Автор: Шуягина Екатерина Евгеньевна

Российская Федерация

Забайкальский край

г.Чита

МБОУ СОШ     №10, 7 «В» класс

Научная статья

Прорастание семян.

 Растения – удивительные организмы. Интересно наблюдать разные процессы, происходящие у растений.

Все знают, что цветковые растения размножаются семенами. Семена созревают, в них образуется зародыш будущего растения,  накапливаются запасные вещества. Они нужны для того, чтобы за счет этих веществ   появился и начал расти   проросток. В семенах очень мало воды в отличие от всех других органов растений. Именно поэтому они  как будто спят и  могут долго храниться. В природе семена прорастают весной. 

Прорастание семян – сложный биологический процесс, который во многом еще не познан, хотя в этом отношении и накоплен уже огромный экспериментальный материал[1].

Пожалуй, ни одно явление в жизни растений не обращало на себя так много внимания, как прорастание. Вероятно, на заре человеческого существования прорастание семян привлекало внимание своим чудодейственным пробуждением жизни. Древние римляне и греки более 2000 лет назад уже имели обширные практические знания, связанные с прорастанием семян, а с XVII века развернулись широкие исследования по биологии этого процесса. Сначала изучали морфологию прорастания, затем, по мере развития всей науки, анатомию и эмбриологию, а позже – физиологию и биохимию. Сейчас мы располагаем тончайшими исследованиями, которые открывают эту завесу «тайного», ибо современные методы биохимического и гистохимического анализа позволяют вскрыть химизм превращения сложнейших органических соединений в процессе прорастания.

Фазы прорастания семян

Семена с момента полной физиологической зрелости или после окончания периода послеуборочного дозревания биологически предназначены для дальнейшего развития, которое связано с процессом прорастания. Такое семя, находящееся в фазе покоя, готово в любой момент перейти к последующей фазе своего развития, если будут созданы необходимые условия.

Период прорастания состоит из последовательных этапов – фаз прорастания. Каждой фазе присуща определенная продолжительность, определенные биохимические и морфологические изменения, происходящие в семени, а также определенные требования к условиям среды. [2]

Всего можно выделить пять фаз:

 1)водопоглощения; 

2) набухания, заканчивающегося наклевыванием; 

3) роста первичных корешков; 

4) развития ростка; 

5) становления проростка.

Рассмотрим подробнее сущность каждой фазы.

Фаза водопоглощения. Сущность ее заключается в том, что сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности, которая является строго определенной величиной для каждой культуры.

В этой фазе сухие семена могут всасывать воду с колоссальной силой, достигающей многих десятков атмосфер, а у сорных растений – даже несколько сотен атмосфер. Семена всех культур способны пройти эту фазу путем поглощения воды из воздуха, если относительная влажность его будет выше 75 %. 

Продолжительность фазы зависит от состояния семян, температуры и влажности субстрата, с которым соприкасается семя. Естественно, что продолжительность фазы будет различна – довольно большая, если влага поступает из воздуха, или очень короткой, если семена находятся в воде. Однако в последнем случае, хотя общая влажность зерна достигает критической в течение всего нескольких часов (в зависимости от температуры и других факторов), но для равномерного насыщения клеток требуется еще некоторое время, и только после такого распределения влаги наступает вторая фаза.

Фаза набухания семян начинается с момента появления в семенах свободной влаги (то есть при влажности выше критической), которая активизирует жизнедеятельность клеток.

Живые семена каждой культуры могут поглотить только определенное количество воды, присущее данному виду, хотя известные отклонения, связанные со спецификой сортов, всегда бывают. Объем семян тоже увеличивается только до определенной величины, характерной для того или иного вида. Для нормального протекания этой фазы требуется определенная температура, влажность и кислород. При подсыхании наклюнувшихся семян возможно возвращение в предыдущую фазу, исходную.

Заканчивается фаза наклевыванием.

Фаза роста первичных корешков начинается с момента деления клеток первичного корешка, но морфологически ее можно зафиксировать несколько позже – при появлении над оболочкой семени первичного корешка.

Для большинства культур еще возможно прекращение прорастания семян на этой фазе и возвращение их в исходное состояние (состояние покоя), хотя для некоторых культур такой переход связан уже с нарушением физиологии и морфологии прорастания.

Фаза развития ростка начинается с появлением ростка. Продолжается дальнейший рост корешков, но уже имеются все возможности и для развития ростка, который также интенсивно растет. Но здесь уже требуются иные условия питания и внешней среды.

Из этой фазы уже нет возврата в состояние покоя, и при подсыхании развивающееся семя гибнет. Это тот рубеж, где начал жизнь проросток, он еще не полноценное растение, но уже и не семя. Для фасоли эта  фаза оканчивается с формированием почечки.

На этой фазе и заканчивается процесс прорастания семян, но молодой проросток еще является объектом семеноведческих исследований.

Фаза развития ростка. Развивающийся проросток находится в сложной зависимости от экологических условий, но еще не порвал связи с семенем, получая от него основное питание и некоторые специфические соединения. Эту фазу, которая продолжается до перехода проростка на автотрофное питание. Она также обусловлена определенными требованиями к экологической среде (температура, влажность и т.п.).

Проросшими семенами следует считать только те, которые имеют сформированный проросток (появление ростка с первичными корешками), если нет ростка, то независимо от длины корешков семена нельзя назвать проросшими, а только прорастающими (то есть находящимися на разных фазах прорастания).[3]

Необходимость определенных условия для прорастания семян.

Семена растений способны длительное время не прорастать. Однако через некоторое время, попав в благоприятные для прорастания условия, они дают начало молодому растению. При этом зародыш семени должен быть живым. Семена с мертвым зародышем к прорастанию не способны, т. е. теряют всхожесть.[4]

К гибели зародыша семени приводят следующие факторы: слишком длительный период хранения, отсутствие кислорода в воздухе, пересыхание семян, механические повреждения, заражение семян плесневыми грибами и др.

Для того, чтобы семена проросли должны быть соблюдены три важных условия:

·         наличие воды,

·         наличие кислорода,

·         определенный температурный режим.

Вода при прорастании семян.

Для того, чтобы начать расти, зародышу семени нужны питательные вещества, которые находятся в эндосперме семени, семядолях или других частях зародыша. Но сухими они не могут быть использованы, питательные вещества должны быть растворены в воде. Поэтому семена растений способны прорастать только при условии наличия воды.

Вода (оксид водорода) - бинарное неорганическое соединение   с химической формулой  H₂O: молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного - кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета при малой толщине слоя, запаха и вкуса.  В твёрдом состоянии называется льдом ,кристаллы  льда могут образовывать снег или иней, а в газообразном - водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов.

Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Вода впитывается семенем и приводит к его набуханию. При этом набухают и семена с мертвым зародышем, просто в дальнейшем они не прорастают, а загнивают.

Сухие семена долго могут не терять всхожести. У каждого вида растений своя максимально возможная длительность хранения семян. Но как только семена попадают во влажную среду, они начинают набухать и прорастать.

Семена разных растений для прорастания требуют разное количество воды. Так, например, семена гороха поглощают массу воды больше, чем их собственная масса. Другим растениям бывает достаточно массы воды, равной всего ¼ от их собственной массы (просо).

Воздух в прорастании семян.

Не менее важен для прорастания семян воздух, а точнее — содержащийся в нем кислород. Ведь даже сухие семена дышат, а прорастающие дышат сильнее, так как в них обмен веществ идет более активно.

Если семена сильно залить водой так, что они полностью будут погружены в нее, то зародыши в семенах могут задохнуться и погибнуть. Дело в том, что в воде растворено меньше кислорода, чем его находится в воздухе. Однако многое зависит от вида растения. Так семена риса хорошо прорастают как раз под водой, им много кислорода не требуется.

Температура и прорастание семян.

Даже если семена поместить во влажную среду и обеспечить им доступ воздуха, то они все-равно не прорастут, если температура не будет оптимальной для них. Оптимальная температура прорастания семян у каждого растения своя. Хотя семена большинства растений прорастают только в тепле, когда температура поднимается выше +10 °C или выше +15 °C. Но семена ржи прорастают уже при +1 °C.

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.

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.

Ботанико-биологические особенности фасоли сорта Бланш.

Первыми выращивать это растение начали еще древние инки и ацтеки, а в древние греки и римляне использовали его не только для приготовления пищи, но и в лекарственных целях. Родиной продукта является Южная Америка, а в Европу его привез Колумб. О чем же идет речь? Конечно, о фасоли, одной из самых популярных культур семейства бобовых.

Фасоль – одна из наиболее распространенных выращиваемых бобовых культур.[5] Площади ее возделывания занимают в мире второе место после сои. Сорта фасоли очень многообразны. Столь высокая популярность этой культуры и ее сортовое разнообразие объясняются высокой пищевой ценностью. В пищу употребляют как зрелые бобы, так и зеленые стручки.

С точки зрения ботаники, фасоль – это овощ семейства бобовых. В семейство входит около сотни биологических видов и огромное число сортовых разновидностей.

Преимущественно фасоль выращивают для кулинарных целей, однако есть несколько десятков видов, имеющих декоративное значение. Основным компонентом фасоли, с точки зрения кулинарии, является входящий в ее состав растительный белок. Плоды фасоли называются бобами.

Культура из семейства бобовых классифицируется по ряду признаков. Основные из них — форма растений, размер семян, вкус и строение бобов. Так, по форме фасоль может быть вьющейся, полувьющейся или плетущейся, кустовой. А по величине семян — крупно-, средне-, мелкосеменной.

По вкусовым качествам и строению выделяют три основных вида растений:

·         Лущильные (зерновая).

·         Спаржевые или сахарные (овощная).

·         Полусахарные.

Различаются сорта фасоли и по цвету семян и створок, характеру окраса (пестрые или однотонные). Существуют многолетние и однолетние разновидности растения. Но все многообразие видов культуры ученые делят на две основные группы — Phaseolus L или американскую и Vigna Savi или азиатскую. Как можно понять по названию, они отличаются по географии распространения. Отличительные черты американской группы — крупные бобы характерной формы, короткие стручки. Тогда как азиатские сорта обладают мелкими семенами, длинными стручками.

Это интересно! Больше всего знакомы четыре сорта фасоли:

·                     Красная — отлично насыщает, положительно влияет на работу пищеварительной системы, укрепляет иммунитет.

·                     Белая — богата железом, кальцием, благодаря чему укрепляет зубы, кости.

·                     Желтая — содержит много витаминов и минералов, годится к употреблению в разных видах: отварном, жареном или сыром.

·                     Фиолетовая — питательный продукт, меняющий свой цвет во время варки.

Фасоль Бланш

Нежные желтые стручки, гладкие и длинные, с толстыми лопаточками и замечательным маслянистым вкусом просто тают во рту. Низкая калорийность и повышенное содержание витаминов делают их очень ценными для диетического питания. При полном созревании в пищу идут бобы, которые благодаря своему некрупному размеру быстро готовятся. Бобы имеют белый цвет и содержат большое количество белка. Кусты невысокие, компактные, занимают совсем немного места. Сорт раннего или среднераннего срока созревания.

Лабораторный эксперимент

Целью лабораторного эксперимента являлось изучение влияния воды различного типа на прорастание семян фасоли и исследование дальнейшего возможного использования воды для выращивания зеленой массы.

В качестве объекта исследования были выбраны семена фасоли сорт Бланш.

Согласно схеме эксперимента, семена фасоли были разделены на четыре группы в соответствии с изучаемыми типами воды и одну группу – сухие семена.(Приложение 3,4, фото 4-7).

При проведении эксперимента использовались следующие типы воды:

1. Водопроводная вода.

2. Солёная вода.

3. Холодная кипяченая вода.

4. Минеральная вода «Кука курортная».

Для проращивания семян использовалась следующая технология:

I этап. Промывка семян в холодной воде для удаления посторонних примесей.

II этап. Замачивание в исследуемых растворах на 60 минут.

III этап. Проращивание производилось с двухкратным ежесуточным орошением водой установленного типа, при комнатной температуре с естественным светом.

IV этап. Высевание семян в емкости для дальнейшего прорастания.

Наблюдение велось с первых суток. В одну чашку положили 10 штук сухих семян фасоли, салфетку в чашке не увлажняли. В остальные четыре  - по 10 штук набухших семян, салфетку увлажнили, исследуемыми растворами. Все чашки накрыли и поставили для прорастания. (Приложение 4, фото 6 и 7).

 Посмотрели через 2 суток. В первой чашке сухие семена остались без изменения, при замачивании семян в минеральной воде отмечалось наилучшее стимулирующее действие, по результатам различия между вариантом с минеральной водой и контролем (водопроводная вода). При обработке семян холодной кипяченой водой отмечалось замедление роста и развития семян по сравнению с контролем. Замоченные в соленой воде семена сморщились.(Приложение 5, фото 8-10)

На 5-е сутки проростки оценивали по основным морфометрическим параметрам:

·         длина корней,

·         количество корней.(Приложение 6, фото 11-12)

При дальнейшем наблюдении на12 сутки оценивали длину побега.

Все проросшие семена были высажены в грунт и поливались водой, в которой происходило их прорастание. Через 20 дней эксперимент был остановлен, так как наблюдалась полная гибель проростков в образцах№3 и №4. Проростки образца №1 прекрасно развиваются.

В таблице 1 представлены морфометрические результаты.

Таблица 1. Морфометрические результаты проращивания фасоли.

Выводы:

1.      Для прорастания семян необходимы определенные условия: вода, тепло, воздух.

2.      Прорасти и дать начало новому растению могут только семена с живым зародышем. Семена с погибшими зародышами становятся невсхожими, они не могут прорастать.

3.      Замачивание семян в минеральной воде дает более интенсивный рост семян и более раннее прорастание.

4.      Семена, замоченные, в холодной кипяченой воде показали низкие результаты, скорее всего это связано с тем, что предварительное кипячение воды приводит оседание полезных солей кальция и магния на стенках сосуда.

5.      Замачивание семян в соленой воде не приводит к их прорастанию.

6.      Максимального развития после высадки в грунт достигают  семена, которые поливали водопроводной водой, что говорит о качестве воды. Во всех других образцах произошла гибель проростков.

7.      Гибель проростков при поливе минеральной водой, вероятно, связана с излишним количеством солей попавших в почву вместе с водой.

8.      Таким образом, мы опровергли выдвинутую нами гипотезу. Делаем вывод, что не всякая вода пригодна для проращивания семян и для дальнейшего развития растения.

Заключение.

Выращивание растений из семян - очень увлекательный процесс. Наблюдение за всеми фазами развития растения от прорастания семечка до появления первых проростков - волшебство природы в действии. Требуется много времени и терпения, прежде чем вырастет полноценное растение.

Исследуя влияние воды на проращивание семян, мы провели ряд опытных работ, в результате которых на практике убедились в том, что вода необходима семенам для набухания, так как при набухании кожура семени разрывается, в результате чего появляются корень и стебель. Также вода необходима для растворения питательных веществ семени, потому что зародыш семени может всасывать все необходимые питательные вещества только в жидком виде.

Список литературы:

1.      Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений/ В.В.   Пасечник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил.

2.      Габуда, С.П. Вода. Факты и гипотезы [Текст]. / Габуда С.П. Новосибирск: «Наука», 1982.

3.      Справочник по проращиванию покоящихся семян, М. Г. Николаева, М. В. Разумова, В. Н. Гладкова, Ленинград, «Наука», 1985

4.      Энциклопедия «Растительный мир ботаники» 2010г

Интернет-источники

1.      http://www.udec.ru/ovoshhi/sorta-fasoli.php

2.      https://www.agrodialog.com.ua/prorastanie-semyan.html

3.      https://agrognom.ru/vegetables/sorta-fasoli.html

4.      Прорастание семян. Электронный учебник по биологии. Режим доступа: http://bio-learn.com/

5.      Удивительный мир растений. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.valleyflora.ru/3.html

6.      Условия прорастания семян. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://beaplanet.ru/vsyo_o_semenah/usloviya_prorastaniya_semyan.html

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Подготовка семян.

Приложение 4.

Рисунок 6 и 7.

Приложение 5.

Рисунок 8-10.  Семена на вторые сутки.

Приложение 5.

Приложение 6.

Рисунок 11-12.  Семена на 5-е сутки.

Приложение 7.

Рисунок 13. Семена перед посадкой в грунт (образец №1).

Приложение 8.

Рисунок 14-15. Проростки семян фасоли (образец №1).