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, 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 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 вакуолярной 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 стиму­лирующее действует на энергетический потенциал семян, рост и раз­витие растений, прохождение физиологических и биохимических процессов, а это в конечном итоге улучшает рост растений.

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/м 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, АР. Родин, 2004).

По хозяйственным соображениям семена 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.