Основы семеноведения

Ко второму  этапу относится три фазы развития семян: углеводное состояние, белковая (или уборочная) спелость, полная спелость.

Углеводное  состояние характеризуется преобладанием  в пластических веществах семян  сахаров крахмала. Первая фаза делится на два периода: сахаристый и крахмалистый. В сахаристом периоде развития семян (влажность семян 64-75%) в них содержится максимальное количество сахаров. Интенсивность налива семян в этот период наибольшая. В крахмалистый период (влажность семян 41-63%) в семенах содержится много крахмала, интенсивность налива снижается. При надавливании на семя оно разделяется на две семядоли.

Белковая  спелость характеризуется увеличением  содержания белка в созревших  семенах гороха; влажность семян  снижается с 40% до 20%.

Белковая  спелость разделена на 3 периода: начало, середина и конец. В начале белковой спелости при влажности семян 35-40% завершается накопление в них  сухих веществ, но биологическая  связь семян с растением еще  сохраняется. Прерывается она при  влажности средней пробы семян  – 32-34%, о чем свидетельствуют  опыты с применением радиоактивного изотопа ³²Р. Семена в этот период спелости приобретают типичную для сорта окраску, режутся ногтем, семенная оболочка при раздавливании семени не отделяется от семядолей. Растения в это время снизу наполовину желтые.

В середине белковой спелости влажность семян  снижается с 31 до 24%, растения только в верхней части сохраняют зеленую окраску; продолжительность периода 2-4 суток, в зависимости от состояния погоды. В начале и середине белковой спелости созревает 50-70% бобов (створки бобов тонкие и шероховатые). Это лучший срок скашивания гороха в валки; семена в таких бобах имеют типичную для сорта окраску и режутся ногтем.

В конце  белковой спелости влажность семян  составляет 20-23%. В этот период уже  все растения желтые, а нижние плоды  на первом плодовом узле имеют засохший вид; семена приобретают окончательные  размеры, плотность и цвет.

Полная  спелость семян с хозяйственной  точки зрения (начало обмолота) отмечается при снижении их влажности до 14-19%. В этой фазе развития семян проводят обмолот валков. В фазе полной спелости созревает 100% семян.

Рассмотренный процесс зерно – и семяобразования  на примере двух культур, представляющих разные ботанические семейства, имеет общие биологические закономерности. По мнению Н. Н. Кулешова, в ходе плодообразования очень важен момент наступления влажности – 35-40%. Исследования показали, что именно при этих значениях влажности семян (плодов) происходит коагуляция белковых коллоидов, после чего поступление сухих веществ в семя прекращается и при повышении влажности (осадки, полив) возобновляться не может.

На продолжительность  и интенсивность поступления  пластических веществ в зерно  сильно влияют погодные условия. В сухую  и жаркую погоду и при недостаточном  запасе влаги в почве в период плодообразования продолжительность налива сокращается, что препятствует формированию крупного зерна и высокого урожая. Крайне неблагоприятные погодные условия на этапе налива могут прервать процесс поступления сухих веществ(запал, захват), что отрицательно отражается на величине урожая (низкий урожай, щуплое зерно). При умеренно влажной погоде этапы налива и созревания удлиняются, формируются крупное зерно и высокий урожай, хотя это несколько задерживает созревание и начало уборки.

Во время  налива и созревания в районах  с повышенной влажностью (или при  затяжной влажной погоде) иногда наблюдается  так называемое стекание зерна –  снижение массы и натуры на корню  или в валках. Это обусловлено  тем, что в зерне может происходить  ферментативный гидролиз крахмала с  образованием сахаров и появлением на колосках "медвяной росы" (результат повышенного осмотического давления в зерне), ведущий к снижению урожая и ухудшению его качества.

В лабораторных условиях или в почве на поле прорастают только жизнеспособные семена. В любом  случае для прорастания семян  необходимы определенные условия: влага, тепло, воздух (кислород), для семян  некоторых культур – свет. Прорастание  семян – сложный биологический  процесс, при котором зародыш, используя запасные питательные вещества, превращается в проросток. Зародыш растет не только за счет запасных питательных веществ семени, он использует пищу и влагу из почвы. Установлено, что способность к прорастанию появляется у молодых формирующихся семян: у озимой пшеницы полностью прорастали 10-дневные зерновки, высушенные в срезанном колосе, у ржи – 14-дневные, т. е собранные еще до наступления молочного состояния. Прорастание семян во многом зависит от начала дифференциации зародыша: у яровой и озимой пшеницы она начинается с 6-7 дня жизни зародыша, у ржи – с 9-11, у кукурузы – с 15 дня после оплодотворения.

Большое значение для прорастания имеет долговечность семян, т. е способность сохранять всхожесть длительное время. Различают биологическую и хозяйственную долговечность. Биологическая долговечность характеризуется способностью семян сохранять всхожесть длительное время (50-100 лет) хотя бы у единичных экземпляров в образце. Хозяйственная долговечность – период сохранения кондиционной всхожести семян при оптимальных условиях хранения.

Долговечность зависит от ботанического вида, места  выращивания и условий хранения семян. Дольше других кондиционная всхожесть  сохраняется у семян пшеницы, овса, ячменя, риса, бобовых трав (10-15 лет), менее долговечны семена ржи, сои, подсолнечника (3-5 лет). Хозяйственную долговечность семян учитывают переходящих и страховых семенных фондов.

Семенам разных культур для прорастания  требуется неодинаковое количество воды По данным М. К. Фирсовой, необходимо следующее количество воды (% к массе воздушно-сухих семян): сорго – 30, кукуруза – 37, просо – 38, пшеница – 48, ячмень – 57, рожь – 65, овес – 76, тимофеевка – 80, горох – 114, клевер луговой – 143, лен – 160, свекла сахарная – 168.

Наибольшее  количество воды для прорастания  необходимо клубочкам сахарной свеклы, имеющим крупный околоплодник, активно  поглощающий воду, семенам льна, впитывающим воду ослизняющимися оболочками, и семенам бобовых, так как они содержат в 2-36 раза больше белка, обладающего высокой поглотительной способностью. Интенсивность поступления воды в семена зависит от температуры, при повышенной температуре этот процесс ускоряется, время прорастания семян сокращается.

Установлены минимальный, оптимальный и максимальный уровни температуры прорастания семян в лабораторных условиях.

Минимальная – самая низкая положительная  температура, при которой возможно прорастание семян данной культуры (для ржи, гороха, люцерны – 1°С; пшеницы, ячменя, бобов, мака, рапса, тимофеевки – 3-4°С; кукурузы, подсолнечника, сорго - 8-10°С; клещевины, дыни, хлопчатника – 13-15°С).

Оптимальная – наиболее благоприятная температура, при которой прорастание семян  идет быстро (для большинства полевых  культур – 25-30°С).

Максимальная  – наиболее высокая температура, при которой продолжается прорастание семян и выше которой оно приостанавливается (для кукурузы – 40-44°С; пшеницы – 30-32°С; сахарно свеклы – 28-30°С).

При поглощении влаги и прорастании резко  усиливается дыхание семян и  возрастает их потребность в кислороде. Из-за недостатка кислорода семена в воде или в переувлажненной  почве не прорастают (кроме семян  риса).

Свет при прорастании семян – фактор факультативный. Для большинства полевых культур наличие или отсутствие света не влияет на прорастание семян. Однако семена фацелии и щирицы на свету не прорастают, а семена многих мятликовых трав (мятлик, бекмания и другие) не прорастают в темноте.

Важным  условием выращивания высокого урожая является своевременное получение  полных, дружных и хорошо развитых всходов. Полевая всхожесть – интегральный показатель качества семян и уровня агротехники. Если лабораторная всхожесть – это процент семян, давших нормальные всходы, от количества высеянных, то полевая всхожесть – процент всходов от количества высеянных всхожих семян. В формировании урожая этот показатель играет большую роль: как в изреженных, так и в загущенных посевах урожайность снижается.

Полевая всхожесть большинства культур  пока остается невысокой, значительно  ниже лабораторной, и составляет у  зерновых культур – 65-85%, у сахарной свеклы – 50%, у многолетних трав – 30-49%. Она зависит от качества семян, агротехники и экологических  условий периода посев – всходы.

Хорошие семена имеют высокие показатели энергии прорастания, лабораторной всхожести и силы роста, они крупные, тяжеловесные, что обеспечивает получение  дружных всходов и высокую  полевую всхожесть. Если семена имеют  низкие показатели качества, то получаются изреженные посевы и формируются  растения с низкой продуктивностью. Влияние крупности семян на полевую всхожесть и урожайность можно показать на примере подсолнечника, высеваемого широкорядно, когда роль каждого растения в формировании урожая более высокая, чем у культур обычного рядового посева. По данным ВНИИМК, при массе 1000 семян - 90г полевая всхожесть была – 91%, а урожайность – 2,8т/га, а при массе 1000 семян – 50г – соответственно 63% и 2,69т/га. Травмированные и пораженные болезнями семена всегда имеют более низкую полевую всхожесть. При сортировании их невозможно отделить от общей массы партии семян. Снизить вредное влияние механических повреждений и зараженности болезнями можно путем протравливания семян с применением пленкообразующих веществ (инкрустация).

В повышении  полевой всхожести семян и  сохранении растений до уборки велика роль агротехники. В неблагоприятных условиях низкую полевую всхожесть могут иметь и хорошие семена (например, при посеве в плохо разработанную невыровненную почву, в пересохший слой почвы, неравномерном размещении семян по глубине, отсутствии прикатывания почвы после посева, посеве непротравленными семенами). Полевая всхожесть зависит и от предшественников, по-разному влияющих на почву. Всхожесть семян снижается при повторном размещении культуры на одном и том же поле.

На полевую  всхожесть влияют экологические  условия: температура почвы на глубине  посева семян, температура воздуха, влажность почвы, наличие почвенных  вредителей, почвенной корки.

Сроки посева создают разные условия для прорастания семян. Полевая всхожесть снижается как при преждевременном посеве в недостаточно прогретую почву, так и при задержке с посевом, когда верхний слой пересыхает. Для получения полных и дружных всходов благоприятны следующие температуры посевного слоя почвы: для ранних яровых культур – 9-11°С, для поздних яровых культур – 16-18С, для озимых – 15-17°С. Сильно снижается полевая всхожесть при длительных похолоданиях, ливнях и образовании почвенной корки. Семена в холодной увлажненной почве поражают грибные болезни и повреждают вредители. Оптимальная влажность почвы на глубине посева семян – 65-70% ППВ.

В процессе вегетации часть растений погибает в результате внутривидовой конкуренции. Это явление называют изреживаемостью  посевов. Так, в Нечерноземной зоне, по данным госсортоучастков, в период от всходов до уборки погибло 24% растений ржи, 31% озимой пшеницы, 16% яровой пшеницы, 14% овса, 9% ячменя. В Центральном Черноземье (по данным Воронежского ГАУ) изреживаемость растений за вегетацию составляет: озимой пшеницы – 30%, ржи – 31%, яровой пшеницы – 11%. Причины выпадения растений – поражение болезнями и повреждение вредителями, некачественные семена, а также завышенная норма высева.

Экологические и агротехнические  условия выращивания высококачественных семян

Еще в  начале освоения планового семеноводства  в стране ученые Н. И. Вавилов, П. Н. Константинов, Н. Н. Кулешов предлагали организовать семеноводство зерновых культур  в тех районах, где имеются  благоприятные почвено-климатические  условия для выращивания семян  с высокими урожайными свойствами. Исследования этого вопроса, проведенные Г. В. Гуляевым, Н. М. Макрушиным, К. Р. Кулешовым и другими учеными в разных регионах страны и с разными культурами, подтвердили целесообразность выделения зон оптимального семеноводства.

В Центральном  районе Нечерноземья лучшими оказались  семена озимой пшеницы и ячменя, выращенные в Рязанской и Московской областях. По посевным качествам и  урожайным свойствам такие семена в среднем на 15% превосходили семена, выращенные в более северных областях – Ярославской, Костромской или Владимирской.

На Урале  семена, выращенные  в южных зонах  Пермской и Свердловской областей, отличались более высокими посевными  качествами и урожайными свойствами по сравнению с семенами, полученными  в центральной и северной зонах.

В областях Центрального Черноземья в зонах  с относительно ровным рельефом и  умеренно континентальным климатом условия для производства кондиционных семян следует считать вполне благоприятными.

Посевные  качества и урожайные свойства семян  значительно ухудшаются при полегании  культур, вызванном дождями, избыточным азотным питанием, завышенной густотой растений. При полегании большая часть ассимиляционного аппарата затеняется, снижаются чистая продуктивность фотосинтеза и поступление пластических веществ в генеративные органы, зерновки мятликовых остаются невыполненными, щуплыми, формируются семена с низкими посевными качествами, снижается урожайность, возрастают потери при уборке. В борьбе с полеганием хлебов используют ретарданты.

Растения  формируют высокий урожай и качественные семена только в благоприятных условиях выращивания, поэтому так велика роль каждого агротехнического приема (предшественника, срока и способа посева, нормы высева, системы удобрения, системы защиты растений от вредителей и болезней, срока и способа уборки) при выращивании семян в семеноводческих севооборотах. Однако не всегда при высоких урожаях формируются семена с высокоурожайными свойствами. С учетом этого Н. М. Макрушин выделил 4 типа урожая по посевным свойствам семян:

1. высокий урожай с высокими посевными свойствами семян;
2. высокий урожай с низкими посевными свойствами семян;
3. низкий урожай высокими посевными свойствами семян;
4. низкий урожай с низкими посевными свойствами семян