При прорастании семян резко возрастает дыхание
Семена также как и все живые существа, дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Дышат семена и днем, и ночью. В период покоя дыхание семян очень слабое, но при прорастании резко увеличивается. Увеличивается потребность в О2 и возрастает выделение СО2.
В этом можно убедиться, проделав несложный опыт: взять две бутылки с прозрачными стеклами, в них насыпать одинаковое количество семян. В одну — сухих, в другую — прорастающих. Обе бутылки плотно закроем. Через сутки — двое суток откроем бутылку с сухими семенами и внесем в нее горящую лучину — она будет продолжать гореть. Это говорит о том, что в бутылке с сухими семенами состав воздуха почти не изменился, т.к. не прорастающие семена дышат очень слабо и запас О2 в бутылке сохранился почти полностью. Затем откроем бутылку с прорастающими семенами и опустим до дна горящую лучинку — лучинка гаснет, потому что прорастающие семена израсходовали для дыхания О2 и выделили большое количество СО2, а СО2 на поддерживает горения.
Прорастающие семена активно дышат и при этом выделяют тепло. Сахара расходуются на процесс дыхания. В результате дыхания образуются богатые энергией соединения АДФ и АТФ, выделяются СО2, Н2О и тепловая энергия.
Если в банку с прорастающими семенами, хорошо закрытую со всех стороной ватой, вставить термометр, то через сутки заметим, что температура повысится. Тепло, выделяющиеся при дыхании семян, нагревает их. При хранении семян это надо иметь в виду, иначе сложенные толстым слоем сырые семена быстро разогреются и «сгорятся». У таких семян зародыши погибают ,и всхожесть теряется. Поэтому семена убирают на хранение только сухими и хранят в сухих, хорошо проветриваемых помещениях при свободном и постоянном доступе воздуха.
Влияние внешних факторов на проращивание семян
Дыхание семян
Для чего при прорастании семенам нужна вода, мы выяснили. А зачем нужен воздух? Необходимость воздуха объясняется тем, что семена дышат, то есть они поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Дыхание необходимо на ранней фазе прорастания семян, поэтому снабжение кислородом влияет на прорастание. Семена обычно нуждаются в более высоких концентрациях кислорода для прорастания, чем это требуется для последующего роста проростков. Относительно высокая потребность в кислороде у семян некоторых видов растений объясняется наличием кожуры, являющейся барьером для диффузии кислорода в семена. Выдерживание семян, освобожденных от кожуры, при высокой концентрации кислорода ускоряет дыхание.
Чтобы установить дышат семена или нет, мы взяли два стеклянных цилиндра. Один наполнили на 1/3 набухшими семенами гороха, а другой оставили пустым. Оба цилиндра закрыли стеклом. Через сутки горящую лучинку внесли в пустой цилиндр. Лучинка продолжала гореть. Опустили ее в цилиндр с семенами. Лучинка погасла. Кислород воздуха поддерживает горение и поглощается при дыхании, а углекислый газ горение не поддерживает и выделяется при дыхании. Таким образом, опыт показывает, что прорастающие семена поглощают кислород из воздуха, который был в цилиндре, и выделяет углекислый газ. Значит, семена дышат.
Дышат сухие и прорастающие семена. Только дыхание сухих семян выражено слабо. При прорастании дыхание резко усиливается, поэтому семенам нужен постоянный приток кислорода. В процессе дыхания семена выделяют не только углекислый газ, но и тепло. По этой причине прорастающие семена нагреваются. Если семена лежат толстым слоем, они могут перегреться. Перегрев приводит к гибели зародыша, а семена с мертвым зародышем нежизнеспособны и не прорастают. Способны прорастать только семена с живым зародышем. Чтобы семена не портились, мы храним их сухом, хорошо проветриваемом помещении.
Для того, чтобы проверить необходим ли воздух при проращивании семян мы провели следующий опыт: В два стакана поместили немного зерновок ржи и пшеницы. Первый стакан до краев наполнили водой. Во втором стакане зерновки лишь смочили. Стаканы прикрыли стеклом и поставили в теплое место. Через 4 суток в стакане с небольшим количеством воды семена проросли. В стакане, наполненном водой, семена набухли, но не проросли, а погибли. Здесь вода вытеснила из стакана воздух, необходимый семенам для дыхания. Следовательно, для произрастания семенам необходим воздух. Зерновки риса – обитателя болот и тимофеевки, живущей в поймах рек, могут прорастать под водой. Они довольствуются ничтожным количеством воздуха, который растворен в воде. Зерновки пшеницы, ржи, овса, нуждаются в большом количестве воздуха и не прорастают в переувлажненной почве.
Дыхание семян.
Человеку и животным для дыхания нужен кислород. Кислород поддерживает горение. Зажженная лучина хорошо горит, потому что в воздухе содержится кислород. Но если горящую лучинку опустить в бутылку, наполненную выдыхаемым воздухом, она погаснет. Это происходит потому, что при дыхании выделяется углекислый газ, не поддерживающий горения.
Вы знаете, что для прорастания семян необходим воздух. Дышат ли семена? Нужен ли им кислород для дыхания? Какой газ выделяется при дыхании семян? Чтобы ответить на эти вопросы, поставим опыт.
Возьмем две бутылки из светлого стекла. В одну из них положим 30 сухих непроросших семян пшеницы, овса, гороха или других растений, а в другую такое же число семян тех же растений, но не сухих, а проросших. Обе бутылки плотно закроем пробками и поставим в темное теплое место. На следующий день проверим, изменился ли воздух в бутылках с семенами.
Сначала откроем бутылку с сухими семенами и опустим в нее тонкую зажженную свечку, прикрепленную к проволоке. Свеча продолжает гореть, потому что в бутылке с сухими семенами воздух остался почти неизмененным: семена, не начавшие прорастать, дышат очень слабо, и поэтому запас кислорода, находящегося в бутылке, сохранился почти полностью.
Затем откроем бутылку с проросшими семенами и опустим свечу до самого дна. Свеча погаснет, потому что прорастающие семена израсходовали для дыхания кислород, находящийся в бутылке, и выделили большое количество углекислого газа, в котором горение происходить не может.
Опыт показывает, что прорастающие семена поглощают кислород и выделяют углекислый газ, то есть дышат Это естественно: ведь растения, как и животные, — живые организмы.
Рис. 24. Опыт, показывающий дыхание семян: свеча горит в банке с сухими семенами, а в банке с прорастающими семенами — гаснет.
Рис. 25. Температура прорастания семян разных растений: 1 — дыня; 2 — огурец; 3 — помидоры; 4—кукуруза: 5 — морковь; 6 — пшёница; 7 — горох; 8 — рожь.
Дыхание семян происходит днем и ночью. Во время дыхания выделяется тепло. Если в банку с прорастающими семенами, хорошо закрытую со всех сторон ватой или войлоком, опустить термометр, то легко заметить повышение температуры.
Тепло, выделяющееся при дыхании семян, нагревает их. Особенно много тепла выделяется при дыхании прорастающих семян. Сырые проросшие семена дышат энергичнее сухих непроросших. Сложенные толстым слоем сырые семена прорастают и быстро разогреваются. Зародыши таких семян погибают. Семена становятся невсхожими. Чтобы этого не происходило, семена убирают на хранение только сухими и хранят в сухих, хорошо проветриваемых помещениях. Доступ воздуха к семенам должен быть свободным и постоянным. Это необходимо для сухих семян, хотя дышат они значительно слабее, чем увлажненные, прорастающие.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Ответ. Дыхание семян
Семена также как и все живые существа, дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Дышат семена и днем, и ночью. В период покоя дыхание семян очень слабое, но при прорастании резко увеличивается. Увеличивается потребность в О2 и возрастает выделение СО2.
В этом можно убедиться, проделав несложный опыт: взять две бутылки с прозрачными стеклами, в них насыпать одинаковое количество семян. В одну — сухих, в другую — прорастающих. Обе бутылки плотно закроем. Через сутки — двое суток откроем бутылку с сухими семенами и внесем в нее горящую лучину — она будет продолжать гореть. Это говорит о том, что в бутылке с сухими семенами состав воздуха почти не изменился, т.к. не прорастающие семена дышат очень слабо и запас О2 в бутылке сохранился почти полностью. Затем откроем бутылку с прорастающими семенами и опустим до дна горящую лучинку — лучинка гаснет, потому что прорастающие семена израсходовали для дыхания О2 и выделили большое количество СО2, а СО2 на поддерживает горения.
Прорастающие семена активно дышат и при этом выделяют тепло. Сахара расходуются на процесс дыхания. В результате дыхания образуются богатые энергией соединения АДФ и АТФ, выделяются СО2, Н2О и тепловая энергия.
Если в банку с прорастающими семенами, хорошо закрытую со всех стороной ватой, вставить термометр, то через сутки заметим, что температура повысится. Тепло, выделяющиеся при дыхании семян, нагревает их. При хранении семян это надо иметь в виду, иначе сложенные толстым слоем сырые семена быстро разогреются и «сгорятся». У таких семян зародыши погибают ,и всхожесть теряется. Поэтому семена убирают на хранение только сухими и хранят в сухих, хорошо проветриваемых помещениях при свободном и постоянном доступе воздуха.
1. Семена, как и все живые существа, дышат, поглощая О2 и выделяя СО2. Дышат и днем, и ночью.
2. Сухие семена дышат очень медленно, активно дышат прорастающие семена.
3. Активно прорастающие семена выделяют тепло.
8 Ответ. Питание и рост проростка
В каждом семени зародыш имеет запас питательных веществ в виде крахмала, жира и белков, составляющих органические вещества семени. Эти питательные вещества расходуются при прорастании семени и росте проростка. При прорастании семян крахмал, содержащийся в эндосперме зерновки пшеницы, под действием особых веществ и воды превращаются в сахарный раствор, который притекает к зародышу. Питаясь этим раствором, клетки корешка, стебелька и почечки зародыша усиленно делятся, растут и дают начало проростку будущего растения.
Молодые растеньица, которые развиваются из зародыша семени, называются проростками. Первое время проростки питаются запасными веществами, которые накоплены в семени. Если семядоли при прорастании выносятся над почвой, то такое прорастание называется надземным (огурец, тыква, фасоль, морковь). В том случае, когда семядоли остаются под землей, — прорастание подземное (горох, дуб, пшеница, ячмень).
Рассматривая проростки, выросшие из целого семени, половины и четверти, можно сказать, что проросток с двумя семядолями получил наилучшее развитие потому, что он был полностью обеспечен запасами питательных веществ. Проростки с одной семядолей и с половиной семядоли имели недостаток в питании и развивались очень слабо. По мере роста проростка в эндосперме однодольных и в семядолях двудольных растений становится все меньше и меньше питательных веществ. Примерно к 4-х недельному возрасту проростков запас питательных веществ истощается полностью и проросток начинает питаться самостоятельно из почвы.
При прорастании семени сначала появляется корешок. Развиваясь, он переживает другие органы зародыша и быстро укрепляется в почве. По корням можно определить однодольное или двудольное растение развивается из семени. У проростков однодольных растений обычно образуется несколько корешков (у озимой пшеницы — 3, у яровой — 5). У проростков двудольных сначала, как правило, образуется один корешок, который потом начинает ветвиться.
1. Зародыш в начале развития питается веществами, отложенными в клетках эндосперма или самого зародыша.
2. Размер проростка зависит от запаса питательных веществ в семени: чем больше веществ, тем крупнее проросток.
3. Для посева следует отбирать крупные, здоровые, полновесные семена.
9 Ответ. Время посева и глубина заделки семян
Время посева семян определяется условиями, необходимыми для прорастания семян. Ранней весной, когда в почве накопилось много дождевой или талой воды, но почва еще не достаточно хорошо прогрелась, следует высевать семена холодостойких растений (пшеница, горох, овес, ячмень). Семенам этих растений для прорастания необходимо много влаги, а t-0, +1, +2 градуса. Семена теплолюбивых растений высеваются тогда, когда почва прогреется до +10, 12, 15 градусов (кукуруза, фасоль, огурцы, тыква, дыня), но будет хватать влаги для прорастания. Семена, посеянные с опозданием , попадут в теплую, но сухую землю, будут прорастать медленно, что снизит урожайность.
Дыхание семян при прорастании
Процесс набухания семян сопровождается резким повышением интенсивности дыхания, но с некоторыми периодами затухания, что связано с перестройкой биохимических процессов.
Опыты В. Джеймса и А. Джеймса характеризуют общую картину изменения дыхания при прорастании. Они изучали выделение СО2 семенами ячменя, прорастающими в темноте при 21°С, и установили следующие 5 фаз в зависимости от содержания питательных веществ:
I фаза – идет поглощение воды, быстро развивается зародыш и используются запасные питательные вещества, отложенные в зародыше. Интенсивность дыхания постепенно нарастает. Продолжительность фазы 2 дня;
II фаза – мобилизуются углеводы эндосперма, интенсивность дыхания усиливается и на седьмой день достигает максимума;
III фаза – запасы эндосперма истощаются – интенсивность дыхания замедляется. Фаза продолжается до 12-го дня;
IV фаза – в обмен включаются другие вещества (белки и пр.). Интенсивность дыхания постепенно падает к концу фазы;
V фаза – проростки отмирают, развивается сапрофитная микрофлора. В дыхании замечается слабый подъем.
Ученый Лич на пяти сортах пшеницы при определении дыхания каждого зерна в отдельности установил 3 фазы в процессе набухания и прорастания.
Начальная фаза начинается с момента соприкосновения семян с водой и продолжается около 10 часов. При этом наблюдается медленный подъем интенсивности дыхания.
Средняя фаза продолжается от 10 до 30 часов, интенсивность дыхания нарастает, а в конце периода наблюдается ее падение.
Заключительная фаза – идет процесс прорастания и подъем интенсивности дыхания.
Исследования показали, что при прорастании семян, богатых углеводами, дыхательный коэффициент (ДК) близок к единице. Низкий ДК наблюдается при прорастании семян масличных культур, ибо при этом окисляются жирные кислоты и жиры превращаются в сахар, для чего требуется значительное количество кислорода. Это подтверждается также тем, что по мере того, как содержание жира в семени уменьшается, происходит увеличение сахаров.
На начальных фазах прорастания у масличных семян ДК около 1, так как в это время расходуются углеводы, содержащиеся в зародыше, но через 1–2 дня ДК падает до 0,3–0,4, что связано с распадом жиров до углеводов. После появления сахаров ДК снова повышается до 0,7–0,8, но никогда не достигает 1 потому, что на продолжающийся распад жиров и их окисление требуется большое количество кислорода.
Интенсивное дыхание, наблюдающееся при прорастании, связано с выделением большого количества тепла. Выделение большого количества тепла при достаточном увлажнении, которое происходит не только извне, но и за счет воды, появляющейся при нагревании, вызывает значительный местный нагрев.
Сейчас созданы аппараты (например, аппарат Тиана-Кальве), которые позволяют учесть тепловыделение даже одного семени. Исследованиями установлено, что в момент соприкосновения семян с водой немедленно начинается выделение тепла, которое достигает максимуму через 20– 40 минут. За это время выделяется около 1,2 кал в час. Затем выделение тепла снижается, а через 5 часов может быть даже поглощение его. Процесс этот физико-химический и протекает в результате увлажнения сухого вещества семени. Эта фаза, которую Прайт назвал гидростадией, является отправной точкой для последующей фазы, связанной с жизнедеятельностью пробужденных клеток прорастающего семени. В эту фазу семя реагирует только на воду. Интересно отметить, что, конец этой фазы совпадает с наступлением критической влажности семян, поэтому эта фаза имеет специфические черты и может рассматриваться как начальная фаза прорастания.
В дальнейшем, по прошествии 5 часов (то есть с 5 до 10 часов с момента увлажнения) тепла выделяется все меньше и меньше, либо происходит даже поглощение его. Такую фазу можно назвать фазой нулевого термогенеза. В этот период протекают сложные экзо- и эндотермические процессы, связанные с увлажнением, гидролизом, набуханием коллоидов, но в комплексе все эти реакции не сопровождаются выделением тепла в окружающую среду, а тепло используется внутри самого семени.
Затем начинается период биологического термогенеза – тепловыделение постепенно усиливается, нарастает, что связано с усилением дыхания, гидролизом питательных веществ, действием ферментов и с другими активными физиологическими процессами. Такое состояние называют термофазой, так как в это время прорастающее семя становится чувствительным к температуре, а затем появляется потребность в кислороде, а через 3 дня – в свете, и т.д.
Установлено, что повышение температуры в процессе набухания и прорастания сокращает период физико-химического термогенеза, повышает максимум тепловыделения, сокращает продолжительность нулевой фазы и ускоряет наступление биологического термогенеза.
При попеременном увлажнении и последующем подсушивании нулевая фаза выпадает и значительно ускоряется наступление биологического термогенеза. Семена, которые в условиях поля увлажняются и затем подсыхают, способны при последующем увлажнении очень быстро прорастать, что иногда и наблюдается после дождя, если ему предшествовал сухой период.
Семя в процессе прорастания может в какой-то степени влиять на термический режим в почве. Если считать, что при посеве в лунке находится 4 зерна кукурузы (больше 1 г), то даже через 24 часа они выделят около 35 калорий тепла за сутки, а в дальнейшем тепловыделение увеличится в несколько раз. Нетрудно подсчитать, что при низкой теплопроводности и довольно высокой теплоемкости почвы возможно повышение температуры окружающей почвы на несколько градусов. Это явление было обнаружено, когда изучали прорастание семян при пониженных температурах в камере искусственного климата.