Физиология покоя и прорастания семян

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Какие условия необходимы для прорастания семян? Для начала разберемся, что представляет собой прорастание.

Определение прорастания и методы нарушения периода покоя

Определение прорастания

Прорастание — это процесс перехода из состояния покоя к росту зародыша и развитию из него проростка.

Сам процесс прорастания тесно связан с условиями прорастания семян.

Важное условие, при котором происходит прорастание семени — период покоя. В случае, если наблюдается затягивание период покоя, он нарушается искусственно.

Методы нарушения периода покоя

Есть три основных метода нарушения покоя семян:

Стратификация. Под ней понимают подготовку семян к прорастанию. В процессе такой подготовки происходит смешение семян с увлажненным песком на период 30-90 дней. При этом, соблюдается определенная температура: 5 градусов Цельсия. Конкретное время выдержи определяется исходя из типа растения. За время, пока семена смешаны с песком, происходят определенные физико-биохимические процессы, способствующие прорастанию.
Скарификация. Это процесс нарушения кожицы семян, ускоряющий прорастание. Повреждая кожицу семени, мы открываем для воздуха и влаги доступ к семени. В результате оно набухает и прорастает. Есть два варианта повреждения: механическое или воздействие крепкой сульфатной кислотой.
Промывание водой. С помощью промывания из семени удаляются вещества, тормозящие прорастание.

Какие условия нужны для прорастания семян

В первую очередь речь идет о факторах внешней среды. Огромное значение для прорастания имеет энергия прорастания. Она, в свою очередь, зависит от внешних факторов и характеризует посевное качество семян.

К факторам внешней среды относятся вода, воздух, температура и физиологические активные вещества.

Влияние воздуха

Важным условием необходимым для прорастания семян, является воздух. Прорастая, семя дышит: оно поглощает кислород, который необходим для протекания окислительно-восстановительных реакций в клетках. За счет реакций происходит стимулирование роста и деления клеток зародыша.

Важность воздуха в прорастании легко продемонстрировать на примере.

В три разных стакана помещают сухие семена. Первый стакан просто накрывают блюдцем, во второй помещают влажную вату и прикрывают блюдцем, а третий просто наполняют водой. Все стакана оставляют на несколько дней. Только в последнем случае семена не прорастут, а набухнут: для дыхания им не хватит воздуха.

Влияние света

Реакция на свет связана с действием света на обмен стимуляторов или ингибиторов в семенах. Есть светолюбивые и темнолюбивые растения. Некоторые семена лучше прорастают в темном месте.

Влияние воды

Вода необходима для прорастания семян потому что так семена набухают, а в процессе набухания кожица семени повреждается. Из этого повреждения появляется корешок и стебелек зародыша.

Кроме того, с помощью воды происходит всасывание необходимых питательных веществ, благодаря которым семена прорастают. Это также можно продемонстрировать на опыте.

В две различные емкости нужно поместить семена фасоли. Первую просто накрывают блюдцем, а во вторую помещают влажную вату и тоже накрывают. Через некоторое время мы обнаружим, что там, где была вата, семена проросли.

Объем воды, необходимый семенам, различается в зависимости от вида растения. Бобовые нуждаются в большем количестве, а злаковые — в меньшем.

Влияние температуры

Температурный режим — важное условие для прорастания. Для каждого растения существует своя благоприятная температура. Одним хорошо прорастать при температуре +2 градуса Цельсия, а другие — при +15 градусов Цельсия.

Посевной календарь в сельском хозяйстве разработан с учетом температурных предпочтений различных культур.

Выходцы из теплых широт — это теплолюбивые растения, которые прорастают при высокой температуре. Выходцы из холодных широт — это холодостойкие растения, прорастающие при низкой температуре.

Влияние физиологически активных веществ

Что еще необходимо для прорастания семян? Рост зародыша основан на питании. Питательные вещества, необходимые зародышу, располагаются в эндосперме и семядоли. Медленное развитие зародыша или его гибель обусловлены небольшим запасом питательных веществ.

Чтобы зародыш не погиб, вносятся стартовые удобрения. При поглощении питательных веществ в зародыше происходит обмен веществ: поглощается кислород и выделяется углекислый газ.

Превращение веществ в семени

Прорастание семени связано с разложением запасных веществ, включая белок, в эндосперме и семядолях. В это же время в зародыше наблюдаются синтетические процессы — на основе тех веществ, которые к нему поступают.

Несмотря на энергетический распад белков, общее количество азотных веществ остается неизменным. При этом накапливаются аминокислоты и аспарагин, резко уменьшается количество крахмала, а количество растворимых сахаров остается неизменным.

Сахара используются в процессе дыхания, который в прорастающем семени протекает довольно активно. В результате дыхания происходит образование богатых энергией веществ — АДФ и АТФ, а также выделение воды, углекислого газа и тепловой энергии.

Сахара участвуют в процессе образования клетчатки и гемицеллюлозы.

Количество минеральных веществ остается прежним. Регуляция осмотического давления и коллоидно-химических процессов в новых клетках осуществляется катионами.

Семя - генеративный орган растения, служащий для размножения и расселения растений. У покрытосеменных (цветовых растений) семя образуется внутри плода из семяпочки (семязачатка).

Функции семени

Отделяясь от материнского организма, семя может прорасти и дать начало новому растению.

Благодаря семенам, некоторые из которых имеют воздушные мешки, дочерние растения могут расти на расстоянии десятков километров от материнского. Прорастая на новых территориях, они занимают их и распространяются.

Семя выживает при таких неблагоприятных факторах, где листостебельное растение погибло бы. Именно семя дает возможность выжить зародышу растения во время зимнего холода, недостатка влаги, летнего зноя.

Строение семени

Семя состоит из семенной кожуры, зародыша и эндосперма. Основную часть семени занимает зародыш, который состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька с зародышевой почечкой, и зародышевых листьев - семядолей, которые при прорастании семени становятся первыми эмбриональными листьям саженца.

Семенная кожура - обязательный атрибут семени, представляет собой многослойное образование, защищающее внутреннее содержимое семени от высыхания и преждевременного прорастания. Может иметь на поверхности различные образования. На семенной кожуре всегда можно найти след (рубчик) от семяножки, соединявшей семя со стенкой плода. Рядом с рубчиком находится еще одно отверстие - семявход (микропиле), через которое при намачивании внутрь семени поступает вода, после чего начинается важный процесс - набухание семени.

Эндосперм - запасающая ткань семени растения, необходимая для роста и развития зародыша. В некоторых семенах эндосперм может отсутствовать, в этом случае его функцию на себя берет семядоля. Эндосперм в семени есть у подавляющего большинства однодольных (лука, ландыша, пшеницы) и двудольных (тмина, хурмы, фиалки). Отсутствует эндосперм в семенах бобовых, тыквенных, сложноцветных (гороха, подсолнечника, фасоли, тыквы).

В семенах злаковых находится одна семядоля, которую называют - щиток. Щиток выполняет функцию транспорта питательных веществ из эндосперма к зародышу.

Прорастание семени

При этом вода поступает через семявход внутрь семени. Как только это происходит, питательные вещества начинают растворяться в воде, и становится возможным их усвоение для зародыша. При полном погружении в воду, в которой мало растворенного кислорода (кипяченая вода), семена могут погибнуть из-за нехватки кислорода.

А точнее - кислорода. Клетки зародыша дышат, поглощают кислород и выделяют углекислый газ.

До момента, когда растение начнет фотосинтезировать - вся надежда только на запасные вещества. Они содержатся либо в семядоли (семядолях), либо - в эндосперме.

Как видно из картинки выше, удаление семядоли значительно замедляет рост и развитие растения (у 1 и 2 растения слева). У растения справа (3) сохранены обе семядоли, оно опережает в росте и развитие растение (2).

Для каждого вида растения температура своя. Есть растения, которые прорастают при температуре выше 15°C - огурцы, кукуруза, перец. Другие адаптированы к гораздо меньшим температурам, чуть выше +2 °C - укроп, рожь, морковь, редис, пшеница. Это обусловлено эволюционно, в зависимости от климата в регионе места происхождения растения. Исходя из этого, растения подразделяются на теплолюбивые и холодостойкие.

Семена некоторых растений не способны прорастать без освещения: марь белая (лебеда), салат латук, сельдерей. Свет стимулирует прорастание семян многих растений, активируя зародыш посредством фотохимической реакции. Также существуют растения, семена которых способны прорастать только в полной темноте - лук, конопля.

В данном случае руководствуются общим правилом: чем меньше семена, тем более поверхностно их закладывают. Семена фасоли закладывают на 4-5 см, а очень мелкие семена, не закапывая, сеют на самой поверхности почвы: семена земляники, мака, мяты, наперстянки, подорожника.

Если все условия прорастания семян соблюдены, то образуется проросток. Проросток - стадия онтогенеза растения с момента выхода зародыша из семенной кожуры.

Типы прорастания семян

При надземном типе прорастания семядоли с почкой выносятся в воздушную среду над поверхностью почвы и становятся первыми фотосинтезирующими листьями (зародышевые листья). Такой тип прорастания имеется у редьки, тыквы, фасоли, огурцов, лука, капусты, томатов.

Семядоли не выносятся на поверхность почвы, а остаются в ней. Поверхности почвы достигает только почка с первыми листьями. Характерно для гороха, дуба, лещины, пшеницы.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Прорастание семян можно определить как фундаментальный процесс, начальный этап онтогенеза растений, посредством которого из одного семени формируется росток и впоследствии взрослое растение. Этот процесс влияет как на урожайность, так и ее на качество. Распространенным примером прорастания семян является образование ростка из семян покрытосеменных или голосеменных растений.

Давайте подробнее рассмотрим процесс прорастания семян, его этапы, условия и факторы необходимые для его осуществления.

Процесс прорастания семян

Полный процесс прорастания семян осуществляется в следующие фазы:

На начальной стадии прорастания семена быстро впитывают воду, что приводит к набуханию и размягчению семенной оболочки при оптимальной температуре. Эти фазы называется водопоглощением и набуханием семян. На этом этапе запускается процесс роста путем активации ферментов. Семя активизирует свою внутреннюю физиологию и начинает дышать, вырабатывать белки и метаболизировать запасенную пищу.
При разрыве семенной оболочки появляется корешок, образующий первичный корень. Семя начинает поглощать воду из почвы. После появления корешка и проростка, побег начинает расти вверх.
На заключительном этапе прорастания клетки семян становится метаболически активными, удлиняются и делятся, чтобы дать начало ростку.

Условия, необходимые для прорастания семян

Вот некоторые важные требования, которые необходимы для того, чтобы семя образовало росток, а затем и растение:

Вода: крайне необходима для прорастания семян. Некоторые семена чрезвычайно сухие и нуждаются в значительном количестве воды относительно сухого веса. Вода играет важную роль в прорастании семян. Она обеспечивает необходимую гидратацию для жизнедеятельности протоплазмы и растворенный кислород для растущего зародыша, смягчает семенную оболочку и повышает проницаемость семян. Вода помогает в разрыве семян, а также превращает питательные в растворимую форму для ее транслокации в эмбрион.
Кислород: важный и незаменимый источник энергии для роста семян. Он необходим прорастающему семени для обмена веществ и используется как часть аэробного дыхания, пока растение не вырастить собственные зеленые листья. Кислород можно найти в порах частиц почвы, но если семя зарыто слишком глубоко, оно будет лишено этого кислорода.
Температура: для быстрого прорастания семян требуется умеренная температура около 25-30°C. Совершенно очевидно, что различные семена нуждаются в разных оптимальных температур. Есть некоторые семена, которым необходимы либо более низкие, либо более высокие температуры от 5 до 40°C.
Свет или тьма: это может действовать как экологический фактор. Многие семена не прорастают, пока на них не падает солнечный свет.

Процесс прорастания семян запускается при указанных выше благоприятных условиях. Семена претерпевают быстрое расширение и рост зародыша с последующим разрывом покровных слоев и появлением корешка. Появление этого корешка считается завершающей фазой процесса прорастания.

Факторы, влияющие на прорастание семян

Существует несколько основных факторов, оказывающих воздействие на прорастание семян. К ним относятся:

Внешние факторы

Вода: недостаток или избыток воды влияет на прорастание семян.
Температура: влияет на скорость роста, а также на метаболизм семени.
Кислород: прорастающие семена активно дышат и высвобождают энергию, необходимую для их роста, поэтому недостаток кислорода влияет на их всхожесть.

В некоторых случаях температура ниже умеренного уровня замедляет прорастание семян и способствует росту грибов. Прорастание также может прекращается при температуре выше умеренного уровня.

Внутренние факторы

Семенной покой – это состояние, при котором семена не могут прорасти даже при благоприятных условиях. Во время семенного покоя:

Пер. с англ. Н.А. Аскоченской, Н.А. Гумилевской, Е.П. Заверткиной и Э.Е. Хавкина. — М.: Колос, 1982. — 496 с.
Сборник представляет собой современную и наиболее полную сводку сведений по вопросам покоя и прорастания семян. Фактически это коллективная монография, разделы которой написаны по единому плану и хорошо отражают состояние вопроса, а также позволяют получить представление о направлениях исследований и точках зрения, существующих в ряде основных научных центров, где ведется изучение семян. В сборнике рассматриваются следующие важнейшие достижения в исследованиях последнего десятилетия: новый взгляд на участие фитогормонов в регуляции синтеза ферментов в алейроновом слое семян зерновых культур; на механизм действия фитохрома в семенах, прорастание которых происходит в темноте или угнетается темнотой; на механизм выхода из покоя в результате сдвигов в окислительных процессах, на роль запасенной и вновь синтезированной иРНК в процессах, происходящих в семерах; обнаружение антагонизма между цитокининами и ингибиторами и выяснение его роли в регуляции прорастания семян и того факта, что распад ДНК и рибосомальных РНК, и равно как и повреждение других макромолекул, сопровождает потерю силы и качества семян; наблюдения за тем, как синтезируются и активируются ферменты при холодной стратификации семян; выделение полиА-РНК из семян и других систем и установление ее роли в прорастании.
Иллюстраций — 100, таблиц — 43, список литературы — 2184 названия.

Общие вопросы
Что такое прорастание?
Покой семян: смена концепций и теорий
Покой семян и факторы, его контролирующие
Гормоны и прорастание семян
Гиббереллины и прорастание семян
Цитокинины, соединения с цитокининовой активностью и прорастание семян
Абсцизовая кислота
Этилен и прорастание семян
Факторы внешней среды, стресс и прорастание семян
Свет и прорастание семян
Послеуборочное дозревание семян, нуждающихся в воздействии низкими температурами
Качество семян и их прорастание
Стресс и прорастание семян: агрономическая точка зрения.
Предварительная обработка, прорастание и жизнедеятельность семян
Молекулярные и метаболические аспекты прорастания семян
Нуклеиновые кислоты и прорастание семян
Запасенная информационная рибонуклеиновая кислота и прорастание семян
Синтез белка и прорастание семян
Метаболическая регуляция прорастания
Покой и пентозофосфатный путь
Гормональная регуляция белково-нуклеинового обмена прорастающих семян

Читайте также: