Условия прорастания семян

Нормальное прорастание семян возможно только при наличии необходимого количества воды, кислорода, подходящих температурных условий, в некоторых случаях - условий освещенности, а также при ликвидации блокирующих механизмов.

💦 Вода - является первым необходимым фактором внешней среды, позволяющим семенам начать прорастать. Набухание семян необходимо для активации или образования РНК. Вода — необходимая среда для проявления активности ферментов, находящихся в семени. Установлено, что окисление в клетке (дыхание) осуществляется прямым внедрением кислорода воды, а не молекулярного кислорода.

Семена при прорастании поглощают воду в больших количествах. Необходимое количество влаги зависит от химического состава семян. Так, семена, богатые крахмалом, поглощают 35-70% воды от массы семени; семена, содержащие белок 180-250% от их массы. 

Большое количество воды поглощают семена бобовых растений, так как имеют высокое содержание белка, семена сахарной свеклы, потому что имеют грубый околоплодник, семена льна, так как имеют ослизняющуюся оболочку. См таблицу 1. 

Поглощение воды тормозится чисто механически при наличии твердокаменности. В задержке прорастания играют живые ткани семени: эндосперм или перисперм, кожура и околоплодник. 

При анализе на всхожесть твердые семена причисляют к нормально проросшим. Например: в семенах галеги восточной в документах будет стоять всхожесть - 98%, в том числе - 40% твердых семян, в семенах вики мышиной твердых семян может быть до 80%.

В настоящее время причину твердости семян все чаще усматривают в физико-химических факторах, действующих в палисадном слое семенной кожуры. Возможно, что пигмент, образующийся в этом слое, ограничивает доступ воды к зародышу. Вода может проникать внутрь семени лишь через рубчик и семенной придаток. Рубчик имеет щель, которая суживается при большом различии во влажности между внутренними слоями семени и окружающей средой и расширяется, когда различия во влажности уменьшаются. Таким образом, щель рубчика выполняет роль гигроскопического клапана.

Непроницаемость оболочки твердых семян можно устранить механическими, химическими или термическими воздействиями. Из механических способов применяется скарификация семян - поверхностное повреждение твердых оболочек семян клевера, донника, люпина и др. (перетиранием с песком, металлическими опилками, в машинах скарификаторах). Из химических — обработка семян концентрированной серной кислотой или спиртом. Термический способ: обработка семян при температуре 30–40℃ от нескольких минут до нескольких дней или погружение их в кипяток на 5–11 с.

У некоторых видов переменная влажность положительно влияет на прорастание. Так у свеклы при этом разрушается крышечка клубочка, которая закрывает отверстие, по которому семя прорастает. У "твердокаменных" семян бобовых культур семенная оболочка при этом растрескивается и вода поглощается.

💨 Кислород необходим для энергетического снабжения прорастания в форме аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Энергия расходуется для гидролиза запасных веществ, доставки их до точки роста, синтеза новых веществ, образующихся в результате дыхания, то есть окисления кислородом воздуха, в первую очередь углеводов и жиров.

При недостаточном притоке кислорода может развиваться анаэробное дыхание  и в семени начнут накапливаться недоокисленные метаболиты, тормозящие рост.

Слишком большое количество воды подавляет поступление кислорода в семя и оно не прорастает. В этом отношении особенно чувствительны семянки мятликовых трав и клубочки свеклы.

Только некоторые виды растений способны на анаэробное разложение углеводов и добывать необходимую энергию в форме АТФ и прорастать под водой при очень низком парциальном давлении кислорода. Такую способность из культурных растений имеет рис.

🌡Температура. Интенсивность поступления воды в семена зависит от температуры. Разным видам растений требуются свойственные иногда только им минимальные, оптимальные и максимальные температуры прорастания. 

Под минимальной температурой понимают наименьшую, при которой, по крайней мере 50% семян образуют нормальные корешки и ростки.

Оптимальная температура прорастания у большинства культурных растений 15-30℃ и при этой температуре происходит наиболее быстрый рост.

Максимальная температура 30-40℃ рост еще возможен, но замедлен. При 50℃ прорастание невозможно. См таблицу 2. 

❗ В зоне умеренного климата ранние яровые культуры высевают при достижении минимальной для прорастания температуры почвы.

По сравнению с началом прорастания семени проросток более требователен к теплу и влаге.

Многие семена многолетних растений в естественных условиях прорастают только через два года. Сюда относятся многие виды мятликовых кормовых трав, сахарная и кормовая свекла и морковь. Для выведения этих семян из состояния покоя проводят стратификацию переменными температурами, которые соответствуют колебаниям дневных и ночных температур. 

Многие виды сорняков прорастают только при воздействии низких температур, среди культурных растений это отсутствует.

🔆 Свет через фитохромную систему может влиять на прорастание семян некоторых видов растений. По реакции на свет семена делят на три типа: 

1) прорастание стимулируется светом по схеме: свет — активация фитохрома — биосинтез гиббереллиновой кислоты — активация щелочной липазы — гидролиз запасных липидов — прорастание (мятликовые травы, мак, морковь).

2) прорастание тормозится светом (картофель, тыква, сафлор, фацелия).

3) при прорастании не реагируют на свет. К этой группе относится большинство культурных растений (зерновые, зернобобовые, бобовые травы, свекла, рапс, сурепица, лен, кормовая капуста, горчица, конопля).

Светочувствительность семян связывают с тем, что ряд семян при прорастании выделяют в почву ингибиторы, которые разлагаются на свету. Кроме того, у некоторых видов свет усиливает поступление кислорода при прорастании семян. Чувствительность семян к свету варьирует в широких пределах, так как она зависит не только от вида, но и от продолжительности и интенсивности освещения, а также от температуры. Свет с длиной волны 660 нм чаще стимулирует прорастание, а 730 нм — тормозит.

Семена в воздушно-сухом состоянии не чувствительны к действию света. Во время набухания их чувствительность повышается, достигая максимума, а затем ослабевает. В ряде случаев импульсное облучение инфракрасными лучами (1–2 с) разрушало оболочку твердых семян, что приводило к повышению всхожести. Концентрированный свет при облучении семян в течение 20–45 мин стимулирует всхожесть.

Из сорных растений быстрее прорастают на свету семена ослинника двулетнего, щавеля курчавого, коровяка медвежье ухо и др.

pH кислотность - прорастающие семена очень чувствительны к концентрации ионов водорода. Незначительные изменения кислотности почвы могут вызывать значительные изменения в обмене. 

Почвы, содержащие углекислую и двууглекислую соду и другие карбонаты, токсичны для растений. Эта токсичность связана с высокой концентрацией и щелочностью почвенного раствора, а также с непосредственным действием карбонатов на процессы обмена.

Ингибиторы прорастания. Данные вещества отвечают за состояние покоя семян. Могут выступать антагонистами витаминов, гиббереллинов, ауксинов, аминокислот и других жизненно необходимых соединений. Инактивируя эти метаболиты, ингибиторы нарушают другие реакции обмена. Общепризнано, что прогревание семян в течение 3– 5 дней при 30–40℃ уменьшает содержание ингибиторов, повышает всхожесть и энергию прорастания.

Источники:

1. Васько В. Т. Основы семеноведения полевых культур: Учебное пособие. — 2#е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2017. — 304 с.: ил. (+ вклейка, 32 с.). — (Учебники для вузов. Специальная литература).

2. Е.А. Лукина и др.: под ред. В.А. Федотова. Семеноведение и семенной контроль: учебное пособие - Воронеж, ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2012. - 269 с.