Набухание семян при прорастании

Обновлено: 04.10.2024

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.

Одним из основных условий для прорастания семян является их набухание. Во время набухания происходит не только изменение физического состояния семян — размягчение оболочек, увеличение объема и приобретение упругости зародышем (ядром) семени.

Но и создаются условия для начала биологических процессов в семени — пробуждения зародыша к деятельной жизни и перехода запасных питательных веществ семян в состояние, усвояемое пробужденным зародышем семени.

Набухание семян

Изучалось у следующих 18 пород:

Замачивание семян продолжалось до начала падения их веса или до появления признаков начала разложения зародыша…

Степень набухания учитывалась после различных сроков замочки процентным отношением прироста веса набухших семян к весу семян в воздушно-сухом состоянии. Одновременно изучалось влияние оболочек на набухание семян и устанавливались пути проникновения влаги к зародышу.

Проведенный опыт позволил установить сроки основного набухания семян разных пород, т. е. периода, в течение которого семя, погруженное в воду, набухает и при дальнейшем пребывании в воде незначительно увеличивается в весе.

Кривые, изображающие скорость набухания семян, у большинства пород имеют общий характер: вначале они поднимаются почти вертикально, затем принимают положение, близкое к горизонтальному.

А дальше несколько опускаются, в связи с началом уменьшения веса набухших семян вследствие вымывания их органического вещества.

Пути проникновения воды к зародышу

Изучались по появлению воды в отдельных частях семени и по состоянию зародыша. У набухшего семени он твердый и упругий при изломе, в то время как у сухого семени он крошится.

Сроки основного набухания семян в сутках представлены в табл. 1.

Приведенные сроки набухания изменяются в зависимости от состояния семян, что необходимо учитывать при регулировании влажности почвенной среды для стратификации семян.

Установленные сроки показывают, что большинство семян испытанных пород набухают довольно быстро, несмотря на наличие плотных оболочек, как, например, семена косточковых и орехов.

Это объясняется проницаемостью оболочек этих семян дли: воды, несмотря на их плотность.

Исследованием путей проникновения воды к зародышу установлено, что в начале вода проникает внутрь семян через особые канальчики, находящиеся в наружной деревянистой оболочке, а затем через стенки оболочек.

У семян вишни, персика водоподающий канальчик начинается у места прикрепления, косточки к плодоножке, проходит по шву, соединяющему створки косточки, и открывается около корешка зародыша семени.

Срок основного набухания семян

Количество воды, впитываемое семенами, в % к весу воздушно-сухих семян

У семян вишни, персика, миндаля имеется по одному такому канальчику (рис. 1, 2, 3), у семян абрикоса таких канальчиков два (рис. 4).

У семян ореха манчжурского вода проникает к зародышу по сосудистым пучкам, расположенным в канальчике, начинающемся от места прикрепления ореха к плодоножке.

Канальчик открывается между семядолями зародыша у места расположения воздушных камер (рис.5); так же устроены пути проникновения воды у семян ореха грецкого.

Например, у семян яблони вода проникает через канальчик, расположенный у места выхода зародыша из семени (рис. 6). У сырых семян липы вода проникает через проницаемые стенки коробочки и через поры рубчика на хрящеватой оболочке, покрывающей ядро.

У семян лоха узколистного вода проникает через косточку у места выхода зародыша из семени после размягчения швов, проходящих вдоль косточки в виде темных полосок (рис. 7).

У крылаток клена татарского вода проникает в семя через шов, соединяющий две крылатки, и через пленчатую оболочку, покрывающую ядро в рубчике, расположенном у места выхода зародыша (рис. 8).

У семян лещины и дуба вода начинает проникать через поры скорлупы, находящиеся у места прикрепления плода к плодоножке, и проходит по сосудистым пучкам, идущим под плотной наружной оболочкой и открывающимся у основания корешка зародыша.

У всех перечисленных пород вода проникает к зародышу вначале по специальным ходам, а затем через стенки оболочек, по мере размягчения их.

Наблюдение над набуханием семян в оболочках и зародышей, освобожденных от оболочек, показало, что у всех испытанных семян оболочки проницаемы для воды, но зародыши, освобожденные от оболочек, набухают гораздо быстрее, иначе говоря, оболочки не препятствуют набуханию, а только замедляют его.

У некоторых семян проницаемость оболочек для воды уменьшается по мере подсушивания их; примером могут служить семена липы, у которых проницаемость хрящеватой оболочки, покрывающей ядро, падает по мере подсыхания семян.

Так, если семена сырые (влажность 50%) через 4 суток дали 86% набухших, то подсушенные, в течение 2 суток (влажность 16%) — 45%. а подсушенные 12 суток (влажность 4,3%) — только 6%, набухших.

Есть и такие семена, у которых оболочки непроницаемы для воды и при замочке дают только незначительный процент набухших. К этой группе относятся семена гледичии и акации белой. Однако стоит только механически повредить оболочки этих семян, как начинается быстрое набухание их зародышей.

Наряду с изучением роли оболочек в набухании семян изучено влияние их па прорастание.

Для этой цели проращивались семена цельные, семена, покрытые только пленчатыми оболочками (твердью оболочки сняты), и зародыши, освобожденные от оболочек.

В результате исследований установлено, что у некоторых семян, как, например, у доха, миндалей, ореха грецкою, жолудя, оболочки не препятствуют набуханию, но препятствуют выходу зародышей, задерживают прорастание семян.

Зародыши семян лоха узколистого без оболочек дали в опыте 100% всходов через 2 суток: семена, покрытые пленчатой оболочкой, проросли через 3 суток; цельные семена в течение этого срока еще не начали прорастать.

Зародыши семян миндаля горького без оболочек, высаженные и песок, через 52 дня после дали 65% всходов; зародыши, покрытые пленчатыми оболочками, -25%, а цельные семена, помешенные в тех же условиях, начали прорастать только через 70 дней.

Зародыши семян миндаля колючего без оболочек через 52 дня дали 32% всходов, покрытые пленчатыми оболочками — 12%, а цельные семена через 100 суток дали только 2% всходов.

Зародыши семян фисташки без оболочек через 52 дня дали 75% всходов; они же, покрытые пленчатыми оболочками, дали 45% всходов; цельные семена только через 100 дней дали 28% всходов. Семена кедра цельные через 56 дней дали 2% всходов, а семена без скорлупы —20%.

Желуди цельные и без скорлупы были высеяны в ящик с почвой 11 декабря. При проверке 28 декабря оказалось, что у 50% желудей без скорлупы появился корень, 25% желудей сгнили и 25% еще не начали прорастать.

Из цельных желудей только у 15% начал появляться корень. К 25 января появились всходы у 40% зародышей, освобожденных от скорлупы, а у цельных желудей всходов еще не было.

У семян некоторых пород выходу зародыша из семени препятствует остаток эндосперма, имеющий вид двух белых упругих щитков, соединенных у места выхода зародыша.

Зародыши семян терна, освобожденные от покровов и помещенные в растильню, через 3 суток проросли на 100%; у зародышей с остатком эндосперма семядольки начали зеленеть, осевая часть зародыша удлиняться.

Но корешки их уперлись в остаток эндосперма и, не преодолев препятствия, а лишь несколько отодвинув его, начали быстро загнивать. Зародыши в оболочках, но без скорлупы, и цельные косточки совсем не проросли.

Зародыши свежих, семян вишни, взятые непосредственно после сбора и отделения от мякоти, освобожденные от скорлупы, пленчатых оболочек и остатка эндосперма, положенные в растильню, проросли через 6 суток; зародыши, с которых была снята только скорлупа, не проросли.

Зародыши семян вишни сбора предыдущего года, освобожденные от всех оболочек и положенные в растильню, не проросли и сгнили.

Этот опыт показывает, что на прорастание семян вишни влияют не только покровы их, но и состояние зародыша и питательных веществ семени.

В семенах яблони пленчатая оболочка с остатком эндосперма задерживает прорастание, по наличие оболочек не является основной причиной непрорастания семян.

Семена вишни, подсушенные в течение полугода, освобожденные от косточек и за стратифицированные в песке в январе, к весне сгнили, а цельные семена, помешенные в те же условия, хотя и не проросли, но остались жизнеспособными.

Зародыши семян яблони, вишни и терна, освобожденные от всех оболочек и высеянные во влажный песок, также сгнили, а одновременно высеянные в тех же условиях цельные семена остались здоровыми.

Эти данные показывают, что оболочки у трудно прорастающих семян имеют защитное значение и что остаток эндосперма и отчасти пленчатые оболочки у семян вишни, терна и подобных им препятствуют прорастанию зародыша.

Однако зародыши с началом усиленного роста их, с превращением запасных питательных веществ в усвояемое состояние, преодолевают эти препятствия, и семена прорастают.

Это происходит в тех случаях, когда семена помещены в условия, благоприятные для подготовки их к прорастанию, на продолжительные сроки.

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:

С момента прорастания начинается самостоятельная жизнь нового растения. В процессе прорастания зародыш переходит от покоя к активному росту. Его зачаточные органы увеличиваются в размерах.

Покой

Образовавшееся семя, как правило, прорастает не сразу. Сначала оно находится в покое. Покой семян может быть связан:

с отсутствием условий для прорастания;
с недоразвитием зародыша;
с наличием веществ, тормозящих прорастание.

Для прорастания семян необходимы определённые условия.

Главными условиями являются:

вода;
воздух;
достаточное количество тепла.

Вода является стартовым условием. Содержание её в покоящихся семенах не превышает 14%.

При повышении влажности начинается рост зародыша и биохимические процессы в запасающих тканях.

Температура роста у каждого вида своя. Клевер прорастает уже при +1 градусов по Цельсию, дыня – при +15.

Условия прорастания семян разъясним при помощи таблицы

Условие

Как влияет

Активизирует рост и разлагает сложные запасные вещества

Активизирует все химические реакции, в том числе, идущие в семени

Любая живая клетка нуждается в кислороде для дыхания

Некоторые растения прорастают только в темноте, некоторые только на свету

Запасные питательные вещества

Питают зародыш до начала у него фотосинтеза

Глубина заделки семян

Соответствует количеству запасных веществ, чем крупнее семя, тем глубже оно может заделываться в почву

Влияние света отмечено у небольшого числа видов. Многие растения способны прорастать и на свету, и в темноте.

Начало прорастания

Начинается прорастание с поглощения воды. Вода проникает в семя через специальное отверстие в кожуре, которое называется микропилем. Семя набухает.

Рис. 1. Набухшие семена.

Сложные запасные вещества разлагаются до более простых, пригодных для питания зародыша.

При прорастании семена оказывают сильное давление на окружающие предметы. Известны случаи, когда набухшие семена разрывали корпуса затонувших кораблей.

Появление корня

Первым семя покидает зародышевый корешок.

Это необходимо для закрепления растения в почве и перехода к самостоятельному почвенному питанию.

Эндосперм постепенно сморщивается, его вещества расходуются на рост корешка.

Рис. 2. Появление зародышевого корешка.

Корешок выходит через микропиле или разрывает семенную кожуру.

Корень всегда стремится вниз. Если проросшее семя в почве перевернуть, направив корень вверх, то он снова повернёт вглубь.

Появление проростка

Корень растёт, от главного корня отходят боковые. Теперь, когда всё семя может опереться на корни, оно выносится вверх растущим стеблем. Стебель, в отличие от корня, стремится к свету.

Семядоли, которые являются первой парой листьев, могут подниматься над землёй, или оставаться в почве.

Рис. 3. Стадии прорастания семени.

Заканчивается прорастание с переходом растения на потребление солнечной энергии.

Сроки прорастания

Время прорастания семян различно и зависит от:

температуры;
качества семени;
вида растения;
количества запасных питательных веществ.

У большинства растений сроки прорастания – от 3 до 22 дней.

Что мы узнали?

Изучая в 6 классе данную тему, мы выяснили какие структуры семени принимают участие в прорастании. Это зародыш и запасные вещества эндосперма или семядолей. Мы выучили условия и этапы прорастания семян: набухание семени, выход корешка, образование проростка. Этапы прорастания общие для всех растений. Влияние условий у разных видов несколько различается.

Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

Читайте также: