Известно много таких семян, в которые вода проникает легко, но они все же не прорастают. Некоторые семена, например, не прорастают, если они высеяны сразу после уборки. Для того чтобы такие семена тронулись в рост, нужен какой-то период. Этот период назван покоем семян. И. В. Мичурин указывал, что в каждом семени, находящемся в покое, т. е. в сухом виде, процесс жизни не останавливается, совершается постоянный, хотя и медленный, обмен веществ, поддерживающий жизнь зародышевой клетки, причем правильное течение такого обмена всецело зависит от условий среды, в которых находится семя.
На первый взгляд покой семян — отрицательное явление. На самом же деле переход их в состояние покоя — полезное биологическое свойство, предохраняющее семена от преждевременного прорастания и гибели под воздействием неблагоприятных условий внешней среды.
Если бы у семян не было периода покоя, то человек испытывал бы чрезвычайно большое затруднение при их сборе, хранении и посеве. Имеются сорта кукурузы, семена которых лишены периода покоя, и потому они легко прорастают на зеленом початке материнского растения, образуя крупные проростки. Это явление наблюдается и у некоторых сортов пшеницы, ржи и других культур. Понятно, такие сорта не нашли широкого распространения, так как их семена невозможно хранить.
Чем же объясняется состояние покоя семян? Причины, препятствующие прорастанию семян, различны. У одних (грецкий орех, миндаль и др.), как отмечалось выше, это связано с наличием твердых покровов семени, задерживающих поступление воды к зародышу, у других (бересклет, ясень и др.) зародыш покрыт веществами, задерживающими его прорастание, а у третьих (липа, дурнишник и др.) зародыш покрыт пленкой, не пропускающей кислород.
Некоторые исследователи переход семян в состояние покоя связывают с прекращением образования жизненно необходимых соединений и накоплением в тканях веществ, задерживающих прорастание зародыша. Действительно, в некоторых семенах найдены такие тормозители. Например, семена сосны и ржи, смоченные водной вытяжкой из семян абрикоса, совершенно не прорастают. Экстракт из семян сахарной свеклы задерживает прорастание семян ячменя, гороха, куколя и других растений.
Установлено, что тормозителями у семян свеклы являются оксибензойная, ванилиновая, оксикоричная и феруловая кислоты.
В семенах с низкой всхожестью у других растений также найдены вещества, которые тормозят прорастание. К ним относятся тирозин и аммиак.
Чрезмерное накопление в семенах витаминов также может задерживать прорастание семян. Так, по мере хранения в семенах саксаула, чогона и некоторых других в несколько раз увеличивается содержание витамина Р. В пользу того, что витамин Р, накапливаясь в значительных количествах, тормозит прорастание семян, говорит и такой факт. Если всхожие семена этих растений намочить в растворе витамина Р и тем самым повысить его содержание, то прорастание таких семян задерживается. Соединения, близкие к витамину Р, найдены и в оболочке пшеницы с красным зерном. Эти вещества также задерживают прорастание свежеубранных зерновок.
Некоторые стимуляторы роста, накапливаясь в больших концентрациях в семенах, могут также задерживать их прорастание. Установлено, что покоящиеся семена бересклета, ясеня и клена содержат такие концентрации индолилуксусной кислоты (гетероауксина), которые подавляют прорастание семян.
Очень редко прорастают семена в плодах. В связи с этим было высказано предположение, что в их околоплоднике содержатся вещества, тормозящие прорастание семян. Чтобы проверить правильность этого предположения, был поставлен такой опыт. Из околоплодников приготовляли водный экстракт и в нем намачивали семена, вынутые из этих же плодов, часть семян намачивали в воде. Оказалось, что в первом случае тормозилось прорастание семян и рост проростков. Так, при намачивании семян шелковицы в экстракте проросло 14% семян, а при выдерживании в воде — 73%.
Другими опытами было установлено, что количество тормозителей уменьшается по мере созревания плодов.
Природа тормозителей прорастания пока еще слабо изучена. Ясно одно, что у разных семян химические вещества, тормозящие их прорастание, неодинаковы. В связи с этим и нейтрализация веществ, задерживающих прорастание семян, проводится разными методами. В одном случае содержание этих веществ в семенах уменьшается при вымывании, т. е. когда семена намачиваются в воде; в другом — необходима обработка семян стимуляторами роста; в третьем — действуют на семена физическими факторами (свет, температура и др.)
Торможение прорастания связано не только с наличием веществ, задерживающих этот процесс, существенное значение имеет и состояние клеток. Профессор П. А. Генкель объясняет состояние покоя тем, что в созревающих семенах образуются сложные соединения. Они отделяют протоплазму от стенок, что приводит к нарушению связи между клетками. На поверхности протоплазмы появляется жировой слой, препятствующий проникновению воды и защищающий содержимое клетки от действия неблагоприятных условий внешней среды.
В настоящее время найдены приемы, помогающие семенам выйти из состояния покоя.
При перетирании семян с песком, толченым стеклом или на особых машинах открывается доступ к зародышам воды и кислорода и семена прорастают.
Многие семена требуют иной подготовки — стратификации. С этой целью их смешивают с влажным мелкозернистым песком в соотношении по объему: одна часть семян на три части песку.
В качестве среды для стратификации обычно используют речной песок. В течение всей стратификации поддерживают влажность песка 30—50% от его полной влагоемкости. Слой семян с песком для семечковых пород должен быть не выше 25 см, для косточковых — не больше 40 см.
Существенное значение для стратификации семян имеет температурный режим. Наиболее благоприятная температура для стратификации 0—1°, при понижении ее до —6° замедляется процесс стратификации, ниже —6° уменьшается всхожесть семян, а при температуре ниже —15° семена погибают.
Кроме песка, для стратификации используют и мох. Последний в силу своей высокой влагоемкости, большой аэрации и антисептических свойств считается лучшей средой для стратификации.
В зависимости от природы семян плодовых культур продолжительность стратификации различна. Для семян яблони Сибирка период стратификации равен 25—30 дням, для семян Аниса и Антоновки — 80—90, для семян алычи, чернослива, вишни Антиповка — 120—150, а для семян вишни обыкновенной — 150—180 дням.
Особенно заметно ускоряется прорастание семян при стратификации в следующих условиях: на дно траншеи закладывают свежий конский навоз слоем 40 см, сверху насыпают слой песка в 10 см, а затем 8—10 см семян, смешанных с песком в соотношении 1:3. Ежедневно семена увлажняют нагретой водой (35—45°). При такой подготовке семена абрикоса и грецкого ореха прорастают на 12—15-й день, кизила — на 40—45-й день и т. д
Условия, при которых семена проходят стратификацию, ускоряют течение физиологических процессов, подготавливающих семена к прорастанию. Уменьшается количество веществ, задерживающих прорастание семян. Под действием пониженной температуры образуются жизненно необходимые соединения, стимулирующие их прорастание.
Окончание процесса стратификации семян обычно определяют по всхожести и по появлению корешка в наклюнувшихся семенах. Однако эти методы требуют продолжительного времени и не всегда применимы для плодовых культур, находящихся в глубоком покое.
В последние годы появились новые методы определения состояния периода покоя семян и степени готовности их к посеву после стратификации. Изучая характер обмена веществ в семенах, находящихся в состоянии покоя и вышедших из него, удалось установить, что массовое появление крахмала в корешке и частях семядоли близ почечки, уменьшение жиров, а также отсутствие обособления протоплазмы характеризуют выход семян плодовых культур из состояния покоя. Такие семена через две недели можно использовать для посева.
Не только под влиянием стратификации, но и при действии на семена переменными температурами заметно ускоряется прорастание семян и развитие растений. Так, при воздействии на наклюнувшиеся семена хлопчатника чередующимися низкими и высокими температурами ускорялось появление всходов, наступление цветения и увеличивался урожай. Аналогичные факты установлены в отношении семян кукурузы, огурцов, помидоров и других культур.
Проведенные исследования показали, что при действии пониженных температур в семенах образуются гиббереллиноподобные соединения. Но прежде чем подробнее остановиться на важной роли этих веществ в жизнедеятельности растений, кратко расскажем об истории их открытия.
На рисовых полях Японии, Индии, Китая и других стран издавна наблюдалось необычное явление, когда у некоторых растений начинали усиленно расти побеги. Плодоношение таких растений риса задерживалось, семена в метелках иногда не образовывались совсем, урожай резко снижался.
Было установлено, что эта болезнь, известная под названием «дурные побеги», вызывается грибком гибберелла фуйкурое. Предположили, что гриб гибберелла выделяет неизвестное вещество, стимулирующее рост побегов. В дальнейшем это вещество — гиббереллин — было выделено и определено его строение.
Способностью синтезировать этот стимулятор роста обладают и многие другие микроорганизмы, а также и высшие растения. Гиббереллиноподобные вещества найдены в семенах гороха, кукурузы, фасоли, яблони и других растений, в листьях табака, рапса, периллы и рудбекии, в корнях гороха и водного гиацинта. В настоящее время выделено 9 гиббереллинов, отличающихся друг от друга по физико-химическим свойствам. Наука еще не знала подобного вещества, способного не только усиливать рост растений, но и заставлять цвести не цветущие в обычных условиях растения. Гиббереллины заметно ускоряют и прорастание семян, улучшают рост проростков.
Удаление твердых покровов у семян, имеющих глубокий покой, во многих случаях хотя и вызывает рост зародышей, но они дают слабые растеньица. Обработка же гиббереллином зародышей покоящихся семян способствует ликвидации карликовости у плодовых деревьев, у клена, у древовидного пиона и других.
Семена персика, обладающие глубоким периодом покоя, даже после удаления косточки нуждаются в 2—3-месячной холодной стратификации. Обработка же гиббереллином частично или совсем не подвергавшихся стратификации семян вызывает нарушение периода покоя и стимулирует их прорастание.
Семена бересклета для прорастания нуждаются в действии переменной температуры (2—3 месяца при 10—20° и 3—4 месяца при 0—6°). При действии повышенной температуры в семенах происходит рост зародыша, что приводит к растрескиванию семенной кожуры. Этот процесс раскрывания семян может быть заметно ускорен, если обработать их 0,05—0,1-процентным раствором гиббереллина.
У семян многих растений рост зародыша начинается с растяжения клеток. Но этот процесс иногда задерживается, хотя деление клеток и происходит. Полагают, что стимулирующее действие гиббереллина на прорастание семян и состоит в том, что он усиливает процесс растяжения клеток зародыша, играющий во время прорастания, по-видимому, ведущую роль.
Казалось, что, так как во многих семенах нет зеленого пигмента — хлорофилла, свет для прорастания семян не нужен. Но проведенные опыты показали, что это не так. Наряду со многими семенами, прорастающими в темноте, известны сотни видов семян, на прорастание которых свет оказывает благоприятное действие, а для некоторых он просто необходим. Так, семена омелы, кипрея, лютика ядовитого и других растений, находящихся в почве на такой глубине, куда свет не проникает, не прорастают. Если же эти семена попадают на поверхность и подвергаются воздействию света, они начинают быстро прорастать.
Недавно получены новые данные о действии света на прорастание семян. Оказалось, что четырехкратное облучение семян сосны красным светом в 6 раз увеличивает их всхожесть. Если же вслед за этим семена облучить инфракрасными лучами, то положительный эффект красного света снимается. Полагают, что красный свет усиливает образование гиббереллина, который и активирует прорастание семян. В темноте же происходит обратный процесс, который усиливается под действием инфракрасных лучей. Этот и другие факты побудили изучать отзывчивость светочувствительных семян к действию гиббереллина. Оказалось, что семена салата, гваюлы, табака и других растений, будучи обработаны этим стимулятором роста, не нуждались в действии света и потому хорошо прорастали в темноте.
Известны и другие соединения, усиливающие прорастание семян. Академик Н. Г. Холодный впервые в нашей стране провел исследования по влиянию гетероауксина на прорастание семян и продуктивность растений. Он показал, что обработка семян этим стимулятором роста заметно увеличивает урожай овса и пшеницы, Гетероауксин и другие стимуляторы роста усиливают и прорастание семян тунга, хлопчатника, дуба и многих других растений. Это наблюдается и при обработке семян янтарной кислотой, витаминами и другими соединениями.
Предпосевная обработка семян некоторыми веществами оказывает столь глубокое нарушение в обмене, что приводит к изменению природы растений. Впервые это убедительно было показано в отношении действия колхицина. Это вещество добывают главным образом из растения колхикум, получившего название от Колхоса, т. е. древней Колхиды, где оно особенно распространено. Русское название растения — безвременник осенний. Цветет оно без листьев поздней осенью, затем зимует, а весной с появлением листьев у него созревают коробочки. Выделенный из этого растения колхицин оказался сильнодействующим ядовитым веществом, хотя в небольших дозах он оказывает лечебное действие. Еще византийцы экстракт из колхицина употребляли как лекарство против подагры.
Недавно было установлено, что обработка семян или растений этим веществом вызывает изменение наследственных особенностей растительного организма. Путем отбора из таких измененных растений удалось выделить формы гречихи, проса, ячменя, ржи и других культур, обладающие повышенной урожайностью.
Глубокие изменения наблюдаются и при обработке семян этиленимином. Намачивание семян пшенично-пырейного гибрида в растворе этого препарата (0,01—0,04%) в течение суток привело к появлению новых форм. Предпосевная обработка семян пшеницы высокой дозой препарата 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота) также приводит к существенным изменениям наследственных особенностей растений.
При обработке семян различными химическими веществами приходится обращать внимание и на изменение наследственной природы растений. Те вещества, которые увеличивают урожай, но ухудшают сорт, не могут быть рекомендованы для широкого практического использования. Соединения, которые, усиливая рост, улучшают природу растения, заслуживают особого внимания.
Так, например, предпосевная обработка семян пшеницы витамином РР ускоряет рост растений. Листья у таких растений становятся более крупными, стебель толще, увеличивается, колос и число зерен в нем. Такие растения дают и более высокий урожай. Отбирая семена с этих растений и производя их посев, удается улучшить природу сорта.
До последнего времени основными методами обработки семян было намачивание или опудривание их тем или иным веществом. Но такие приемы не всегда были применимы на практике.
Намачивание семян — весьма трудоемкий прием, особенно если нужно обработать большие количества посевного материала. Мокрые семена к тому же высевать сразу нельзя, так как они неравномерно будут проходить через высевающие аппараты сеялки. На подсушивание семян также требуются затраты труда. К тому же, если погода стоит неблагоприятная и посев производить нельзя, намоченные семена могут прорасти.
При опудривании вещества, нанесенные на семена, осыпаются. Эти обстоятельства побудили исследователей найти так называемые прилипатели, которые бы удерживали питательные вещества и ядохимикаты на поверхности семян. В связи с развитием полимеров открылись новые, перспективные возможности покрытия семян. На заводах начали покрывать семена кукурузы тонким слоем специальных пленок. В эти пленки вводят ядохимикаты, питательные вещества и стимуляторы роста, а иногда и безвредные краски. Красят семена в основном для того, чтобы легко можно было отличить протравленные семена от непротравленных. Подготовленные таким образом семена с завода поступают в совхозы и колхозы и могут быть использованы для посева в любое время.