Превращение веществ при прорастании семян

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 19.09.2024

Прорастание зерна пшеницы и ржи может происходить только при достаточно высокой его влажности (порядка 30-50%) и температуре выше 1-3 °С.

Общим для процесса прорастания зерен пшеницы, ржи и других семян является резкое возрастание активности или образование ферментов, способных катализировать превращение высокомолекулярных запасных веществ эндосперма зерна (крахмала, белковых веществ, жира и ир.) в вещества более простые, легко растворимые и перемещаемые к зародышу, где они необходимы для построения тканей ростка и корешков новообразуемого растения и питания его в начальном периоде развития.

В результате этого в составе и свойствах прорастающего зерна происходят существенные изменения, в основном состоящие в следующем.

1. Повышается активность амилолитических ферментов, ферментативная атакуемость крахмала и содержание в зерне декстринов и сахаров. Содержание крахмала снижается.

Книн, Миллер и Санштедт, еще в 1942 г. исследовавшие влияние температуры (5, 10, 15 и 20 °С) и длительности (0; 0,5; 1, 3 и 5 сут) проращивания зерна пшеницы на активность α- и β-амилаз, установили, что:

а) активность общего количества р-амилазы изменяется в относительно
узких пределах. В первые сутки прорастания она остается неизменной или незначительно возрастает. Незначительное нарастание активности наблюдается и при дальнейшем проращивании.

Активность свободной р-амилазы у исходного образца составляет немногим более одной трети (-37 %) от активности общего се количества. При проращивании зерна при 5 °С активность свободной р-амилазы в первые сутки несколько (примерно на 8%) возрастает, а затем даже несколько снижается.

Более высокая температура проращивания (10—20 °С) приводит уже к заметному возрастанию активности свободной р-амилазы, тем более быстрому и интенсивному, чем выше температура. Следует учесть, что в нормальном зерне пшеницы и пшеничной муке р-амилаза, как это отмечалось в главе III, содержится в практически избыточном количестве. Поэтому отмеченные выше изменения се активности при прорастании зерна не оказывают существенного влияния на хлебопекарные свойства муки;

б)при проращивании зерна резко возрастает активность как свободной,
так и всей α-амилазы. Это происходит тем быстрее и в тем большей степени, чем выше температура проращивания.

Так, при температуре проращивания 5 °С активность всей (свободной и связанной) α-амилазы зерна возрастала: за 1 сут — в 1,9 раза; за 3 сут — в 18,6 раза и за 5 сут — в 94,6 раза. При температуре проращивания 15 °С активность всей а-амилазы возрастала соответственно в 12,7; 942 и 5540 раз. Уже через сутки проращивания вся или почти вся α-амилаза зерна находилась в свободном состоянии,

в) увеличение активности α-амилазы в прорастающем зерне начинается еще до появления на нем видимого глазом ростка.

Зерно, проращиваемое в течение 0,5 сут при 20 °С, еще не имело ростка, а активность в нем свободной α-амилазы уже повысилась в 8,3 раза .

В более поздней работе Геддеса, Диксона и Кростона (1949 г.) также было показано резкое увеличение при прорастании зерна пшеницы активности α-амилазы, находящейся почти целиком в свободном состоянии. Общее количество β-амилазы возрастало незначительно, но увеличивалась ее доля, находящаяся в свободном состоянии.

Было установлено, что влажность проращиваемого зерна (35, 40 и 45%) также является фактором, в значительной мере влияющим на степень повышения активности α-амилазы. Так, например, активность свободной α-амилазы после 3 сут проращивания (при 16 °С) зерна при влажности зерна 45% была в 4,3 раза больше, чем при влажности зерна 35%.

Было также показано, что именно нарастание активности α-амилазы в основном обусловливает соответствующее повышение газообразующей способности муки из проросшего зерна (коэффициент корреляции между численными значениями этих показателей был равен +0,984).

Резкое возрастание активности α-амилазы при прорастании зерна пшеницы и ржи установлено и в многочисленных работах других исследователей.

В ряде работ изучалась активность α-амилазы в разных частях прорастающего зерна.

Представляет практический и теоретический интерес вопрос о том, в результате чего возрастает активность амилаз зерна при его прорастании.

1 Отметим, что аналогичное явление установлено и для зерна ржи.

В отношении β-амилазы, судя по данным этих работ (заметное возрастание активности свободной амилазы и малое изменение активности общего ее количества), это представление может более или менее удовлетворительно объяснить изменения, происходящие при прорастании зерна. Повышение же активности свободной α-амилазы и общего ее количества при прорастании зерна в сотни и тысячи раз не может быть объяснено только высвобождением фермента.

Н. И. Проскуряков полагал, что повышение активности а- и р-ами-лаз при прорастании зерна обусловлено увеличением в них количества сульфгидрильных групп, от которых зависит активность этих ферментов.

Однако количество этих групп за 4 дня проращивания увеличивалось в препаратах этих амилаз примерно в 2 раза. Активность жеα-амилазы, как было ранее отмечено, возрастает в несоизмеримо большее число раз. Очевидно, в повышении активности α-амилазы при прорастании зерна существенную роль играет и ее новообразование.

В работах последующих лет показано, что при прорастании зерна большая часть α-амилазы новообразуется при синтезе белка в алейроновом слое зерна. Отмечалось и то, что образование α-амилазы стимулируется гибберелловой кислотой, продуцируемой при этом в зародыше зерна. Указывается на то, что α-амилаза способна образовываться и в зародыше зерна.

Новообразование при прорастании зерна в алейроновом слое и постепенное перемещение и в прилегающие слои эндосперма может хорошо объяснить повышенную активность α-амилазы в периферических слоях зерна.

Установлено, что, применяя гибберелловую кислоту как стимулятор, можно вызвать новообразование активной α-амилазы в части зерна, лишенной зародыша, т. е. независимо от процесса собственно прорастания зерна.

Установлено, что атакуемость крахмала зерна и муки в результате прорастания зерна повышается. Так, трехсуточное проращивание зерна ржи повышало атакуемость крахмала почти в 2 раза.

В результате повышения активности амилаз (в основном α-амилазы) и атакуемости крахмала прорастание зерна приводит к соответствующему повышению сахаро- и газообразующей способности муки из него.

Микроскопическое исследование процесса клейстеризации водно-мучиых суспензий (А. Н. Харина, Г. М. Маслова, Л. Я. Ауэрмаи, 1969) показывает, что прорастание зерна ржи уменьшает стойкость его крахмала в процессе клейстеризации. Температура клейстеризации основной массы зерен крахмала сдвигается в сторону ее снижения.

При прорастании зерна повышается содержание в нем продуктов гидролиза крахмала — декстринов и сахаров. Поэтому прорастание зерна влечет за собой снижение содержания в нем крахмала.

2. Процесс прорастания зерна связан с изменением реологических свойств эндосперма, обусловленным разрушением его клеточных
структур под действием цитолитических ферментов.

Можно полагать, что процесс разрушения клеточных структур вызывается комплексом цитолитических ферментов, включающим по меньшей мере целлюлазу, гемицеллюлазу, гуммифермент (слизеразлагающий фермент) и целлобиазу.

Установлено, что при прорастании зерна злаков активность ферментов цитолитического комплекса возрастает.

Доказано, что при прорастании зерна ржи повышается активность ферментов, катализирующих гидролиз и дезагрегацию высокомолекулярных пентозанов и так называемых слизей (гуммивеществ). Возрастание активности ферментов цитолити-ческого комплекса прорастающего зерна — один из факторов, вызывающих ухудшение реологических свойств (разжижение) теста из муки, полученной из проросшего зерна

Действие цитолитических ферментных препаратов, ослабляющее клейковину и тесто из пшеничной муки, установлено экспериментально.

3. При прорастании зерна весьма существенные изменения
происходят и в его белково-протеиназном комплексе.

При прорастании зерна пшеницы резко возрастает активность про-теиназы, глютатион-редуктазы и протеин-дисульфидредуктазы. В клейковииных белках зерна происходит постепенное разрушение части водородных и дисульфидных связей.

Общее количество доступных определению —S—S-связей и —SН-групп увеличивается при уменьшении величины соотношения -S-S- : -SН.

Клейковинные белки в результате протеолиза сперва дезагрегируются, а затем частично расщепляются и по пептидным связям. Атакуемость их протеииазой повышается.

Аминокислотный состав белков клейковины остается практически неизменным.

В результате этих процессов прорастание зерна пшеницы приводит к снижению количества отмываемой из него сырой и сухой клейковины и к изменению ее реологических свойств в направлении ослабления — увеличивается растяжимость и расплываемость клейковины и снижается ее сопротивление деформациям. Это является, очевидно, основной причиной ухудшения реологических свойств теста — его разжижения в процессе замеса и особенно последующего брожения.

При прорастании зерна ржи также увеличивается его протеолити-
ческая активность, что наряду с возрастанием активности комплекса
цитолитических ферментов и амилазы и обусловливает сильное разжижение теста, приготовленного из муки, полученной из проросшего зерна.

Установлено, что при прорастании зерна пшеницы в ростке зерна происходит биосинтез нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).

Одновременно снижается содержание в зерне фитинового фосфора, продукты минерализации которого, очевидно, используются при синтезе нуклеиновых кислот.

Минерализация фосфора фитина вызывается действием фермента фитазы, активность которого при прорастании зерна резко возрастает.

Увеличивается при прорастании зерна и активность липазы. Поэтому при прорастании зерна кислотность жира резко увеличивается. Содержание жира в зародыше при этом резко снижается. При удалении из проросшего зерна (муки из пего) жировой фракции происходило дополнительное ослабление клейковины.

Таким образом, при прорастании зерна во много раз повышается активность амилолитических, протеолитических и ряда других гидролитических и дезагрегирующих ферментов. Повышается и атакуемость субстрата, на который эти ферменты действуют.

В результате этого в проросшем зерне значительно увеличивается и общее содержание водорастворимых веществ как углеводной, так и белковой природы.

Комплекс описанных выше процессов и изменений, происходящих в зерне при его прорастании, обусловливает особенности в свойствах теста и хлеба из муки, полученной из проросшего зерна.

После покоя, попадая в благоприятные условия температуры и влажности, семена трогаются в рост.

У разных семян потребность в факторах среды неодинакова. Семена растений южного и тропического происхождения требуют для прорастания повышенной температуры, тогда как семена арктических и альпийских видов способны прорастать и при температуре, близкой к нулю.

Кардинальные температурные точки прорастания семян (по В. А. Новикову, 1961)

Растения	Минимум	Оптимум	Максимум
Пшеница, ячмень, овес, рожь	0—5	25—31	31—37
Гречиха	0—5	25—31	37—44
Подсолнечник	5—10	31—37	37—44
Кукуруза	5—10	37—44	44—50
Тыква, хлопчатник, рис	12—24	37—44	44—50
Дыня, огурец	15—18	31—37	44—50

Семена, насасывая воду, увеличиваются в размере. Аналогичный процесс происходит и в мертвых семенах. Как в первых, так и во вторых действуют чисто физико-химические процессы набухания запасных веществ. Однако в дальнейшем в живых семенах начинаются биохимические процессы — разложение запасных веществ и создание новых, необходимых для жизнедеятельности растущего зародыша. Эти сложные перестройки осуществляют ферменты.

Многочисленные ферменты — мощные биологические катализаторы. Они превращают белки, крахмал, жиры в более простые вещества: аминокислоты, сахара, жирные кислоты и другие соединения, нужные семенам для жизнедеятельности. Например, при прорастании зерна из сахарозы под влиянием фермента сахаразы образуются глюкоза и фруктоза, которые служат исходным материалом для создания новых жизненно необходимых соединений. В дальнейшем в их превращении принимают участие уже другие ферменты. Фермент подходит к тому веществу, на которое он действует, как ключ к замку.

Ферменты распределены в семени неравномерно. Они особенно многочисленны и активны в зародыше, в этой наиболее деятельной части семени. Так, если активность протеаз — ферментов, расщепляющих белки в зародыше, принять за 100%, то активность их в эндосперме составит всего лишь 11%. В зародыше активны и другие ферменты. И это не случайно. Дело в том, что по химическому составу, размеру и анатомическому строению части семени существенно- различаются между собой. В эндосперме зерновок пшеницы накапливается главным образом крахмал и очень мало белка, тогда как в зародыше нет крахмала, но много белка, сахаров и жира. В нем содержатся в высоких концентрациях и витамины — составные части ферментов.

При прорастании семян происходит не только биосинтез витаминов, но и их энергичное перераспределение внутри различных частей. Витамины из запасных частей семени устремляются к растущим. В опытах с пшеницей, прорастающей в темноте, было установлено, что в то время, как общее содержание витамина B₁ в семени осталось одним и тем же, количество его в зародыше за 18 дней увеличилось в 6,7 раза, а в эндосперме за это время уменьшилось в 3 раза.

Как всякая реакция, так и биохимические превращения в семенах зависят не только от наличия веществ, участвующих в реакциях, но и от условий внешней среды. Одни из них ускоряют реакции, другие, наоборот, тормозят, а иногда и полностью прекращают. Так, оптимальная активность липазы, расщепляющей жиры, — при pH = 8,0, в то время при pH = 4,0 этот фермент уже не действует.

Большое влияние на работу ферментов оказывает температура. Интенсивность дыхания, являющаяся следствием деятельности многих ферментов, возрастает по мере повышения температуры, достигая максимума при 50°, а затем резко падает. Но для превращения веществ в семени, кроме температуры, нужна еще и вода. Как известно, сухие семена не прорастают при любой температуре. И лишь при увлажнении начинают активизироваться ферменты и разыгрываться биохимические реакции. Если у семян злаков и бобовых культур поднять влажность выше 15%, а у масличных культур — выше 9%, то интенсивность дыхания семян быстро увеличивается. О значении воды для активизирования жизнедеятельности семян говорит такой факт. При повышении влажности семян с 12—14% до 28—30% интенсивность дыхания семян пшеницы повышается в тысячи раз. Таким образом, для дружного и энергичного прорастания семян нужны соответствующие условия увлажнения почвы и благоприятная температура. Но если семя продолжительное время находится в условиях избытка влаги, то наблюдается недостаток кислорода и нарушается нормальный обмен. В прорастающем семени накапливаются продукты распада (спирт и др.), вредно действующие на клетки.

При неблагоприятных условиях запасные питательные вещества используются на интенсивно идущие процессы дыхания и на биосинтез других органических соединений, а образование новых веществ в результате фотосинтеза и усвоения минеральных веществ так мало, что оно не обеспечивает потребность проростка, поэтому он сильно страдает и может погибнуть.

У различных семян уменьшение сухого веса проростков происходит за счет разных веществ. У зерновых, например, за счет крахмала, у масличных — за счет жиров. Установлено, что из 1000 проростков сухой вес семядолей подсолнечника уменьшился на 17 г, жира при этом расходовалось 14,4 г, белков и углеводов всего 2,6 г.

В нормально прорастающем семени течение реакций строго координировано. Эта согласованность реакций напоминает современный завод, на котором все процессы автоматизированы и деятельность одного станка влияет на успешную работу другого. Так и работа одних ферментов зависит от активности других. Например, чтобы проявилась активность сахаразы, разлагающей сахарозу, необходимо, чтобы до этого амилаза расщепила крахмал и тем самым предоставила материал для деятельности фермента сахаразы. Последняя создает среду для работы других ферментов.

Активная деятельность протеаз приводит к распаду белка в семенах. Например, в зерновках кукурузы содержалось 96% всех азотистых веществ в форме белковых соединений, а через 8 дней прорастания количество их уменьшилось до 57%.

В результате распада белка в проростках накапливаются пептиды и аминокислоты — составные части белка. Так, в покоящихся семенах подсолнечника 8 свободных аминокислот: лизин, аргинин, серин, треонин, глутаминовая кислота, аланин, пролин и валин. По мере прорастания семян к этим аминокислотам прибавляются еще восемь: гистидин, аспарагиновая кислота, аспарагин, тирозин, триптофан, фенилаланин, лейцин и γ-аминомасляная кислота. Биосинтез этих и других аминокислот создает благоприятный субстрат для новообразования белков, являющихся основой жизнедеятельности проростков. И не случайно по мере дальнейшего роста проростков содержание аминокислот уменьшается, а белков возрастает.

Однако не все аминокислоты при прорастании семян превращаются в белки. Часть их расщепляется на аммиак и другие соединения. В связи с этим ожидалось, что в проростках должен накапливаться аммиак. Но тщательные анализы показали, что это токсичное соединение в тканях не остается. Академик Д. Н. Прянишников убедительными опытами доказал, что накопление аммиака не происходит потому, что он, соединяясь с другими веществами, образует аспарагин и глютамин. Это наблюдается и в том случае, если семена проращиваются в растворах аммонийных солей. Когда же проросткам нужен источник азота, то с помощью ферментов они получают аммиак из аспарагина и глютамина.

Другой пример. При удалении оболочек у некоторых семян (груша, яблоня и др.) наблюдается торможение роста сеянцев. Это объясняется тем, что зародыш переходит к прорастанию, а ткани других частей растения еще находятся в покое и поэтому не в состоянии обеспечивать его питательными веществами. При стратификации все ткани начинают жизнедеятельность и нормально доставляют нужные вещества развивающемуся зародышу.

О важной роли запасных веществ семени в процессах роста и развития растений указывает и такой факт. Если семена ржи до начала яровизации проращивать при температуре 25° и затем их яровизировать, то колошение растений снижается, а если проращивание продолжается в течение 8—10 дней, то почти все растения не выколашиваются. Создается впечатление, что на такие истощенные семена яровизация не оказывает никакого действия.

Интенсивно идущий обмен веществ в прорастающих семенах создает новые клеточные структуры и ткани проростков. Особенно активно развивается корневая система. Растение как бы торопится захватить воду и питательные вещества из почвы.

Корни проростков, встречаясь с питательными элементами почвы, ассимилируют их. Причем чем ближе они расположены к семени, тем быстрее происходит их встреча и усвоение. Так, при внесении меченого изотопа фосфора на глубину 3—4 см он был обнаружен в проростках на второй-третий день после прорастания семян, а при большей глубине заделки и смещении суперфосфата в сторону от семян на 5—6 см эта встреча корней с фосфором состоялась лишь через 3—4 недели.

Израсходовав запасы, проростки переходят на снабжение за счет веществ, находящихся в почве. Особенно чувствительно реагируют на недостаток фосфора те проростки, в которых малы его запасы (просо, пшеница, и др.). Страдают молодые растения, если в почве они не находят азота, калия и других элементов питания. Недостаток, а тем более отсутствие этих удобрений не позволяет проростку использовать продукты фотосинтеза для создания жизненно необходимых соединении. Поэтому растения сильно задерживаются в росте и к концу вегетации дают небольшой урожай.

Прорастающее семя встречается в почве не только с питательными веществами и с влагой, но и с многочисленными микроорганизмами. Одни из них способствуют жизнедеятельности проростков, а другие, наоборот, тормозят эти процессы. Человек давно использует полезные бактерии для улучшения роста и развития растений.

На корневые выделения привлекаются и микроорганизмы, которые угнетают проростки, а иногда и приводят к их гибели. Хорошо известно, что проростки кукурузы, огурцов, перца, хлопчатника при температуре около +10° растут очень плохо, а многие из них погибают. Раньше считали, что страдание и гибель растений связаны с тем, что для этих культур нужна более высокая температура. Однако последние исследования говорят о несостоятельности этих утверждений. Оказалось, что при пониженных температурах в почве развиваются грибки (фузариум, питиум и др.), которые выделяют вещества, губительно действующие на проростки. Если такую почву прогреть и убить грибки, то растения не болеют и не погибают. Но такой способ, конечно, не применим в практике. Поэтому стали искать иных приемов борьбы с болезнетворными грибками. Удалось найти микроорганизмы, которые, выделяя антибиотики, подавляют развитие болезнетворных грибков.

Итак, семя, появившись на материнском растении, впитав в себя его свойства, передает их новому поколению. Хотя семя и невелико по размеру, но в нем есть необходимое, чтобы в благоприятных условиях дать начало образованию проростка, довести его до самостоятельного обеспечения питательными веществами.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Проросток — молодое растение со стеблем и листьями, появившееся над землей . Для прорастания семени необходимы такие факторы, как влажность, тепло и свободный доступ кислорода. Кроме того, для прорастания некоторых семян, особенно мелких (салат, мятлик, многие сорняки), обычно требуется воздействие света.

Условия прорастания семени

Вода (влажность)

Вода необходима для набухания и прорастания семян. Семена состоят из органических и неорганических веществ. Если семена намочить, крахмал и другие органические вещества переходят в растворимое состояние.

Теперь зародыш семени может использовать их для питания и начать прорастать. Чем плотнее и тверже кожура семени, тем медленнее впитывается влага. Следовательно, вода необходима для набухания семени и разрыва кожуры, превращения питательных веществ в растворимое состояние.

Тепло

Тепло также необходимо для прорастания семени. Наиболее низкая температура, при которой могут прорастать семена гороха, ржи, пшеницы, ячменя, овса, льна, клевера, люцерны — 0-5°С; семена кукурузы и подсолнечника — 10-12°С, семена тыквы, дыни, огурцов, риса, хлопчатника, табака — 10-25°С.

Температура прорастания семян различных видов растений

Воздух

Доступность воздуха — еще одно условие, необходимое для прорастания семени. Полностью погруженные в воду семена через 2-3 дня набухают, но не прорастают и в конце концов загнивают, поскольку им не был доступен воздух. У прорастающих семян дыхание усиливается и возрастает потребность в кислороде.

Глубина заделки семян

Глубина заделки семян в почву зависит от вида растения и от размеров самого семени. Чаще всего нужно сажать семена на глубину в 2-3 раза, превышающую размер самих семян.

Потребность разных растений в свете неодинакова. Изучению их светочувствительности посвящено много работ. Особенно светочувствительны семена салата, сельдерея, березы и др. Так, глубоко запаханные в почву семена многих сорняков впадают в состояние покоя.

Но как только проросток достигает поверхности почвы, его развитие возможно только при наличии освещенности. Семена табака, лука, моркови, помидора, подсолнечника, кукурузы также быстро прорастают при наличии достаточного освещения.

Прорастание семени

Прорастание семени — это формирование проростка из зародыша. При достаточном увлажнении запасные питательные вещества становятся растворимыми и питают зародыш.

Кожура набухшего семени лопается, и появляется первичный (зародышевый) корешок, с помощью которого развивающийся проросток укрепляется в почве и начинает поглощать воду с растворенными в ней минеральными солями.

Рис.3 Процесс прорастания семени фасоли

У двудольных растений из зародышевого корешка вначале развивается главный корень. Вслед за корнем развивается почечка, которая выносится на поверхность почвы и приобретает зеленый цвет. Она выполняет функцию первичного листа.

У проростка однодольного растения появляются придаточные корни.

Прорастание семени пшеницы

Молодое растение со стеблем и листьями, появившееся над землей, называют проростком. Для прорастания семени необходимы такие факторы, как влажность, тепло и свободный доступ кислорода. Кроме того, для прорастания некоторых семян, особенно мелких (салат, мятлик, многие сорняки), обычно требуется воздействие света.

Глубина заделки семян в почву зависит от вида растения и от размеров самого семени.

Главное беспокойство всех земледельцев весной – прорастут ли посевы и появятся ли своевременно всходы. Особенно это связано с открытым грунтом. От ежегодной повторяемости острота момента не сглаживается.

Всходы культур могут радовать или огорчать, но с началом роста растений все волнения забываются, потому что наступают новые заботы о конечном результате – урожае.

Для каждого вида овощей существуют свои сроки с момента высева семян и до появления проростков на поверхности почвы. Опытным путем определена их оптимизация. Если всходы бывают хотя бы на день раньше, это означает и высокие посевные качества семян и наилучшие условия для их прорастания. При задержке всходов против определенных от двух дней желательно каждый раз находить причины такого явления, чтобы устранять их впоследствии.
Даже не каждый специалист во всей полноте знает, какие сложнейшие процессы происходят в высеянном семени, а затем в проростке за сравнительно короткое время этого начального этапа жизненного цикла растения.

Биологическая наука и ее раздел морфофизиология период начала формирования растения называют периодом состояния проростка. Он делится на три подпериода: 1) время формирования зародыша семени на материнском растении; 2) от прорастания семени до появления первого зародышевого листа; 3) до полного развертывания всех зародышевых листьев.

Первым фактором прорастания семян является определенное количество воды. Это необходимо для прекращения состояния их покоя при хранении. В хранящихся семенах влага присутствует в определенных предельных процентах, при которых активные химические процессы бывают заторможены. Превышение этих уровней влаги за счет поступления извне, т. е. предпосевное или послепосевное набухание немедленно приводит к пробуждению семян и началу длинной цепи биохимических превращений в них, которые расширяются и усложняются после всходов.

Кажущийся простым прием предпосевного намачивания семян на деле оказывается усложненным. Науке пришлось устанавливать количество воды по отношению к массе семян разных видов, чтобы они набухли и могли прорасти без удлиненных ростков. Последнее обстоятельство может затруднять качественный посев даже вручную. Опытами установлено, что полностью набухшие семена с короткими проростками требуют доведения их влажности в процентах к сухой массе: у капусты – до 55 %, моркови и петрушки – до 100 %, лука и свеклы – до 80 %.

Многочисленные опыты с намачиванием и проращиванием семян разных культур показали, что эти операции приводят к сокращению сроков наступления фаз роста и развития.

С момента начала набухания до начала наклевывания семян проходит ряд физиологических процессов, изменяющих состояние их зародышей. Происходит образование новых ферментов и активизация имевшихся, повышается интенсивность дыхания, распадаются запасные вещества, питательные вещества перемещаются к точкам роста, начинается растяжение и деление клеток для образования новых тканей и органов. Все процессы проходят в определенной очередности, но новые начинаются еще до завершения прежних.

Физическая фаза прорастания состоит в поглощении воды и набухании семени, биохимическая – в превращении нерастворимых запасных веществ в растворимые и становящиеся подвижными, морфологическая – в намеченном росте органов проростка (прободение корешком семенной оболочки).

С наличием необходимого количества воды в семени начинают активно действовать разные составные части, называемые органеллами клеток. После начала их активной деятельности семена должны поглотить еще некоторое количество влаги, чтобы ее хватило на все биохимические превращения. Кроме приведения в деятельное состояние ферментных систем, контролирующих все химические процессы, вода нужна для образования первичных белков, разложения жировых соединений с превращением их в углеводы, распада сахаров для дыхания, перемещения из одних частей семян в другие азотистых веществ, углеводов и других соединений.

Интенсивный обмен веществ в прорастающих семенах, их взаимопревращения повышают интенсивность дыхания, которое внешне выражается в выделении из семян тепла. В дыхательных же процессах особую роль играют органические кислоты: яблочная, лимонная, молочная, щавелевая, янтарная, пировиноградная.
Образующиеся при прорастании семян органические кислоты образуют аминокислоты и сахара. Яблочная и лимонная кислоты при соединении с сахарами образуют сложные эфирные соединения или глюкозиды. Недостаток органических кислот отрицательно сказывается на процессах обмена веществ и задерживает сроки прорастания.

У многих семян основной запасной формой углеводов служит крахмал. Соответствующие ферменты разлагают его до сахаров. Увеличение количества сахаров в прорастающих семенах происходит не только вследствие разложения сложных углеводов, но так же образования их из жировых веществ и белковых (аминокислот). Сами сахара за период прорастания могут изменяться количественно и в видовом отношении.

Значительное количество сахаров являются составными частями вновь образующихся тканей и органов проростков. Они идут на образование клетчатки и пектиновых веществ. Чем больше в семенах образуется сахарозы, тем лучше можно рассчитывать на увеличение всхожести.

Реакции обмена веществ происходят и среди жировых соединений семян – липидов и жирных кислот. Превращения у этих веществ осуществляются при помощи своих групп ферментов. При прорастании семян наряду с распадом запасенных в них липидов идут и образования новых подобных соединений.

Жирные кислоты в семенах образуются при содействии имевшихся в покоящихся семенах ферментов. Последние в прорастающих семенах немедленно активизируются. В основном распадающиеся жировые вещества идут на синтез органических кислот и сахаров, часть из них используется и на синтез аминокислот. Проростки семян не могут быть полноценными без обмена жировых соединений.

Прорастание невозможно без расщепления запасных белков семян на другие вещества, особенно аминокислоты. Здесь действуют также свои ферменты. Новые аминокислоты сразу же передвигаются в растущие части семени. Они существуют короткое время, так как превращаются в новые белки, сахара – вещества для дыхательных процессов клеток. Важную роль в обмене аминокислотного состава играет витамин B6.

Активизация в семенах после их набухания и начала прорастания уже имеющихся аминокислот позволяет будущим растениям использовать их на синтез белков до расщепления самих запасных белков. В семенах есть и ферменты, активирующие аминокислоты.

Семена, которые изначально богаче белками, имеют высокую всхожесть.

Неблагоприятные условия среды после посева могут не задерживать распад запасных белков семян, но тормозить образование новых белковых групп. Тогда в тканях прорастающих семян образуются избытки аминокислот и аммиака. Последний в этом случае оказывает вредное действие на процессы прорастания, приводя к их торможению. В отдельных случаях избыток аммиака вызывает гибель проростков.

Еще одной из существенных сторон обменных биохимических реакций является наличие в семенах соединений фосфора. Очень малые количества в них неорганических форм элемента не в состоянии обеспечить высокую потребность в веществах, содержащих фосфор, для реакций прорастания. Но в семенах запасается достаточное количество солей фитиновой кислоты, при разложении которых высвобождаются фосфор, калий, кальций и магний. В дальнейшем они используются для питания растений.

Фосфорные соединения в проростках нужны для активации образования аминокислот и в качестве источника энергии для всех других синтетических процессов. Все фосфорные изменения в семенах являются следствием деятельности соответствующих ферментных групп.

Ясно, что все вышеперечисленные превращения веществ в высеянных семенах (гидролизы и синтезы) возможны только при оптимальных количествах воды, поглощенных в процессе набухания каждого из видов семян. Нарушения в этих случаях (недостаток и избыток влаги) немедленно скажутся на качественной стороне биохимических реакций – скорости, последовательности, полноте. И если для семян быстро всходящих культур при нарушениях водного режима всходы могут задержаться на 1-2 дня, то для медленновсхожих это может обернуться или изреживанием всходов или их отсутствием.

Хотя вода и является основным фактором прорастания семян, в дополнение к ней для этого процесса необходимы еще температура (тепло) и кислород.

Уровень температур, определенный для видов семян, нужен прежде всего, чтобы могли проявлять активность все группы ферментов. Минимум температуры для начала прорастания обычно находится значительно ниже того уровня, при котором проростки могут продолжать дальнейшие ростовые процессы.

Процесс прорастания заметно ускоряется даже при незначительных подъемах температур против минимальных у разных культур. У каждой культуры ограничен верхний предел температуры для прорастания. Так, салату достаточно 15 о C для прорастания за 2 дня, шпинату, пастернаку 20 о C (8 дней), луку 15 о C (4 дня), фасоли и перцу по 20 о C (6 и 5 дней, соответственно). Температурные уровни могут быть различными для прорастания семян по сортам одного вида овощей.
Известны приемы повышения всхожести семян отдельных культур при помощи пониженных, повышенных и переменных температур при нахождении их в сухом и набухшем виде. Существенные положительные изменения происходят в семенах капусты, моркови, лука и других посеянных под зиму культур.

Глубокие изменения обмена веществ в семенах при воздействии низких температур повышают устойчивость проростков к неблагоприятным условиям после посевов. Возникает высокая холодоустойчивость даже у теплолюбивых культур: огурца, томата, баклажана.

Полезность действия на семена переменных температур связана с нарушением их оболочек для усиления поступления воды и кислорода, а также активированием ферментов.

Предпосевная обработка семян ряда культур высокими температурами позволяет лучше подготовить к прорастанию наиболее жизнеспособные семена.
Различные температуры воздействуют на семена не только для нормализации обмена веществ (биохимических превращений) в них, но в отдельных случаях и для доформирования семенных зародышей.

С момента выхода семян из состояния покоя под действием воды и начала химических реакций начинаются дыхательные процессы, для которых необходим кислород. Он требуется также для образования новых белков, сахаров и других веществ в прорастающих семенах.

Потребность в кислороде у семян разных культур неодинакова, но с увеличением его количества возрастает процент проросших семян. Например, семенам щавеля для начала процесса достаточно до 4 % кислорода в клетках, а для прорастания трех четвертей семян его нужно вдвое больше.

Недостаток кислорода при избытке воды значительно снижает всхожесть семян. В условиях открытого грунта кислородное голодание может наступать при переувлажнении почвы перед посевом и после (для намоченных семян), при глубокой заделке и при образовании почвенной корки.

Увеличение срока замачивания семян также лишает их кислорода. В опыте с фасолью замачивание в течение 4 ч благоприятствовало прорастанию, а выдерживание в воде 16 ч приводило к повреждениям семян.

При недостатке кислорода нерационально используются запасные вещества семян, особенно углеводы.

Таким образом, благоприятно процессы прорастания семян могут осуществляться при оптимизации трех внешних факторов – воды, температуры и кислорода. Конечно, при этом существенное значение имеет полное вызревание семян, сохранение ими посевных качеств в период покоя и полное наличие необходимых запасных веществ.

Семенам разных культур присущи свои особенности при набухании и прорастании. Те, что содержат больше углеводов (особенно крахмала), для набухания требуют влаги до 35 % (бобы, горох, тыква, шпинат). Содержащим повышенные количества белков требуется воды до 250 % (арбуз, дыня, капуста, огурец, томат). Мелкие семена способны поглощать воды больше, чем крупные.

Избыточное предпосевное намачивание иногда может стать причиной ухудшения прорастания из¬за выделения семенами некоторых количеств полезных веществ: белков, аминокислот, сахаров, минеральных солей, органических кислот. Но из семян также могут вымываться вещества, снижающие их всхожесть.
Непрорастание некоторых семян в условиях избытка влаги при набухании связано не столько с вымыванием из них ряда соединений, а больше с нарушением кислородного режима.

Семенная кожура иногда ограничивает доступ кислорода к зародышу семени, снижая интенсивность дыхания. С этим обстоятельством связано нарушение оболочки искусственным путем, чтобы дыхание не нарушалось.

При прорастании семена затрачивают не весь запас питательных веществ. Величина затрат зависит от интенсивности дыхания, вида и сорта культур, температурных и других условий.

От пониженных температур у ряда семян тормозится деятельность ферментов, как расщепляющих запасные вещества, так и синтезирующих новые соединения. Но пониженные температуры оказывают полезное действие прорастающим семенам в части увеличения в них содержания стимуляторов ростовых процессов и уменьшения ингибиторов, тормозящих эти процессы.

Постоянный оптимум температуры не создает ускорения прорастания. Разница температур между днем и ночью (даже небольшая в естественных условиях) действует на процессы прорастания благоприятным образом, особенно у недозрелых семян.

Для каждого вида семян важны минимальный уровень температуры для прорастания и общее количество тепла от набухания до появления проростков на поверхности почвы.

Реакции прорастающих семян на их предпосевное замачивание в растворах макро и микроудобрений зависят от наличия тех или иных элементов в самих семенах и их потребности на биохимические преобразования. Семена, которые при их формировании на материнских растениях приобрели в запас все нужные элементы, могут и не реагировать на такие обработки.

Если семенники подвергались обработкам ядохимикатами, это может влиять отрицательно на всхожесть семян, особенно при нарушениях режимов прорастания.

Мы в социальных сетях: Не стесняйтесь, добавляйтесь в группы, пишите комментарии, читайте и обсуждайте ежедневные статьи в социальных сетях!

Я ЛЮБЛЮ САД - Самый полезный блог для садоводов любого уровня!

БЛОГ - О ЖИВОТНЫХ - Кошка или собака? Подобрать корм? проблема с воспитанием?

ЛУННЫЙ КАЛЕНДАРЬ - У вас сроки посадок под контролем?

Режим работы: с 9-00 до 19-00. Телефон: (3435) 47-59-79 Звонки принимаем в рабочее время.

Читайте также: