Глава 2 методы предпосевной обработки покоящихся семян
Прежде чем переходить к конкретным рекомендациям касательно предпосевной подготовки покоящихся семян разных видов и способов стимуляции их прорастания, следует остановиться на более подробном описании используемых при этом приемов. Они достаточно разнообразны, а эффективность их действия зависит прежде всего от типа покоя и видовых особенностей семян. Наряду с этим большое значение имеет тщательность соблюдения необходимых условий обработки.
Ряд методов разработан для устранения тормозящего действия покровов в случае экзогенного покоя. К ним относятся скарификация, импакция, различного рода термические обработки, а также обработка семян и плодов щелочами, кислотами и некоторыми другими веществами, способствующими разрушению покровов.
Существуют различные воздействия, прямо или косвенно направленные на изменения физиологического состояния зародыша, характерного для типов эндогенного покоя. К прямым воздействиям на зародыш относятся выдерживание при определенных температурных условиях, определенном световом режиме, в атмосфере, обогащенной 02, и т. д., а также обработка различными веществами, стимулирующими прорастание. Эти факторы «работают» в биологически активном диапазоне и, как правило, оказываются эффективными только в том случае, если обработке подвергаются семена, содержащие достаточно влаги. Ряд приемов предпосевной подготовки (сухое хранение, кратковременное прогревание и др.) способствует увеличению проницаемости покровов для 02 и тем самым также приводит к активации зародыша.
Одним из наиболее широко распространенных способов преодоления физического покоя (Аф) является скарификация. Она представляет собой механическое повреждение водонепроницаемых покровов.
Небольшие партии твердых семян обрабатываются вручную: у крупных семян покровы надпиливаются или надрезаются, а мелкие семена перетираются с наждаком или песком. Большие партии семян обрабатываются с помощью специальных машин. Следует заметить, что машинный способ, к сожалению, дает нередко большой процент повреждений, которые ведут к гибели части семян, снижая тем самым общую всхожесть. Длительность обработки в каждом случае устанавливается экспериментальным путем.
Импакция представляет собой более мягкий метод устранения твердосемянности. Он основан на ударении семян друг о друга или о стенки сосуда, в который они заключены. Такое воздействие приводит к повреждению кожуры в особой ее части, около рубчика, и не сопровождается травмой самого семени. В лабораторных условиях импакцию осуществляют обычно путем многократного встряхивания семян в бутылках или других стеклянных сосудах, в некоторых случаях с добавлением песка. Метод дает хорошие результаты далеко не во всех случаях. Наиболее успешно он используется при работе с семенами различных видов из семейства мотыльковых. В настоящее время сконструированы аппараты, позволяющие подвергать импакции большие партии семян.
Весьма эффективным способом устранения физического покоя семян является температурная обработка. В практике применяются различные режимы прогревания и промораживания, а также резкой смены температуры. Особенно хорошие результаты дает прогревание сухих или намоченных семян. Условия прогревания семян разных видов и даже различных репродукций одного вида приходится устанавливать опытным путем. По данным А. В. Попцова [142], прогревание сухих семян канатника в течение 3 или 6 ч при 60 или 40° соответственно ведет к полной утрате твердосемянности. Для клевера красного (Trifolium sativum) достаточно минутного прогревания при 88 — 98°, для того чтобы число набухших семян достигло 85 %.
Эффективным способом повышения способности к набуханию твердых семян является замачивание в горячей воде. Например, Г. Е. Мисник [106] рекомендует замачивать семена гледичии (Gleditsia) и белой акации (Robinia pseudoacacia) в горячей воде при температуре 80—85° в течение 10 мин или с оставлением семян в ней до остывания. Особенно твердые семена ошпаривают кипятком в течение нескольких минут, а чаще — нескольких секунд. Так, еемена гледичии можно оставлять в кипятке на 15 с, а семена белой акации — не более 5 с. Благоприятное Действие на твердые семена оказывает промораживание. Интенсивность и длительность его также устанавливается опытным путем. Твердосемянность может быть устранена, кроме того, под влиянием различной периодической смены температуры (от 20 — 25/ 80—35 до 5/30° и даже —10-20/15-20°).
Наряду с физическими методами для преодоления твердосемянности нередко применяется химическая обработка. Были испытаны различные вещества: щелочь, кислоты и органические растворители. Удовлетворительные результаты в большинстве случаев дает только концентрированная серная кислота (H2SO4), длительность замачивания в ней может варьировать от 15 мин до 24 ч, но обязательно с последующим 5 — 6-кратным промыванием семян в воде. После окончания обработки серная кислота сливается, а семена сразу погружаются в большое количество воды, чтобы избежать перегрева, связанного с постепенным разбавлением кислоты. При работе с серной кислотой надо учитывать некоторые важные моменты: недостаточно длительное выдерживание в ней оставляет много твердых семян, с другой стороны, кислота повреждает содержащиеся в образце легко набухающие семена. При работе с небольшим количеством семян можно рекомендовать путем предварительного намачивания в воде отделить набухающие семена, а обрабатывать серной кислотой только оставшиеся твердые. Кроме того, требуется большая осторожность в работе, так как она небезопасна для лица, производящего обработку. Немалое значение имеет температура, при которой производится обработка: у люпина (Lupinus) 80-минутное замачивание семян в серной кислоте при 10° вызывало за 4 сут всего 16 % прорастания, тогда как замачивание при 20° повысило их прорастание до 76 %, а при 35° — до 100 %.
В некоторых случаях используется азотная кислота. Крокер [80], например, рекомендует следующий способ обработки семян липы (Tilia): плодики погружают ненадолго в концентрированную азотную кислоту для размягчения околоплодника, затем последний отмывают водой, а семена замачивают в серной кислоте для устранения твердосемянности. Обработанные таким образом семена после тщательного промывания стратифицируют. У некоторых видов, в частности, по данным А. В. Попцова [142], у семян лотоса (Nelumbo), устранение твердосемянности успешно достигается обработкой спиртом.
Для ускорения растрескивания косточек существует несколько методов. По методу М. Г. Гургенидзе [30], косточки плодовых растений несколько раз подвергаются следующей операции: замачивание в воде в течение суток, затем подсушивание разложенных косточек под навесом, прогреваемым солнцем (40—60°) с увлажнением их 2 раза в день в течение 1—2 нед. Метод дает хорошие результаты для вишни, сливы и некоторых других косточковых, а также орехоплодных растений. Слабее реагируют на такую обработку косточки с прочно заросшим швом, например косточки Cornus, Crataegus. Сушка [512] рекомендует семена, заключенные в твердый эндокарпий или кожуру (Prunus, Aesculus и др.), до начала холодной стратификации подвергать двухнедельной стратификации в песке или торфе при повышенной температуре (20—30°). Следует, однако, указать, что этот прием, судя по данным самого автора, дает зачастую не очень значительный эффект.
Если торможение прорастания вызывается присутствием в околоплоднике ингибиторов прорастания, перед проращиванием его удаляют или семена в околоплоднике промывают в течение нескольких суток в проточной воде. Хорошие результаты дает также выдерживание таких семян в обильно поливаемых сосудах и песком или торфом; освобождение от ингибиторов происходит благодаря тому, что эти вещества активно адсорбируются субстратом.
Наиболее широко распространенным приемом нарушения эндогенного или комбинированного покоя семян является стратификация. Термин «стратификация» означает переслаивание, и возник он потому, что первоначально предпосевная подготовка семян или косточек плодовых растений заключалась в том, что их переслаивали с влажным песком и помещали на зиму в погреб. В настоящее время стратификация понимается значительно шире, и укоренившийся термин уже не вполне отвечает сути производимых воздействий. Они заключаются в том, что набухшие семена выдерживают во влажной и достаточно хорошо аэрируемой среде при определенных температурных условиях. В случае морфологического покоя (Б) семена подвергаются теплой стратификации, которая необходима для доразвития зародыша. Оптимальная температура теплой стратификации колеблется от 10 до 35° в зависимости от видовой специфики семян.
Физиологический покой устраняется под влиянием холодной стратификации: диапазон температур, при котором этот процесс Может происходить, довольно невелик: от 0 до 7°, реже 10°, а оптимальная температура колеблется от 1 до 5°. Длительность стратификации зависит от глубины физиологического покоя и наличия дополнительных тормозящих прорастание факторов. Семена, находящиеся в неглубоком покое, успешно прорастают после 1 — 15 сут пребывания при пониженной температуре. Между тем для нарушения глубокого физиологического покоя необходима 2—4-месячная холодная стратификация. Этот срок может значительно удлиняться, если не соблюдаются достаточно благоприятные условия предпосевной подготовки или если семена находятся в комбинированном покое.
В случае простого морфофизиологического покоя семена подвергают сначала теплой стратификации в течение 1—4 мес, а затем помещают на холод.
Для преодоления комбинированного покоя необходима сложная предпосевная подготовка, при которой стратификации предшествуют разные приемы предварительной обработки. Это безусловно необходимо в тех случаях, когда физиологический покой сочетается с физическим (Аф—В2-3), так как в ненабухших семенах стратификационные изменения проходить не могут. В большинстве иных случаев преодоление комбинированного покоя может происходить во время стратификации без предварительных дополнительных воздействий. Однако в этих условиях процесс нарушения покоя протекает очень медленно.
Эффективность стратификации тем выше, чем точнее установлен температурный режим и чем тщательнее он поддерживается. При этом необходимо оговориться, что речь идет не о полном устранении колебаний температуры. Опыт показывает, что строго стабильные температурные условия оказываются менее эффективными, чем условия, в которых происходит некоторое колебание температуры. Обычно температуру стратификации рекомендуется поддерживать в пределах колебаний не более ±1°. Располагая факторостатными камерами, торговыми или комнатными холодильниками или хотя бы простым погребом (ледником), не составляет большого труда регулировать температурные условия холодной стратификации. В холодильниках это достигается разделением полок каким-либо изоляционным материалом (пенопласт, пластик, стекло, в крайнем случае картон), в погребе температура регулируется размещением сосудов с семенами на разной высоте.
Стратификацию проводят в зависимости от количества семян в ящиках, цветочных горшках или даже полиэтиленовых мешках. В качестве субстрата используется речной песок или гравий, прокаленные для удаления органических включений и отмытые от мелкой фракции. Хорошей стратификационной средой являются гранулированный торф и сфагновый мох. Небольшое количество семян можно стратифицировать в капроновых мешочках, помещенных в сфагновый мох, или просто в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге [110].
Необходимым условием успешной стратификации является поддержание достаточной, но не избыточной влажности субстрата (60 % от полной влагоемкости). Предохранение от избыточной влажности позволяет поддерживать в среде хорошую аэрацию, что также очень важно. Использование торфа или сфагнума способствует созданию благоприятной для прохождения стратификационных изменений кислой среды (рН 5—6). Кроме того, это предохраняет семена от микробиологического заражения. При работе с песком заражение можно предупредить соблюдением определенных пропорций при смешивании объемов песка и семян (2 : 1, а лучше 3 : 1). Во всех случаях поддержанию хорошей аэрации и предохранению семян от инфекции способствуют периодическое перемешивание, просмотр, а также промывание содержимого ящиков и сосудов. Хорошими дезинфицирующими средствами являются раствор КМn04 (интенсивно-розовый) и 1 %-ная бромная вода (слабо-желтая).
Важным фактором, способствующим нарушению неглубокого физиологического покоя семян многих видов, а также росту изолированных зародышей, является свет. Для того чтобы светочувствительные семена приобрели способность прорастать, достаточно подвергнуть их кратковременному освещению в набухшем состоянии белым или, лучше, красным светом. Длительность освещения обратно пропорциональна его интенсивности. При достаточно высокой яркости освещать семена можно в течение нескольких минут. Однако превращение фитохрома может осуществиться, хотя и гораздо медленнее, при очень низкой интенсивности света, порядка 2000—5000 лк.
Кроме упомянутых выше общепринятых способов предпосевной обработки покоящихся семян, в последние годы появился ряд новых. В частности, проводившееся нами изучение влияния условий аэрации показало, что у семян некоторых видов, характеризующихся не очень глубоким покоем, положительные результаты дает выдерживание их при повышенной температуре под водой. Оптимальная температура при этом у разных видов различна и колеблется от 25 до 35°, а время — от нескольких часов до 5 — 20 сут. Небольшие порции семян можно закладывать на прогревание в банки на глубину 5—10 см от поверхности воды. В случае большого количества семян их заливают в ведрах или чанах подогретой водой и помещают в хорошо протопленное помещение. После 18-суточного прогревания под водой при 25—30° семена ясеня зеленого (Fraxinus viridis) и ореха грецкого (Juglans regia) хорошо прорастали при такой же температуре, но в условиях нормальной аэрации [117].
Для стимуляции прорастания покоящихся семян в настоящее время обычно используют обработку семян гибберелловой кислотой, менее доступны, хотя нередко гораздо более эффективны, другие гиббереллины (ГК4, ГК7 и т. д.). Нередко используют кинетин, бензиламинопурин, иногда применяются фенилмочевина, тиомо-чевина, калийная селитра (KNO3) и некоторые другие. Растворы стимулирующих веществ готовятся следующим образом. Исходный раствор гиббереллина (не более 2 г/л) получают растворением в воде навески при подогревании на водяной бане до 80°. В случае использования препарата курганского завода медицинских препаратов при взятии навески вводят поправку, учитывая процент активности, указанный на этикетке. Для семян обычно применяют ГКз в концентрации от 100 до 2000 мг/л, для стимуляции прорастания изолированных зародышей — 50 —100 мл/л. Растворы гиббереллинов часто рекомендуется приготовлять на буферах (фосфатных с рН 4—7 или цитратных с рН 3.6). Растворы Цитокининов, в том числе кинетика, используют в концентрации от 10 до 500 мг/л или до 100 мг/л в случае проращивания зародышей. Процедура приготовления раствора следующая: к навеске вещества добавляют небольшое количество дистиллированной воды и 5 мл 0.1 н. НС1, перемешивают, нагревают на водя-ной бане до полного растворения, охлаждают раствор при комнатной температуре, затем доводят его реакцию несколькими каплями щелочи до рН 5 и доливают до нужного объема дистиллированной водой.
Следует помнить, что если диапазон стимулирующих концентраций ГК3 довольно широк, то для получения стимулирующего действия цитокининов приходится подбирать точные концентрации для семян исследуемого вида. Превышение необходимой концентрации может оказать противоположное, подавляющее действие или вызвать ненормальный рост. Фенилмочевину, тиомочевину и КNO3 применяют в концентрации от 0.1 до 1 и даже 5 %. Эти препараты легко растворимы в воде. Исходные растворы всех перечисленных веществ хранятся в холодильнике не более 1—2 мес. При обработке следует учитывать не только концентрацию, но и объем раствора, так как это определяет количество вещества, приходящееся на каждое семя. Для успеха обработки немалое значение имеют состояние покровов и температурные условия. Обработка семян стимуляторами проводится в течение 1—5 сут. Однако имеются указания, что достаточно бывает и двухчасового намачивания. Следует помнить, что семена, обладающие водонепроницаемыми покровами, необходимо предварительно скарифицировать. Не исключено, что в некоторых случаях отсутствие эффекта после обработки может объясняться слабой проницаемостью кожуры или эндосперма для стимулирующих веществ. Комбинированные обработки производятся обычно путем последовательного намачивания в разных растворах. Обработка смесью веществ возможна только в тех случаях, когда концентрация компонентов различается на порядок и более.
Применение стимуляторов, даже не очень сильных, например КNО3, дает, как правило, хорошие результаты у семян, находящихся в неглубоком покое. Гораздо сложнее обстоит дело в отношении семян, характеризующихся глубоким физиологическим и морфофизиологическим покоем. Положительный эффект от обработки различными стимуляторами может быть получен далеко не у всех видов и не со всеми веществами (см. гл. 1).
Для получения проростков некоторых растений, в частности паразитных и некоторых других, например отдельных видов ириса (Iris), семена которых имеют ороговевший эндосперм, или ранних сортов черешни (Prunus avium), характеризующихся недоразвитием зародыша, применяются искусственные среды. Они могут быть жидкими или твердыми агаровыми и иметь разный основной состав питательных веществ с разными гормонами или иными добавками. Проращивание на искусственных средах проводится в стерильных условиях.
Семена многих видов не имеют ярко выраженного покоя, но энергия прорастания их низка в силу их неоднородности, прежде всего по степени зрелости. У дикорастущих растений растянутость периода прорастания выражена особенно сильно. Наблюдается она и у ряда культурных, в частности огородных растений. Для повышения энергии прорастания хорошие результаты дает обработка семян осмотически активным веществом: полиэтиленгликолем с молекулярной массой 6000 (ПЭГ 6000). 3. В. Редькина и др. [153] рекомендуют следующий способ обработки: семена промывают слабым раствором КМnO4 и замачивают в растворе ПЭГ 6000 на несколько суток. Осмотический потенциал (в барах), объем раствора, температура и длительность обработки варьируют в зависимости от вида семян. Растворы готовятся из следующего расчета:
| Осмотический потенциал, бар 7.5 10.0 11.0 12.5 | ПЭГ 6000Г/л воды 254 296 303 324 |
Обработанные семена лучше высевать сразу, но можно после промывки водой подсушить и хранить до посева. Эффект обработки особенно существен при проращивании семян, например спаржи, при пониженной температуре (10°).