Лекция 3. Основы семеноводства и семеноведения

Как наука о семенах семеноведение возникло в 70-х годах 19 века, когда раздел ботаники, изучавший семена как органы размножения растений, выделился в самостоятельный отдел растениеводства – сельскохозяйственное семеноведение, изучающий семена как посевной материал. В связи с тем, что семена являются не только одним из основных средств сельскохозяйственного производства, но и объектом торговли (товаром), появилась необходимость более глубокого изучения качества семян, их оценки как посевного материала, разработки методов анализа. Так был создан семенной контроль – раздел семеноведения.

Борьба за качество семян, основанная на их научном анализе, началась со времени организации контрольно-семенных станций. Первая в мире контрольно-семенная станция появилась в 1969 г. в Германии. В России первые станции по контролю за качеством семян были созданы в Петербурге (1877 г.) при Главном ботаническом саде и в Москве (1881 г.) при Петровской земледельческой и лесной академии (ныне Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева). Позднее были организованы Киевская (1987 г.), Харьковская (1906 г.), Екатеринославская (1907 г.), Воронежская (1911 г.) и другие станции. Всего в дореволюционной России было около 50 контрольно-семенных учреждений.

•Семеноведение – агрономическая наука о семенах. Она изучает жизнь семян с момента зарождения до образования из них нового растения, а также экологию, морфологию, анатомию, биологию, физиологию, биохимию семян, осуществляет контроль их посевных качеств, разрабатывает методы их определения.

Семеноведение имеет собственный предмет исследования – посевной материал, специфическую задачу – повышение качества посевного материала и свой метод исследования – методы оценки качества посевного материала. Следовательно, семеноведение отвечает требованиям, предъявляемым к самостоятельной науке. Оно ближе всего связано с растениеводством и, по существу, является его составной частью. Семеноведение нужно отличать от семеноводства

Семеноведение занимается изучением экологии, т.е. условий в которых формируются семена (их влияние на качество семян), морфологии (строение и формообразование), биологии (процесс образования семян), физиологии и биохимии (химический состав и процессы, идущие в семенах), а также осуществляет контроль за посевными качествами семян. Эту широкую программу изучения семян выполняют более 300 научно-исследовательских институтов, опытных станций и высших учебных заведений. Для производственных целей посевные качества ежегодно контролируют около 3,5 тыс. районных и областных государственных сменных инспекций.

•Семена – носители биологических, морфологических и хозяйственных свойств растений. От них зависит урожай культур и качество продукции. Семена характеризуются тремя группами качеств: 1) посевными, под которыми понимают совокупность свойств семян, характеризующих степень их пригодности для посева (всхожесть и энергия прорастания, сила роста и чистота от примесей, вредителей, болезней и др.); 2) сортовыми, отвечающими требованиям нормативно-технической документации на сортовую чистоту, репродукцию, типичность и др.; 3) урожайными – свойствами семян давать определенной величины урожай в конкретных условиях производства.

•Семеноводство – отрасль растениеводства, система государственных мероприятий по производству, заготовке, обработке, хранению, реализации, транспортировке и использованию семян сельскохозяйственных растений, а также сортовой контроль.

●Тема 1. Покой, прорастание и всхожесть семян (0,5 часа)

•Семена (семенной, посевной материал) – части растений (клубни, луковицы, плоды, саженцы, собственно семена, соплодия, части сложных плодов и другие, применяемые для воспроизводства сортов и для посева на товарные цели. В ботаническом смысле семя – орган размножения растений, образующийся из семяпочки в результате оплодотворения. Семя находится внутри плода, защищающего его от внешних воздействий. В образовании плодов (и соплодий), кроме семени, принимает участие околоплодник (пшеница, кукуруза, подсолнечник, свекла, гречиха, кориандр и др.). Если в плодообразовании участвуют и другие части цветка (лепестки, тычинки, чешуи и др.), то такие плоды называют ложными (тыквы, арбуз и др.).

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

• Питательные вещества, расходуемые на развитие зародыша, могут откладываться в разных частях семени (плода). По этому признаку выделяют три типа семян:

*семена с эндоспермом – питательные вещества накапливаются в эндосперме (пшеница, ячмень, кукуруза, кунжут, мак, кориандр и др.);

*семена без эндосперма – питательные вещества откладываются в семядолях зародыша (горох, чечевица, подсолнечник, горчица, хлопчатник, тыква и др.);

*семена с периспермом – питательной тканью, формирующейся из клеток нуцеллуса (паренхимная ткань семяпочки) и откладывающейся в семенах (свекла).

Сведения – в табл. (вставить. С. 31 в синей книге)

Генеративный период развития растений начинается фазой цветения. В результате самоопыления (пшеница, ячмень, горох, хлопчатник, лен и др.) или перекрестного опыления (рожь, гречиха, кукуруза, клевер и др.) и двойного оплодотворения семяпочки образуются семена (плоды). От слияния одного спермия с яйцеклеткой образуется зародыш семени, а от слияния второго спермия с вторичным ядром зародышевого мешка – эндосперм.

Семена и плоды представляют эмбриональный этап развития растений. С момента зарождения и до наступления спелости семена претерпевают ряд сложных превращений, именуемых фазами развития.

У злаковых и ряда других культур развившийся эндосперм служит местом отложения питательных веществ для зародыша. У бобовых и многих других растений, зародыш которых в процессе развития используют эндосперм, питательные вещества откладываются в семядолях. У некоторых растений в семенах сохраняются и эндосперм и семядоли (гречиха).

•Семя – живой организм, у которого основные жизненные функции (дыхание, послеуборочное дозревание и др.) не прекращаются и при хранении в состоянии условного покоя. При дыхании семена расходуют углеводы, выделяют углекислый газ, воду и тепло. Созревшие, хорошо высушенные, здоровые семена дышат слабо и хранятся хорошо. Однако при повышении влажности (более 15%) интенсивность дыхания резко увеличивается, повышая влажность и температуру, что еще более усиливает дыхание, самосогревание, развитие микроорганизмов и вредителей, порчу семян, которые быстро теряют всхожесть и другие посевные качества.

Семена многих культур ко времени уборки еще не достигают физиологической спелости. Находясь в состоянии покоя, они имеют низкую энергию прорастания и низкую лабораторную всхожесть. Их всхожесть увеличивается при хранении и прохождении послеуборочного или физиологического дозревания. Неспособность семян к прорастанию сразу после уборки – важное экологическое приспособление растений, направленное на сохранение вида. Способность к прорастанию бывает обусловлена не только физиологическим дозреванием, но и состоянием покоя семян. Для сокращения периода послеуборочного дозревания семена просушивают, прогревают, вентилируют.

▪Покой семян – свойство, способствующее сохранению вида в природе, наступающее только при наступлении оптимального соотношения необходимых для этого факторов. По глубине выделяют два типа покоя: действительный, или истинный, и относительный. При действительном покое семена не прорастают ни при каких сочетаниях внешних условий. Например, свежеубранные клубни картофеля из-за веществ, тормозящих прорастание, не прорастают даже при благоприятных условиях, а через 2-3 месяца после хранения они уже прорастают.

Кроме глубокого покоя семена могут находиться в вынужденном покое, который наступает при отсутствии одного из необходимых для прорастания факторов жизни. Например, причиной покоя «твердокаменных» семян некоторых бобовых и других культур является непроницаемость оболочек для воды. При относительном покое семена прорастают только в определенных специфических условиях: обогрев, воздействие химических веществ и др.

▪Долговечность семян (способность сохранять всхожесть длительное время) имеет важное хозяйственное значение. Различают биологическую и хозяйственную долговечность. ▪Биологическая долговечность – всхожесть сохраняется длительное время (50-100 лет) хотя бы у единичных экземпляров в образце. ▪Хозяйственная долговечность – период сохранения кондиционной всхожести семян при оптимальных условиях хранения. Она зависит от ботанического вида, условий выращивания и хранения семян. Кондиционная всхожесть у семян пшеницы, овса, ячменя, риса, бобовых трав сохраняется 10-15 лет, менее долговечны (3-5 лет) семена ржи, сои, подсолнечника.

В пределах сорта каждое семя имеет свои отличия, свою индивидуальность, они разнокачественны. ▪Разнокачественность – это различия семян одной партии по массе, форме, размеру, степени выполненности, химическому составу, физиологическим, биологическим или генетическим признакам. Различают разнокачественность ▪ матрикальную, ▪ генетическую и ▪ экологическую.

▪Матрикальная (материнская) разнокачественность обусловлена различными местонахождением и сроком образования семян на материнском растении.

▪Генетическая разнокачественность – результат соединения наследственности родительских форм или действия мутагенных факторов. В отличие от других видов, генетическая разнокачественность наследуется потомством.

▪Экологическая разнокачественность обусловлена воздействием внешних, в том числе агротехнических условий на материнское растение.

■Условия, необходимые для прорастания семян – тепло, вода, кислород и для некоторых культур свет. Для набухания и прорастания семян разных культур и сортов поглощают разное количество воды по отношению к собственной массе, больше – клубочки свеклы, семена льна и бобовых культур. Скорость набухания прямо зависит от наличия влаги, тепла и кислорода. Мелкие семена поглощают в процентах к своей массе больше воды, чем крупные.

С возрастанием температуры до 55^оС скорость набухания семян непрерывно увеличивается, а выше ее семена становятся нежизнеспособными. Так, за 3 часа при температуре 5^оС было поглощено 9,23% воды от массы воздушно-сухих семян, при температуре 45^оС – 19,0%, а при 55^оС – 23,2%.

Скорость набухания зависит от степени доступности воды. Так, в опыте за 24 часа семена поглотили воды (от массы воздушно-сухих семян): при набухании непосредственно в воде – 40,7%, в увлажненном песке – 30,3%, а на влажной фильтровальной бумаге – 26,5%.

На скорость набухания большое влияние оказывают также свойства самих семян и прежде всего проницаемость покровов, их структура, размеры и др. Например мелкие семена набухают быстрее крупных, что связано с относительно большой поверхностью их, приходящейся на единицу массы. В поглощении воды участвует вся поверхность зерна, но наибольшая активность наблюдается в области зародыша.

У бобовых культур скорость поступления влаги в семена, кроме того, связана с имеющимся в кожуре палисадным слоем. При изменении его состояния поступление влаги замедляется и даже образуются так называемые твердые семена, у которых кожура становится водонепроницаемой.

Плод — боб, содержащий обычно несколько семян. Семена имеют разнообразную форму, величину и окраску. Семя состоит из семенной оболочки и зародыша. Зародыш состоит из двух семядолей, зародышевого корешка и почечки. Семядоли представляют собой зародышевые листочки, они бывают разнообразной окраски — белые, желтые, оранжевые, зеленые.
Семенная оболочка прочная, бесцветная, просвечивающаяся или окрашенная в различные цвета; она сильно развита, составляет от 6 до 14% от веса семян. Состоит семенная оболочка из нескольких слоев клеток. Верхний слой оболочки состоит из палисадных клеток, обладающих тонкими стенками. Под этим слоем расположена губчатая паренхима.

Для начала прорастания семян требуется следующее количество воды (% к массе воздушно-сухих семян, по М.К. Фирсовой):

Наибольшее количество воды для прорастания необходимо клубочкам сахарной свеклы, имеющим околоплодник; семенам льна, впитывающим воду ослизняющими оболочками, и семенам бобовых, так как они содержат в 2-3 раза больше белка, обладающего высокой поглотительной способностью.

■При повышенной температуре ускоряется интенсивность поглощения воды и сокращается время прорастания семян. 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, гороха, люцерны 1^оС); пшеницы, ячменя, бобов, мака, тимофеевки 3-4; кукурузы, подсолнечника, сорго 8-10, клещевины, дыни и джута 13-15^оС).

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

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

В.Н. Степанов уточнил уровень минимальных температур для прорастания семян различных культур, выделив при этом минимальную температуру прорастания семян и температуру появления всходов. По этому признаку все полевые культуры разделены на семь классов.

Прорастание семян – сложный биохимический процесс, при котором зародыш, используя питательные вещества эндосперма семядолей или перисперма, превращается в проросток. Прорастание включает в себя три основные фазы: набухание, превращение запасных веществ, рост зародыша (становление проростка).

И.Г. Строна в процессе развития проростка выделяет 5 фаз.

1. Фаза водопоглощения – гидрофильные коллоиды сухих семян поглощают воду до наступления критической влажности. В это время не происходит заметной активизации биохимических процессов и не наблюдается изменений в морфологии. В этой фазе семена всасывают воду с колоссальной силой (6000-10 000 кПа) и могут пройти ее за счет поглощения воды из воздуха при относительной влажности выше 75%.

Продолжительность фазы большая, если влага поступает из воздуха, или очень короткая (несколько часов), если семена находятся в воде.

2. Фаза набухания семян – начинается с появления в семенах свободной влаги. Усиливаются гидролитические процессы, активизируются ферменты, интенсивность дыхания возрастает в сотни раз. Обеспечивается мобилизация запасных питательных веществ и поступление растворимых их форм к точкам роста. Заканчивается фаза делением клеток первичного корешка. При подсыхании семян возможно возвращение их в предыдущую фазу.

3. Фаза роста первичных корешков - начинается с деления клеток первичного корешка (происходит «наклевывание»), далее идет рост корешков, подготавливаются условия для роста ростка (в корнях синтезируются витамины, регуляторы роста и т.п.).

4. Фаза развития ростка – начинается с появлением ростка. Продолжается рост корешков, интенсивно растет росток. Из этой фазы нет возврата в состояние покоя. У злаков фаза заканчивается с появлением колеоптиля.

5. Фаза становления проростка - проросток еще не порвал связи с семенем и получает из него питание и физиологически активные вещества. В процессе роста колеоптиль может сильно удлиняться, что способствует появлению нормальных всходов при разной глубине заделки семян. Зародыш растет не только за счет запасных питательных веществ, но использует пищу и влагу из почвы.

Различают лабораторную и полевую всхожесть семян.

•Лабораторная всхожесть – процент нормально проросших семян от общего их числа в пробе. Определяют ее путем проращивания семян на искусственной среде (песок, бумага и др.) в термостате в течение 7-10 суток при соответствующей температуре.

•Полевая всхожесть – процент всходов от количества высеянных семян в поле. При любой агротехнологии важно получить полные дружные и хорошо развитые всходы. Полевая всхожесть меньше лабораторной. Она составляет у зерновых культур 65-90%, у сахарной свеклы 60-85%, у многолетних трав 30-60% и зависит от качества семян, агротехники и экологических условий в период всходов.

Полевая всхожесть большинства культур пока остается невысокой: у зерновых – 65-85%, еще ниже она у сахарной свеклы и многолетних трав.

На полевую всхожесть семян сильно влияют: качество семян, подготовка почвы, удобрения, предшественник, норма высева и глубины посева семян, температура и влажность почвы, вредители и болезни, почвенная корка и др. Низкую полевую всхожесть могут иметь и хорошие семена, например, при посеве непротравленными семенами в холодную или плохо разработанную пересохшую почву, при неравномерной глубине посева.

Хорошие семена имеют большую энергию прорастания, высокую лабораторную всхожесть и силу роста, они более крупные, тяжеловесные. Это обеспечивает получение дружных всходов и хорошую полевую всхожесть.

● Выращивание высококачественных семян. Экономически и агротехнически целесообразно выделять экологические зоны для оптимального семеноводства, где имеются благоприятные почвенно-климатические условия для выращивания семян с высокими посевными и урожайными свойствами. Растения формируют высокую урожайность и хорошее качество семян только в благоприятных условиях выращивания. Поэтому велика роль экологии региона, а также комплексной агротехники и каждого агроприема.

•Семенные посевы размещают по лучшим предшественникам, исключающим возможность видового и сортового засорения семян. Поэтому нельзя высевать рядом сорта одной культуры, особенно на почвах, засоренных падалицей и сорняками, плоды которых трудно отделимы от семян.

• Подготовка почвы для семенных посевов должна обеспечить а) выравнивание поверхности почвы, б) мелкокомковатую ее структуру, в) накопление и сбережение влаги в почве для получения дружных равномерных всходов и последующего нормального развития растений, а также г) уничтожение сорной растительности, очагов распространения болезней и вредителей.

•Особое внимание уделяют борьбе с трудноотделимыми сорняками. При сильном засорении семян такими сорняками и невозможности их удаления, а также в случае засорения семенами злостных сорняков партия может быть признана непригодной на семенные цели.

•Для зерновых культур на семенных посевах лучшие по посевным качествам и урожайным свойствам семена получаются при посеве с нормой высева на 10% большей или равной той, которая установлена в зоне для сорта на товарных посевах. Более предпочтительны узкорядный и полосно-разбросной способы посева зерновых культур. Широкорядные посевы применяют для увеличения коэффициента размножения дефицитных семян.

• Влияние каждого вида удобрений на качество семян разное. Азотные удобрения увеличивают урожайность, но не способствуют образованию высококачественных семян. Избыток азота, усиливая вегетативный рост и пораженность болезнями и вредителями частей растений, увеличивает разнокачественность и ухудшает качество семян. Фосфорные и калийные удобрения повышают продуктивность, посевные качества и урожайные свойства семян, а также устойчивость растений к неблагоприятным факторам и болезням, ускоряют созревание семян. Наилучшие по посевным качествам семена получаются при внесении умеренных доз азотных туков, полной нормы фосфорно-калийных микроудобрений (бор, марганец, цинк, медь и др.).

•Одинаковые по сортовым и посевным качествам семена могут дать разные урожаи, то есть они будут иметь разные урожайные свойства. Например, семена с полегших, засоренных или больных посевов будут иметь худшие урожайные свойства, чем семена с хороших высокоурожайных участков. Поэтому семена необходимо получать со специальных семенных участков в оптимальных экологических условиях.

•На семенных участках в ряде случаев проводят специальные приемы ухода за посевами: вручную удаляют видовые и сортовые примеси и больные растения, проводят обогащение семян микроэлементами, чеканку растений (горох, бобы, вика) и др.

Чека́нка расте́ний — удаление верхушек побегов или верхних побегов у сельскохозяйственных растений для прекращения их роста. Агротехнический приём, улучшает плодообразование и ускоряет созревания урожая. Чеканка обеспечивает усиленный приток питательных веществ к завязям за счёт прекращения роста...

• Способы и сроки уборки тоже сильно влияют на посевные и урожайные качества семян. Так, опоздание с уборкой снижает посевные качества семян. Семенные посевы зерновых культур предпочтительнее убирать раздельным способом, что способствует равномерному высыханию семян, уменьшению их травмирования и повышению энергии прорастания. При уборке неравномерно созревающих культур (проса, гречихи и др.) хорошее качество обеспечивает двойной обмолот, когда при щадящем режиме первого пропуска массы выделяется 60-70% более ценных семян. Ворох семян, поступающий на ток, сразу очищают от сорных и вредных примесей, соломы, земли, дефектных (мелких, щуплых, дробленных) семян. В процессе сортирования из общей массы очищенных семян выделяют крупную и среднюю фракцию семян. Калибрование (частный случай сортирования) – разделение семян на решетах на фракции по размерам.