Тема 2. Посевной материал лекарственных культур. Особенности строения семян. Определение чистоты и всхожести семян. Посев семян

Цель занятия

Получить представление о посевном материале лекарственных культур.

Задачи занятия

1. Выяснить разницу в понятиях: «семя», «плод», «посевной материал».

2. Изучить семена различных лекарственных культур.

3. Вспомнить (из курса ботаники) химический состав запасных питательных веществ.

4. Изучить семенную кожуру разных видов семян.

5. Записать условия хранения посевного материала.

6. Узнать, как определить всхожесть семян в лабораторных условиях.

7. Получить представление о глубине заделки семян.

Оснащение занятия

Справочная литература, демонстрационные таблицы и фотографии, образцы семян лекарственных культур, набор семян для проращивания, чашки Петри, пинцеты, фильтровальная бумага.

Введение

Под посевным материалом в растениеводстве понимают семена (лен, астрагал, мак), плоды (валериана, тмин, календула), соплодия (свекла) и части сложных плодов (малина), используемых для посева.

Семя (semen) – орган воспроизведения, расселения и переживания неблагоприятных условий у семенных растений. Обычно развивается из семязачатка после оплодотворения (иногда без оплодотворения).

В семени различают: зародыш, кожуру и у многих растений – запасающие ткани (эндосперм, перисперм), где откладываются жиры, белки, углеводы. При отсутствии этих тканей (например, у бобовых, астровых) запасные вещества откладываются в семядолях (первых листьях) зародыша.

В сформированном зародыше имеются корешок, стебелек, листочки (семядоли) и почечка. Иногда зародыш слабо дифференцирован на органы (орхидные, женьшень, лимонник). У некоторых растений (цитрусовые) в семени бывает несколько зародышей (полиэмбриония). Зародыш имеет гетеротрофный тип питания и расходует на свое развитие запасные питательные вещества.

Семенная кожура – многослойная ткань, состоящая из опробковевших или одревесневших клеток, которые защищают зародыш от высыхания, от света и нередко от преждевременного прорастания. В кожуре имеется небольшое отверстие – микропиле, через которое проникает вода и начинается набухание семени. Корешок при прорастании направляется к микропиле, а затем выходит из него.

Семенная кожура многих растений имеет бугорки, выросты или волоски, служащие распространению семян.

Размеры, масса, форма и цвет семян сильно варьируют. Например, семена орхидных с массой в тысячные доли миллиграмма и гигант в 20 килограммов – семена сейшельской пальмы.

Покой семян

В условиях, неблагоприятных для прорастания, семена длительное время находятся в состоянии глубокого покоя, сохраняя при этом жизнеспособность. После периода покоя семена могут дать нормальные всходы. Различают два типа покоя семян: вынужденный и органический. Вынужденный покой семян связан с отсутствием влаги или необходимой для прорастания температуры. Причины и длительность органического покоя более сложны. Он может быть неглубоким и глубоким. Первый связан с пониженной газопроницаемостью семенных покровов и может быть нарушен различными физиологическими воздействиями: сухое хранение, охлаждение набухших семян, воздействие света, повреждение покровов. Глубокий покой семян объясняется как пониженной газопроницаемостью семенных покровов, так и покоем самого зародыша.

У разных растений покой зародыша связан:

1. С морфологической незрелостью (неполным развитием), например у орхидей, некоторых видов ясеня и т.д.

2. С физиологической незрелостью, несмотря на полное развитие зародыша.

3. С наличием ингибиторов прорастания. Эти вещества могут находиться в самом зародыше, в эндосперме, в семенной кожуре, в околоплоднике, и действие их состоит в торможении ферментативных реакций. Ингибиторами часто являются производные бензойной и коричной кислот и кумарина или абсцизовая кислота.

4. Непроницаемость семенной кожуры для воды, например, у бобовых, или для газов, например, у дурнишника.

Прекращение покоя семян

Дозревание – дальнейшее развитие морфологически или физиологически

незрелых зародышей. Этот процесс происходит спонтанно, без внешних стимулов.

Устранение ингибиторов. Они могут вымываться водой или адсорбироваться почвой. При искусственном проращивании семена, разложенные густо, задерживают прорастание вследствие чрезмерной концентрации ингибиторов в субстрате. Освещение и холод могут привести к исчезновению ингибиторов.

Изменение семенной кожуры. В природе семенная кожура становится более проницаемой и менее устойчивой под влиянием многократного высыхания, замораживания и оттаивания. Она загнивает, разрушается под действием бактерий и грибов. При культивировании некоторых растений, например, из семейства бобовых, некоторых деревьев и кустарников, приходится подвергать их семена скарификации (scarifico – царапаю, подрезаю) – механическому повреждению семенной кожуры. В этом случае семена пропускают через специальные машины – скарификаторы, обрабатывая их крепкой серной кислотой или другими способами. Этот процесс следует проводить не раньше чем за месяц до посева, так как нарушение целостности семенной кожуры неблагоприятно влияет на жизнеспособность зародышей.

В лабораторных условиях скарифицировать семена можно, протирая их между двумя деревянными дощечками, обернутыми мелкозернистой стеклянной или наждачной бумагой, или, повреждая оболочку семян, напильником, ланцетом и т.п.

Для прерывания глубокого биологического покоя семена подвергают стратификации (stratum – настил, слой, facio – делаю). Для этого семена труднопрорастающих растений выдерживают во влажном субстрате для ускорения прорастания. Их переслаивают влажным песком, опилками, торфяной крошкой, мхом (на одну часть семян берут три-четыре части субстрата), а затем выдерживают их при температуре +3 - +5 C и свободном доступе воздуха. Продолжительность стратификации семян различных культур неодинакова – от 30 дней до 5 месяцев.

Посев семян

Посев – это заделка семян в верхние слои почвы для их прорастания. Существует несколько способов посева семян. Их выбирают с учетом требований выращиваемой культуры к площади питания, освещению, влаге, к необходимому механическому уходу за посевами, и, прежде всего, к обработке междурядий. При разбросном посеве семена попадают на поверхность почвы и заделываются бороной (граблями) на разную глубину, вследствие чего всходы появляются неодновременно. Рядковый посев обеспечивает определенную глубину, укладывая семена в борозды и закрывая их рыхлым слоем почвы, что способствует дружному появлению всходов. Ширина междурядий может быть различной, в зависимости от вида культур. При обычном рядковом посеве она составляет 12,5 – 15 см; при узкорядном – 7 – 10 см, при широкорядном – 45 см и более.

Сроки сева

Время посева определяется задачами практики, а также условиями, необходимыми для прорастания семян. Различают весенний – до ухода влаги в глубокие слои почвы, подзимний – для получения ранних всходов и летний – для получения второго урожая.

Известно, что для прорастания семян необходимы вода, кислород, определенный температурный режим и для некоторых культур – свет. Ранней весной, после схода снега, в почве много воды, но почва еще холодная, и потому возможен посев только холодостойких культур. Для посева теплолюбивых растений необходимо дождаться прогрева почвы, но при этом резко убывает весенний запас влаги, что замедлит прорастание семян и снизит будущий урожай. По этим причинам семена теплолюбивых растений высевают при прогреве почвы до 10–12 С. При подзимнем севе почву готовят заранее, а сеют за неделю до наступления морозов так, чтобы семена не успели прорасти. В этом случае отпадает необходимость в стратификации семян и получают ранние всходы.

Глубина заделки семян

Кроме сроков посева, важна глубина заделки семян в почву. При глубокой заделке всходам не хватит воздуха, и молодым проросткам трудно пробиться на поверхность почвы. При мелкой заделке – проросткам может не хватить влаги. Глубина заделки семян зависит от их размера и от механического состава почвы. Практикой установлено, что глубина заделки должна быть примерно в два-три раза больше размера семени. Обычно существуют рекомендации по глубине заделки для каждой культуры. Необходимо учитывать и механический состав почвы. На легких почвах, где влага быстро уходит из верхних слоев вниз, семена сеют несколько глубже, чем на тяжелых, глинистых. Глинистая почва содержит больше влаги, но в ней мало воздуха, поэтому посев должен быть менее глубоким, чем на песчаных почвах.

Организация посева семян

Эту работу начинают зимой с проверки качества семенного материала, очистки семян, проверки их на всхожесть. При необходимости проводят протравливание семян против вредителей и болезней, дражирование семян, подвергают стратификации или скарификации.

Всхожесть семян

Для определения пригодности посевного материала к севу проводят определение всхожести семян и энергии их прорастания. От этих показателей зависит норма высева семян.

Всхожесть семян – это способность их давать нормально развитые проростки за определенный отрезок времени при благоприятных для данной культуры условиях. Всхожесть принято выражать в процентах: число проросших семян к общему количеству, взятых для проращивания. Одновременно со всхожестью определяют и энергию прорастания семян, которая характеризует одновременность появления всходов за определенный срок. Различают всхожесть лабораторную и всхожесть полевую. Чаще всего лабораторная всхожесть семян выше, чем полевая. Соответствующим применением агротехнических мероприятий возможно повысить полевую всхожесть, приблизив ее к лабораторной всхожести.

Выполнение работы

Задача 1. Изучить семена различных лекарственных культур.

Прежде чем знакомиться с различными семенами растений, следует вспомнить из курса ботаники строение семени, а также наиболее распространенные типы семян. С этой целью рассмотрите предложенные в методических указаниях фотографии по строению семян. Отпрепарируйте размоченные семена тыквы, клещевины, хурмы, кукурузы или других крупных семян. Найдите у них и изучите главные части семени: зародыш с одной или двумя семядолями (листочками), наличие или отсутствие эндосперма, семенную кожуру. Используя образцы семян разных лекарственных растений, а также справочную литературу, составьте характеристику нескольких видов семян по следующим признакам: размеры и масса семян, форма, цвет, особенности строения семенной кожуры, особенности строения и развития зародыша, типы питательных веществ и место их отложения (в зародыше, эндосперме, перисперме). Запишите это в тетрадях.

Задача 2. Выяснить химический состав запасных питательных веществ.

Возьмите подготовленные семена, отпрепарируйте их, определите места отложения у них запасных питательных веществ. Приготовьте лезвием поперечный или продольный срез семени и с помощью показательных микрохимических реакций на крахмал, белок или жир определите химический состав запасных веществ этих семян. Запишите это в тетради. Вспомните, как эти вещества расходуются при прорастании семени.

Задача 3. Охарактеризовать семенную кожуру разных видов семян.

Изучите внешний вид семенной кожуры: конских бобов, гороха, тык-вы, яблони, боярышника по следующим признакам – цвет, поверхность, толщина, консистенция. Запишите в тетради вывод о проделанной работе.

Задача 4. Записать условия хранения посевного материала.

Вспомните из курса ботаники определение семени. Обратите внимание, что семя – это живая структура, находящаяся в состоянии покоя, и ему присущи все процессы жизнедеятельности организма, которые в семени протекают на минимальном уровне. Из этого следует, что семена должны находиться в условиях, обеспечивающих осуществление этих процессов, а также и продолжения их жизни, т.е. им необходим кислород воздуха для дыхания, определенная температура и степень влажности среды их нахождения. Потому при хранении семян необходимо обеспечивать семенам эти крайне необходимые условия. Запишите это в тетрадях. Запишите также, какие условия необходимы для пробуждения семян. Ответьте на вопросы: что такое покой семян, какие виды покоя семян существуют, с чем связано наличие покоя у семян?

Задача 5. Определить всхожесть семян в лабораторных условиях.

Для практических целей необходимо знать два свойства посевного материала: 1) сколько семян обладает жизненной способностью и дает нормальные всходы и 2) в какой минимальный срок прорастает максимальное количество данных семян. Первое свойство устанавливается определением процента всхожести, а второе – процентом энергии прорастания.

Для определения этих показателей отсчитывают без выбора три порции по 100 штук семян и помещают их в чашки Петри, на дно которых положена мокрая фильтровальная бумага. Проращивание проводят при комнатной температуре 18 – 25 С. Чашки Петри закрываются стеклом и периодически проветриваются. К числу всхожих семян относят те, корешки которых достигли половины длины семени.

В течение 7 – 10 дней проводится наблюдение за появлением проростков и подсчитывают их число. По окончании наблюдений по результатам трех повторностей высчитывают всхожесть и энергию прорастания семян. Полученные данные заносят в таблицу по следующему образцу.

Динамика прорастания семян

Название растения и № повторности	Число проросших семян по суткам										Энергия прорастания, %	Всхожесть, %
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Задача 6. Получить представление о глубине заделки и способах сева семян.

Вспомните из курса ботаники, каким образом прорастают семена, и как почечка зародыша оказывается на поверхности почвы. Какие условия могут способствовать формированию из почечки зародыша проростка, и что может погубить молодой проросток? У мелких семян зародышу может не хватить воздуха и питательных веществ для роста и прохождения его сквозь слои почвы (без света и, следовательно, фотосинтеза).

А если семя находится неглубоко, ему может для роста не хватить влаги (верхние слои почвы обычно более сухие). Запишите в тетради примерные параметры, которые следует соблюдать при заделке семян в почву.

Ответьте на вопрос, что такое густота посева? Какие последствия могут возникать при загущенных или изреженных посевах (посадках)? Чем это можно объяснить? Запишите в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Из каких частей состоят семена разных растений?

2. Какие условия необходимы для прорастания семян?

3. Какие условия необходимы для нормального хранения семян?

4. Какое значение имеет глубина заделки семян в почву?

5. Для чего необходимо соблюдать нормы высева семян?

6. Как подготавливают семена к посеву?