Чтение онлайн

Созревшие семена как бы спят, спокойно спят. Обмен веществ и дыхание замедлены в них настолько, что видимых проявлений жизни нет. Именно с помощью покоящихся семян осуществляется связь между поколениями растений. Жизнеспособность покоящихся семян различных видов сохраняется, если их влажность находится в пределах от 3 до 14 %, в таком состоянии они могут храниться годами. Но покой этот временный, или, как говорят физиологи, вынужденный. Это приспособление растений для переживания неблагоприятных условий в определенные сезоны года.

Необходимым условием для прорастания при подходящей температуре и аэрации является только одно – соприкосновение с водой. Именно вода – тот пусковой фактор, который дает зеленый свет всему процессу.

Итак, семенам для прорастания прежде всего нужна вода. Они прекрасно приспособлены к затоплению и не боятся даже весеннего половодья. Наоборот, процесс идет максимально быстро, если в первые часы семена погружены в воду целиком. Именно поэтому, проращивая пшеницу в домашних условиях, нужно на первые 10–12 ч залить зерна водой так, чтобы они утонули. Не бойтесь, они не задохнутся, а будут прорастать быстрее. При последующей инкубации в условиях аэрации и 100 % влажности воздуха семена наклюнутся еще через 4–5 ч и весь период проращивания займет менее суток. Если же сухие семена поместить на влажную ткань, да еще забывать ее периодически смачивать, процесс затянется на 2–3 дня, ведь вода будет поступать только через одну сторону семени.

При погружении в воду поступление ее в сухое зернышко пшеницы происходит вначале через особый узкий канал (микропиле), а затем вода идет четким фронтом через все семя. Этапы прорастания определяются количеством поглощенной воды. Вначале происходит так называемое «физическое набухание». Так будет набухать и мертвое зерно, и кусок сухого дерева, и фильтровальная бумага. Влажность семян пшеницы при физическом набухании повышается до 58–59 %. Этого уровня недостаточно для того, чтобы зародыш тронулся в рост, но вполне хватает, чтобы начался активный обмен веществ. Уже в первые 20 мин после начала набухания во много раз активизируется дыхание. Быстро запускается синтез ферментов, задача которых – расщепление сложных запасных питательных веществ на более простые. С максимальной скоростью образуются самые разнообразные соединения, необходимые для обмена веществ в пробуждающемся организме.

Прорастающие семена поглощают только воду и кислород, все остальные необходимые для жизни элементы питания мобилизуются и перераспределяются самим растением из запасающих тканей и органов к растущим органам проростка.

Под действием гидролитических ферментов, которые активно синтезируются в прорастающем семени, молекулы сложных запасных веществ быстро распадаются на более простые – уже через 24 часа после начала набухания запускается процесс распада крахмала до простых Сахаров, несколько позже запасные белки распадаются до низкомолекулярных соединений (пептидов и аминокислот), на третий день начинается распад жиров с образованием жирных кислот. Эти более простые соединения передвигаются в растущие органы проростка и используются как для построения новых тканей, так и при синтезе многочисленных соединений, которые обеспечивают жизнь молодого растения.

Вернемся немного назад. Мы уже говорили о том, что при формировании семян в колосе материнского растения в них поступают питательные вещества в виде простых Сахаров, аминокислот, жирных кислот. При созревании семян эти сравнительно простые соединения превращаются в более сложные молекулы (крахмал, белки, жиры), которые откладываются в зародыше и эндосперме или в других запасающих органах. Эти процессы идут с потерей воды. При прорастании семени эти реакции носят как бы обратный характер – сложные молекулы «запасов» под действием гидролитических ферментов распадаются на более простые, эти реакции идут с поглощением воды. Но если созревание семян в колосе продолжается около полутора месяцев, то время от начала набухания пшеничного зернышка до его наклевывания – меньше суток. Такая скорость запрограммирована в самом зерне, она необходима проростку для дальнейшего выживания.

Прорастание семян – удивительный процесс. По своей огромной энергетической напряженности, по скорости и разнообразию биохимических превращений процесс прорастания не имеет аналогов в живой природе. По сравнению с долгой жизнью будущего растения, особенно многолетнего, время прорастания семени – всего лишь мгновение, но именно этот миг можно назвать «вспышкой жизни». Этот короткий период характеризуется шквалом самых разнообразных биохимических реакций. Чем же определяется эта необыкновенная скорость?

Дело в том, что при созревании семян в колосе, когда они еще являются частью материнского растения, в зародыше семени формируются компоненты дыхательной системы и обмена веществ, необходимые при прорастании для обеспечения будущего проростка энергией и построения новых тканей, синтезируется весь набор молекул, весь аппарат, который используется для образования белка в самом начале процесса прорастания. Эти вещества сохраняются в зародыше на протяжении всего периода покоя семян, но они не работают, только присутствуют. Ждут своего часа. Но именно они являются активаторами самых разнообразных процессов обмена веществ при прорастании семян, именно их молниеносный запуск определяет необычную, фантастическую скорость прорастания.

Итак, эти вещества начинают работать уже тогда, когда идет процесс физического набухания. Но органы зародыша могут тронуться в рост, только если влажность достигнет 74 %. До этого уровня влажность не может повыситься за счет физических процессов, она повышается благодаря формированию физиологического механизма поглощения воды в результате накопления в зародыше так называемых осмотически активных веществ (сахаров, ионов калия). Физиологическое поглощение воды характерно только для живых тканей. После достижения необходимого уровня влажности в клетках зародыша увеличивается объем вакуолей. Начинается подкисление и разрыхление клеточных оболочек, размер клеток зародыша увеличивается, активно синтезируется клетчатка, необходимая для построения клеточных стенок, клетки растягиваются. Такой, как говорят физиологи, «кислый рост», или рост растяжением, приводит к тому, что зачаточный корешок удлиняется и прорывает оболочку зерна. Это и есть та самая белая точка, появления которой мы ждем, когда проращиваем семена пшеницы. Зерно наклюнулось.

В предыдущем разделе много раз повторялись слова, которые свидетельствуют о необычной скорости процесса прорастания – «максимально быстро», «пусковой фактор», «шквал реакций», «молниеносный запуск», «фантастическая скорость». Но вот зерно наклюнулось. Оно лежит во влажной, прогретой солнцем почве, казалось бы, уже можно отдохнуть и расти спокойно.

Но не тут-то было. Оказывается, темп снижать нельзя. Да, прорастающее зерно получило и продолжает получать из почвы необходимую для него влагу, а развивающийся корешок с корневыми волосками начинает усваивать питательные вещества. Но вместе с тем почва для прорастающего семени – окружение во многом враждебное и очень агрессивное. В ней обитает огромное количество разнообразных микроорганизмов (бактерии, грибы, микроскопические водоросли, простейшие), для которых набухшее зерно – замечательный продукт, прекрасный питательный субстрат. Их количество настолько велико, что даже трудно себе представить: в 1 грамме чернозема может содержаться до 10 миллиардов живых микроорганизмов. Поэтому, чтобы уйти от опасности, нужно расти как можно скорее. Корешок должен быстро закрепиться в земле, стебелек пробиться через слой почвы и вынести на поверхность первые листочки. Но и после начала фотосинтеза система защиты не ослабевает.

Для проростков, находящихся в почве, опасны не только микроорганизмы. На них действуют многие отрицательные факторы внешней среды – загрязнение воды, воздуха и почвы, промышленные выбросы, резкие перепады температур. Для семян, находящихся на поверхности почвы, особенно опасно ультрафиолетовое солнечное излучение. Правда, на первых порах их защищает земля. Мелкие семена дикорастущих видов, созревая и осыпаясь, попадают вначале на поверхность почвы, а затем, под влиянием осадков, проникают в ее верхний слой. Опавшая листва также защищает их от света. У крупных плодов (яблоко, груша, тыква, лимон) семена защищены мощным околоплодником. Агротехника посева зерновых культур – это в том числе и заделка семян в почву. Глубина заделки семян каждой культуры определяется четкими нормативами, принятыми в земледелии. Слишком глубоко их сажать нельзя, жизненных резервов не хватит, чтобы пробиться на поверхность.

Определенную опасность для прорастающего семени представляет, как это ни парадоксально, и его чрезвычайно активное дыхание. Кислород, столь нужный проросткам для активного обмена веществ, обладает очень высокой реакционной способностью. В энергетическом обмене растений он используется благодаря сложным ферментативным системам с помощью ряда последовательных окислительных реакций. Но эти процессы могут иногда давать сбой, реакции не идут каждый раз абсолютно точно. Результатом таких ошибок может стать образование неполноценных молекул, имеющих свободный электрон, так называемых свободных радикалов. Свободные радикалы обладают способностью быстро повреждать любые находящиеся рядом молекулы РНК, ДНК, белков и привести к гибели клетку или группу клеток. Это очень опасные, крайне агрессивные соединения. Останавливают их разрушительное действие так называемые антиоксиданты, молекулы которых противостоят губительному для тканей окислению, нейтрализуя избыток свободных радикалов.