шпаргалка

Теоретические основы семеноведения. Семена как посевной и посадочный материал. Понятие покоя. Посевные качества семян - энергия прорастания, всхожесть, чистота, масса 1000 семян. Полевая всхожесть. Этапы и условия активного прорастания Теоретические основы сортировки и сушки семян

[ Назад ]
Характеристика семян

Семена – эмбриональное состояние растений К. А. Тимирязев отмечал, что в зародыше семени мы застаем уже целое растеньице почти со всеми его частями. Семена являются носителями биологических, морфологических и хозяйственных признаков и свойств растений, поэтому от их качества зависит урожайность с/х культур.

В 70-х годах 19в в связи с повышением требований к качеству посевного материала был выделен самостоятельный отдел растениеводства – сельскохозяйственное семеноведение, изучающий семена как посевной материал.

Научно обоснованная оценка качества посевного материала началась со времени организации контрольно-семенных станций. Первая в мире контрольно-семенная станция была создана в Германии в 1869г. В России первые станции по контролю за качеством семян были созданы в Петербурге (1877) – при Главном ботаническом саде и в Москве (1881) – при Петровской земледельческой и лесной академии (ныне РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева). Позднее были организованы Киевская (1897), Харьковская (1906), Екатеринославская (1907), Воронежская (1911) и другие станции.

Семеноведение – наука о семенах, изучающая процесс образования и жизнь семян с момента оплодотворения яйцеклетки на материнском растении до образования из них после посева нового растения, т. е до перехода молодого растения от гетеротрофного питания (за счет запасов семени) к автотрофному. Семеноведение разрабатывает методы определения посевных качеств семян. Для производственных целей посевные качества семян ежегодно контролируют районные и областные (краевые) государственные семенные инспекции.

От семеноведения необходимо отличать семеноводство – отрасль с/х производства, задача которой заключается в размножении сортовых семян при сохранении их чистосортности, биологических и хозяйственных свойств.

Урожайность с/х культур во многом зависит от качества посевного материала. Семена, подготовленные к посеву, должны отвечать соответствующей категории сортовой чистоты и обладать определенными посевными качествами, а также высокими урожайными свойствами. По сортовым категориям семена должны отвечать требованиям ГОСТа к сортовой чистоте (для самоопыляющихся культур), репродукции или типичности (для перекрестноопыляющихся культур), а также не превышать имеющихся норм по степени засоренности и зараженности болезнями.

Посевные качества – совокупность свойств семян, характеризующих степень их пригодности для посева (чистота, энергия прорастания и всхожесть, сила роста и жизнеспособность, отсутствие болезней и вредителей). Под урожайными свойствами семян понимают способность семян давать урожай, величина которого определяется наследственностью, положительной модификационной изменчивостью, возникающей под влиянием условий выращивания. Различные семена одного генотипа (сорта), выращенные в разных условиях, в последующем поколении в одинаковых условиях возделывания могут дать разный урожай. Урожайные свойства семян используют в семеноводстве. Семена с высокой категорией сортовой чистоты, высокими посевными качествами и урожайными свойствами при соответствующей агротехнике обеспечивают получение высокого урожая.

Для посева используют семена, плоды и соплодия с/х культур, называемые в производстве семенами. Однако стоит различать ботаническое понятие “семя” и “плод”.

В результате самоопыления (пшеница, ячмень, горох, лен и другие) или перекрестного опыления (рожь, гречиха, кукуруза, клевер и другие) и двойного оплодотворения образуются семена и плоды.

Семя образуется из семязачатка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, а из покровов семязачатка – кожура семени. Питательные вещества семени могут запасаться в самом зародыше, как у растений семейств Бобовые, Астровые, Тыквенные, или в эндосперме, полученном от слияния второго спермия с вторичным ядром при двойном оплодотворении, как у растений семейств Мятликовые, Льновые, Сельдерейные и Пасленовые, а также в перисперме, образующемся из нуцеллуса семязачатка, как у растений семейства Маревые.

Семязачатки прикрепляются к стенке завязи. Из стенки завязи после оплодотворения формируется околоплодник, который вместе с семенем (семенами) составляет плод. Околоплодник бывает сухим и срастается с кожурой семени, как у мятликовых (плод – зерновка), или не срастается с кожурой семени и легко отделяется, как у подсолнечника, сафлора (плод – семянка). Он может одревесневать (плод – орешек), как у гречихи и свеклы.

Плоды могут быть простыми и сложными. Простой плод образуется из одного пестика (Мятликовые, Бобовые, Капустные, Астровые, Пасленовые), а сложный – из нескольких пестиков одного цветка, каждый из которых превращается в плодик (малина). В том случае, когда плод образуется из соцветия или из его части, т. е из самостоятельных цветков, а затем плодики срастаются, его называют соплодием (свекла).

Семя – живой организм, основные жизненные функции (дыхание, изменение влажности и химического состава, послеуборочное дозревание и другие) не затухают в нем даже в состояние покоя при хранении.

Созревшее семя, находясь в состоянии условного покоя, дышит и расходует на дыхание сухое вещество (главным образом углеводы), при этом выделяется диоксид углерода, вода и тепло. Интенсивность дыхания зависит от состояния семян и условий хранения. У хорошо высушенного и неповрежденного созревшего семени дыхание очень слабое, с повышением же влажности (более 15%) энергия дыхания резко увеличивается, так как появление свободной (несвязной) воды в нем усиливает биохимические процессы. Влажность зерна 14% называется критической.

При повышении влажности семян и температуры окружающей не только усиливается активность дыхания, но и может произойти самосогревание, что в свою очередь, благоприятствует развитию микроорганизмов. Такие семена самосогреваются еще сильнее, плесневеют и теряют посевные качества. Наиболее высокая энергия дыхания у семян масличных культур; зерно мятликовых культур имеет низкую энергию дыхания, еще ниже энергия дыхания у семян бобовых культур.

Влажность семян – очень важный показатель их качества. ГОСТом определен уровень влажности кондиционных семян разных культур, при котором семена хорошо хранятся. Например, для пшеницы – 14%, для гороха – 15%, для подсолнечника – 10%, для рапса – 8%.

Семена способны как поглощать влагу из окружающего воздуха, так и терять ее. Интенсивность этих процессов зависит от относительной влажности и температуры воздуха. Равновесная влажность семян (находящаяся в равновесии с данной влажностью воздуха и при данной температуре) изменяется следующим образом: увеличение относительной влажности воздуха при его постоянной температуре ведет к повышению равновесной влажности семян; при постоянной влажности воздуха и возрастании температуры способность семян поглощать влагу снижается, а при понижении температуры – возрастает.

Семена большинства полевых культур, убранные в фазе полной спелости, при проращивании их в первые дни после уборки в благоприятных лабораторных условиях имеют, как правило, очень низкую энергию прорастания и низкую лабораторную всхожесть. Такие семена, будучи морфологически зрелыми, физиологически незрелые и приобретают способность к прорастанию лишь после продолжительного хранения. Время от уборки до наступления полной всхожести семян называется периодом послеуборочного (или физиологического) дозревания. Неспособность семян к прорастанию сразу после уборки – важное экологическое приспособление растений, направленное на сохранение вида, так как оно помогает семенам переносить неблагоприятные условия. Причины послеуборочного дозревания (покоя) семян – непроницаемость плодовых и семенных оболочек для воздуха и воды, наличие в семенах и плодах веществ, задерживающих прорастание.

Продолжительность периода послеуборочного дозревания зависит от вида и сорта растений, от условий созревания, уборки и хранения семян. Например, у семян кукурузы и эспарцета период послеуборочного дозревания очень короткий – всего несколько дней, а у семян пшеницы, ячменя, проса, гороха, подсолнечника – 20-40 дней и более. В зависимости от условий созревания и уборки период послеуборочного дозревания удлиняется (при прохладной дождливой погоде) или сокращается (при теплой и сухой). Для сокращения периода послеуборочного дозревания семена просушивают, прогревают, вентилируют.

В неблагоприятных условиях (ограниченный газообмен в партии семян, высокая или низкая температура, вторичное увлажнение и другие факторы) семена могут впадать в состояние вторичного покоя.

Условия произрастания растений оказывают определенное влияние на качество семян: семена формируются разнокачественные, однако при этом генотипичность растений в потомстве сохраняется.

Под разнокачественностью понимают различия семян по морфологическим признакам, биохимическому составу и физиологическому состоянию, способности прорастать и обеспечивать определенную продуктивность растений в потомстве.

И. Г. Строна (1966) выделяет три типа разнокачественности семян: экологическую, матрикальную и генетическую.

Экологическая разнокачественность возникает в результате взаимодействия растений и семян с экологической средой. Разнокачественность этого типа не является наследственной, однако в формировании биологических свойств семян играет важную роль.

Матрикальная разнокачественность – результат неодинакового местонахождения семян на материнском растении, что ведет к разному режиму их питания и разному влиянию материнского растения.

Генетическая разнокачественность – результат соединения наследственности родительских форм. Хотя при этом сохраняется общий тип наследственности (сортовые признаки), однако каждое семя имеет отличия, обусловленные половым процессом. Генетическую разнокачественность семян вызывают также мутагенные факторы.

Разнокачественность семян может быть положительной или отрицательной с точки зрения оценки их биологических свойств, поэтому необходимо выявлять факторы, способствующие развитию положительной разнокачественности семян, а также исключать те из них, которые обуславливают отрицательную разнокачественность.

К сожалению, пока нет объективных методов прогнозирования урожайных свойств семян, возможности определять их в лабораториях и выделять в производственных условиях. Однако при изучении гетероспермии можно определить условия, необходимые для формирования и отбора биологически наиболее ценного посевного материала и его улучшения в семеноводстве.

Начало научного подхода к изучению зернообразования у зерновых культур было положено во второй половине 19в работами А. Н. Новацкого (1889). Большую роль сыграли многолетние условия Н. Н. Кулешова (1963), внесшие значительный вклад в вопросы зернообразования мятликовых. Н. Н. Кулешов предложил следующие основные принципы зернообразования: весь процесс зернообразования делится на три этапа: формирования, налив и созревание; определенные фазы развития зерна связаны с определенным содержанием в нем влаги; содержание влаги в зерне для каждой фазы спелости постоянное в разных районах, при любых условиях; поступление пластических веществ в зерно прекращается в начале восковой спелости; автором впервые выделена фаза “тестообразная спелость”.

На основании дополнительных исследований процесс зернообразования у зерновых культур можно представить в следующем виде (Коренев, 1967).

Формирование зерна начинается с оплодотворения яйцеклетки (образование зиготы) и продолжается до начала молочного состояния. На 2-3 день после цветения и оплодотворения образуется зачаток зерновки со студенисто-жидкой консистенцией и высоким содержанием воды (более 80%). На 6-7 день размеры и масса сырых зерновок быстро увеличиваются, а масса сухого вещества в них нарастает медленно. В конце этапа формирования зерновка достигает конечного размера по длине, но остается щуплой. В этот период в зерновке накапливается 15-35% сухих веществ от содержания их в фазе полной спелости, а влажность снижается до 65%. Этому этапу образования зерновок соответствует фаза студенисто-жидкого состояния.

Налив зерна характеризуется интенсивным нарастанием массы сухого вещества, увеличиваются ширина и толщина зерна. К концу этапа оно теряет зеленую окраску. Влажность зерна снижается до 40%. Продолжительность этапа – 12-18 дней. Накопление сухих веществ в зерне в основном завершается. Этапу налива зерна соответствует 2 фазы развития: молочное и тестообразное состояние.

Созревание зерна начинается с восковой спелости и продолжается до полного созревания. На этом этапе влага и сухие вещества в зерно не поступают, а происходящие в нем процессы сводятся к биологическим превращениям поступивших веществ и потере влаги. Влажность зерна снижается с 40-36% до 16-14%. Этому этапу созревания зерна соответствует 2 фазы развития: восковая и полная спелость.

Этапы зернообразования делят на фазы развития и периоды созревания, которые характеризуются определенным строением зерна и уровнем влажности. Эта схема зернообразования удобна для практического использования, например для определения сроков уборки хлебов разными способами, при анализе зерна на качество.

В результате исследований, проведенных на кафедре растениеводства Воронежского ГАУ (Коренев, Сафонов, 1982), в схему семяобразования у бобовых были внесены важные уточнения.

Развитие плода у гороха (как и у всех бобовых) проходит в 2 этапа: развитие створок боба и развитие семян.

Первый этап – развитие створок плода (боба) – длится 10-17 суток после окончания цветения; влажность плода составляет 79-87, а семян – 76-85%. К этому этапу относится одна фаза – формирование плода, которая делится на 2 периода. В первый период идет интенсивный рост створок плода и происходит накопление в них сухих веществ; семена в бобах находятся в зачаточном состоянии. В конце формирования плода створки достигают максимальных размеров, и в них содержится максимум сухих веществ, а семена в бобах находятся в середине своего формирования, имеют 25% сухих веществ от максимума.

На втором этапе идет налив семян за счет оттока пластических веществ из створок боба и продолжающегося фотосинтеза в листьях и прилистниках. При этом в конце налива семян в створках остается 50% пластических веществ от максимума.

Ко второму этапу относится три фазы развития семян: углеводное состояние, белковая (или уборочная) спелость, полная спелость.

Углеводное состояние характеризуется преобладанием в пластических веществах семян сахаров крахмала. Первая фаза делится на два периода: сахаристый и крахмалистый. В сахаристом периоде развития семян (влажность семян 64-75%) в них содержится максимальное количество сахаров. Интенсивность налива семян в этот период наибольшая. В крахмалистый период (влажность семян 41-63%) в семенах содержится много крахмала, интенсивность налива снижается. При надавливании на семя оно разделяется на две семядоли.

Белковая спелость характеризуется увеличением содержания белка в созревших семенах гороха; влажность семян снижается с 40% до 20%.

Белковая спелость разделена на 3 периода: начало, середина и конец. В начале белковой спелости при влажности семян 35-40% завершается накопление в них сухих веществ, но биологическая связь семян с растением еще сохраняется. Прерывается она при влажности средней пробы семян – 32-34%, о чем свидетельствуют опыты с применением радиоактивного изотопа 32Р. Семена в этот период спелости приобретают типичную для сорта окраску, режутся ногтем, семенная оболочка при раздавливании семени не отделяется от семядолей. Растения в это время снизу наполовину желтые.

В середине белковой спелости влажность семян снижается с 31 до 24%, растения только в верхней части сохраняют зеленую окраску; продолжительность периода 2-4 суток, в зависимости от состояния погоды. В начале и середине белковой спелости созревает 50-70% бобов (створки бобов тонкие и шероховатые). Это лучший срок скашивания гороха в валки; семена в таких бобах имеют типичную для сорта окраску и режутся ногтем.

В конце белковой спелости влажность семян составляет 20-23%. В этот период уже все растения желтые, а нижние плоды на первом плодовом узле имеют засохший вид; семена приобретают окончательные размеры, плотность и цвет.

Полная спелость семян с хозяйственной точки зрения (начало обмолота) отмечается при снижении их влажности до 14-19%. В этой фазе развития семян проводят обмолот валков. В фазе полной спелости созревает 100% семян.

Рассмотренный процесс зерно – и семяобразования на примере двух культур, представляющих разные ботанические семейства, имеет общие биологические закономерности. По мнению Н. Н. Кулешова, в ходе плодообразования очень важен момент наступления влажности – 35-40%. Исследования показали, что именно при этих значениях влажности семян (плодов) происходит коагуляция белковых коллоидов, после чего поступление сухих веществ в семя прекращается и при повышении влажности (осадки, полив) возобновляться не может.

На продолжительность и интенсивность поступления пластических веществ в зерно сильно влияют погодные условия. В сухую и жаркую погоду и при недостаточном запасе влаги в почве в период плодообразования продолжительность налива сокращается, что препятствует формированию крупного зерна и высокого урожая. Крайне неблагоприятные погодные условия на этапе налива могут прервать процесс поступления сухих веществ(запал, захват), что отрицательно отражается на величине урожая (низкий урожай, щуплое зерно). При умеренно влажной погоде этапы налива и созревания удлиняются, формируются крупное зерно и высокий урожай, хотя это несколько задерживает созревание и начало уборки.

Во время налива и созревания в районах с повышенной влажностью (или при затяжной влажной погоде) иногда наблюдается так называемое стекание зерна – снижение массы и натуры на корню или в валках. Это обусловлено тем, что в зерне может происходить ферментативный гидролиз крахмала с образованием сахаров и появлением на колосках “медвяной росы” (результат повышенного осмотического давления в зерне), ведущий к снижению урожая и ухудшению его качества.

В лабораторных условиях или в почве на поле прорастают только жизнеспособные семена. В любом случае для прорастания семян необходимы определенные условия: влага, тепло, воздух (кислород), для семян некоторых культур – свет. Прорастание семян – сложный биологический процесс, при котором зародыш, используя запасные питательные вещества, превращается в проросток. Зародыш растет не только за счет запасных питательных веществ семени, он использует пищу и влагу из почвы. Установлено, что способность к прорастанию появляется у молодых формирующихся семян: у озимой пшеницы полностью прорастали 10-дневные зерновки, высушенные в срезанном колосе, у ржи – 14-дневные, т. е собранные еще до наступления молочного состояния. Прорастание семян во многом зависит от начала дифференциации зародыша: у яровой и озимой пшеницы она начинается с 6-7 дня жизни зародыша, у ржи – с 9-11, у кукурузы – с 15 дня после оплодотворения.

Большое значение для прорастания имеет долговечность семян, т. е способность сохранять всхожесть длительное время. Различают биологическую и хозяйственную долговечность. Биологическая долговечность характеризуется способностью семян сохранять всхожесть длительное время (50-100 лет) хотя бы у единичных экземпляров в образце. Хозяйственная долговечность – период сохранения кондиционной всхожести семян при оптимальных условиях хранения.

Долговечность зависит от ботанического вида, места выращивания и условий хранения семян. Дольше других кондиционная всхожесть сохраняется у семян пшеницы, овса, ячменя, риса, бобовых трав (10-15 лет), менее долговечны семена ржи, сои, подсолнечника (3-5 лет). Хозяйственную долговечность семян учитывают переходящих и страховых семенных фондов.

Семенам разных культур для прорастания требуется неодинаковое количество воды По данным М. К. Фирсовой, необходимо следующее количество воды (% к массе воздушно-сухих семян): сорго – 30, кукуруза – 37, просо – 38, пшеница – 48, ячмень – 57, рожь – 65, овес – 76, тимофеевка – 80, горох – 114, клевер луговой – 143, лен – 160, свекла сахарная – 168.

Наибольшее количество воды для прорастания необходимо клубочкам сахарной свеклы, имеющим крупный околоплодник, активно поглощающий воду, семенам льна, впитывающим воду ослизняющимися оболочками, и семенам бобовых, так как они содержат в 2-36 раза больше белка, обладающего высокой поглотительной способностью. Интенсивность поступления воды в семена зависит от температуры, при повышенной температуре этот процесс ускоряется, время прорастания семян сокращается.

Установлены минимальный, оптимальный и максимальный уровни температуры прорастания семян в лабораторных условиях.

Минимальная – самая низкая положительная температура, при которой возможно прорастание семян данной культуры (для ржи, гороха, люцерны – 1°С; пшеницы, ячменя, бобов, мака, рапса, тимофеевки – 3-4°С; кукурузы, подсолнечника, сорго – 8-10°С; клещевины, дыни, хлопчатника – 13-15°С).

Оптимальная – наиболее благоприятная температура, при которой прорастание семян идет быстро (для большинства полевых культур – 25-30°С).

Максимальная – наиболее высокая температура, при которой продолжается прорастание семян и выше которой оно приостанавливается (для кукурузы – 40-44°С; пшеницы – 30-32°С; сахарно свеклы – 28-30°С).

При поглощении влаги и прорастании резко усиливается дыхание семян и возрастает их потребность в кислороде. Из-за недостатка кислорода семена в воде или в переувлажненной почве не прорастают (кроме семян риса).

Свет при прорастании семян – фактор факультативный. Для большинства полевых культур наличие или отсутствие света не влияет на прорастание семян. Однако семена фацелии и щирицы на свету не прорастают, а семена многих мятликовых трав (мятлик, бекмания и другие) не прорастают в темноте.

Важным условием выращивания высокого урожая является своевременное получение полных, дружных и хорошо развитых всходов. Полевая всхожесть – интегральный показатель качества семян и уровня агротехники. Если лабораторная всхожесть – это процент семян, давших нормальные всходы, от количества высеянных, то полевая всхожесть – процент всходов от количества высеянных всхожих семян. В формировании урожая этот показатель играет большую роль: как в изреженных, так и в загущенных посевах урожайность снижается.

Полевая всхожесть большинства культур пока остается невысокой, значительно ниже лабораторной, и составляет у зерновых культур – 65-85%, у сахарной свеклы – 50%, у многолетних трав – 30-49%. Она зависит от качества семян, агротехники и экологических условий периода посев – всходы.

Хорошие семена имеют высокие показатели энергии прорастания, лабораторной всхожести и силы роста, они крупные, тяжеловесные, что обеспечивает получение дружных всходов и высокую полевую всхожесть. Если семена имеют низкие показатели качества, то получаются изреженные посевы и формируются растения с низкой продуктивностью. Влияние крупности семян на полевую всхожесть и урожайность можно показать на примере подсолнечника, высеваемого широкорядно, когда роль каждого растения в формировании урожая более высокая, чем у культур обычного рядового посева. По данным ВНИИМК, при массе 1000 семян – 90г полевая всхожесть была – 91%, а урожайность – 2,8т/га, а при массе 1000 семян – 50г – соответственно 63% и 2,69т/га. Травмированные и пораженные болезнями семена всегда имеют более низкую полевую всхожесть. При сортировании их невозможно отделить от общей массы партии семян. Снизить вредное влияние механических повреждений и зараженности болезнями можно путем протравливания семян с применением пленкообразующих веществ (инкрустация).

В повышении полевой всхожести семян и сохранении растений до уборки велика роль агротехники. В неблагоприятных условиях низкую полевую всхожесть могут иметь и хорошие семена (например, при посеве в плохо разработанную невыровненную почву, в пересохший слой почвы, неравномерном размещении семян по глубине, отсутствии прикатывания почвы после посева, посеве непротравленными семенами). Полевая всхожесть зависит и от предшественников, по-разному влияющих на почву. Всхожесть семян снижается при повторном размещении культуры на одном и том же поле.

На полевую всхожесть влияют экологические условия: температура почвы на глубине посева семян, температура воздуха, влажность почвы, наличие почвенных вредителей, почвенной корки.

КАТЕГОРИИ:

Network | английский | архитектура эвм | астрономия | аудит | биология | вычислительная математика | география | Гражданское право | демография | дискретная математика | законодательство | история | квантовая физика | компиляторы | КСЕ - Концепция современного естествознания | культурология | линейная алгебра | литература | математическая статистика | математический анализ | Международный стандарт финансовой отчетности МСФО | менеджмент | метрология | механика | немецкий | неорганическая химия | ОБЖ | общая физика | операционные системы | оптимизация в сапр | органическая химия | педагогика | политология | правоведение | прочие дисциплины | психология (методы) | радиоэлектроника | религия | русский | сертификация | сопромат | социология | теория вероятностей | управление в технических системах | физкультура | философия | фотография | французский | школьная математика | экология | экономика | экономика (словарь) | язык Assembler | язык Basic, VB | язык Pascal | язык Си, Си++ |