Где бы ни жил человек — в большом городе или небольшой деревне, — он каждый день использует для питания в виде хлеба дары зерновых культур. «Хлеб — всему голова», — гласит народная мудрость. В хлебе заключена и соль земли и тепло солнца.
Жизнь людей издавна связана с зерновыми культурами. Пшеница, кукуруза, рис, ячмень, просо — это все древнейшие растения. Человек начал выращивать их давно. В настоящее время они занимают ведущее место в мировом земледелии. Семена пшеницы, риса, ячменя, ржи, овса являются основной пищей 90% населения земного шара, а остальные 10% питаются в основном семенами кукурузы, сорго, проса. Вместе с тем семя — одно из загадочных и интересных объектов исследования.
За прошедшее время многое познано в прорастании семян. Такому успеху содействовало сотрудничество морфологов и физиологов с биохимиками, с практиками-растениеводами. Факты указывают на большую неразрывную связь семени с вегетативными частями, от жизнедеятельности которых зависит формирование семян и какой урожай будет получен в будущем году. Наряду с этим они имеют важное значение для понимания вопроса хранения семян. Выяснилось, что при хранении происходят глубокие изменения как в запасных веществах, так и в структурных элементах клеток зерна.
Выяснение причин потери жизнеспособности семян — актуальная проблема современности, имеющая не только теоретическое, но и важное практическое значение.
Вопросы старения семян издавна привлекали внимание ученых, а в последние годы стали предметом глубокого изучения. Установлено, что при хранении семян в неблагоприятных условиях происходят важные изменения в метаболических процессах. Снижается содержание многих жизненно необходимых соединений, изменяется их качественный состав, что приводит к постепенному старению семян. Познание нарушений обмена, происходящих при хранении семян, поможет сохранить миллионы центнеров зерна для человечества.
Ежегодно в нашей стране собирают миллионы тонн зерна различных сельскохозяйственных культур. В 1977 г., например, было получено 194 млн. т, а в Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы, принятых на XXV съезде КПСС, поставлена задача «довести среднегодовой валовой сбор зерна до 215—220 млн. тонн». Поэтому важность проблемы сохранения семян не вызывает сомнения.
В последние годы особое внимание исследователей обращено на изучение семени как сложной саморегулирующей живой системы, в которой запрограммировано будущее развитие данной формы растения. Этот интерес связан не только с познанием тонких механизмов развертывания закодированной системы, но и с разработкой новых приемов воздействия на семена с целью повышения их всхожести и продуктивности.
В определенные периоды жизни живые семена могут не иметь нормальной всхожести. Поэтому надо четко понимать различия между всхожестью и жизнеспособностью семян.
При определении жизнеспособности устанавливают число живых семян, как всхожих, так и находящихся в состоянии покоя в образце, выраженное в процентах, независимо от того, будут ли они прорастать или нет при данной методике проращивания семян.
Под всхожестью имеется в виду способность семян давать нормальные проростки за определенный для каждой культуры срок при оптимальных условиях проращивания. Процент всхожести — это отношение числа нормально проросших семян к их общему количеству, взятому для проращивания.
К сожалению, условия, создаваемые в лаборатории, не всегда можно воспроизвести в поле. Отсюда разрыв между лабораторной и полевой всхожестью. Полевая всхожесть почти всегда ниже лабораторной. К примеру, в условиях степной зоны Украины полевая всхожесть семян яровых колосовых культур на 15—20% ниже лабораторной, в условиях Среднего Урала — на 20—30%, а в неблагоприятные годы — на 50%. Из-за этого теряются впустую миллионы центнеров зерна. Причинами резкого снижения всхожести являются ухудшение качества семян при хранении и неблагоприятные погодные условия в период развития проростков. Семена с низкой полевой всхожестью дают слабые ростки, что в конечном итоге приводит к снижению урожайности.
Изучение причин снижения всхожести и жизнеспособности семян позволяет более целенаправленно подойти к вопросу их хранения.
В настоящее время накоплен огромный экспериментальный материал о тех сложных внутренних процессах, которые происходят при формировании, хранении и прорастании семян. Естественно, мы не в состоянии изложить особенности физиологии семян всех возделываемых культур, да и некоторые из них еще слабо изучены. Поэтому на примерах наиболее характерных и изученных семян в брошюре сделана попытка показать те сложные процессы, находящиеся в постоянной связи между собой, которые приводят к созданию полноценных семян как с точки зрения посевных, так и технологических качеств.
В последние годы благодаря использованию современных методов исследования удалось более глубоко понять многостороннюю жизнь семян. Перестали быть тайной некоторые закономерные связи между структурой семян, течением внутренних метаболических процессов при старении и другими жизненно необходимыми функциями. Более ясной стала взаимосвязь между семенами и вегетативными частями растения и влиянием условий внешней среды на формирование семян. Детальное изучение аминокислотного состава белков и содержания жирных кислот в маслах указало на пути улучшения пищевых качеств семян. Ярким примером такого успеха является получение форм кукурузы, белки которых богаты лизином.
Однако некоторые особенности семян и сейчас еще недостаточно выяснены и продолжают интересовать многих исследователей. Один из методов определения жизнеспособности семян — тетразольный, основанный на показателе активности дегидрогеназ, широко применяется в практике. Вскрытие причин взаимосвязи между активностью дегидрогеназ и жизнеспособностью семян является неотложной и очень важной задачей.
Не полностью решена проблема сохранения жизнеспособности семян при длительном хранении. Кроме семян, долго сохраняющих жизнеспособность, есть много растений, семена которых быстро погибают, если не попадают в благоприятные для прорастания условия. Познание биологических особенностей таких семян даст возможность предотвратить потери многих новых нужных форм растений, а также сохранить старые сорта. Для выяснения этих вопросов необходимы совместные усилия биохимиков, физиологов, биофизиков и многих других специалистов.
Высказывание К. А. Тимирязева о том, что «только изучив законы о жизни, только подметив или выпытав у самого растения, какими путями оно достигло своих целей, мы в состоянии направить его деятельность к своей выгоде, вынудив его давать возможно более продуктов, возможно лучшего качества», полностью применимы и к семенам.