Теоретические основы подготовки семян к посеву

После созревания семян древесных и кустарниковых пород у них наступает вынужденный или глубокий период покоя. Это объясняется тем, что в процессе длительного взаимодействия организма и среды у семян выработалась определенная приспособленность прорастать в то время, когда появление всходов в наибольшей мере обеспечивает их сохранность в дальнейшем. Семена - посадочный материал, имеющие вынужденный покой, не прорастают до тех пор, пока им не будут созданы благоприятные условия (влага, тепло, аэрация). Как только этим семенам будут созданы необходимые условия среды, они выйдут из состояния покоя, и через некоторое время после посева дадут всходы (сосна обыкновенная, ель, лиственница, ильмовые и др.). Хранившиеся семена, имеющие глубокий покой, при посеве весной не прорастают без специальной подготовки. Глубокий покой семян, выработанный в процессе эволюции растительного мира, является биологически выгодным свойством для сохранения вида. М.Г. Николаева и др. (1999) считают, что причиной покоя семян является низкий уровень активности ферментов, который устраняется под воздействием внешних специфических факторов, главным образом пониженных температур. Если бы у семян не было глубокого покоя, то они при опадении на землю в конце лета - начале осени, попав в условия достаточной влажности и положительных температур, быстро бы проросли, что привело бы к гибели всходов от заморозков. В природе такие семена (посадочный материал) - осенью не прорастают, но набухают и в таком состоянии уходят под зиму. К весне эти семена переходят в состояние вынужденного покоя и под воздействием положительных температур, влаги, кислорода и солнечной радиации прорастают. В ряде случаев семена не прорастают из-за непроницаемости оболочки семян для воды.

Процессы, происходящие в семенах во время глубокого и вынужденного покоя, полностью не выяснены. Это объясняется тем, что семя очень сложная и во многом еще непознанная биологическая система. Однако достижения в области физики, химии, молекулярной биологии, биохимии, а также раскрытие внутренней организации и энергетики физиологических процессов, выявление закономерности взаимодействия органов тканей позволяют сделать некоторые суждения и теоретические обоснования приемов подготовки семян к посеву.

Рассматривая семя как саморегулирующуюся, самонастраивающуюся биологическую систему, можно сказать, что во время покоя семян эта система находится в равновесном состоянии, зародыш семени очень медленно потребляет запасное питательное вещество. При прорастании семян биологическая система выводится из равновесного состояния. При этом необходимо воздействие определенного комплекса факторов, вызывающих в системе возбужденные состояния благодаря которым осуществляются многие биологические процессы Такие состояния возникают при наличии разного рода источников энергии. Так, при намачивании семян в воде изменяется энергетический уровень всей биологической системы.

По мере поступления воды в семенах происходят многочисленные физиолого-биохимические изменения, обеспечивающие начало роста зародыша. Первые изменения начинаются вскоре после намачивания, когда содержание воды в семенах достигает 20 25 % При этом в зародышах активизируются имеющиеся гидролитические ферменты и ферменты аминокислотного обмена; начинается превращение аминокислот и образование субстратов дыхания В связи с этим одновременно усиливается дыхание, которое в это время идет главным образом за счет гликозила. При возрастании влажности до 45...50 % происходит дальнейшее усиление дыхания Затем начинается деградация крахмала и запасных белков, оводненность семян возрастает до 65.,.68%, и происходит накопление осмотически активных веществ (Сахаров, аминокислот, ионов калия) Это обеспечивает увеличение объема вакуолярнои системы клеток и дальнейшее поступление воды. После этого происходит заметное подкисление клеточных оболочек, приводящих к их разрыхлению. Таким образом, оводненность семян до 65...68 % обеспечивает процесс наклевывания их (Обручева Н.В. и др., 1997). Начальные процессы прорастания происходят за счет использования запасных отложений самого зародыша. Но когда трогаются в рост его осевые части и особенно появляется корешок, начинается массовая мобилизация питательных веществ запасающих органов семени Они включают в себя: распад запасных веществ; переток продуктов распада запасных веществ, например, из эндосперма в зародыш, или из семядолей к растущим частям зародыша; синтез из продуктов распада новых соединений.

С повышением температуры воды, окружающей семя, возникает дополнительная энергия, усиливающая его возбужденное состояние Это обеспечивает ускорение многих сложных биохимических реакций в процессе прорастания. При этом кислород воздуха и воды окружающих семя, усиливает и поддерживает возбужденное состояние всей системы на высоком энергетическом уровне. Включение в раствор дополнительных энергетических материалов в виде солей, кислот, щелочей в определенных концентрациях может ускорить процесс прорастания при более полном использовании энергетического материала семян. Присутствующие в растворе ионы металлов сами могут являться дополнительным энергетическим источником при химических реакциях прорастания.

Прорастание семян многих растений происходит более успешно при внутрисуточной смене температур. Режим переменной температуры благоприятствующей прорастанию, определяется сочетанием величины более высокой и более низкой температуры, различием между ними, т. е. амплитудой колебания в течение суток, продолжительностью воздействия той или иной температуры и количеством циклов (опавшие семена имеют днем температуру выше, чем ночью).

Биологическая система семян выводится из состояния покоя путем облучения их солнечным светом или другими источниками света. В этом случае повышается энергия прорастания и всхожесть семян, ускоряется рост и развитие всходов и сеянцев. Это объясняется тем, что свет, рассматриваемый как электромагнитные колебания и поток фотонов, несущих энергию, воздействуя на семена, вызывает электронное возбужденное состояние в биологической системе семян. Это происходит в результате того, что электроны атома, поглотив квант энергии, переходят на более высокие энергетические уровни. После такой обработки в эндосперме и в зародыше семян активизируются ферменты, приводящие к ускоренному переводу запасных питательных веществ семян из неусвояемой для зародыша и проростка формы в усвояемую в виде Сахаров (сахароза, фруктоза, глюкоза, рафиноза), свободных аминокислот и органических кислот. Усиливается протекание окислительных процессов, приводящих к образованию физиологически активных веществ, положительно влияющих на зародыш и вызывающих его интенсивный рост и развитие.

На прорастание облученных семян влияет не только длина фотопериода, но и качество света. По мнению многих авторов, стимулирующее действие оказывает красный свет. С ним связано образование фермента, который разрушает эндоспермный слой, механически ограничивающий рост зародыша. Однако действие света связано не только с этим. Красный свет способствует образованию стимулятора роста - гиббереллина, который активизирует прорастание семян. При этом красный свет не только активизирует образование общего содержания гиббереллина в тканях растений, но и способствует высвобождению свободных форм его из связанных. Красный свет оказывает более заметное влияние на всхожесть, энергию прорастания семян, рост растений, чем свет другого спектрального состава. В связи с этим не весь световой спектр солнца одинаково желателен для облучения семян. Учитывая это, в последнее время для создания светового потока определенной волны, а следовательно, и определенного спектрального состава, при облучении семян используют оптические квантовые генераторы (лазеры). Луч лазера стимулирующе действует на энергетический потенциал семян, рост и развитие растений, прохождение физиологических и биохимических процессов, а это в конечном итоге улучшает рост растений (доставка деревья).

В перспективе для стимулирования прорастания семян можно использовать квантово-резонансный излучатель (водородный газоразрядный генератор). Генерируемое им сверхслабое поле обладает следующими характеристиками: мощность потока на объект 0,5... 1,5 Вт/м2 в области невидимого излучения с максимумом 200...300 нм и частотой волны 10...100 МГц. Исследования показали, что генерируемое поле при определенных режимах оказывает положительное влияние на прорастание семян. Например, всхожесть семян ели европейской и лиственницы сибирской повысилась и по отношению к контролю составила соответственно 133 % и 238 % (семена лиственницы имели очень низкую всхожесть). Обработка семян стимулирующими дозами физических факторов, создаваемых лазерными, электромагнитными, высокочастотными и другими видами излучателей энергии, не изменяет их генетическую информацию, но повышает активность генома, стимулирует ростовые и формообразовательные процессы (Е.А. Калашникова, А.Р. Родин, 2004).

По хозяйственным соображениям семена (посадочный материал) древесных и кустарниковых пород после сбора в большинстве случаев не высевают, а хранят определенное время. При этом естественный ход подготовки семян к прорастанию нарушается, вследствие чего задерживается появление всходов, снижается грунтовая всхожесть посевного материала и качество выращиваемых из семян растений. Чтобы избежать этого, в практике лесного хозяйства семена перед посевом намачивают в воде и растворах микроэлементов и ростовых веществ, облучают светом и т. п. Для преодоления глубокого покоя семян применяют стратификацию.

В семенах, имеющих глубокий покой, содержатся ингибиторы, которые преобладают над гормонами роста (ауксинами и др.). При холодной стратификации резко снижается количество ингибиторов и возрастает количество ауксинов. В результате этого семена переходят в состояние вынужденного покоя и способны прорастать. Таким образом, если при сборе и переработке лесосеменного сырья, хранении и транспортировке семян нельзя допускать выведения биологической системы семени из равновесного состояния, то при подготовке семени к посеву, наоборот, необходимо перевести эту систему в возбужденное состояние.

Семена, прошедшие предпосевную подготовку при наличии воды, тепла и кислорода, прорастают. При этом вода растворяет запасные питательные вещества, делает их доступными для питания развивающегося зародыша. Активизируется работа разнообразных биологических катализаторов - ферментов, происходит образование фитогормонов, которые являются регуляторами ростовых и метаболических процессов в семенах, ускоряется переход нерастворимых запасных питательных веществ в доступную форму.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: