Основы семеноведения

                                             Основы семеноведения

Характеристика семян          

Семена  – эмбриональное состояние растений К. А. Тимирязев отмечал, что в  зародыше семени мы застаем уже целое  растеньице почти со всеми его  частями. Семена являются носителями биологических, морфологических и хозяйственных признаков и свойств растений, поэтому от их качества зависит урожайность с/х культур.

В 70-х  годах 19в в связи с повышением требований к качеству посевного  материала был выделен самостоятельный  отдел растениеводства – сельскохозяйственное семеноведение, изучающий семена как  посевной материал.

Научно  обоснованная оценка качества посевного  материала началась со времени организации  контрольно-семенных станций. Первая в  мире контрольно-семенная станция была создана в Германии в 1869г. В России первые станции по контролю за качеством семян были созданы в Петербурге (1877) – при Главном ботаническом саде и в Москве (1881) – при Петровской земледельческой и лесной академии (ныне РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева). Позднее были организованы Киевская (1897), Харьковская (1906), Екатеринославская (1907), Воронежская (1911) и другие станции.

Семеноведение – наука о семенах, изучающая процесс образования и жизнь семян с момента оплодотворения яйцеклетки на материнском растении до образования из них после посева нового растения, т. е до перехода молодого растения от гетеротрофного питания (за счет запасов семени) к автотрофному. Семеноведение разрабатывает методы определения посевных качеств семян. Для производственных целей посевные качества семян ежегодно контролируют районные и областные (краевые) государственные семенные инспекции.

От семеноведения необходимо отличать семеноводство – отрасль с/х производства, задача которой заключается в размножении сортовых семян при сохранении их чистосортности, биологических и хозяйственных свойств.

Урожайность с/х культур во многом зависит от качества посевного материала. Семена, подготовленные к посеву, должны отвечать соответствующей категории сортовой чистоты и обладать  определенными посевными качествами, а также высокими урожайными свойствами. По сортовым категориям семена должны отвечать требованиям ГОСТа к сортовой чистоте (для самоопыляющихся культур), репродукции или типичности  (для перекрестноопыляющихся культур), а также не превышать имеющихся норм по степени засоренности и зараженности болезнями.

Посевные качества – совокупность свойств семян, характеризующих степень их пригодности для посева (чистота, энергия прорастания и всхожесть, сила роста и жизнеспособность, отсутствие болезней и вредителей). Под урожайными свойствами семян понимают способность семян давать урожай, величина которого определяется наследственностью, положительной модификационной изменчивостью, возникающей под влиянием условий выращивания. Различные семена одного генотипа (сорта), выращенные в разных условиях, в последующем поколении в одинаковых условиях возделывания могут дать разный урожай. Урожайные свойства семян используют в семеноводстве. Семена с высокой категорией  сортовой чистоты, высокими посевными качествами и урожайными свойствами при соответствующей агротехнике обеспечивают получение высокого урожая.

Для посева используют семена, плоды и соплодия с/х культур, называемые в производстве семенами. Однако стоит различать ботаническое понятие "семя" и "плод".

В результате самоопыления (пшеница, ячмень, горох, лен и другие) или перекрестного  опыления (рожь, гречиха, кукуруза, клевер и другие) и двойного оплодотворения образуются семена и плоды.

Семя  образуется из семязачатка. Из оплодотворенной  яйцеклетки развивается зародыш, а  из покровов семязачатка – кожура семени. Питательные вещества семени могут запасаться в самом зародыше, как у растений семейств Бобовые, Астровые, Тыквенные, или в эндосперме, полученном от слияния второго спермия  с вторичным ядром при двойном  оплодотворении, как у растений семейств Мятликовые, Льновые, Сельдерейные и Пасленовые, а также в перисперме, образующемся из нуцеллуса семязачатка, как у растений семейства Маревые.

Семязачатки прикрепляются к стенке завязи. Из стенки завязи после оплодотворения формируется околоплодник, который  вместе с семенем (семенами) составляет плод. Околоплодник бывает сухим и  срастается с кожурой семени, как  у мятликовых (плод – зерновка), или не срастается с кожурой семени и легко отделяется, как у подсолнечника, сафлора (плод – семянка). Он может одревесневать (плод – орешек), как у гречихи и свеклы.

Плоды могут  быть простыми и сложными. Простой  плод образуется из одного пестика (Мятликовые, Бобовые, Капустные, Астровые, Пасленовые), а сложный – из нескольких пестиков одного цветка, каждый из которых превращается в плодик (малина). В том случае, когда плод образуется из соцветия или из его части, т. е из самостоятельных цветков, а затем плодики срастаются, его называют соплодием (свекла).

Семя – живой организм, основные жизненные функции (дыхание, изменение влажности и химического состава, послеуборочное дозревание и другие) не затухают в нем даже в состояние покоя при хранении.

Созревшее семя, находясь в состоянии условного  покоя, дышит и расходует на дыхание  сухое вещество (главным образом  углеводы), при этом выделяется диоксид  углерода, вода и тепло. Интенсивность дыхания зависит от состояния семян и условий хранения. У хорошо высушенного и неповрежденного созревшего семени дыхание очень слабое, с повышением же влажности (более 15%) энергия дыхания резко увеличивается, так как появление свободной (несвязной) воды в нем усиливает биохимические процессы. Влажность зерна 14% называется критической.

При повышении  влажности семян и температуры  окружающей не только усиливается активность дыхания, но и может произойти самосогревание, что в свою очередь, благоприятствует развитию микроорганизмов. Такие семена самосогреваются еще сильнее, плесневеют и теряют посевные качества. Наиболее высокая энергия дыхания у семян масличных культур; зерно мятликовых культур имеет низкую энергию дыхания, еще ниже энергия дыхания у семян бобовых культур.

Влажность семян – очень важный показатель их качества. ГОСТом определен уровень влажности кондиционных семян разных культур, при котором семена хорошо хранятся. Например, для пшеницы – 14%, для гороха – 15%, для подсолнечника – 10%, для рапса – 8%.  

Семена  способны как поглощать влагу  из окружающего воздуха, так и  терять ее. Интенсивность этих процессов  зависит от относительной влажности  и температуры воздуха. Равновесная  влажность семян (находящаяся в  равновесии с данной влажностью воздуха  и при данной температуре) изменяется следующим образом: увеличение относительной влажности воздуха при его постоянной температуре ведет к повышению равновесной влажности семян; при постоянной влажности воздуха и возрастании температуры способность семян поглощать влагу снижается, а при понижении температуры – возрастает.

Семена  большинства полевых культур, убранные в фазе полной спелости, при проращивании их в первые дни после уборки в благоприятных лабораторных условиях имеют, как правило, очень низкую энергию прорастания и низкую лабораторную всхожесть. Такие семена, будучи морфологически зрелыми, физиологически незрелые и приобретают способность к прорастанию лишь после продолжительного хранения. Время от уборки до наступления полной всхожести семян называется периодом послеуборочного (или физиологического) дозревания. Неспособность семян к прорастанию сразу после уборки – важное экологическое приспособление растений, направленное на сохранение вида, так как оно помогает семенам переносить неблагоприятные условия. Причины послеуборочного дозревания (покоя) семян – непроницаемость плодовых и семенных оболочек для воздуха и воды, наличие в семенах и плодах веществ, задерживающих прорастание.

Продолжительность периода послеуборочного дозревания зависит от вида и сорта растений, от условий созревания, уборки и хранения семян. Например, у семян кукурузы и эспарцета период послеуборочного дозревания очень короткий – всего несколько дней, а у семян пшеницы, ячменя, проса, гороха, подсолнечника – 20-40 дней и более. В зависимости от условий созревания и уборки период послеуборочного дозревания удлиняется (при прохладной дождливой погоде) или сокращается (при теплой и сухой). Для сокращения периода послеуборочного дозревания семена просушивают, прогревают, вентилируют.

В неблагоприятных  условиях (ограниченный газообмен в партии семян, высокая или низкая температура, вторичное увлажнение и другие факторы) семена могут впадать в состояние вторичного покоя.

Условия произрастания растений оказывают  определенное влияние на качество семян: семена формируются разнокачественные, однако при этом генотипичность растений в потомстве сохраняется.

Под разнокачественностью понимают различия семян по морфологическим признакам, биохимическому составу и физиологическому состоянию, способности прорастать и обеспечивать определенную продуктивность растений в потомстве.

И. Г. Строна (1966) выделяет три типа разнокачественности семян: экологическую, матрикальную и генетическую.

Экологическая разнокачественность возникает в результате взаимодействия растений и семян с экологической средой. Разнокачественность этого типа не является наследственной, однако в формировании биологических свойств семян играет важную роль.

Матрикальная разнокачественность – результат неодинакового местонахождения семян на материнском растении, что ведет к разному режиму их питания и разному влиянию материнского растения.

Генетическая разнокачественность – результат соединения наследственности родительских форм. Хотя при этом сохраняется общий тип наследственности (сортовые признаки), однако каждое семя имеет отличия, обусловленные половым процессом. Генетическую разнокачественность семян вызывают также мутагенные факторы.

Разнокачественность семян может быть положительной  или отрицательной с точки  зрения оценки их биологических свойств, поэтому необходимо выявлять факторы, способствующие развитию положительной  разнокачественности семян, а также  исключать те из них, которые обуславливают  отрицательную разнокачественность.

К сожалению, пока нет объективных методов  прогнозирования урожайных свойств семян, возможности определять их в лабораториях и выделять в производственных условиях. Однако при изучении гетероспермии можно определить условия, необходимые для формирования и отбора биологически наиболее ценного посевного материала и его улучшения в семеноводстве.

Начало научного подхода к изучению зернообразования у зерновых культур было положено во второй половине 19в работами А. Н. Новацкого (1889). Большую роль сыграли многолетние условия Н. Н. Кулешова (1963), внесшие значительный вклад в вопросы зернообразования мятликовых. Н. Н. Кулешов предложил следующие основные принципы зернообразования: весь процесс зернообразования делится на три этапа: формирования, налив и созревание; определенные фазы развития зерна связаны с определенным содержанием в нем влаги; содержание влаги в зерне для каждой фазы спелости постоянное в разных районах, при любых условиях; поступление пластических веществ в зерно прекращается в начале восковой спелости; автором впервые выделена фаза "тестообразная спелость".

На основании  дополнительных исследований процесс  зернообразования у зерновых культур  можно представить в следующем  виде (Коренев, 1967).

Формирование  зерна начинается с оплодотворения яйцеклетки (образование зиготы) и  продолжается до начала молочного состояния. На 2-3 день после цветения и оплодотворения образуется зачаток зерновки со студенисто-жидкой консистенцией и высоким содержанием воды (более 80%). На 6-7 день размеры и масса сырых зерновок быстро увеличиваются, а масса сухого вещества в них нарастает медленно. В конце этапа формирования зерновка достигает конечного размера по длине, но остается щуплой. В этот период в зерновке накапливается 15-35% сухих веществ от содержания их в фазе полной спелости, а влажность снижается до 65%. Этому этапу образования зерновок соответствует фаза студенисто-жидкого состояния.

Налив зерна  характеризуется интенсивным нарастанием  массы сухого вещества, увеличиваются ширина и толщина зерна. К концу этапа оно теряет зеленую окраску. Влажность зерна снижается до 40%. Продолжительность этапа – 12-18 дней. Накопление сухих веществ в зерне в основном завершается. Этапу налива зерна соответствует 2 фазы развития: молочное и тестообразное состояние.

Созревание  зерна начинается с восковой спелости и продолжается до полного созревания. На этом этапе влага и сухие  вещества в зерно не поступают, а  происходящие в нем процессы сводятся к биологическим превращениям поступивших  веществ и потере влаги. Влажность  зерна снижается с 40-36% до 16-14%. Этому  этапу созревания зерна соответствует 2 фазы развития: восковая и полная спелость.

Этапы зернообразования делят на фазы развития и периоды  созревания, которые характеризуются  определенным строением зерна и  уровнем влажности. Эта схема  зернообразования удобна для практического  использования, например для определения  сроков уборки хлебов разными способами, при анализе зерна на качество.

В результате исследований, проведенных на кафедре  растениеводства Воронежского ГАУ (Коренев, Сафонов, 1982), в схему семяобразования у бобовых были внесены важные уточнения.

Развитие плода у гороха (как и у всех бобовых) проходит в 2 этапа: развитие створок боба и развитие семян.

Первый  этап – развитие створок плода (боба) – длится 10-17 суток после окончания  цветения; влажность плода составляет 79-87, а семян – 76-85%. К этому этапу  относится одна фаза – формирование плода, которая делится на 2 периода. В первый период идет интенсивный  рост створок плода и происходит накопление в них сухих веществ; семена в бобах находятся в зачаточном состоянии. В конце формирования плода створки достигают максимальных размеров, и в них содержится максимум сухих веществ, а семена в бобах находятся в середине своего формирования, имеют 25% сухих веществ от максимума.

На втором этапе идет налив семян за счет оттока пластических веществ из створок боба и продолжающегося фотосинтеза в листьях и прилистниках. При этом в конце налива семян в створках остается 50% пластических веществ от максимума.