Какие свойства живых организмов можно наблюдать в процессе прорастания семян

Какие свойства живых организмов можно наблюдать в процессе прорастания семян thumbnail

Прораста́ние семя́н — переход семян растений от покоя к активной жизнедеятельности, начальный этап онтогенеза растений, на котором образуется росток. Происходит при обеспеченности влагой и кислородом, подходящем температурном и световом режиме. В процессе прорастания повышается обмен веществ в зародыше и эндосперме; семена набухают в воде, крахмал, жиры и белки распадаются на сахар, жирные кислоты и аминокислоты. Обычно первым прорастает корешок, далее — гипокотиль или эпикотиль (у разных растений)[1].

В случае недостатка кислорода накапливаются вредные для зародыша вещества — этиловый спирт, молочная кислота, аммиак; при недостатке температуры снижается поступление воды в семена и активация обмена веществ, нарушается соотношение различных регуляторов роста. Некоторые из семян не прорастают, находясь в подходящих условиях, из-за твёрдости покровов и не выхода из состояния покоя; в этом случае возможно механическое повреждение покровов[1].

Фазы прорастания семян[2][править | править код]

Период прорастания состоит из последовательных этапов – фаз прорастания. Каждой фазе присуща определенная продолжительность, определенные биохимические и морфологические изменения, происходящие в семени, а также определенные требования к условиям среды.

Фазы прорастания семян:

  • водопоглощение;
  • набухание и наклёвывание;
  • рост первичных корешков;
  • развитие ростка;
  • становление проростка.

Фаза водопоглощения

Сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха (если его относительная влажность больше 75%) или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности, которая является строго определенной величиной для каждой культуры. Поступающую воду поглощают гидрофильные коллоиды семени. Вода включается в содержимое клетки, где связывается различными ее соединениями, и поэтому в семени не происходит заметной активизации биохимических процессов и не наблюдается никаких изменений в морфологии. Поглощение воды может несколько повысить интенсивность дыхания семян (к концу фазы в 2–3 раза), но общий ее уровень остается очень низким.

Основа фазы водопоглощения – физико-химическое явление, сорбция.

Продолжительность фазы зависит от состояния семян, температуры и влажности субстрата, с которым соприкасается семя. Довольно большая продолжительность, если влага поступает из воздуха, очень короткая, если семена находятся в воде. Однако в последнем случае для равномерного насыщения клеток требуется еще некоторое время, и только после такого распределения влаги наступает вторая фаза.

Фаза набухания семян

Начинается с момента появления в семенах свободной влаги. Она активизирует жизнедеятельность клеток, усиливает гидролитические процессы, переводит в активное состояние ферментную систему, ведет к перестройке коллоидов. При этом дыхательный коэффициент увеличивается в сотни и даже в тысячи раз. Заканчивается фаза наклёвыванием.

Молекулы воды проникают в среду высокомолекулярных соединений и раздвигают отдельные звенья в цепи их молекул. Все это вызывает не только ослабление самих цепей молекул, но и сопровождается гидролизом последних, что ведет к интенсификации всех жизненных процессов. В процессе набухания семян оболочки их приобретают эластичность, а само семя увеличивается в объеме.

Процесс набухания семян может характеризоваться двумя показателями: 1) степенью набухания – это количество воды в граммах, поглощенное семенами в фазе набухания в пересчете на 1 г сухого вещества; 2) числом набухания – количество воды в миллилитрах, которое поглощается 1 мл сухого вещества семени.

Иногда характеризуют процесс набухания давлением, которое возникает в результате увеличения объема при набухании. Это так называемое давление набухания достигает нескольких сот атмосфер и также является характерным для каждого вида. Прирост веса в результате поглощения воды и прирост объема нарастают неодинаковыми темпами – обычно увеличение объема идет быстрее, и оно скорее заканчивается, чем прирост веса.

Фаза набухания заканчивается поглощением определенного количества воды, которое обеспечивает протекание всех жизненных процессов, связанных с прорастанием. В зависимости от химического состава семян и их природы требуется разное количество воды для наклевывания семян. По данным Гоффмана, полученным им в сравнительном эксперименте, семена разных культур поглощали воду в процессе набухания в следующем количестве:

Количество воды, поглощенное семенами в процессе набухания, необходимое для их прорастания (в % на воздушно-сухой вес семян)

КультураПоглощенная водаКультураПоглощенная вода
Пшеница45,6Чечевица93,3
Ячмень48,2Горох106,8
Рожь57,7Фасоль104,0
Овес59,8Бобы106,8
Гречиха46,9Вика75,4
Кукуруза44,0Кормовая свекла62,5
Просо25,0Сахарная свекла120,5
Конопля43,9Подсолнечник56,5
Рапс51,0Мак91,0

Набухание прекращается вследствие полного насыщения клеток или из-за наступления равновесия между поступлением воды в семена и диффузией растворимых веществ из него. Для нормального протекания этой фазы требуется определенная температура, влажность и кислород. При подсыхании наклюнувшихся семян возможно возвращение в предыдущую фазу, исходную.

Фаза роста первичных корешков

Начинается с момента деления клеток первичного корешка, но морфологически ее можно зафиксировать несколько позже – при появлении над оболочкой семени первичного корешка. В этой фазе также происходит новая качественная перестройка биохимических процессов, подготавливающая условия для возможности роста ростка (в корнях синтезируются витамины и т.п.). Для нормальной биохимической перестройки и роста корешков требуется иной гидротермический режим, чем для протекания других фаз. Заканчивается фаза готовностью семени к развитию ростка.

Для большинства культур еще возможно прекращение прорастания семян на этой фазе и возвращение их в исходное состояние (состояние покоя), хотя для некоторых культур такой переход связан уже с нарушением физиологии и морфологии прорастания.

Читайте также:  Какое из перечисленных свойств характерно для жидкостей

Фаза развития ростка

Начинается с появлением ростка и заканчивается переходом проростка на автотрофное питание. Продолжается дальнейший рост корешков, но уже имеются все возможности и для развития ростка, который также интенсивно растет. Но здесь уже требуются иные условия питания и внешней среды.

Из этой фазы уже нет возврата в состояние покоя, и при подсыхании развивающееся семя гибнет. Фаза оканчивается с появлением у проростка сформированного колеоптиле у злаков или с формированием почечки у других культур.

На этой фазе и заканчивается процесс прорастания семян, но молодой проросток еще является объектом семеноведческих исследований. Развивающийся проросток находится в сложной зависимости от экологических условий, но еще получает от семени основное питание и некоторые специфические соединения.

Проросшими семенами следует считать только те, которые имеют сформированный проросток (появление ростка с первичными корешками), если нет ростка, то независимо от длины корешков семена нельзя назвать проросшими, а только прорастающими (то есть находящимися на разных фазах прорастания). Для всех остальных культур проросшими семенами считаются такие, которые имеют корешок, равный не менее длины семени, а для круглых семян – не менее диаметра семени.

Морфология прорастающего семени[править | править код]

Первым видимым морфологическим признаком прорастания семян является наклевывание, а затем появление корешка. Корешок растет в длину благодаря тому, что у него на конце происходит бурное деление клеток, которые образуют ростовую зону корешка (колеориза), а сам кончик корешка прикрывается корневым чехликом – утолщением разной формы, выполняющим защитные функции.

Как только развивающийся корешок достигает семенной кожуры, он разрывает ее вблизи микропиле и выходит наружу. Если семя заключено, кроме того, в плодовую оболочку, то корешок пробивает и ее. У семян, имеющих эндосперм, корешок обычно очень тонкий, у других семян относительно толще. Как правило, у всех культур появляется один корешок, но у злаковых, кроме главного корешка, очень скоро из придаточных почек развиваются еще боковые или придаточные корешки. Семена полевых культур имеют следующее количество корешков: пшеница озимая от 2 до 6 (корешков больше у крупнозерных сортов и меньше у мелкозерных); пшеница яровая от 3 до 7 (в среднем 5–6); рожь озимая от 4 до 9 (в среднем 5–6); ячмень шестирядный 5–6, двурядный 7–8; овес от 2 до 6 (в среднем 3–4). Кукуруза просо, могар и чумиза прорастают только одним корешком.

Число зародышевых корешков может характеризовать качество семян. Имеются данные, показывающие огромную роль первичных корешков в снабжении растения водой и в формировании урожая, поэтому семеноведам следует обратить большое внимание на изучение зародышевых корешков. Корешки начиная от чехлика и до семени или до гипокотиля (у бобовых) покрыты многочисленными волосками, которые снабжают корень водой и питательными веществами. Признак нормального развития корешка – наличие свежих волосков и проявление геотропизма, то есть изгиба корешка.

У двудольных культур после появления зародышевого корешка растет подсемядольное колено (гипокотиль), выносящее семядоли зародыша вместе с почечкой, расположенной между ними, на поверхность почвы (рис. 3). Из этой почки образуется стебелек и первые листья, по которым часто распознают виды (особенно у крестоцветных). У гороха, вики, конского боба и некоторых других бобовых растений после появления корешка растет надсемядольное колено (эпикотиль), а семядоли остаются в почве (рис. 4).

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

  • Прорастание // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Источник

Трепет и отек земли – дословно с арабского языка.

Прорастание семени

Если вы изучали в школе биологию, а вы её, несомненно, изучали и наверняка, вам показывали фильмы по биологии, и в том числе, был фильм, в котором рассказывалось и наглядно показывалось, как прорастают семена и появляются растения. Я хорошо помню этот фильм Сухая потрескавшаяся земля. Первые капли дождя падают на землю, земля набухает, появляются первые ростки, которые приводят землю в движение и затем вырастает растение. Это чудесное явление было описано 14 веков назад в Священной книге.

И вы видите землю мертвой и бесплодной. Затем, когда Мы посылаем на него воду, она дрожит и оживляется, раздувается и набухает благодаря воде и воздуху, который мы посылаем, и прорастает с пышными растениями всех видов.

Земля без дождя

Арабское слово «колчан» означает «ихтаццат», что означает «привести в движение, оживить, дрожать, двигаться, шевелиться; движение и растяжение растения». Слово «рабат», переводимое как «набухает», имеет значение «увеличиваться, расти в количестве, набухать, расти, развиваться, расти (растения), снабжаться, наполняться воздухом». Эти слова наиболее подходящим образом описывают изменения, которые происходят в молекулярной структуре почвы во время дождя.

Движение, описанное в стихе, отличается от движения земной коры, например, когда часть ее движется, вызывая землетрясение, поскольку движутся только частицы почвы. Эти частицы состоят из слоев, каждый из которых находится поверх другого. Когда вода проникает в слои, это вызывает набухание частиц земли. Этапы, упомянутые в стихе, могут быть научно объяснены следующим образом:

Новая жизнь

Читайте также:  Какие лечебные свойства у моркови

1. Дрожание почвы. Электростатический заряд на поверхности частиц, который появляется после того, как вода падает на почву в достаточном количестве, вызывает ее неустойчивость и трепетные движения. Это движение стабилизируется только после того, как этот заряд был нейтрализован противоположным. Перемещение и дрожание частиц почвы также обусловлено их столкновением с частицами воды. Поскольку частицы воды движутся не в определенном направлении, частицы почвы движутся при ударе со всех сторон. Роберт Браун, шотландский ботаник, обнаружил в 1827 году, что когда капли дождя падают на землю, они вызывают своего рода дрожание и вибрацию в почвенных молекулах. Он описал это движение микроскопических частиц, которое сегодня известно как “броуновское движение”.

2. Набухание почвы. Когда идет дождь, эти капли дождя падают на почву, и ее частицы набухают и увеличиваются в объеме. Это связано с тем, что при наличии достаточного количества воды пространство между частицами почвы становится меньше, а частицы воды, проникают в почву, удерживаясь в ней, чем способствует увеличению и движению частиц почвы. Когда вода и растворенные в ней питательные элементы диффундируют между слоями, размер частиц почвы увеличивается. Следовательно, вода водными потоками, оживляет почву. Эта вода остается в почве, таким образом, не просачиваясь вниз из-за действия силы тяжести. Если бы почва не могла удерживать воду, то эти минеральные вещества не могли бы отложиться в почве, вода бы уходила и впитывалась в самые глубокие слои, и из-за ее отсутствия, все растения вскоре бы погибли.

3. Прорастание семени. Когда в почве достаточно воды, семена становятся активными и поглощают питательные вещества, растворенные в воде.

Вышеупомянутый стих описывает прорастание семян в три этапа. Мы видим, что происходит, когда дождь падает на сухую землю: частицы почвы дрожат, а почва набухает, а затем, прорастают различные растения.

Эти этапы, описанные в 1400 лет назад, поразительны, и идут параллельно с современным научным описанием.

Другой стих раскрывает о растениях:

Знамение для них – мертвая земля, которую Мы приносим в жизнь и из которой Мы приносим зерно, из которого они едят.

Источник: Брайан Дж. Форд, “Броуновское движение, обзор первых наблюдений”, “Микроскоп”, 1992, том. 40, нет 4, с. 235-241; https://www.brianjford.com/wbbrowna.htm

Источник

Жизнь растений

1. Что такое семя? 2. Какое строение имеют семена? 3. Какие вещества входят в состав семян?

Семя — растение в зачаточном состоянии с запасом питательных веществ. С помощью семян растения размножаются и расселяются. Пока семя находится в состоянии покоя, процессы жизнедеятельности протекают в нем вяло и их очень трудно заметить, но стоит семени попасть в благоприятные условия, как они активизируются и семя прорастает.

Как прорастают семена

Прорасти и дать начало новому растению способны только семена с живым зародышем. Зародыш может погибнуть, а семена стать невсхожими по ряду причин: воздействие вредителей и болезней, плохое хранение и т. п. Иногда зародыши погибают и от слишком длительного хранения семян. Прорастанию семян предшествует их набухание вследствие проникновения внутрь семени воды. Набухают как всхожие, так и невсхожие семена. Набухшие невсхожие семена загнивают, а всхожие прорастают.

Что наблюдается при прорастании семян? Например, при прорастании семян фасоли молодой корень, развивающийся из зародышевого корешка, разрывает кожуру и выходит наружу. Он быстро растет и укрепляется в почве. Затем начинает расти зародышевый стебелек, который поднимает над поверхностью почвы семядоли и почечку. Из нее развивается надземный стебель фасоли с листьями. У гороха и некоторых других растений семядоли остаются в почве [134]. Надземный побег развивается из почечки зародыша.

Прорастание семян

Условия, необходимые для прорастания семян

Семена могут долго лежать в бумажных пакетах, в мешках из ткани, в зернохранилищах, находясь в состоянии покоя и не прорастая. Какие же условия необходимы, чтобы зародыш стал развиваться? На этот вопрос вы можете ответить сами, если выполнили задание 1 на с. 180.

Для прорастания семян различных видов растений требуются разные условия. Но три условия необходимы для прорастания всех без исключения семян — это вода, воздух и тепло.

Зародыш может потреблять питательные вещества только в виде раствора. Для прорастания семян разных растений требуется различное количество воды. Например, горошины поглощают воды в полтора раза больше своей массы. Поэтому семена гороха и некоторых овощных растений перед посевом замачивают. Если семена высеять в сухую почву, они погибнут. Зерновкам кукурузы воды требуется в 2 раза меньше их массы, а такому засухоустойчивому злаку, как просо, — 1/4 часть от массы высеваемых зерновок [ 135].

Потребность в воде для прорастания семян различных растений

Зародыш в семени энергично дышит, а поэтому требует постоянного притока кислорода. Семенам разных растений необходимо различное его количество. Семена риса и тимофеевки прорастут даже под водой при очень малом количестве растворенного в ней кислорода. Семена большинства цветковых растений нуждаются в обилии кислорода и под водой не прорастают.

Тепло прорастающим семенам необходимо так же, как вода и воздух. Если им достаточно воды и воздуха, но не хватает тепла, они не прорастут и в конце концов погибнут. Правда, семена некоторых растений, например ржи, могут прорастать уже при одном градусе тепла. Семена большинства растений прорастают только при температуре +10—15 °С и выше [136].

Читайте также:  Какие свойства тела или вещества считаются несущественными

Температура, необходимая для прорастания семян

Посев семян

Знание условий, необходимых для прорастания семян каждой культуры, помогает правильно и в срок провести посев.

Сначала зародыш питается запасами веществ, отложенных в клетках эндосперма или самого зародыша. Из семени с большим запасом питательных веществ развивается сильный проросток. Во время роста проросток полностью использует запасные питательные вещества семени. Поэтому для посева надо брать полновесные, крупные семена с живым зародышем.

Подготовленные к посеву семена высеваются в разные сроки. Семена холодостойких растений (пшеница, овес, ячмень, горох) прорастают при низкой температуре и обилии влаги. Их высевают ранней весной.

Семена теплолюбивых растений (кукуруза, фасоль, огурцы, тыква, дыня, томат) следует высевать, когда почва достаточно прогреется. Однако с посевом семян запаздывать тоже нельзя. Весной почва быстро высыхает. Поэтому опоздание с посевом семян может снизить урожай. Недаром говорят, что весенний день год кормит.

Влияние глубины заделки семян в почву на прорастание и развитие проростков

Можно посеять семена своевременно, но если они заделаны в почву неглубоко, жаркие лучи весеннего солнца могут их высушить. А если семена окажутся на слишком большой глубине, всходы будут плохие: проросткам не хватит воздуха, молодым побегам будет трудно пробиться на поверхность. Поэтому высевать семена надо на определенную глубину [137].

Глубина заделки семян зависит от их размера и свойств почвы. В крупных семенах достаточно питательных веществ и ростки не погибают, пробиваясь с большой глубины в течение долгого времени, поэтому чем крупнее семена, тем глубже их сеют.

Практикой установлено, что мелкие семена репы, лука надо сеять на глубину 1—2 см, семена средних размеров, например семена редиса, огурцов, — на глубину 2—4 см. Крупные семена фасоли, гороха, бобов — на глубину 4—5 см. Если крупные семена посеять менее глубоко, им может не хватить влаги.

На глубину заделки семян влияют и свойства почвы. Воздух в песчаной почве проникает на большую глубину, а влага лучше сохраняется в более глубоких слоях. Поэтому семена, посеянные в такую почву неглубоко, будут страдать от недостатка влаги.

На глинистых почвах, наоборот, не рекомендуется сеять семена слишком глубоко, так как глинистая почва более плотная и тяжелая. Даже у самой поверхности в ней мало воздуха, а влаги достаточно и в верхних слоях.

Рост и питание проростка

Клетки корешка, стебелька и почечки зародыша, питаясь, делятся, растут, и зародыш превращается в проросток. При прорастании семени сначала появляется корешок. Развиваясь, он опережает другие органы зародыша, быстро укрепляется в почве и начинает поглощать из нее воду с минеральными веществами.

Пока проросток не достиг поверхности почвы, для его роста и развития используются органические вещества, запасенные в семени. Но если они закончатся прежде, чем начнется процесс фотосинтеза, проросток может погибнуть. Поэтому для повышения урожайности возделываемых растений большое значение имеет строгое соблюдение сроков и правил проведения посевных работ.

Новые понятия

ПРОРОСТОК

Ответьте на вопросы

1. Какие условия необходимы для прорастания семян? 2. Почему не прорастают сухие семена? 3. Чем объяснить гибель семян в кипяченой воде? 4. Почему семена надо высевать в рыхлую почву? 5 Почему семена разных растений высевают в разные сроки? 6. Какие теплолюбивые и холодостойкие растения выращивают в вашем районе? 7. Какие семена — лука или гороха — глубже заделывают в почву при посеве и почему? 8. Почему в песчаную почву семена высевают глубже, чем в глинистую? 9. Как будет развиваться проросток фасоли, лишенный одной или двух семядолей? 10. Почему для посева отбирают крупные семена?

Задания для самостоятельной работы

Положите семена фасоли и зерновки пшеницы в банку с увлажненными опилками и следите за их прорастанием. По мере необходимости увлажняйте опилки водой, чтобы проростки не пересыхали. Каждый день вынимайте из опилок по одному проростку фасоли и пшеницы и засушивайте их, записывая, сколько дней проростку. Через 15—18 суток опыт прекратите, а из засушенных проростков сделайте колпек- цию, показывающую рост и развитие проростков.

Дополнительный материал

Семена многих плодовых и древесных пород приобретают способность прорастать только после длительного (100— 200 дней) нахождения в холодном и влажном месте. Способ обработки семян холодом в практике сельского хозяйства называют стратификацией.

Вымерзание всходов огурцов, тыквы, томатов, картофеля, дынь, арбузов происходит при -1 °С; гороха, бобов — при -5 °С; капусты, репы, моркови — при -6 °С; ячменя — при -10 °С.

Усложненные задания

Перед посевом важно знать всхожесть семян.

Возьмите пробы в 100 семян зерновок пшеницы, ржи или кукурузы. Разложите их на специальных керамических пластинах или в тарелках на влажной тряпочке или фильтровальной бумаге. Накройте стеклом, чтобы влага не испарялась, и поместите в теплое место.

Подсчитайте, сколько семян прорастет за первые 10 дней. Эта цифра и есть процент всхожести. Нормальная всхожесть семян для посева не должна быть ниже 95%. Определите всхожесть семян, которые вы будете высевать на пришкольном участке.

Источник