Семена растений не прорастают сразу, они могут оставаться в покое достаточно долгое время. Лишь попав в благоприятные условия, они прорастают, формируя новое растение. Таким образом, прорастание - это переход семян из состояния покоя к росту зародыша и развитию из него проростка.
Главное необходимое условие прорастания семян - это попадание воды в семя через семявход. После попадания воды семя набухает, питательные вещества растворяются в воде и зародыш уже может их использовать для начала своего роста и развития.
Однако вода далеко не единственное условие прорастания семян. Не менее важен и воздух, а точнее находящийся в нем кислород. Ведь зародыш семени, как и все живые организмы, дышит. Даже сухие семена дышат, хотя и очень слабо. Поэтому семена нельзя хранить в емкостях не пропускающих воздух, например, в полиэтиленовых пакетах. Семена прорастают в почве, потому что в ней содержится достаточно воздуха.
Еще одним условием прорастания семян является наличие в них запасных питательных веществ. Зародыш, чтобы расти, должен питаться. Так как сам он еще не может синтезировать органические вещества, они откуда-то должны поступать. Этим местом являются семядоли или эндосперм. Если запаса питательных веществ мало, то зародыш либо развивается медленно, либо погибает.
Таким образом, зародыш растения, поглощая питательные вещества семени и кислород воздуха, осуществляет обмен веществ. В процессе обмена веществ он выделяет углекислый газ.
Температура также играет немаловажную роль в прорастании семян. Для прорастания семян разных растений благоприятными являются разные температуры. Одни прорастают при температуре выше +15 °C (огурцы, перец, кукуруза), другим достаточно чуть выше +2 °C (укроп, редис, пшеница, рожь, морковь). Поэтому в сельском хозяйстве разные растения сеют в разное время, какие-то в апреле, а какие-то в начале лета.
Растения, семена которых могут нормально прорастать только при высоких температурах, называются теплолюбивыми. Растения, семена которых прорастают при низких температурах, являются холодостойкими.
Причина, по которой семена прорастают при разной температуре, связана с происхождением растений. Растения, которые произошли в теплых широтах, теплолюбивы. Выходцы из северных районов холодостойкие.
Свет также может быть условием прорастания семян. Бывают растения, семена которых могут прорастать только в темноте или только на свету. Чаще всего семена лучше прорастают в темноте.
При посеве семян важна глубина, на которую они помещаются в почву (глубина заделки). При этом руководствуются следующим правилом: чем крупнее семена растения, тем глубже их заделывают в почву. Очень мелкие семена сеют прямо на поверхности почвы, а семена фасоли, например, заделывают на 4-5 см.
Прорастание семян. Ответы
Вопрос 1 . Какие условия необходимы для прорастания семян?
Для прорастания семян необходимы три условия — это вода, воздух и тепло. Прорастанию семян предшествует их набухание вследствие проникновения внутрь семени воды. Зародыш, находящийся в семени, энергично дышит, а поэтому требует постоянного притока кислорода. Если семенам достаточно воды и воздуха, но не хватает тепла, они не прорастут и в конце концов погибнут.
Вопрос 2 . Почему не прорастают сухие семена?
Сухие семена находятся в состоянии покоя, процессы жизнедеятельности протекают в них очень медленно, поэтому они не прорастают. Перед посадкой семена необходимо замочить.
Вопрос 3 . Чем объяснить гибель семян в кипяченой воде?
Зародыш, находящийся в семени, энергично дышит, а поэтому требует постоянного притока кислорода. Если семена находятся в кипяченой воде, они погибают от нехватки кислорода, так как при кипячении воды количество растворенного в ней кислорода резко уменьшается.
Вопрос 4 . Почему семена надо высевать в рыхлую почву?
Воздух, необходимый для дыхания семян, в рыхлой почве проникает на большую глубину. Поэтому семена лучше высевать в рыхлую почву.
Вопрос 5 . Почему семена разных растений высевают в разные сроки?
Семенам разных растений необходимы различные условия для прорастания. Семена холодостойких растений (пшеницы, овса, ячменя, гороха) прорастают при низкой температуре и обилии влаги, поэтому их высевают ранней весной. Семена теплолюбивых растений (кукурузы, фасоли, огурцов, тыквы, дыни, томата) следует высевать, когда почва достаточно прогреется.
Вопрос 6 . Какие теплолюбивые и холодостойкие растения выращивают в вашем районе?
В различных районах России выращивают холодостойкие (пшеница, овес, ячмень, горох и др.) и теплолюбивые растения (кукуруза, фасоль, огурцы, тыква, дыня, томат и др.).
Вопрос 7 . Какие семена - лука или гороха - глубже заделывают в почву при посеве и почему?
Глубина заделки семян зависит от их размера. В крупных семенах гороха достаточно питательных веществ, и ростки не погибают, пробиваясь с большой глубины, поэтому при посеве их заделывают глубже, чем более мелкие семена лука.
Вопрос 8 . Почему в песчаную почву семена высевают глубже, чем в глинистую?
Воздух в песчаной почве проникает на большую глубину, а влага лучше сохраняется в более глубоких слоях, поэтому семена, посеянные в такую почву неглубоко, будут страдать от недостатка влаги. На глинистых почвах, наоборот, не рекомендуется сеять семена слишком глубоко, так как глинистая почва более плотная и тяжелая. Даже у самой поверхности в ней мало воздуха, а влаги достаточно и в верхних слоях.
Вопрос 9 . Как будет развиваться проросток фасоли, лишенный одной из двух семядолей?
Пока проросток фасоли не достиг поверхности почвы и не начал фотосинтезировать, для его роста и развития используются органические вещества, запасенные в семядолях. Если они закончатся прежде, чем начнется процесс фотосинтеза, проросток может погибнуть. Из семени с большим запасом питательных веществ развивается более сильный проросток.
Вопрос 10 . Почему для посева отбирают крупные семена? Потому что из семени с большим запасом питательных веществ развивается более сильный проросток, который может лучше противостоять неблагоприятным условиям среды и с большей вероятностью выживет.
1. Что такое семя?
Семя - растение в зачаточном состоянии с запасом питательных веществ.
2. Какое строение имеют семена однодольных и двудольных растений?
Под семенной кожурой находится зародыш. У двудольных состоит из двух семядолей и расположенных между ними корешка, стебелька и почечки.
Большую часть зерновки однодольного растения составляет мучнистый эндосперм, клетки которого содержат питательные вещества. Зародыш маленький. Но семядоля у него одна. Она не содержит запаса питательных веществ, плотно прилегает к эндосперму и похожа на тонкую пластинку. Когда семя прорастает, питательные вещества из клеток эндосперма поступают к зародышу через семядолю.
3. Какие вещества входят в состав семян?
В состав семян растений входят органические вещества (белки, жиры, углеводы), минеральные вещества и вода.
Вопросы
1. Какие условия необходимы для прорастания семян?
Для прорастания семян различных видов растений требуются разные условия. Но три условия необходимы для прорастания всех без исключения семян - это наличие воды, воздуха и тепла.
2. По какой причине не прорастают сухие семена?
Зародыш может потреблять питательные вещества только в виде раствора.
3. Чем объяснить гибель семян в кипячёной воде?
В такой воде нет растворенного кислорода, нечем дышать зародышу семени, после его гибели семя просто загнивает в воде.
4. Почему семена надо высевать в рыхлую почву?
Семена надо высевать в рыхлую почву, чтобы они могли дышать.
5. Почему семена разных растений высевают в разные сроки?
Для прорастания семян различных видов растений требуются разные условия. Их нарушение может снизить урожай.
6. Какие теплолюбивые и холодостойкие растения выращивают в вашем районе?
Холодостойкие растения: пшеница, овёс, ячмень, горох.
Теплолюбивые растения: кукуруза, фасоль, огурец, тыква, дыня, томат.
7. Какие семена - лука или гороха - глубже заделывают в почву при посеве и почему?
Чем крупнее семена, тем глубже их сеют. Практикой установлено, что мелкие семена (репа, лук) надо сеять на глубину 1-2 см, семена средних размеров (редис, огурец) - на 2-4 см, крупные семена (фасоль, горох, бобы) - на 4-5 см.
8. Почему в песчаную почву семена высевают глубже, чем в глинистую?
Воздух в песчаной почве проникает на большую глубину, а влага лучше сохраняется в более глубоких слоях. Поэтому семена, посеянные в такую почву неглубоко, будут страдать от недостатка влаги.
9. Как будет развиваться проросток фасоли, лишённый одной или двух семядолей?
Развитие зародыша происходит медленно и постепенно он погибнет.
10. Почему для посева отбирают крупные семена?
Пока проросток не достиг поверхности почвы, для его роста и развития используются органические вещества, запасённые в семени. Но если они закончатся прежде, чем начнётся процесс фотосинтеза, проросток может погибнуть.
Подумайте
1. В живых клетках растений постоянно происходит обмен веществ и энергии. Проанализируйте рисунок 88. Какой вывод вы можете сделать? Обсудите ваш вывод с остальными учащимися класса.
Обмен веществ – это совокупность протекающих в организме различных химических превращений, обеспечивающих рост и развитие организма, его воспроизведение и постоянный контакт с окружающей средой.
2. Что необходимо учитывать при посеве семян разных видов растений?
При посеве семян разных видов растений необходимо учитывать теплолюбивые и холодостойкие это растения, размер семян, свойства почвы, количество воды, необходимое для прорастания.
Задания
Положите семена фасоли и зерновки пшеницы в банку с увлажнёнными опилками и следите за их прорастанием. По мере необходимости увлажняйте опилки водой, чтобы проростки не пересыхали. Каждый день вынимайте из опилок по одному проростку фасоли и пшеницы и засушивайте их, записывая, сколько дней проростку. Через 15-18 суток опыт прекратите, а из засушенных проростков сделайте коллекцию, показывающую рост и развитие проростков.
Задания для любознательных
Перед посевом важно знать всхожесть семян. Возьмите пробы в 100 семян зерновок пшеницы, ржи или кукурузы. Разложите их на специальных керамических пластинах или в тарелках на влажной тряпочке или фильтровальной бумаге. Накройте пластины стеклом, чтобы влага не испарялась, и поместите их в тёплое место.
Подсчитайте, сколько семян прорастёт за первые 10 дней. Эта цифра и есть процент всхожести. Нормальная всхожесть семян для посева не должна быть ниже 95%. Определите всхожесть семян, которые вы будете высевать на пришкольном участке.
Фенологические наблюдения
Проведите наблюдения за весенними явлениями в жизни растений. Весна - пора пробуждения растений (рис. 89). В природе она вступает в свои права с началом сокодвижения у растений. Это первый признак весны. Раньше, чем у других деревьев, начинается весеннее сокодвижение у клёна остролистного, чуть позднее - у берёзы. Отметьте, когда началось сокодвижение у этих растений в вашей местности.
В наших широтах сокодвижение у кленов начинается намного раньше, чем у березы: в Подмосковье, например, уже в марте, подтверждая наступление весны.
Начало «плача» у березы запаздывает по сравнению с кленом остролистым более чем на неделю и происходит при положительных температурах почвы и воздуха.
В южных и западных районах нашей страны «плач» у клена и березы обнаруживается намного раньше, чем в восточных районах. Начало сокодвижения у березы, например, в Верхне-Имбатском районе (Красноярский край) запаздывает по сравнению со Смоленским на полтора месяца.
Цветение ветроопыляемых деревьев и кустарников - второй признак весны. В средней полосе европейской части страны первой зацветает ольха (рис. 90). Цветки её невзрачны, но распустившиеся серёжки из тычиночных цветков хорошо заметны. Почти одновременно с ольхой зацветают орешник, мать-и-мачеха. Запишите в тетрадь, когда зацвели эти растения. Какова продолжительность цветения этих растений в вашей местности?
Календарь цветения для средней полосы России (в зависимости от метеоусловий сроки цветения могут отклоняться от календарных на 7-14 дней).
Цветы мать-и-мачехи появляются уже в конце марта – апреле месяце. Цветение мать-и-мачехи ранней весной, до распускания листьев, возможно потому, что в ее толстых длинных корневищах накоплены запасы питательных веществ, отложенных еще летом прошлого года.
Ранней весной цветут многолетние травянистые растения лиственного леса. Они часто зацветают до того, как сойдёт снег, поэтому их называют подснежниками. Все они светолюбивы и цветут под пологом леса, когда на деревьях и кустарниках ещё нет листвы. Выясните, какие раннецветущие растения (первоцветы) растут в вашей местности.
Наблюдая за жизнью растений в природе, составьте календарь весны для своей местности. Запишите в календаре сроки цветения ольхи, мать-и-мачехи, орешника и раннецветущих многолетних растений - подснежников. Затем запишите сроки распускания листьев у берёзы и липы, зацветания одуванчика, вишни, сирени. Если вы живёте в сельской местности, выясните, какие виды сельскохозяйственных работ проводят во время того или иного весеннего явления, замеченного вами (например, посев огурцов - во время цветения акации). Записывайте в дневник наблюдения в виде таблицы.
Для прорастания семян необходимы вода, воздух, тепло и для многих растений свет.
Особенно большое стимулирующее действие на прорастание семян оказывает красный свет.Вода проникает под кожуру семени через маленькое отверстие - семявход, в результате чего семя набухает. Потребность в воде для набухания в первую очередь зависит от состава семян. Семена, богатые жиром, поглощает 30-40% воды от всей массы, богатые крахмалом 50-70%, семена с большим количеством белка - около 90% воды. Вода необходима также для растворения питательных веществ семени, которые потребляет растущий зародыш. Набухание семян сопровождается интенсивной деятельностью ферментов. В семенах запасные питательные вещества находятся в форме сложных органических соединений. Например, для того чтобы твердый полисахарид крахмал мог быть использован зародышем, необходим гидролиз его под влиянием фермента диастазы, который осахаривает крахмал до растворимого дисахарида мальтозы. Другие сложные вещества также расщепляются под действием соответствующих групп ферментов. При этом освобождается энергия, используемая в биохимических процессах проростка.
Прорасти и дать начало новому растению могут только семена с живыми зародышами.
Причины гибели зародышей различны:
Итак, при прорастании семени можно выделить ряд последовательно происходящих процессов:
- от поражения вредными насекомыми;
- от поражения плесневыми грибами;
- от пересыхания во время хранения;
- от слишком длительного хранения и т.д.
- семена поглощают большое количество воды и набухают;
- при благоприятной температуре и доступе воздуха - О2 (необходимого для дыхания, которое быстро усиливается) ферменты клеток семян переходят из неактивного состояния в активное;
- под действием ферментов нерастворимые запасные вещества превращаются в растворимые (крахмал - в сахар, жиры - в глицерин и жирные кислоты, белки - в аминокислоты);
- зародыш, используя растворимые органические вещества, трогается в рост, причем сначала растет корешок, а затем побег.
Период покоя
- необходимое условие для прорастания семян. Покой может быть вынужденный, связанный с отсутствием необходимых условий для прорастания (покой сухих семян). Органический покой определяется свойствами самого семени. В большинстве случаев в таких семенах протекают метаболические процессы (дыхание иногда рост зародыша), но прорастание заторможено. Такие семена, даже в условиях, благоприятных для прорастания, не прорастают совсем, или прорастают плохо. Способность семян находиться в вынужденном покое или органическом покое выработалось у растений в процессе эволюции как средство переживания неблагоприятного для роста проростка времени года. Поэтому далеко не все семена обладают способностью прорастать сразу после созревания (семенам яблони, клена нужен длительный покой).]Основные причины, препятствующие прорастанию семян:
- водонепроницаемость кожуры;
- наличие в околоплоднике веществ, ингибирующих прорастание;
- недоразвитие зародыша;
- физиологический механизм торможения прорастания.
Основные методы нарушения периода покоя:
- стратификация - семена смешивают с влажным песком - процесс подготовки семян к прорастанию;
- скарификация - повреждение кожицы для ускорения прорастания;
- промывание водой-с целью удаления из семян веществ, тормозящих прорастание;
- обработка физиологически активными веществами (гиббирилином, цитокинином).
Семена могут прорасти только при определенной температуре: озимая рожь - при 2-4 градусах, а семена огурцов - при 15-16 градусах. Требовательные к теплу растения высевают позже, когда почва достаточно прогреется.
Еще очень важным условием для прорастания семян является воздух, поэтому семена обязательно нужно высевать в рыхлую землю, в которой содержится достаточное количество кислорода. Кислород необходим для окислительно-восстановительных процессов в клетках. Эти процессы стимулируют деление и рост клеток зародыша.
Выводы:
1.Для того, чтобы семена проросли, необходим воздух, вода, тепло.
2. Если какого-либо условия не будет - семена не прорастут.
Условия прорастания семян
Определение 1
Прорастание - это переход семян из состояния покоя к росту зародыша и развитию из него проростка.
Необходимое условие для прорастания семян – период покоя. Если этот период значительно затягивается его стоит искусственно нарушить.
Методы нарушения периода покоя
Различают три метода нарушения периода покоя:
- Стратификация;
- Скарификация;
- Промывание водой.
Определение 2
Стратификация – подготовка семян к прорастанию.
Для того чтобы подготовить семена, их смешивают с увлажненным песком на срок от $30$ до $90$ дней при определенной температуре $5^\circ \ C$. Время выдержки зависит от вида растения. За этот период времени в семенах происходит физико-биохимические процессы, которые способствуют к прорастанию семени.
При повреждении кожицы открывается доступ к воздуху и влаги для семени, что способствует их набуханию и прорастания. Повреждение возможно механическое, или вызывается кратковременным действием крепкой сульфатной кислоты.
Определение 4
Промывание водой – процесс удаления из семени веществ, которые тормозят прорастания.
Факторы внешней среды для прорастания семян
Также большое значение для прорастания семян является энергия прорастания. Энергия прорастания зависит от факторов внешней среды, и характеризует посевное качество семян.
Вода, температура, свет, воздух, физиологические активные вещества относятся к факторам прорастания семян.
Влияние воздуха на прорастание
При прорастании семя дышит, поглощая при этом кислород, необходимый для окислительно-восстановительных реакций в клетках. Эти реакции стимулируют деление и рост клеток зародыша. Для того чтоб убедится в необходимости воздуха, проведем опыт.
Пример 1
Возьмем три стакана и поместим в них сухие семена пшеницы. Первый стакан накроем блюдце, во второй вместе с семенами поместим мокрую вату и также прикроем блюдцем, а третий наполним водой. Оставим на пару дней. В третьем случае семена не прорастут, а только набухнут, так как для самого прорастания семенам не хватает воздуха, который необходим для дыхания .
Влияние света на прорастание
Реакция на свет обусловлена действием его на обмен стимуляторов или ингибиторов в семенах. Так различают светолюбивые и темнолюбивые растения. Многие семена лучше прорастают в темно месте.
Влияние воды на прорастание
Вода необходима для набухания семян. Во время набухание кожица семени повреждается, затем появляются корешок и стебелек зародыша. Вода помогает всасывать необходимые питательные вещества семени для необходимого прорастания. Для убеждения необходимости данного фактора, проведем опыт.
Пример 2
Возьмем две емкости и поместим там семена фасоли. Первую просто накроем блюдцем, а в другую поместим мокрую вату и также накроем. Через пару дней заметим, что во втором случае семена проросли.
Количество воды для разных видов растений различно. Так для бобовых растений необходимо больше воды по отношению к злаковым растениям.
Значение температуры на прорастание
Не менее необходимым условием для прорастания является температурный режим. Определенное растение имеет свою благоприятную температуру. Одни культуры прорастают при $+2^\circ \ C$, другие – выше $+15^\circ \ C$. Зная температурные предпочтения культур, в сельском хозяйстве, разработан посевной календарь.
Теплолюбивые растения прорастают, при высоких температурах, являются выходцами из теплых широт, а при низких температурах прорастают холодостойкие – выходцы из северных районов.
Физиологически активные вещества на прорастание
Для того чтобы зародыш рос, он должен питаться. Питательные вещества семени находятся в эндосперме или в семядоли. При ограниченном запасе физиологических активных веществ зародыш будет медленно развиваться, или совсем может погибнуть. Для предотвращении этого фермеры вносят стартовые удобрения. Поглощая питательные вещества, в зародыше, происходит обмен веществ: поглощении кислорода и выделение углекислого газа.
Замечание 1
Таким образом, можно сделать вывод. Для прорастания семени необходимо наличие воды, тепла, света, воздуха и питательных веществ. И если исключить хоть бы один из факторов, семена не прорастут.
Превращение веществ в прорастающем семени
При прорастании семени в эндосперме и семядолях происходит разложение запасных веществ, в том числе и белков. Одновременно в зародыше начинаются синтетические процессы за счет тех веществ, которые протекают к нему.
Общее количество азотных веществ остается на одном уровне, не смотря на то что, происходит энергетический распад белков, потому что при этом накапливаются аминокислоты и аспарагин.
Резко уменьшается количество крахмала, но количество растворимых сахаров не уменьшается. Сахара расходуются на процесс дыхания, который очень энергично происходит в прорастающем семени. В результате дыхания непосредственно образуются богатые энергией вещества АДФ и АТФ, выделяются вода, углекислый газ и тепловая энергия. Сахара образуют клетчатки и гемицеллюлозы. Минеральные вещества остаются постоянны. Катионы регулируют осмотическое давление и коллоидно-химические процессы в новых клетках.