Germinarea semințelor este tranziția semințelor de plante de la starea de repaus la viața activă, stadiul inițial al ontogenezei plantelor , în care se formează un germen . Apare atunci când este furnizat cu umiditate și oxigen, temperatură adecvată și condiții de lumină. În procesul de germinare, metabolismul în embrion și endosperm crește ; semințele se umflă în apă, amidon, grăsimi și proteine se descompun în zahăr, acizi grași și aminoacizi . De obicei germinează mai întâi rădăcina, apoi hipocotilul sau epicotilul (la diferite plante) [1] .
În cazul lipsei de oxigen, se acumulează substanțe nocive pentru embrion - alcool etilic , acid lactic , amoniac ; cu o lipsă de temperatură, fluxul de apă în semințe scade și activarea metabolismului , raportul diferiților regulatori de creștere este perturbat. Unele dintre semințe nu germinează în condiții adecvate, din cauza durității învelișurilor și neieșind din repaus; în acest caz este posibilă deteriorarea mecanică a capacelor [1] .
Perioada de germinare este formată din etape succesive – faze de germinare. Fiecare fază are o anumită durată, anumite modificări biochimice și morfologice care apar în sămânță, precum și anumite cerințe pentru condițiile de mediu.
Fazele germinative ale semințelor:
Faza de absorbție a apei
Semințele uscate în repaus absorb apa din aer (dacă umiditatea relativă a acestuia este mai mare de 75%) sau din orice substrat până când apare umiditatea critică, care este o valoare strict definită pentru fiecare cultură. Apa care intră este absorbită de coloizii hidrofili ai semințelor. Apa este inclusă în conținutul celulei, unde se leagă cu diferiții săi compuși și, prin urmare, nu există o activare vizibilă a proceselor biochimice în sămânță și nu se observă modificări ale morfologiei. Absorbția apei poate crește oarecum intensitatea respirației semințelor (de 2-3 ori până la sfârșitul fazei), dar nivelul său general rămâne foarte scăzut.
Baza fazei de absorbție a apei este un fenomen fizico-chimic, sorbția .
Durata fazei depinde de starea semințelor, de temperatura și umiditatea substratului cu care sămânța intră în contact. Durată destul de lungă dacă umezeala vine din aer, foarte scurtă dacă semințele sunt în apă. Cu toate acestea, în acest din urmă caz, este nevoie de mai mult timp pentru a satura uniform celulele și numai după o astfel de distribuție a umidității începe a doua fază.
Faza de umflare a semințelor
Începe cu apariția umidității libere în semințe. Activează activitatea vitală a celulelor, îmbunătățește procesele hidrolitice, pune sistemul enzimatic într-o stare activă și duce la restructurarea coloizilor. În acest caz, coeficientul respirator crește de sute și chiar de mii de ori. Faza se încheie cu ciugulire.
Moleculele de apă pătrund în mediul compușilor macromoleculari și împing legăturile individuale din lanțul moleculelor lor. Toate acestea determină nu numai slăbirea lanțurilor de molecule în sine, ci sunt și însoțite de hidroliza acestora din urmă, ceea ce duce la intensificarea tuturor proceselor de viață. În procesul de umflare a semințelor, cojile lor capătă elasticitate, iar sămânța în sine crește în volum.
Procesul de umflare a semințelor poate fi caracterizat prin doi indicatori: 1) gradul de umflare este cantitatea de apă în grame absorbită de semințe în faza de umflare în termeni de 1 g substanță uscată; 2) numărul de umflare - cantitatea de apă în mililitri, care este absorbită de 1 ml de substanță uscată a semințelor.
Uneori, procesul de umflare este caracterizat de presiune, care apare ca urmare a creșterii volumului în timpul umflăturii. Această așa-numită presiune de umflare atinge câteva sute de atmosfere și este, de asemenea, caracteristică fiecărei specii. Creșterea în greutate datorită absorbției de apă și creșterea în volum nu cresc în același ritm - de obicei creșterea în volum este mai rapidă și se termină mai devreme decât creșterea în greutate.
Faza de umflare se încheie cu absorbția unei anumite cantități de apă, care asigură curgerea tuturor proceselor vitale asociate germinării. În funcție de compoziția chimică a semințelor și de natura lor, sunt necesare cantități diferite de apă pentru a ciuguli semințele. Conform datelor lui Hoffman, obținute de acesta într-un experiment comparativ, semințele diferitelor culturi au absorbit apă în procesul de umflare în următoarea cantitate:
| cultură | Apa absorbita | cultură | Apa absorbita |
|---|---|---|---|
| Grâu | 45.6 | Linte | 93.3 |
| Orz | 48.2 | Mazăre | 106,8 |
| secară | 57,7 | Fasole | 104,0 |
| ovăz | 59,8 | fasole | 106,8 |
| Hrişcă | 46.9 | Vika | 75,4 |
| Porumb | 44,0 | sfeclă furajeră | 62,5 |
| Mei | 25,0 | Sfeclă de zahăr | 120,5 |
| Cânepă | 43.9 | floarea soarelui | 56,5 |
| Viol | 51,0 | Mac | 91,0 |
Umflarea se oprește din cauza saturației complete a celulelor sau datorită instalării echilibrului între afluxul de apă în semințe și difuzia substanțelor solubile din aceasta. Pentru cursul normal al acestei faze, sunt necesare o anumită temperatură, umiditate și oxigen. Când semințele care au eclozat se usucă, se poate reveni la faza anterioară, cea inițială.
Faza de creștere a rădăcinilor primare
Începe din momentul diviziunii celulare a rădăcinii primare, dar morfologic se poate fixa puțin mai târziu - când rădăcina primară apare deasupra învelișului seminței. În această fază are loc și o nouă restructurare calitativă a proceselor biochimice, care pregătește condițiile pentru posibilitatea creșterii germenilor (se sintetizează vitaminele etc. în rădăcini). Pentru rearanjarea biochimică normală și creșterea rădăcinilor, este necesar un regim hidrotermal diferit decât pentru curgerea altor faze. Faza se termină cu pregătirea semințelor pentru dezvoltarea vlăstarului.
Pentru majoritatea culturilor, este încă posibilă oprirea germinării semințelor în această fază și readucerea lor la starea inițială (starea de repaus), deși pentru unele culturi o astfel de tranziție este deja asociată cu o încălcare a fiziologiei și morfologiei germinării.
Faza de dezvoltare a mugurilor
Începe cu apariția vlăstarului și se termină cu trecerea vlăstarului la alimentația autotrofă. Creșterea în continuare a rădăcinilor continuă, dar există deja toate posibilitățile de dezvoltare a mugurii, care crește și ea intens. Dar aici sunt deja necesare alte condiții de nutriție și de mediu extern.
Nu există nicio revenire la starea de repaus din această fază, iar când sămânța în curs de dezvoltare se usucă, aceasta moare. Faza se încheie cu apariția unui coleoptil format în răsad la cereale sau cu formarea unui mugure la alte culturi.
În această fază se încheie procesul de germinare a semințelor, însă puietul tânăr este încă obiectul cercetării semințelor. Răsadul în curs de dezvoltare este într-o dependență complexă de condițiile de mediu, dar primește totuși hrana principală și unii compuși specifici din sămânță.
Semințele germinate trebuie considerate numai cele care au un vlăstar format (aspectul unui vlăstar cu rădăcini primare), dacă nu există vlăstar, atunci, indiferent de lungimea rădăcinilor, semințele nu pot fi numite germinate, ci doar germinate ( adică aflându-se în diferite faze de germinare). Pentru toate celelalte culturi, semințele germinate sunt cele care au o rădăcină egală cel puțin cu lungimea seminței, iar pentru semințele rotunde - nu mai puțin decât diametrul seminței.
Primul semn morfologic vizibil al germinării semințelor este ciugulirea, iar apoi apariția unei rădăcini. Rădăcina crește în lungime datorită faptului că la capătul său există o diviziune rapidă a celulelor care formează zona de creștere a rădăcinii (coleorrhiza), iar vârful rădăcinii este acoperit cu un capac de rădăcină - o îngroșare de diferite forme. care îndeplinește funcții de protecție.
De îndată ce rădăcina în curs de dezvoltare ajunge la învelișul semințelor , o rupe lângă micropil și iese afară. Dacă sămânța este închisă, în plus, în coaja fructului, atunci rădăcina o străpunge și ea. La semințele cu endosperm, rădăcina este de obicei foarte subțire, la alte semințe este relativ mai groasă. De regulă, toate culturile au o singură rădăcină, dar în cereale, pe lângă rădăcina principală, foarte curând se dezvoltă rădăcini laterale sau adventive din muguri advențiali. Semințele culturilor de câmp au următorul număr de rădăcini: grâul de toamnă de la 2 la 6 (sunt mai multe rădăcini la soiurile cu bob grosier și mai puține la cele cu granulație fină); grâu de primăvară de la 3 la 7 (în medie 5–6); secară de iarnă de la 4 la 9 (în medie 5–6); orz cu șase rânduri 5-6, cu două rânduri 7-8; ovăz de la 2 la 6 (în medie 3-4). Porumbul mei, mogar și chumiza germinează cu o singură rădăcină.
Numărul de rădăcini germinale poate caracteriza calitatea semințelor. Există dovezi care arată rolul enorm al rădăcinilor primare în alimentarea plantei cu apă și în modelarea randamentului, așa că oamenii de știință din semințe ar trebui să acorde o mare atenție studiului rădăcinilor embrionare. Rădăcinile de la calotă până la sămânță sau până la hipocotil (la leguminoase) sunt acoperite cu numeroși fire de păr care alimentează rădăcina cu apă și substanțe nutritive. Un semn al dezvoltării normale a rădăcinii este prezența firelor de păr proaspete și manifestarea geotropismului, adică îndoirea coloanei vertebrale.
În culturile dicotiledonate, după apariţia rădăcinii germinale, se dezvoltă genul hipocotil (hipocotil), purtând cotiledoanele embrionului, împreună cu mugurele situat între ele, la suprafaţa solului (Fig. 3). Din acest mugure se formează o tulpină și primele frunze, prin care sunt adesea recunoscute specii (în special la crucifere). La mazăre, măzică, fasole și alte plante leguminoase, după apariția rădăcinii, supracotiledonul (ecotil) crește, iar cotiledoanele rămân în sol (Fig. 4).