлением губительных зимних морозов.
• 2. Преодоление покоя — у многих дикорастущих и плодовых культур требует длительного воздействия влажного холода (стратификации) или разрушения плотной семенной кожуры (скарификации).

Необходимость влаги и тепла подтверждается результатами классических биологических опытов:

• Роль влаги: сухие семена, находящиеся в стеклянной банке без воды в тепле, не прорастают вовсе, так как их клетки находятся в глубоком покое; при добавлении воды семена набухают, вода растворяет запасные вещества, активирует гидролитические ферменты (превращающие крахмал в растворимый сахар), обеспечивая клеточное дыхание и деление зародыша;
• Роль тепла: если замоченные семена поместить в холодильник при 0...+2 °C, они набухнут, но прорастать не станут или тронутся в рост крайне медленно; тепло необходимо для ускорения биохимических ферментативных реакций метаболизма зародыша;
• Совместное действие: только при одновременном наличии достаточного количества влаги и благоприятного температурного оптимума запускается активное деление клеток конуса нарастания и проросток прорывает семенную кожуру.

Помимо влаги и тепла, для прорастания семян абсолютно необходим кислород воздуха:

• Прорастающий зародыш дышит во много раз интенсивнее сухого семени, расходуя колоссальные объёмы кислорода на окисление сахаров и выработку энергии АТФ для деления и роста клеток; если залить семена водой до краёв («утопить» их в банке), они задохнутся от нехватки растворённого кислорода, погибнут и загниют;
• Для семян некоторых светочувствительных видов (например, табака, салата-латука, кипрея) дополнительным необходимым стимулом является солнечный свет, запускающий пробуждение светочувствительного пигмента фитохрома.

При посеве культурных растений земледельцы создают оптимальные условия комплексом агроприёмов:

• Обеспечение кислородом и сохранение влаги: проводят глубокую зяблевую вспашку и весеннее боронование («закрытие влаги»), формируя мелкокомковатую структуру грунта, при которой между почвенными частицами свободно циркулирует воздух и сохраняются капилляры с водой;
• Обеспечение теплом: строго выдерживают сроки посева, проводя сев только после прогрева посевного горизонта почвы до биологического минимума конкретной культуры;
• Обеспечение контакта с влагой: проводят предпосевное прикатывание почвы для подтягивания влаги к семенам и высевают семена на выровненное плотное семенное ложе.

Разные сроки посева обусловлены индивидуальными биологическими требованиями семян к температуре прорастания (их происхождением и эволюцией):

• Холодостойкие культуры (овёс, рожь, ячмень, лён, горох, редис, морковь) происходят из умеренных широт; их семена способны прорастать при температуре всего +1...+5 °C, а всходы выдерживают кратковременные весенние заморозки; их высевают ранней весной, чтобы максимально использовать запасы талой воды в почве;
• Теплолюбивые культуры (кукуруза, фасоль, томат, огурец, тыква, арбуз, хлопчатник) — выходцы из субтропиков и тропиков; их семенам для набухания и старта требуется прогрев почвы до +10...+15 °C; при раннем посеве в холодную сырую землю их семена не прорастают, поражаются почвенными грибками и сгнивают.

Комплексный ответ на ключевые вопросы семеноведения:

• Причины непрорастания: семена могут быть недоразвитыми, повреждёнными вредителями (долгоносиками, зерновками) или механически травмированными при обмолоте; зародыш может погибнуть от плесени при сыром хранении («сгореть» от самосогревания), либо семена находятся в состоянии глубокого биологического покоя;
• Всхожесть семян — это выраженное в процентах отношение числа семян, давших нормальные проростки за установленный срок, к общему числу высеянных семян;
• Определение всхожести: пробу из 100 семян раскладывают на влажной ткани или фильтровальной бумаге в чашках Петри при температуре +20 °C; через положенный срок (7–10 дней) подсчитывают количество проросших семян;
• Необходимость проверки: проверка позволяет оценить пригодность партии к севу, не допустить посева мёртвых семян и точно рассчитать норму высева (чем ниже всхожесть, тем гуще нужно сеять).

Жизнеспособность и энергию прорастания определяют по следующим ключевым показателям:

• Скорость и дружность прорастания: процент семян, проросших в первые сжатые сроки (обычно на 3–4-е сутки теста);
• Морфологическое качество проростков: длина главного зародышевого корешка, интенсивность образования корневых волосков, отсутствие уродств, искривлений и некрозов;
• Окрашивание живых тканей (биохимический тест тетразолом): при замачивании в бесцветном растворе тетразола живые клетки зародыша за счёт дыхательных ферментов окрашиваются в малиново-красный цвет, а мёртвые ткани остаются белыми.

В условиях большинства районов умеренной полосы России (включая Среднюю полосу и Черноземье) выращивают:

• Холодостойкие растения: яровая пшеница, рожь, овёс, ячмень, горох, вика, клевер, морковь, свёкла, белокочанная капуста, лук, редис, репа, укроп (высеваются в грунт первыми в апреле — начале мая);
• Теплолюбивые растения: кукуруза, подсолнечник, фасоль, соя, огурцы, кабачки, тыква, томаты, сладкий перец, баклажаны, арбузы и дыни (высеваются в прогретую землю в конце мая — начале июня либо высаживаются рассадой).

Глубже в почву заделывают семена гороха:

• Запас питательных веществ и размер: семена гороха крупные, шаровидные, содержат массивные питательные семядоли; у них достаточно энергии, чтобы пробиться сквозь 4–6 см плотного слоя почвы, тогда как мелким семенам лука (чернушки) не хватит запасов сил, и они задохнутся при глубокой заделке;
• Тип прорастания: у гороха прорастание подземное — семядоли остаются в земле, а на поверхность выходит лишь тонкий упругий стебелёк, что позволяет заделывать его глубоко в поисках влаги;
• Глубина заделки: семена гороха заделывают на глубину 4–5 см (на лёгких почвах до 6–7 см), а семена лука — всего на 1–2 см.