Только у немногих растений (в основном — тропических) созревшие семена могут сразу попасть в обстановку, пригодную для их прорастания.
Большинство семян должны уметь сохранять способность к всхожести, оставаясь некоторое время в состоянии покоя, когда все биохимические процессы идут с очень низкой скоростью. Семена как бы “спят”.
Некоторые семена могут оставаться в этом состоянии, сохраняя всхожесть, всего лишь несколько дней (ива), некоторые — до года (морковь, салат), а некоторые — до десяти лет (огурцы, тыква). Описывают и “рекорды”. Например, в Маньчжурии на дне бывшего озера были обнаружены семена лотоса, пролежавшие 200 лет и сохранившие всхожесть.
Для прерывания покоя семян необходимы специальные стимулы. Обычно это — вода, свет или температура. Сколь бы ни были благоприятны условия для прорастания семян, без поступления воды ни одна из жизненных систем в семени работать не будет. Влияние света и температуры на прорастание семян мы разберем ниже. Здесь же отметим некоторые другие факторы.
Семена некоторых растений (мальва, герань, бобы) имеют очень твердые оболочки, непроницаемые для воды. Они могут долго пролежать в почве, прежде чем прорастут. Чтобы такие семена начали поглощать воду, требуется механическое воздействие. Семена можно перетереть с песком либо кратковременно обработать серной кислотой.
В семенах ясеня, калужницы, ветренници и некоторых других растений зародыш нуждается в доразвитии после опадения. Такие семена должны попасть в благоприятные температурные и водные условия, в которых окончательно сформируется зародыш.
Семена злаков (пшеница, ячмень, овес и др.) нуждаются в так называемой послеуборочном дозревании. Хотя зародыши в таких семенах полностью развиты, они нуждаются в некотором периоде хранения в сухом виде при комнатной температуре. Изменения, происходящие в семенах при таком типе покоя, пока неясны.
Выделяют три этапа прорастания семян.
На первом этапе семена набухают до влажности 60%, причем вода поглощается главным образом за счет физических свойств семени через определенные участки кожицы (наиболее активно — в месте соединения зародыша с эндоспермом). Имеющиеся в семени осмотически активные вещества стимулируют поступление воды внутрь. На этой стадии активируются все биохимические системы. Например, зародыши пшеницы могут уже через 10 мин. после начала набухания включить синтез РНК и белков.
На втором этапе, когда семена обводняются более чем на 60%, вода поглощается с помощью механизмов, присущих живым системам. В мембранах начинают работать ионные каналы, избирательно пропускающие те или иные вещества. В клетках эндосперма синтезируются ферменты, способные разлагать запасные вещества и использовать их для питания.
На этой стадии уменьшается количество АБК (которая вымывается водой) и возрастает доля гиббереллина и цитокинина. Запасные вещества эндосперма начинают активно расходоваться.
У злаков в эндосперме расщепляется крахмал. Если удалить зародыш, эта реакция не идет. Когда же на лишенные зародыша семена наносят гиббереллин, крахмал расщепляется. Оказывается, синтезирующийся в зародыше гиббереллин стимулирует образование новых “расщепляющих" ферментов и активирует их. Кроме того, гиббереллин вместе с цитокинином активирует в зародыше все ростовые процессы.
Заключительная, третья фаза прорастания связана с ростом корня. Активизируются клеточные деления и рост клеток растяжением, корень прорывает семенную кожуру. Происходит быстрое накопление воды, которая активно насасывается корнем. Вслед за корнем развиваются и остальные органы. На этой стадии растение уже именуют проростком.