Как готовят к посеву семена, имеющие глубокий и вынужденный покой.

Теоретические основы подготовки семян к посеву

После созревания семян древесных и кустарниковых пород у них наступает вынужденный или глубокий период покоя. Это объясняется тем, что в процессе длительного взаимодействия организма и среды у семян выработалась определенная приспособленность прорастать в то время, когда появление всходов в наибольшей мере обеспечивает их сохранность в дальнейшем. Семена - посадочный материал, имеющие вынужденный покой, не прорастают до тех пор, пока им не будут созданы благоприятные условия (влага, тепло, аэрация). Как только этим семенам будут созданы необходимые условия среды, они выйдут из состояния покоя, и через некоторое время после посева дадут всходы (сосна обыкновенная, ель, лиственница, ильмовые и др.). Хранившиеся семена, имеющие глубокий покой, при посеве весной не прорастают без специальной подготовки. Глубокий покой семян, выработанный в процессе эволюции растительного мира, является биологически выгодным свойством для сохранения вида. М.Г. Николаева и др. (1999) считают, что причиной покоя семян является низкий уровень активности ферментов, который устраняется под воздействием внешних специфических факторов, главным образом пониженных температур. Если бы у семян не было глубокого покоя, то они при опадении на землю в конце лета - начале осени, попав в условия достаточной влажности и положительных температур, быстро бы проросли, что привело бы к гибели всходов от заморозков. В природе такие семена (посадочный материал) - осенью не прорастают, но набухают и в таком состоянии уходят под зиму. К весне эти семена переходят в состояние вынужденного покоя и под воздействием положительных температур, влаги, кислорода и солнечной радиации прорастают. В ряде случаев семена не прорастают из-за непроницаемости оболочки семян для воды.

Процессы, происходящие в семенах во время глубокого и вынужденного покоя, полностью не выяснены. Это объясняется тем, что семя очень сложная и во многом еще непознанная биологическая система. Однако достижения в области физики, химии, молекулярной биологии, биохимии, а также раскрытие внутренней организации и энергетики физиологических процессов, выявление закономерности взаимодействия органов тканей позволяют сделать некоторые суждения и теоретические обоснования приемов подготовки семян к посеву.

Рассматривая семя как саморегулирующуюся, самонастраивающуюся биологическую систему, можно сказать, что во время покоя семян эта система находится в равновесном состоянии, зародыш семени очень медленно потребляет запасное питательное вещество. При прорастании семян биологическая система выводится из равновесного состояния. При этом необходимо воздействие определенного комплекса факторов, вызывающих в системе возбужденные состояния благодаря которым осуществляются многие биологические процессы Такие состояния возникают при наличии разного рода источников энергии. Так, при намачивании семян в воде изменяется энергетический уровень всей биологической системы.

По мере поступления воды в семенах происходят многочисленные физиолого-биохимические изменения, обеспечивающие начало роста зародыша. Первые изменения начинаются вскоре после намачивания, когда содержание воды в семенах достигает 20 25 % При этом в зародышах активизируются имеющиеся гидролитические ферменты и ферменты аминокислотного обмена; начинается превращение аминокислот и образование субстратов дыхания В связи с этим одновременно усиливается дыхание, которое в это время идет главным образом за счет гликозила. При возрастании влажности до 45...50 % происходит дальнейшее усиление дыхания Затем начинается деградация крахмала и запасных белков, оводненность семян возрастает до 65.,.68%, и происходит накопление осмотически активных веществ (Сахаров, аминокислот, ионов калия) Это обеспечивает увеличение объема вакуолярнои системы клеток и дальнейшее поступление воды. После этого происходит заметное подкисление клеточных оболочек, приводящих к их разрыхлению. Таким образом, оводненность семян до 65...68 % обеспечивает процесс наклевывания их (Обручева Н.В. и др., 1997). Начальные процессы прорастания происходят за счет использования запасных отложений самого зародыша. Но когда трогаются в рост его осевые части и особенно появляется корешок, начинается массовая мобилизация питательных веществ запасающих органов семени Они включают в себя: распад запасных веществ; переток продуктов распада запасных веществ, например, из эндосперма в зародыш, или из семядолей к растущим частям зародыша; синтез из продуктов распада новых соединений.

С повышением температуры воды, окружающей семя, возникает дополнительная энергия, усиливающая его возбужденное состояние Это обеспечивает ускорение многих сложных биохимических реакций в процессе прорастания. При этом кислород воздуха и воды окружающих семя, усиливает и поддерживает возбужденное состояние всей системы на высоком энергетическом уровне. Включение в раствор дополнительных энергетических материалов в виде солей, кислот, щелочей в определенных концентрациях может ускорить процесс прорастания при более полном использовании энергетического материала семян. Присутствующие в растворе ионы металлов сами могут являться дополнительным энергетическим источником при химических реакциях прорастания.

Прорастание семян многих растений происходит более успешно при внутрисуточной смене температур. Режим переменной температуры благоприятствующей прорастанию, определяется сочетанием величины более высокой и более низкой температуры, различием между ними, т. е. амплитудой колебания в течение суток, продолжительностью воздействия той или иной температуры и количеством циклов (опавшие семена имеют днем температуру выше, чем ночью).

Биологическая система семян выводится из состояния покоя путем облучения их солнечным светом или другими источниками света. В этом случае повышается энергия прорастания и всхожесть семян, ускоряется рост и развитие всходов и сеянцев. Это объясняется тем, что свет, рассматриваемый как электромагнитные колебания и поток фотонов, несущих энергию, воздействуя на семена, вызывает электронное возбужденное состояние в биологической системе семян. Это происходит в результате того, что электроны атома, поглотив квант энергии, переходят на более высокие энергетические уровни. После такой обработки в эндосперме и в зародыше семян активизируются ферменты, приводящие к ускоренному переводу запасных питательных веществ семян из неусвояемой для зародыша и проростка формы в усвояемую в виде Сахаров (сахароза, фруктоза, глюкоза, рафиноза), свободных аминокислот и органических кислот. Усиливается протекание окислительных процессов, приводящих к образованию физиологически активных веществ, положительно влияющих на зародыш и вызывающих его интенсивный рост и развитие.

На прорастание облученных семян влияет не только длина фотопериода, но и качество света. По мнению многих авторов, стимулирующее действие оказывает красный свет. С ним связано образование фермента, который разрушает эндоспермный слой, механически ограничивающий рост зародыша. Однако действие света связано не только с этим. Красный свет способствует образованию стимулятора роста - гиббереллина, который активизирует прорастание семян. При этом красный свет не только активизирует образование общего содержания гиббереллина в тканях растений, но и способствует высвобождению свободных форм его из связанных. Красный свет оказывает более заметное влияние на всхожесть, энергию прорастания семян, рост растений, чем свет другого спектрального состава. В связи с этим не весь световой спектр солнца одинаково желателен для облучения семян. Учитывая это, в последнее время для создания светового потока определенной волны, а следовательно, и определенного спектрального состава, при облучении семян используют оптические квантовые генераторы (лазеры). Луч лазера стимулирующе действует на энергетический потенциал семян, рост и развитие растений, прохождение физиологических и биохимических процессов, а это в конечном итоге улучшает рост растений (доставка деревья).

В перспективе для стимулирования прорастания семян можно использовать квантово-резонансный излучатель (водородный газоразрядный генератор). Генерируемое им сверхслабое поле обладает следующими характеристиками: мощность потока на объект 0,5... 1,5 Вт/м2 в области невидимого излучения с максимумом 200...300 нм и частотой волны 10...100 МГц. Исследования показали, что генерируемое поле при определенных режимах оказывает положительное влияние на прорастание семян. Например, всхожесть семян ели европейской и лиственницы сибирской повысилась и по отношению к контролю составила соответственно 133 % и 238 % (семена лиственницы имели очень низкую всхожесть). Обработка семян стимулирующими дозами физических факторов, создаваемых лазерными, электромагнитными, высокочастотными и другими видами излучателей энергии, не изменяет их генетическую информацию, но повышает активность генома, стимулирует ростовые и формообразовательные процессы (Е.А. Калашникова, А.Р. Родин, 2004).

По хозяйственным соображениям семена (посадочный материал) древесных и кустарниковых пород после сбора в большинстве случаев не высевают, а хранят определенное время. При этом естественный ход подготовки семян к прорастанию нарушается, вследствие чего задерживается появление всходов, снижается грунтовая всхожесть посевного материала и качество выращиваемых из семян растений. Чтобы избежать этого, в практике лесного хозяйства семена перед посевом намачивают в воде и растворах микроэлементов и ростовых веществ, облучают светом и т. п. Для преодоления глубокого покоя семян применяют стратификацию.

В семенах, имеющих глубокий покой, содержатся ингибиторы, которые преобладают над гормонами роста (ауксинами и др.). При холодной стратификации резко снижается количество ингибиторов и возрастает количество ауксинов. В результате этого семена переходят в состояние вынужденного покоя и способны прорастать. Таким образом, если при сборе и переработке лесосеменного сырья, хранении и транспортировке семян нельзя допускать выведения биологической системы семени из равновесного состояния, то при подготовке семени к посеву, наоборот, необходимо перевести эту систему в возбужденное состояние.

Семена, прошедшие предпосевную подготовку при наличии воды, тепла и кислорода, прорастают. При этом вода растворяет запасные питательные вещества, делает их доступными для питания развивающегося зародыша. Активизируется работа разнообразных биологических катализаторов - ферментов, происходит образование фитогормонов, которые являются регуляторами ростовых и метаболических процессов в семенах, ускоряется переход нерастворимых запасных питательных веществ в доступную форму.

5.2. Способы подготовки семян к посеву

Подготовка семян лесных растений к посеву направлена на преодоление глубокого и вынужденного покоя, стимулирование массового прорастания семя и повышение их грунтовой всхожести. При этом учитывают биологические особенности семян и возможность активизации их жизнедеятельности.

Наиболее распространенные способы подготовки семян к посеву: стратификация, намачивание, обработка семян микроэлементами, гидротермическое воздействие, скарификация, дезинфекция и дезинсекция. Однако для различных видов деревьев и кустарников условия и сроки подготовки семян к посеву неодинаковы.

Стратификация необходима для подготовки к посеву семян с глубоким периодом покоя. Она часто применяется также для семян с вынужденным покоем и дает хорошие результаты (для лиственницы, ели, сосны), (рис. 19).

В процессе стратификации необходимо обеспечить доступ воздуха к семенам, влажную среду и определенную температуру (обычно от 0 до 5 °С). С этой целью семена и субстрат регулярно перемешивают и увлажняют. При стратификации в качестве субстрата используют торфяную крошку, полученную просеиванием сухого торфа через сито с ячейками 5 мм, а также чистый речной крупнозернистый или хорошо промытый материковый песок. Семена при стратификации смешивают с тройным объемом песка или торфа и увлажняют до 50...60% от полной влагоемкости. В этом случае песок при сжатии в руке не выделяет воду, но сохраняет приданную ему форму, не рассыпаясь, а из торфяной крошки выступает вода редкими каплями. Длительность и режимы стратификации для разных пород различны. Так, семена липы мелколистной в течение 60 суток стратифицируют при температуре 5 °С, а затем в течение 90... 120 суток при 0 °С. Стратификация семян бука лесного проводится в течение одного месяца при температуре 4...6 °С.

После стратификации, за 1...2 дня до посева смесь семян с песком или торфом помещают на грохот и отделяют семена от субстрата. Мелкие семена (смородина золотая; рябина обыкновенная и др.), которые трудно отделить от субстрата, высевают вместе с ним. Стратификацию семян проводят в ящиках, траншеях и под снегом.

Стратификацию в ящиках проводят в специальных подвалах и погребах. Смесь семян с песком или торфом засыпают в деревянные или пластмассовые ящики, в дне и стенках которых для лучшей вентиляции воздуха и стока лишней воды делают отверстия диаметром 0,5...1 см. Отверстия размещают в ряду через 5 см; расстояние между рядами до 10 см. Наполненные ящики ставят на подкладки. Через каждые 2...3 недели смесь семян с песком или торфом тщательно перемешивают, удаляют загнившие семена и при необходимости увлажняют. Если семена (посадочный материал) наклюнутся до наступления сева, ящики помещают под снег или на ледник, чтобы задержать дальнейший рост зародыша. Это необходимо делать во всех случаях, когда семена раньше времени подготовятся к прорастанию.

Стратификацию в траншеях проводят при большом объеме семян. Траншеи бывают холодные (зимние промерзающие), теплые (зимние непромерзающие) и летние (рис. 20). Для закладки траншей выбирают сухое, возвышенное место.

Холодные траншеи используют для семян с периодом предпосевной подготовки до 2...4 месяцев. Такие семена успевают подготовиться к прорастанию за период от сбора до наступления морозов и промерзания почвы. Траншеи должны быть глубиной 60 см, шириной 100 см. На расстоянии 10... 15 см от дна траншеи устраивают дощатый пол. Смесь семян с песком или торфом насыпают слоем 30...35 см. Сверху траншею закрывают досками и слоем соломы 10... 15 см, а зимой траншеи прикрывают снегом. До наступления устойчивых морозов смесь семян с субстратом через каждые 10 сут. перелопачивают и при необходимости увлажняют.

Теплые траншеи используют для семян со сроком предпосевной подготовки более 3...4 месяцев. Устройство теплых траншей аналогично устройству холодных с той лишь разницей, что глубину увеличивают до 80... 100 см и через каждые 1,5...2 м устанавливают вентиляционные трубы диаметром 20...30 см. Смесь семян с песком или торфом насыпают в траншеи слоем 50 см, сверху траншеи закрывают досками, на которые укладывают слой соломы 25 см. В течение осени следят, чтобы температура в траншее не поднималась выше 5 °С. При более высокой температуре на ночь траншеи надо открывать для охлаждения. До наступления устойчивых морозов смесь семян с субстратом в траншеях перемешивают через каждые 10 сут. и при необходимости увлажняют. Поздней осенью, с наступлением устойчивых морозов, слой соломы над траншеей увеличивают до 50...70 см, а с выпадением снега насыпают его слоем до 50 см. Если семена, стратифицируемые в траншеях, будут преждевременно прорастать, солому снимают и покрывают траншеи слоем снега толщиной до 1 м, а на него укладывают слой соломы толщиной 15...20 см.

Летние траншеи используют для стратификации свежесобранных семян и сбора прошлого года с посевом их осенью или дальнейшей стратификацией в ящиках или зимних траншеях. Траншеи глубиной 0,3 м и шириной 0,5 м полностью заполняют смесью семян с песком или торфом, после чего их закрывают досками и покрывают соломой слоем 10... 15 см. Для равномерного увлажнения и обогащения кислородом воздуха через каждые 10 сут. смесь в траншеях перемешивают и при необходимости увлажняют.

Стратификация под снегом (снегование) дает хорошие результаты и поэтому находит широкое применение при подготовке к посеву семян хвойных и других пород.

Семена сосны (см.: питомник деревья), ели, лиственницы, жимолости и некоторых других пород насыпают в мешочки из неплотной ткани, заполняя их семенами на 1/3... 1/4 объема. Затем на 1.4 месяца до весеннего посева мешочки с семенами укладывают в снег так, чтобы слой семян был не более 3 см толщиной. Сверху насыпают утрамбованный снег, а на него кладут опилки, лапник или солому Семена из-под снега достают в день посева и обсушивают до состояния сыпучести.

При посеве стратифицированными семенами сосны, ели и лиственницы не только повышается грунтовая всхожесть, но и снижается отпад от полегания сеянцев. Однако во время стратификации часть семян повреждается плесневыми грибами. В связи с этим для защиты от плесневых грибов перед закладкой на стратификацию семена необходимо протравливать фунгицидами.

Намачивание семян проводят в воде комнатной температуры. При этом семена насыпают на 2/3 объема в мешки из неплотной ткани и погружают на определенное время (семена сосны, ели- 18 ч, лиственницы сибирской- 24 ч) в воду. Намачивать семена дольше, чем это рекомендуется нельзя, так как в этом случае происходит вымывание Сахаров, образовавшихся в процессе подготовки семян. После намачивания семена вынимают из воды и подсушивают до состояния сыпучести, рассыпая их тонким слоем в проветриваемом помещении и периодически перемешивая. Хорошие результаты дает облучение набухших семян сосны, ели, лиственницы солнечным светом в течение 1...2 ч.

Обработку семян активаторами роста проводят путем намачивания их на определенное время в растворах комнатной температуры, содержащих микроэлементы, стимуляторы или биопрепараты. В качестве микроэлементов используют бор, медь, цинк, молибден, кобальт, никель и др. в концентрации 0,01...0,05 %. Стимуляторами роста являются гиббереллин, гетероауксин, парааминобензойная кислота (ПАБК), янтарная кислота в концентрации 0,01...0,005 %. Высокий эффект при подготовке семян к посеву дает намачивание их в водных растворах ПАБК, картолине, мивале и других препаратов на основе фумаровой кислоты (фумар и фумаран). Эти вещества безопасны для человека и окружающей среды, применяются в концентрации 0,0001...0,00001 %. Обработка семян сосны обыкновенной и ели европейской этими веществами повышает выход стандартных сеянцев на 20..25%. Для обработки семян биопрепаратами применяют активатор прорастания семян (АПС), азотовит, бактофосфин. Их рабочие растворы готовят из расчета на 1 л воды: АПС - 10,0 мл, азотовит и бактофосфин 0,5... 1,0 мл. Положительный эффект этих экологически чистых биопрепаратов достигается за счет того, что микроорганизмы, входящие в их состав, продуцируют стимуляторы роста цитокининового типа, подавляют патогенную микрофлору, повышают активность микробиологических процессов в почве, улучшают азотно-фосфорное питание растений.

Растворы приготавливают в чистой стеклянной посуде. Сначала растворяют соответствующую дозу вещества в небольшом объеме теплой воды, а затем добавляют необходимое количество холодной воды. Обработка семян растворами микроэлементов и стимуляторов повышает всхожесть, усиливает рост сеянцев и снижает их отпад.

Дражирование семян- покрытие семян специальным субстратом, хорошо удерживающим влагу и содержащим достаточное количество питательных веществ, в том числе и в виде микроэлементов, стимуляторов и биопрепаратов, необходимых для быстрого прорастания семян и энергичного роста всходов. Субстрат также содержит пестициды и репелленты для защиты семян и всходов от болезней и вредителей. Применение дражированных семян позволяет повысить грунтовую всхожесть и сохранность всходов, снизить расход семян, производить точечный посев и обеспечивает получение высококачественных сеянцев.

Химической промышленностью созданы полимерные пленки, разрушающиеся через определенное время, под воздействием влаги, солнечной радиации или почвенных микроорганизмов. Это говорит о возможности перехода на посев в капсулах, которые будут содержать все необходимые элементы питания для проростка, оптимальную кислотность и гранулометрический состав микоризованного субстрата.

Гидротермическое воздействие проводят с целью размягчения труднопроницаемой для воды оболочки семян. Этот вид подготовки семян к посеву применяется для робинии псевдоакации (белой акации) и гледичии. В этом случае семена указанных пород насыпают в кадку на 1/3... 1/4 ее объема, заливают водой температурой 80 °С, тщательно перемешивают в течение 10... 14 мин. и оставляют на 12 ч. Затем набухшие семена смешивают с влажным песком и выдерживают при температуре 20...24°С, периодически перемешивая и увлажняя в течение 4...5 суток.

Скарификация заключается в нанесении механических повреждений на плотной оболочке семян, затрудняющей прорастание (робиния псевдоакация, мелия, гледичия и др.). После скарификации семена намачивают 12 ч в воде и высевают во влажную почву.

Дезинфекция и дезинсекция семян проводятся химическими веществами для защиты семян от грибных заболеваний и повреждений энтомо- и фитовредителями.

Для предохранения семян и проростков от грибных заболеваний, вызывающих полегание сеянцев, применяется протравливание семян фунгицидами - химическими веществами.уничтожающими и подавляющими возбудителей грибных заболеваний. Протравливание проводят в тех случаях, если в документах о качестве семян, выданных зональной лесосеменной станцией, есть соответствующие указания. Протравливают семена сухим, полусухим и мокрым способами. Наиболее просто и эффективно сухое протравливание семян. Для защиты семян от уничтожения грызунами и птицами применяют репелленты - химические соединения, раздражающие кожу и слизистые оболочки горла, носа и глаз и отпугивающие птиц и грызунов. Для большей гарантии при обработке семян рекомендуют применять смесь репеллентов и ядохимикатов.

Существуют и другие способы подготовки семян к посеву (обработка семян ультразвуком, магнитным полем, облучение рентгеновскими и ультрафиолетовыми лучами, отрицательными газовыми ионами, импульсным светом на лазерных установках и т. п.).