Дыхание семян при прорастании
Обновлено: 05.10.2024
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.
Человеку и животным для дыхания нужен кислород. Кислород поддерживает горение. Зажженная лучина хорошо горит, потому что в воздухе содержится кислород. Но если горящую лучинку опустить в бутылку, наполненную выдыхаемым воздухом, она погаснет. Это происходит потому, что при дыхании выделяется углекислый газ, не поддерживающий горения.
Вы знаете, что для прорастания семян необходим воздух. Дышат ли семена? Нужен ли им кислород для дыхания? Какой газ выделяется при дыхании семян? Чтобы ответить на эти вопросы, поставим опыт.
Возьмем две бутылки из светлого стекла. В одну из них положим 30 сухих непроросших семян пшеницы, овса, гороха или других растений, а в другую такое же число семян тех же растений, но не сухих, а проросших. Обе бутылки плотно закроем пробками и поставим в темное теплое место. На следующий день проверим, изменился ли воздух в бутылках с семенами.
Сначала откроем бутылку с сухими семенами и опустим в нее тонкую зажженную свечку, прикрепленную к проволоке. Свеча продолжает гореть, потому что в бутылке с сухими семенами воздух остался почти неизмененным: семена, не начавшие прорастать, дышат очень слабо, и поэтому запас кислорода, находящегося в бутылке, сохранился почти полностью.
Затем откроем бутылку с проросшими семенами и опустим свечу до самого дна. Свеча погаснет, потому что прорастающие семена израсходовали для дыхания кислород, находящийся в бутылке, и выделили большое количество углекислого газа, в котором горение происходить не может.
Опыт показывает, что прорастающие семена поглощают кислород и выделяют углекислый газ, то есть дышат Это естественно: ведь растения, как и животные, — живые организмы.
Рис. 24. Опыт, показывающий дыхание семян: свеча горит в банке с сухими семенами, а в банке с прорастающими семенами — гаснет.
Рис. 25. Температура прорастания семян разных растений: 1 — дыня; 2 — огурец; 3 — помидоры; 4—кукуруза: 5 — морковь; 6 — пшёница; 7 — горох; 8 — рожь.
Дыхание семян происходит днем и ночью. Во время дыхания выделяется тепло. Если в банку с прорастающими семенами, хорошо закрытую со всех сторон ватой или войлоком, опустить термометр, то легко заметить повышение температуры.
Тепло, выделяющееся при дыхании семян, нагревает их. Особенно много тепла выделяется при дыхании прорастающих семян. Сырые проросшие семена дышат энергичнее сухих непроросших. Сложенные толстым слоем сырые семена прорастают и быстро разогреваются. Зародыши таких семян погибают. Семена становятся невсхожими. Чтобы этого не происходило, семена убирают на хранение только сухими и хранят в сухих, хорошо проветриваемых помещениях. Доступ воздуха к семенам должен быть свободным и постоянным. Это необходимо для сухих семян, хотя дышат они значительно слабее, чем увлажненные, прорастающие.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Семена также как и все живые существа, дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Дышат семена и днем, и ночью. В период покоя дыхание семян очень слабое, но при прорастании резко увеличивается. Увеличивается потребность в О2 и возрастает выделение СО2.
В этом можно убедиться, проделав несложный опыт: взять две бутылки с прозрачными стеклами, в них насыпать одинаковое количество семян. В одну - сухих, в другую - прорастающих. Обе бутылки плотно закроем. Через сутки - двое суток откроем бутылку с сухими семенами и внесем в нее горящую лучину - она будет продолжать гореть. Это говорит о том, что в бутылке с сухими семенами состав воздуха почти не изменился, т.к. не прорастающие семена дышат очень слабо и запас О2 в бутылке сохранился почти полностью. Затем откроем бутылку с прорастающими семенами и опустим до дна горящую лучинку - лучинка гаснет, потому что прорастающие семена израсходовали для дыхания О2 и выделили большое количество СО2, а СО2 на поддерживает горения.
Прорастающие семена активно дышат и при этом выделяют тепло. Сахара расходуются на процесс дыхания. В результате дыхания образуются богатые энергией соединения АДФ и АТФ, выделяются СО2, Н2О и тепловая энергия.
Если в банку с прорастающими семенами, хорошо закрытую со всех стороной ватой, вставить термометр, то через сутки заметим, что температура повысится. Тепло, выделяющиеся при дыхании семян, нагревает их. При хранении семян это надо иметь в виду, иначе сложенные толстым слоем сырые семена быстро разогреются и "сгорятся". У таких семян зародыши погибают ,и всхожесть теряется. Поэтому семена убирают на хранение только сухими и хранят в сухих, хорошо проветриваемых помещениях при свободном и постоянном доступе воздуха.
Выводы:
1. Семена, как и все живые существа, дышат, поглощая О2 и выделяя СО2. Дышат и днем, и ночью.
2. Сухие семена дышат очень медленно, активно дышат прорастающие семена.
3. Активно прорастающие семена выделяют тепло.
8 Ответ. Питание и рост проростка
В каждом семени зародыш имеет запас питательных веществ в виде крахмала, жира и белков, составляющих органические вещества семени. Эти питательные вещества расходуются при прорастании семени и росте проростка. При прорастании семян крахмал, содержащийся в эндосперме зерновки пшеницы, под действием особых веществ и воды превращаются в сахарный раствор, который притекает к зародышу. Питаясь этим раствором, клетки корешка, стебелька и почечки зародыша усиленно делятся, растут и дают начало проростку будущего растения.
Молодые растеньица, которые развиваются из зародыша семени, называются проростками. Первое время проростки питаются запасными веществами, которые накоплены в семени. Если семядоли при прорастании выносятся над почвой, то такое прорастание называется надземным (огурец, тыква, фасоль, морковь). В том случае, когда семядоли остаются под землей, - прорастание подземное (горох, дуб, пшеница, ячмень).
Рассматривая проростки, выросшие из целого семени, половины и четверти, можно сказать, что проросток с двумя семядолями получил наилучшее развитие потому, что он был полностью обеспечен запасами питательных веществ. Проростки с одной семядолей и с половиной семядоли имели недостаток в питании и развивались очень слабо. По мере роста проростка в эндосперме однодольных и в семядолях двудольных растений становится все меньше и меньше питательных веществ. Примерно к 4-х недельному возрасту проростков запас питательных веществ истощается полностью и проросток начинает питаться самостоятельно из почвы.
При прорастании семени сначала появляется корешок. Развиваясь, он переживает другие органы зародыша и быстро укрепляется в почве. По корням можно определить однодольное или двудольное растение развивается из семени. У проростков однодольных растений обычно образуется несколько корешков (у озимой пшеницы - 3, у яровой - 5). У проростков двудольных сначала, как правило, образуется один корешок, который потом начинает ветвиться.
Выводы:
1. Зародыш в начале развития питается веществами, отложенными в клетках эндосперма или самого зародыша.
2. Размер проростка зависит от запаса питательных веществ в семени: чем больше веществ, тем крупнее проросток.
3. Для посева следует отбирать крупные, здоровые, полновесные семена.
9 Ответ. Время посева и глубина заделки семян
Время посева семян определяется условиями, необходимыми для прорастания семян. Ранней весной, когда в почве накопилось много дождевой или талой воды, но почва еще не достаточно хорошо прогрелась, следует высевать семена холодостойких растений (пшеница, горох, овес, ячмень). Семенам этих растений для прорастания необходимо много влаги, а t-0, +1, +2 градуса. Семена теплолюбивых растений высеваются тогда, когда почва прогреется до +10, 12, 15 градусов (кукуруза, фасоль, огурцы, тыква, дыня), но будет хватать влаги для прорастания. Семена, посеянные с опозданием , попадут в теплую, но сухую землю, будут прорастать медленно, что снизит урожайность.
Процесс набухания семян сопровождается резким повышением интенсивности дыхания, но с некоторыми периодами затухания, что связано с перестройкой биохимических процессов.
Опыты В. Джеймса и А. Джеймса характеризуют общую картину изменения дыхания при прорастании. Они изучали выделение СО2 семенами ячменя, прорастающими в темноте при 21°С, и установили следующие 5 фаз в зависимости от содержания питательных веществ:
I фаза – идет поглощение воды, быстро развивается зародыш и используются запасные питательные вещества, отложенные в зародыше. Интенсивность дыхания постепенно нарастает. Продолжительность фазы 2 дня;
II фаза – мобилизуются углеводы эндосперма, интенсивность дыхания усиливается и на седьмой день достигает максимума;
III фаза – запасы эндосперма истощаются – интенсивность дыхания замедляется. Фаза продолжается до 12-го дня;
IV фаза – в обмен включаются другие вещества (белки и пр.). Интенсивность дыхания постепенно падает к концу фазы;
V фаза – проростки отмирают, развивается сапрофитная микрофлора. В дыхании замечается слабый подъем.
Ученый Лич на пяти сортах пшеницы при определении дыхания каждого зерна в отдельности установил 3 фазы в процессе набухания и прорастания.
Начальная фаза начинается с момента соприкосновения семян с водой и продолжается около 10 часов. При этом наблюдается медленный подъем интенсивности дыхания.
Средняя фаза продолжается от 10 до 30 часов, интенсивность дыхания нарастает, а в конце периода наблюдается ее падение.
Заключительная фаза – идет процесс прорастания и подъем интенсивности дыхания.
Исследования показали, что при прорастании семян, богатых углеводами, дыхательный коэффициент (ДК) близок к единице. Низкий ДК наблюдается при прорастании семян масличных культур, ибо при этом окисляются жирные кислоты и жиры превращаются в сахар, для чего требуется значительное количество кислорода. Это подтверждается также тем, что по мере того, как содержание жира в семени уменьшается, происходит увеличение сахаров.
На начальных фазах прорастания у масличных семян ДК около 1, так как в это время расходуются углеводы, содержащиеся в зародыше, но через 1–2 дня ДК падает до 0,3–0,4, что связано с распадом жиров до углеводов. После появления сахаров ДК снова повышается до 0,7–0,8, но никогда не достигает 1 потому, что на продолжающийся распад жиров и их окисление требуется большое количество кислорода.
Интенсивное дыхание, наблюдающееся при прорастании, связано с выделением большого количества тепла. Выделение большого количества тепла при достаточном увлажнении, которое происходит не только извне, но и за счет воды, появляющейся при нагревании, вызывает значительный местный нагрев.
Сейчас созданы аппараты (например, аппарат Тиана-Кальве), которые позволяют учесть тепловыделение даже одного семени. Исследованиями установлено, что в момент соприкосновения семян с водой немедленно начинается выделение тепла, которое достигает максимуму через 20– 40 минут. За это время выделяется около 1,2 кал в час. Затем выделение тепла снижается, а через 5 часов может быть даже поглощение его. Процесс этот физико-химический и протекает в результате увлажнения сухого вещества семени. Эта фаза, которую Прайт назвал гидростадией, является отправной точкой для последующей фазы, связанной с жизнедеятельностью пробужденных клеток прорастающего семени. В эту фазу семя реагирует только на воду. Интересно отметить, что, конец этой фазы совпадает с наступлением критической влажности семян, поэтому эта фаза имеет специфические черты и может рассматриваться как начальная фаза прорастания.
В дальнейшем, по прошествии 5 часов (то есть с 5 до 10 часов с момента увлажнения) тепла выделяется все меньше и меньше, либо происходит даже поглощение его. Такую фазу можно назвать фазой нулевого термогенеза. В этот период протекают сложные экзо- и эндотермические процессы, связанные с увлажнением, гидролизом, набуханием коллоидов, но в комплексе все эти реакции не сопровождаются выделением тепла в окружающую среду, а тепло используется внутри самого семени.
Затем начинается период биологического термогенеза – тепловыделение постепенно усиливается, нарастает, что связано с усилением дыхания, гидролизом питательных веществ, действием ферментов и с другими активными физиологическими процессами. Такое состояние называют термофазой, так как в это время прорастающее семя становится чувствительным к температуре, а затем появляется потребность в кислороде, а через 3 дня – в свете, и т.д.
Установлено, что повышение температуры в процессе набухания и прорастания сокращает период физико-химического термогенеза, повышает максимум тепловыделения, сокращает продолжительность нулевой фазы и ускоряет наступление биологического термогенеза.
При попеременном увлажнении и последующем подсушивании нулевая фаза выпадает и значительно ускоряется наступление биологического термогенеза. Семена, которые в условиях поля увлажняются и затем подсыхают, способны при последующем увлажнении очень быстро прорастать, что иногда и наблюдается после дождя, если ему предшествовал сухой период.
Семя в процессе прорастания может в какой-то степени влиять на термический режим в почве. Если считать, что при посеве в лунке находится 4 зерна кукурузы (больше 1 г), то даже через 24 часа они выделят около 35 калорий тепла за сутки, а в дальнейшем тепловыделение увеличится в несколько раз. Нетрудно подсчитать, что при низкой теплопроводности и довольно высокой теплоемкости почвы возможно повышение температуры окружающей почвы на несколько градусов. Это явление было обнаружено, когда изучали прорастание семян при пониженных температурах в камере искусственного климата.
Читайте также: