Типы семян по скорости прорастания и сохранению всхожести

Строение двудольного семени

Семядоли предназначены для питания проростка питательными веществами либо непосредственно, если они сами содержат их, либо косвенно, осуществляя их транспорт из эндосперма или перисперма. Кроме того, если семядоли выносятся при прорастании на поверхность (надземное прорастание), то до появления первых настоящих листьев они питают проросток продуктами запускаемого в них фотосинтеза.

В зависимости от числа семядолей большинство покрытосеменных растений делятся на однодольные и двудольные, которые, кроме числа семядолей отличаются также и морфологическими признаками, в частности, строением стебля, корня и листа. Количество же семядолей у семян голосеменных (в основном к голосеменным относятся хвойные растения) может быть существенно больше.

Зародыш - зачаток будущего растения, содержащий зачатки его будущего корня и стебля.

Почечка - зачаток будущей апикальной (верхушечной) почки растения, которая будет обеспечивать рост стебля в высоту.

Стебелек - зачаток будущего стебля растения. Включает два участка: гипокотиль - участок от корешка до семядолей и эпикотиль - участок от семядолей до почечки.

Корешок - зачаток будущего первичного корня растения.

Эндосперм - ткань, содержащая питательные вещества, необходимые для начального роста проростка. При наличии эндосперма семядоли выполняют роль транспорта его питательных веществ к зародышу.

Перисперм - ткань, также, как и эндосперм, содержащая питательные вещества, но отличная от него. Если при наличии перисперма присутствует и эндосперм, то последний для первого выполняет роль транспорта его питательных веществ к семядолям.

Кожура - жесткая оболочка семени, защищающая его от внешних воздействий.

Микропиллярный след - углубление или отверстие в том месте, гле семя крепилось к семяножке, обычно на линии бороздки рубчика. В этом месте кожура отсутствует или ослаблена, что облегчает всасывание воды при набухании семени и выход наружу растущего корешка.

У зародышей семян некоторых растений могут присутствовать дополнительные элементы, например, колеориза - чехольчик, защищающий корешок при его прорастании в почве, колеоптиль - чехольчик, защищающий почечку при прорастании в почве эпикотиля, и ряд других.

Питательные вещества, запасенные в семядолях, эндосперме и перисперме, включают крахмал, жирные масла, белковые вещества и клетчатку. У разных растений в семенах преобладают разные питательные вещества, что предопределяет их хозяйственное назначение, например, производство растительного масла (масличные культуры), продуктов белкового питания (бобовые и крупяные культуры), продуктов углеводно-белкового питания (зерновые культуры) и т.д.

В составе семян также содержится весь необходимый для начального роста и развития запас ферментов и фитогормонов. Содержание воды в семенах минимально - от 5% до 20%, что позволяет им долго находиться в состоянии покоя, т.к. при таком содержании воды процессы метаболизма полностью остановлены. Также в составе семян присутствует и необходимый запас минеральных веществ.

АКТИВАЦИЯ ПРОРАСТАНИЯ

Для прорастания семян необходимо снабжение их достаточным количеством воды и кислорода, а также оптимальная температура окружающей среды. Кроме того, некоторым семенам для стимуляции прорастания может потребоваться свет (см. фотоморфогенез), а некоторым, наоборот, свет может быть вреден.

При набухании семян и повышении в них содержания воды до требуемого уровня происходит активация ферментов, запускаются процессы транспорта и метаболизма. При этом осуществляется трансформация запасеных питательных веществ в формы, легко усваиваемые зародышем, в т.ч. крахмал расщепляется на сахариды вплоть до глюкозы, белки - на аминокислоты, а жирные масла - на жирные кислоты.

Активация прорастания семян

С активацией процессов метаболизма в работу вступают фитогормоны, стимулируя рост и деление клеток корешка и стебелька, и процесс прорастания запускается уже на уровне морфогенеза, т.е. на уровне образования, роста и развития органов растения.

При недостатке в семени воды процесс прорастания может вообще не начаться. Недостаток воды может быть вызван ее недостатком в почве, а также плохой проницаемостью кожуры. Поэтому перед высадкой в землю семена часто замачивают, а также подвергают скарификации - понижению прочности и толщины кожуры, например, путем нанесения царапин наждачным инструментом.

При недостатке кислорода в семени могут накапливаться вредные для зародыша вещества - этиловый спирт, молочная кислота, аммиак. Недостаток кислорода может быть обусловлен избытком воды в почве или повышенной плотностью почвы, а также имеет место при замачивании семян непосредственно в воде или в плотном, сильно переувлажненном материале. Поэтому при замачивании непосредственно в воде применяют барботирование - энергичное прокачивание через воду воздуха с образованием пузырьков.

Температура.

Температура при которой семена могут прорастать, лежит в диапазоне от 0°C-5°C до 45°C-48°C. Однако при пониженной температуре снижается поступление воды, тормозятся процессы метаболизма, нарушается соотношение фитогормонов и возникают другие отклонения, что ведет к нарушению нормального развития проростка. Повышенные температуры также могут привести к негативным последствиям. Оптимальный для прорастания температурный диапазон различен для различных растений, однако в большинстве случаев, в среднем, равен 20°C-30°C

Необходимость света для прорастания также зависит от вида культур. У некоторых растений семена по параметрам освещения определяют, находятся они в тени других растений, или нет, соответственно в тени процесс прорастания не активируется. Поэтому такие семена предварительно подвергают облучению светом заданной длины волны и интенсивности. Это более характерно для мелких семян, например, для некоторых видов салат, а также для травянистых сорняков.

Стимуляция покоящихся семян

ПРОЦЕСС ПРОРАСТАНИЯ

Первым начинает расти зародышевый корешок. Его задача - укорениться и начать питать проросток водой и находящимися в ней питательными веществами. Корешок прорастает через микропиллярный след и далее, независимо от положения семени, начинает расти отвесно вниз по направлению вектора гравитации, что обеспечивается механизмом геотропизма, при этом начинают формироваться боковые корешки.

После укоренения зародышевого корешка начинается рост зародышевого стебелька. Если начальный рост стебелька обеспечивается ростом его эпикотиля, т.е. надсемядольной части, то семядоли остаются в земле. Такое прорастание называется подземным или гипогейным. Оно характерно для однодольных, в т.ч. для трав и злаков и может происходить по-разному. В одном случае эпикотиль может расти рядом с семенем, в другом - прорастать через него. В любом варианте после выхода эпикотиля на свет из почечки выходит побег с первым настоящим листом и запускается процесс фотосинтеза. До этого момента питание проростка осуществляется органическими веществами, запасенными в семядоле (или в семядолях).

Вариант подземного прорастания семян

В случае же, если начальный рост стебелька обеспечивается ростом его гипокотиля, т.е. подсемядольной части, то он, прорастая, вытягивает семядоли на поверхность. Такое прорастание называется надземным или эпигейным и оно более характерно для двудольных растений. С выходом на свет в семядолях стартует процесс фотосинтеза и они продолжают питать проросток, но уже не запасенными, а синтезируемыми веществами. При этом также начинается рост эпикотиля, а из почечки распускается первый настоящий лист. С активацией в нем фотосинтеза семядоли отмирают.

Вариант надземного прорастания семян

Внимание! Следует отличать семядоли от настоящих листьев. Это необходимо при определении агротехнических сроков, связанных с появлением первых настоящих листьев, в частности, сроков обработки агропрепаратами.

Рассмотренные варианты прорастания характерны для большинства культурных растений. Тем не менее, в рамках двух принципиальных схем - надземного и подземного прорастания у некоторых растений могут быть свои индивидуальные особенности.

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОРАСТАНИЯ

Для оценки прорастания семян применяют следующие показатели:

Всхожесть - в общем случае количество появившихся всходов в процентах к количеству высеяных семян.

Полевая всхожесть - всхожесть в реальных полевых условиях.

Энергия прорастания - процент проросших при лабораторных испытаниях семян за более короткий срок, чем при испытаниях на всхожесть. Определяется по тому же ГОСТу, что и всхожесть.

Сила роста - количество здоровых ростков в процентах от общего числа вышедших на поверхность или масса зеленых проростков в пересчете на 100 растений. Этот показатель лучше характеризует полевую всхожесть, однако стандартизованных методик его определения нет.

Сроки сохранения всхожести семян различны для различных растений и могут варьироваться от нескольких дней, если семена не защищены от высыхания (например, у ив, тополей, клевера и др.) до 5-10 и более лет.

Более подробно о показателях прорастания семян, методах их измерения и сроках сохранения всхожести см. в отдельной публикации.

КРАТКОЕ РЕЗЮМЕ

Семена различных культур имеют ряд общих принципов внутреннего строения и процесса прорастания, но при этом могут иметь видовые и индивидуальные особенности. И общие принципы, и особенности надо принимать во внимание при выборе технологии предпосевной обработки семян, чтобы избежать ошибок и ненужных затрат.

Условия прорастания семян. Главные условия, необходимые для прорастания семян – наличие воды, доступ воздуха, определенная температура. Свет на прорастание влияет неоднозначно. Семена многих растений безразличны к свету. Семена других не способны прорастать без света. Так, только при воздействии света прорастают семена табака. Наоборот, семена фацелии прорастают только в темноте.

Не всегда семена прорастают сразу даже при самых благоприятных условиях. Нередко наблюдается глубокий покой семян. Причины покоя различны. Одна из них – недоразвитость зародыша в зрелом семени. Другая причина – твердость, водонепроницаемость покровов семени, которые механически препятствуют прорастанию. Наконец, в тканях околоплодника и семенной кожуры вырабатываются ингибиторы, химически тормозящие прорастание.

Покой семян – важное приспособительное свойство. Благодаря ему семена избегают преждевременного прорастания (что особенно опасно в климате с суровой зимой) и в период покоя они расселяются.

Для более быстрого проращивания семян культурных растений применяют стратификацию и скарификацию. Стратификация – выдерживание семян во влажной среде при низких положительных температурах (например, семена яблони, груши и др. плодовых). Скарификация – разрушение твердых покровов семян с помощью перетирания, надрезания и т.п. (например, клевер, люцерна, косточковые).

По скорости прорастания и сохранению всхожести можно выделить 4 типа семян:

1. Семена обладают длительным глубоким покоем и долго сохраняют всхожесть. Прорастают нередко через 1-2 года и более после опадения. Примеры: многие древесные растения, лесные травы, полевые сорняки.

2. Семена прорастают сразу или вскоре после опадения. Всхожесть сохраняют в течение нескольких (7-18) лет. Например, большинство культурных злаков, многие дикорастущие луговые и степные травы.

3. Семена прорастают сразу и быстро теряют всхожесть [ивы, тополя, куколь, мать-и-мачеха (Tussilago farfara), многие растения влажных тропиков (кофе)].

4. Семена прорастают прямо на материнском растении, до опадения (древесные виды мангровых зарослей – Avicennia, Rhizophora).

Прорастание семян. Прорастанию семян предшествует их набухание. При этом поглощается большое количество воды и происходит обводнение тканей семени. Семенная кожура в процессе набухания обычно разрывается.

Одновременно с поглощением воды в тканях семени начинается активная ферментативная деятельность. Вещества запаса переходят в растворимое состояние и поглощаются клетками меристемы зародыша. Обычно семядоли зародыша выделяют ферменты, растворяющие вещества эндосперма или перисперма. Т.о. первая функция семядолей в семенах с эндоспермом или периспермом – секреторная. В дальнейшем в таких семенах семядоли выполняют функцию всасывания питательных веществ для зародыша.

В результате усиленного питания все органы зародыша начинают разрастаться. Первым наружу выходит зародышевый корешок – через разрыв кожуры или через микропиле. Он укрепляет проросток в почве и начинает всасывать извне воду и минеральные вещества. Одновременно растет и гипокотиль. Он подталкивает кончик корешка в почву.

Семядоли ведут себя по-разному. Если запасы питательных веществ находились вне зародыша, то семядоли вначале выделяют ферменты, а потом всасывают эти вещества. Затем они могут быть вынесены на поверхность почвы, позеленеть и стать первыми ассимилирующими листьями проростка. Такое прорастание называют надземным. При надземном прорастании семядоли выносятся на поверхность по-разному. У двудольных – за счет роста подсемядольного колена. У однодольных семядоли растут своим основанием и выносятся на поверхность.

Если семядоли так и остаются под землей, прорастание называется подземным. Первыми ассимилирующими листьями в этом случае становятся первичные (ювенильные) листья.

Если запасы были сосредоточены в самих семядолях, то они прежде всего отдают их тканям зародыша. Сами же семядоли в этом случае сморщиваются и отмирают, не выходя из семени (например, дуб, горох). Реже такие семядоли все же выходят на поверхность, зеленеют и служат первыми ассимилирующими органами (фасоль, тыквенные).

В процессе прорастания семян помимо роста и смены функций зародышевых органов, происходит также новообразование органов. На конусе нарастания продолжают закладываться листовые зачатки. Ранее заложенные листовые зачатки развертываются. Участки стебля между ними разрастаются, образуя междоузлия. Зародышевый корешок превращается в главный корень проростка. По мере роста он ветвится. Боковые корни вместе с главным образуют систему главного корня.

Стебель проростка у большинства растений вначале петлеобразно изогнут. Поэтому через почву стебель пробивается верхушкой своего изгиба. В результате почка не повреждается. Позднее стебель распрямляется.

Строение проростка. В типичном случае проросток имеет следующие морфологические особенности. Стебель его подразделяется на подсемядольное колено (гипокотиль) и надсемядольное колено (эпикотиль). Эпикотиль – участок между семядолями и первичными листьями.

Семядоли у большинства растений имеют простую форму, цельнокрайние. Первичные листья могут быть недоразвитыми чешуевидными (при подземном прорастании) или зелеными – при надземном. Но в последнем случае первичные листья тоже сильно отличаются от листьев взрослого растения данного вида. Их называют ювенильными. Ювенильные (юношеские) листья обычно мельче и проще по очертаниям, чем типичные (дефинитивные) листья взрослого растения. От таких ювенильных до типичных листьев можно проследить ряд постепенных изменений – т.н. листовую серию. Иначе говоря, листовая серия – совокупность листьев молодого растения от семядолей до первого типичного листа.

Т.о., проростки уже имеют все основные вегетативные органы. У них есть системы побегов и корней, которые в дальнейшем продолжают нарастать.

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.

Для прорастания семян необходимы определенные условия:

• наличие воды (ткани семян обезвожены и содержат 10–15% влаги);

• доступ воздуха (обеспечивает процессы дыхания);

• оптимальная температура (+25–35°);

• для некоторых семян – свет (табак, салат).

Однако не всегда семена прорастают при наличии всех благоприятных условий. Часто наблюдается глубокий покой семян, причины которого могут быть различны:

• недоразвитый зародыш (на дозревание семени женьшеня требуется три года), обуславливающий так называемый морфологический покой семян;

• водонепроницаемые (бобовые) или твердые (косточковые) покровы, механически препятствующие прорастанию;

• наличие веществ-ингибиторов, химически тормозящих прорастание (ясень);

• пониженная газопроницаемость внутренних слоев покровов (злаки, табак).

Последние три причины обуславливают органический покой семян. Покой семян характерен для многих семян умеренной зоны и является приспособлением к перенесению неблагоприятных условий (зима). Затем покровы разрушаются, перегнивают, ингибиторы прорастания вымываются, зародыш дозревает и семя прорастает.

По скорости прорастания и сохранению всхожести можно выделитьследующие типы семян:

• с длительным, глубоким покоем и длительно сохраняемой всхожестью (многие древесные растения, травы);

• прорастающие сразу или через некоторое время после опадения и сохраняющие всхожесть в течение нескольких лет (культурные злаки, овощные культуры);

• прорастающие сразу и быстро теряющие всхожесть (ива, тополь);

• прорастающие на материнском растении (авиценния).

Процессу прорастания предшествует набухание, связанное с поглощением большого количества воды и обводнением тканей семени. При этом кожура обычно разрывается. Начинается активная ферментативная деятельность, связанная с мобилизацией запасных веществ, которые начинают поглощаться зародышем. Зародыш увеличивается в размерах. Из разрыва кожуры или микропиле выходит корешок, укрепляющий растение в почве, и начинает самостоятельно всасывать воду (гипокотиль подталкивает корешок в почву). Далее возможны два типа прорастания семян:

• эпигенное (надземное) наблюдается у растений с небольшими семядолями (однодольные, некоторые двудольные); при этом сильно удлиняется гипокотиль, выносящий семядольные листья на поверхность. Вслед за семядольными появляются настоящие первые листья;

• гипогенное (подземное) встречается у растений с массивными семядолями, выполняющими запасающую функцию (бобовые). При этом сильно удлиняется эпикотиль, семядоли остаются в земле, а на поверхность выносятся только первые листья. Такие растения обычно имеют хорошо сформированную почечку.

Читайте также:

  
• Уход за жимолостью осенью подготовка к зиме
  
• Повышение урожайности возделываемых земель и разведение высокопродуктивных пород скота
  
• Адраспан трава полезные свойства
  
• Ландшафтные посадки в лесопарках
  
• Урожайность сельскохозяйственных культур в расчете на убранную площадь