ПОДГОТОВКА СЕМЯН К ПОСЕВУ

Теоретические основы подготовки семян деревьев 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, 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 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 вакуолярной 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, при водящие 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.

 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/м 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 13З % 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 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.

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. Для неко­торых видов они следующие.

Абрикос обыкновенный – При весеннем посеве стратифицируют в ящиках или тёплых траншеях 3…6 °С.

Вишня обыкновенная - При весеннем посеве стратифицируют в ящиках или теплых траншеях 150 ... 180 дней; при осеннем посеве свежесобран­ные семена стратифицируют с момента сбора до посева в летних траншеях или в прохладном помещении.

Ель европейская - При посеве весной стратифицируют под снегом 1 ... 2 месяца.

Лиственница сибирская - То же, что и для ели европейской.

Сосна кедровая сибирская - При весеннем посеве семена 3 .. .4 дня замачивают в воде, а затем стратифи­цируют в траншеях глубиной 1,5 м или в ящиках с песком под снегом в течение не менее 2 .. .4 месяцев.

Ясень обыкновенный - При весенних посевах семена страти­фицируют при температуре 15 ... 20 °С  3 .. .4 месяца и при 0 ... 3 °С еще 3 .. .4 месяца.

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).

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 ОС, а затем в течение 90 ... 120 суток при О °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 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. 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, 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 азотно­фосфорное 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 ОС, 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 ос, 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 протравливаное 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.)