Семена созрели, они уже отделились от растения и упали на землю, но лежат на ней не прорастая. В чем причина?
Вначале думали, что это связано с неблагоприятными условиями внешней среды, и поэтому пытались создать необходимый режим температуры и влажности. Однако это не приводило к успеху.
В 1780 году агроном А. Т. Болотов объяснял это другой причиной. Он писал: «Сокровенная сия причина состоит в том, что бывают случаи, что семена не произрастают, хотя, по-видимому, совершенно вызревают и с наружного вида не приметно в них никакого недостатка, но, несмотря на это, имеют они весьма важный внутренний и происходящий от того, что при зарождении своем были они не довольно оплодотворены так называемой семенною пылью и тем сокровенным чадом, какой исходит от оных пылинок при упадении их на пестики».
Некоторые семена действительно не прорастают потому, что при их образовании были неблагоприятные условия для оплодотворения, но и другие, нормально образованные, также не всегда прорастают. Для того чтобы они 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 тех условий среды, в которых семя находится до момента прорастания. В процессе обмена запас питательных веществ, хотя и медленно, но расходуется непрерывно в течение всей жизни зерна, длина которой различна не только для семян разных видов и разновидностей растений, но даже для каждого отдельного семени».
На первый взгляд покой семян — отрицательное явление. На самом же деле переход их в состояние покоя является полезным биологическим свойством, предохраняющим 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, что такие сорта не нашли практического использования, так как семена их хранить невозможно.
Семена на одном и том же растении обладают неодинаковым периодом покоя и поэтому прорастают по-разному. Так, семена, развивающиеся в середине корзинки подсолнечника, прорастают в 3—4 раза быстрее семян, расположенных на периферии корзинки. Задержка прорастания семян, взятых с краев корзинки, очевидно, связана с тем, что плотная оболочка тормозит испарение воды семянкой и препятствует поступлению к семенам воздуха.
С низкой проницаемостью оболочки связана плохая всхожесть зерновых культур, которые во время созревания попадают под действие низких температур. Это наблюдается в районах Сибири, Дальнего Востока, Северного Казахстана. Если же эти семена перед посевом проветрить и обогреть, их полевая всхожесть заметно увеличивается.
Чем же объясняется состояние покоя семян?
У разных семян причины, препятствующие прорастанию, совершенно различны. Например, у грецкого ореха, миндаля, фисташки, клена это связано с наличием твердых покровов семени, не пропускающих воду к зародышу. Но есть семена (бересклет, ясень и др.), у которых оболочка не препятствует набуханию и выходу зародыша, но сам зародыш покрыт веществами, задерживающими его прорастание. Если же эти семена стратифицировать во влажных и аэрируемых условиях, то вещества-тормозители исчезают и семена прорастают.
У некоторых семян (липа, дурнишник и др.) зародыш покрыт пленкой, не пропускающей кислород. При повреждения ее семена легко прорастают. У многих семян (вишня, терн, слива) препятствуют выходу зародыша остатки эндосперма и отчасти оболочки, а у некоторых (орхидеи, жимолость) растений к концу вегетации зародыш не успевает созреть и нужно время, чтобы в нем прошли процессы дозревания.
Важное значение для прорастания семян имеет кислород. Если оболочка свежесобранных семян непроницаема для кислорода, то они не прорастают, находясь в среде из чистого кислорода при давлении 2—3 атм. Когда же эта оболочка разрушена, они трогаются в рост и при обычном содержании кислорода. Менее проницаемы для воды и кислорода покровы пересохших семян. И. В. Мичурин указывал, что ни в коем случае не нужно допускать пересушки семян, так как ухудшается прорастание и получаются неполноценные всходы.
Некоторые ученые переход семян в состояние покоя связывают с прекращением образования жизненно необходимых соединений и накоплением в тканях веществ, вредно действующих на зародыш. Установлено, например, что семена сосны и ржи, смоченные водной вытяжкой из семян абрикоса, совершенно не прорастают. Экстракты из семян сахарной свеклы задерживают прорастание семян ячменя, гороха, куколя и других, причем этих тормозителей в зеленых семенах больше, чем в зрелых. Больше всего тормозителей прорастания в околоплоднике молодых плодов. По мере созревания концентрация их заметно снижается, поэтому в переспелых томатах, тыкве и арбузе семена часто прорастают внутри плодов.
Эффективность действия тормозителей прорастания семян зависит и от тех условий, в которых они находятся.
Известно, что одни и те же семена, высеянные на фильтровальную бумагу и в почву, прорастают неодинаково. Как правило, в почве они прорастают хуже, чем на бумаге, так как в почве на них иногда отрицательно действуют микроорганизмы, кислотность, влажность, температура и другие факторы внешней среды. Но в некоторых случаях в почве семена прорастают заметно лучше, чем в лаборатории. Так, семена огурцов, смоченные вытяжкой из плодов снежноягодника, совсем не прорастают на фильтровальной бумаге, а в почве дают хорошие всходы. Это связано, вероятно, с тем, что почва обезвреживает тормозители роста. В подтверждение такого предположения говорят и многочисленные материалы по испытанию гербицидов. Некоторые вновь выявленные препараты сильно задерживают прорастание семян сорных растений на фильтровальной бумаге. Когда же обработанные семена высеваются в почву, такого торможения не наблюдается, так как гербициды обезвреживаются почвой.
Некоторые ученые объясняют состояние покоя тем, что в созревающих семенах образуются сложные белково-липоидные соединения. Они отделяют протоплазму от стенок, что приводит к нарушению протоплазмической связи между клетками, так как плазмодесмы — тонкие протоплазматические нити, соединяющие две соседние клетки, разобщаются и втягиваются внутрь. На поверхности протоплазмы появляется жировой слой, препятствующий проникновению воды и защищающий живое содержимое клетки от действия неблагоприятных условий внешней среды.
Когда же семена проходят период покоя, связь между клетками восстанавливается, содержание жиров уменьшается и процессы обмена веществ резко усиливаются. Это происходит как под влиянием естественных условий, так и при подготовке семян к посеву. Так, например, семена сосны зимой подвергаются воздействию суровых условий и, выпадая ранней весной на снег хорошо прорастают. В них происходят процессы, нарушающие покой и способствующие прорастанию.
Когда же семена сосны собирают осенью и хранят их в сухих условиях, то они не проходят необходимой предпосевной подготовки и поэтому весной дают недружные всходы и ослабленные растения.
Изучение внутренних причин, обусловливающих покой семян, позволило разработать эффективные способы воздействия на них.