Процесс прорастания семян

Развитие любого растения начинается с прорастания семян. У семени (лат. Semen), упавшего на землю, не так уж много шансов выжить: ему угрожают птицы, грызуны, насекомые и некоторые млекопитающие. При засухе и чрезмерном увлажнении, во время холода и при сильной жаре сумеет прорасти далеко не каждое семя. Рассмотрим, какие условия влияют на прорастание и как оно происходит.

Последовательность прорастания

Прежде чем над поверхностью почвы появится сформированный проросток, в семени должны произойти важные процессы, которые можно разделить на несколько фаз:

1. Поглощение воды;
2. Набухание, а затем проклевывание;
3. Появление первичных корешков;
4. Появление и развитие ростка;
5. Появление и развитие проростка.

На первом этапе вода, проникающая в клетки семени, связывается содержащимися в ней соединениями. При этом начинает повышаться интенсивность дыхания семян. Во второй фазе, когда после насыщения клеток, появляется свободная вода, ферментная система и дыхание резко активизируются. В результате происходит наклевывание.

С момента роста первичного корешка начинается третья фаза, когда происходит подготовка к развитию ростка, которое возможно только при наличии особого влажностного режима, отличного от других фаз. На четвертой фазе с появлением ростка продолжается рост корешков и появляется росток. В это время при наличии соответствующих условий росток интенсивно развивается. В конце периода он переходит на автотрофное питание, то есть приобретает способность синтезировать органические вещества из неорганических.

Процесс прорастания заканчивается на пятой фазе. Его можно считать успешно завершенным, если проросток (росток с первичными корешками) полностью сформирован. На этом этапе у круглых семян корешок имеет длину не менее диаметра семени, у всех остальных – не менее его длины.

Типы прорастания семян

У разных растений проростки могут формироваться по-разному. Например, у моркови, подсолнечника, огурца, фасоли, яблони, сливы и др. они образуются над землей. У гороха, дуба, кукурузы, ржи, ячменя и др., напротив, семядоли остаются в почве. Первый тип прорастания называется надземным, второй – подземным.

Надземное прорастание

В тех случаях, когда заметно развившийся зародышевый стебелек (гипокотиль) выглядывает из почвы в виде семядоли, процесс называется надземным прорастанием. При этом на поверхности земли гипокотиль появляется в виде “крючка”, дуги или петли и вначале растет неравномерно. Выпрямившись, он тянет за собой семядоли с зародышевой почкой.

При таком типе прорастания у однодольных над почвой оказывается единственная семядоля. Это происходит за счет собственного роста растений в результате работы вставочной системы, которая находится в ее основании. Это обстоятельство обуславливает появление “крючка”, который, распрямившись, тянет за собой кожуру семени.

Справка. Вставочная (интеркалярная) меристема – это активно развивающиеся мерисематические участки, которые обычно находятся в основании междоузлий стебля. Мериситемы (по-древнегречески — ”μεριστός” — делимый), представляют собой образовательные ткани растений, которые состоят из клеток, обеспечивающих постоянное нарастание массы. Их характерной особенностью является интенсивное деление и сохранение активности в течение всего жизненного цикла. Мерисистемы поставляют материал для формирования проводящих, механических и других специализированных тканей.

Подземное прорастание

При данном типе прорастания у двудольных растений на поверхности земли появляется верхушечный участок главного побега, хорошо прикрытыми первыми листьями. Именно они пробивают почву. Зародышевый стебелек при этом, в отличие от надземного типа, не удлиняется.

Семядоли, остающиеся в почве, играют роль хранилища запасных веществ (например, у дуба) или выполняют функции гаустория – корневой структуры, разрастающейся в стороны, чтобы поглощать растворенные в воде питательные вещества (например, у лука).

У некоторых растений проросток формируется несколько иначе. Так, у злаков начале набухает корневое влагалище (колериоза), на поверхности которой формируются всасывающие волоски. Затем из зародышевого корешка вырастает главный корень. Он рвет колериозу.

У кукурузы и проса главный корень формируется при образовании проростков. У овса и пшеницы параллельно с главным корнем растут и придаточные, которые образуются на зародышевом стебельке. По развитию они не отличаются от главного корня.

Условия для прорастания

Семена могут годами лежать в зернохранилищах, на складах, в магазинах, в домах, но как только они будет помещены в подходящие условия, начнется процесс развития зародыша. Для этого необходимы три основных условия:

• наличие влаги;
• соответствующая температура;
• присутствие кислород.

При совокупности трех этих условий семя может пойти в рост даже если оно не находится в земле. При попадании его в почву дополнительно влияет глубина заделки. Семена маленького размера сеют мелко, более крупные – относительно глубоко.

Изучение процесса

Наблюдать прорастание семян в природе довольно сложно, гораздо проще провести исследование необходимых условий в лабораторных или домашних условиях. Одной из самых “удобных” в этом отношении культур является нут.

Замачивание семян

Для этого горошины до верха насыпают в стакан, а затем заливают водой. Примерно через час семена начинают выталкиваться из емкости. Это происходит из-за увеличения их размеров при впитывании влаги.

Для уточнения объема поглощенной воды взвешивают сухой нут, а через 6 часов – набухший. Разница в массе даст количество воды в граммах. Как показывает практика, бобовые вбирают в себя количество воды, превышающее собственную массу.

Интересный факт! Если при проращивании семена нута поместить в плотно закрытую стеклянную емкость и пересыпать их мокрым песком, то примерно через час стекло лопнет. Такую силу имеют прорастающие семена.

Влияние воды

Если в одну чашку Петри положить сухие семена, в другую – влажные, и сверху прикрыть их, то через сутки в первой чашке не произойдет никаких изменений, а во второй проклюнутся ростки. Это означает, что вода, попав внутрь семени, растворяет находящиеся внутри него питательные вещества, и зародыш получает толчок к развитию.

Потребность в кислороде

При проведении этого эксперимента тоже использовались два чашки Петри. В первой семена основательно залили водой, во второй – лишь смочили салфетку. Через 3 дня в первой чашке вода стала мутной, а набухшие семена погибли. Во второй – появились ростки. Причина гибели семян заключается в том, что вода вытеснила кислород, необходимый для прорастания, в то время как влажные семена могли дышать, и, следовательно, расти и развиваться.

Влияние тепла

В данном опыте в три чашки Петри положили набухшие горошины нута. Одну поставили в холодильник, вторую – в прохладное место, третью – в теплое место. В итоге с семенами, находившимися в холодильнике, ничего не произошло, в прохладном месте появились ростки, а в теплом – не только росток, но и корешок.

Влияние света

Чтобы понаблюдать за тем, насколько свет оказывает влияние на прорастание, в два стаканчика с землей посадили набухшие семена. Один оставили на окне, второй убрали в шкаф. Через две недели в первом стаканчике на хорошо сформированных ярко-зеленых ростках развернулись листики. Во втором – ростки вытянулись, имели бледную окраску, а листики не развернулись.

Изменением температуры при прорастании

Сущность опыта состоит в следующем. На дно термоса насыпают нут и прикрывают его сверху влажной ватой. В крышку термоса плотно вставлен термометр, нижняя часть которого доходит до нута. Через пять суток были обнаружены проросшие горошины, а температура внутри термоса увеличилась на 7 °С. Это произошло за счет выделения тепла, которое образуется когда при прорастании поглощается кислород и выделяется углекислый газ.

Факторы, влияющие на прорастание семян

На прорастающее семена могут оказывать влияние как внутренние, так и внешние факторы. Если семя не дозрело, то оно не способно прорасти. Поэтому главный внутренний фактор – это наличие живого зародыша. Какие бы оптимальные условия ни создавались, но если он мертв, то прорастания невозможно.

При соблюдении необходимых условий по влажности, поступлению кислорода, температурному режиму и глубине заделки, для улучшения прорастания существуют специальные агротехнические приемы.

Например, скарификация (трение семян о шероховатую поверхность для нарушения целостности наружного слоя) облегчает семенам с твердой оболочкой легче напитываться водой для запуска процессов прорастания. Эту же цель преследует импакция, когда вместо трения используют удар.

Хорошей эффективностью отличается способ, предложенный известным селекционером И.Мичуриным – стратификация – выдерживании семенного материала во влажном субстрате. Разработан метод обработки семян в лучах красного спектра. Кроме того, созданы специальные вещества, пробуждающие зародыши к жизни.

Видео о прорастании семян

Заключение

Начальный период развития любого растения закладывает основу для его дальнейшего жизненного цикла. Зная закономерности, условия и факторы воздействия на процесс прорастания, можно оказывать на него серьезное влияние.