Меню сайта Рубрики

Хранение семян

 

Необходимость хранения семян связана с биологическими особенностями разных видов растений, сроками посева, особенностями системы семеноводства и другими факторами. Некоторые семена после уборки имеют низкую всхожесть (кориандр, шалфей мускатный), или совсем не прорастают (женьшень). У бобовых встречаются так называемые «твердые семена», которые не способны даже набухать.

Семена озимых растений высеваются уже через 1,0–1,5 месяца после уборки, яровых – через 7–8 месяцев. В системе семеноводства существуют переходные, государственные и страховые фонды, которые хранятся от 1 до 5 и больше лет.

Во всех случаях хранения, как считал Н. Н. Кулешов: «… ко времени посева семена должны иметь высокую всхожесть и способность давать здоровые и сильные растения следующего поколения». Выраженная идея имеет как теоретическую, так и практическую обусловленность. В связи с этим, задачей данной статьи является освещение наиболее важных вопросов, связанных с хранением семян и их долговечностью: жизнеспособность в зависимости от условий окружающей среды при выращивании и хранении, изменчивость биохимического состава, физиологического состояния, анатомической структуры и биологических свойств семян в процессе хранения.

Содержание статьи:

  1. Типы факторов хранения семян
  2. Условия выращивания растений и режим уборки семян
  3. Влажность семян и температура среды
  4. Влияние температуры среды, типа тары и регуляторов роста на устойчивость семян к хранению
  5. Изменчивость микроструктуры семян
  6. Химические и мутагенные факторы
  7. Старение и долговечность семян

Типы факторов хранения семян

Состояние сохранности качества семян в большой мере зависит от условий выращивания материнских растений, режима уборки урожая и хранения. В зависимости от условий выращивания значительно изменяются различные качественные параметры семян: химический состав и физиологическое состояние, физико-механические свойства, поражение болезнями и повреждение вредителями, генетические особенности, а также биологические свойства (активность наклевывания, энергия прорастания, всхожесть, интенсивность роста проростков, урожайные свойства).

В процессе хранения семена подвергаются действию как эндогенных, так и экзогенных факторов. К эндогенным факторам относятся физиологические, биохимические, генетические и структурные изменения, происходящие внутри семени. Экзогенные факторы разделяют на четыре основные группы: метеорологические, физические, химические и биотические. К метеорологическим относятся: температура, свет, влага, воздух. Физические факторы – ионизирующие и другие виды электромагнитных излучений. С целью обработки семян их воспроизводят индуцировано посредством специальных устройств, однако некоторые из них в разных дозах возникают в природе спонтанно, действуя на живые организмы. Среди химических факторов, действующих на семена во время хранения, наиболее распространенными являются протравители, фумиганты, дефолианты и десиканты, разные консерванты, химические мутагены и тому подобное. Эффект химических агентов зависит от норм, срока и экспозиции действия, условий, при которых происходит их контакт с семенами. К основным биотическим факторам, влияющим на семена во время хранения, принадлежат микроорганизмы, вызывающие болезни, а также вредители.

В зависимости от дозы и экспозиции действия физических и химических факторов на семена, а также условий, при которых оно происходит, эффект может быть разным – стимулирующим, ингибирующим, мутагенным или же летальным.

Во время хранения семян выделяют два периода: в первый период происходит послеуборочное дозревание, в результате которого улучшаются свойства семян, во второй период – старение семян, которое приводит, как правило, к их ухудшению. Изменчивость семян при хранении обусловливается физиолого-биохимическими, структурными, биологическими и генетическими превращениями, которые происходят в них.

Условия выращивания растений и режим уборки семян

Долговечность семян в значительной мере зависит от условий развития материнских растений – густоты стеблестоя, уровня обеспечения основными элементами питания и микроэлементами, степени полегания, поражения болезнями и повреждения вредителями. При выращивании на семенные цели оптимальным является полное минеральное удобрение с преобладанием фосфора.

На качество семян влияют условия уборки. Семена с лучшими свойствами получают при раздельной уборке зерновых растений. Они более устойчивы и во время хранения. Особенно пагубно влияет на семена перестой хлебной массы на корню и длительное пребывание в валках. При этом отмечается сильное распространение инфекции, повреждение вредителями и экологическое травмирование семян.

Значительно влияют на хранение семян метеорологические условия в период их формирования. Исследованиями, проведенными в Мироновском институте пшеницы им. В. Н. Ремесло, установлено, что у семян пшеницы озимой, выращенных в менее благоприятные годы (от цветения до уборки выпало соответственно 265 и 175 мм осадков), за один год хранения посевные свойства снизились больше, чем в семенах урожая, когда выпало 88 мм осадков и температурный режим был лучшим. Отмечена значительная изменчивость качества семян при хранении в зависимости от места их выращивания. Семена, выращенные в благоприятных почвенно-климатические условиях, в течение одного года сохранялись значительно лучше, чем репродуцированные, где почвы менее плодородные, а в период формирования и уборки семян выпадает больше атмосферных осадков при более низкой температуре.

Влажность семян и температура среды

Самым важным фактором, предопределяющим устойчивость семян во время хранения, является их влажность. Установлено, что при изменении влажности ржи с 13 % до 17 % после одного года хранения всхожесть снизилась на 15 %. При десятилетнем хранении семян пшеницы озимой с влажностью 13 % лабораторная всхожесть снизилась с 96 % до 69 %, а семена с влажностью 15 % потеряли жизнеспособность.

Сушка семян до уровня, ниже нормальной влажности, их способность к прорастанию хорошо сохраняется в течение 25 месяцев. При влажности, выше нормативной, значительное снижение всхожести наблюдается уже после десяти месяцев хранения. При хранении влажных семян наблюдаются значительные потери сухого вещества за счет интенсивного дыхания и деятельности микроорганизмов. При хранении семян с влажностью 22 % потери сухого вещества составляют 1 кг на 1 т за сутки. При этом окисляется 180 г углеводов, что сопровождается выделением 674 ккал тепла. Для жизнедеятельности микроорганизмов оптимальная среда создается при влажности семян 18 % и температуре 20°С. Поэтому без активного вентилирования семена могут сохраняться при влажности 20 % не более шести дней, 20–25 % – пяти дней, выше 25 % – 1–2 дня.

Тщательная послеуборочная очистка семян обеспечивает значительное увеличение длительности его хранения. В опытах с рожью при влажности 17 % следы плесени в очищенных семенах выявляли через 68 дней, при засоренности 2 % – через 46 дней и 4 % – через 10 дней.

Лучшей температурой для хранения семян является 5–10°С, но удержать такую температуру можно лишь посредством кондиционеров, что достаточно дорого. Поэтому такая температура поддерживается в хранилищах коллекционных образцов. В производственных условиях семена хранятся при естественной температуре, поэтому при влажности больше 15 % и повышения температуры более 10°С резко сокращается длительность безопасного хранения семян (табл. 1).

В условиях Украины температура воздуха летом нередко достигает 30°С и больше, поэтому следует уделять большое внимание влажности семян (особенно страховых и переходных фондов) в хранилищах и на токах, а также при уборке урожая. Повышение влажности и температуры партии семян или ее части может привести к самосогреванию, то есть к спонтанному повышению температуры семенной массы выше температуры окружающей среды. При самосогревании семена теряют всхожесть очень быстро. Так, в период уборки урожая одни-двое суток самосогревания приводит к снижению всхожести на 5–10 %. Для предотвращения самосогревания семена нужно очистить от примесей (особенно влажных), а при необходимости – просушить. Если же самосогревание началось, то необходимо принять меры для его устранения.

Таблица 1

Длительность устойчивого хранения семян зерновых растений в зависимости от влажности и температуры, суток

Влажность, %
Температура, °С
5
10
15
20
25
30
12
Длительный срок
14
Длительный срок
93
32
19
16
Длительный срок
126
32
14
7
4
18
130
36
10
5
20
39
13
5
1
22
24
10
2
26
18
5
30
12

Действие температуры на влажность семян во время хранения проявляется комплексно. Общая закономерность такова, что чем выше температура при данном уровне влажности, тем быстрее семена теряют всхожесть. При повышении температуры и влажности семян интенсивность дыхания значительно растет.

В процессе дыхания высвобождается химическая энергия, которая превращается в тепло. Это приводит к самосогреванию семян. Создается среда, благоприятная для развития грибов. В зерновой массе возникает тухлый запах. Следовательно, для специалиста, занятого обработкой и хранением семян, их запах должен быть первоочередным индикатором состояния семян.

Кроме того, при повышенных температурах происходит изменение структуры белков: они коагулируют и превращаются в нерастворимую белковую массу. Коагуляция часто

приводит к денатурации (рис. 1).

В большинстве случаев белки при денатурации теряют биологическую активность. Следовательно, процесс денатурации белков блокирует энзиматическую систему, нарушает весь метаболизм. Семена, в которых происходят такие превращения, испытывают значительные негативные изменения: снижается энергия прорастания и лабораторная всхожесть или полностью теряется их жизнеспособность. В опытах было установлено, что при влажности семян пшеницы озимой 29 % и 32 % и температуре нагревания 50 °С активность фермента каталазы снижалась на 20–25 %, а при 55 °С наступала полная инактивация фермента.

Денатурация белков

Рис. 1. Денатурация белков при тепловой обработке: а – нативный белок; б – денатурированный белок

При влажности 18 % заметная инактивация каталазы наблюдалась при 65 °С. Минусовые температуры создают благоприятную среду для хранения семян большинства растений. Ученая Л. Бартон установила, что у исследуемых ею видов древесных пород при минус 18 °С всхожесть сохранялась лучше, чем при температуре минус 11 °С и минус 4 °С. При временном консервировании влажных семян хороший результат дает охлаждение в интервале от плюс 2 до минус 4 °С.

Высокая эффективность отмечается при хранении замороженных семян пшеницы, ржи, овса, ячменя и разных кормовых растений. При температуре минус 20 °С в течение девяти лет всхожесть их почти не изменялась, между тем как в лабораторных условиях она снижалась до 30–74 %.

Ученные считают, что в зоне вечной мерзлоты можно значительно дешевле и надежнее обеспечить длительное хранение генетического фонда растений, чем в обычных семяхранилищах.

Опыт консервирования и хранения семян колосовых зерновых, сорго, кукурузы, сои, подсолнечника и других растений накоплено в Крымском институте. При любых условиях семян даже такой тяжелого для послеуборочной обработки растения, как сорго, имеет высокие посевные кондиции. Этот опыт изучается и внедряется.

Герметическое содержание семян во время хранения в разной таре (контейнеры, джутовые, пропиленовые мешки и мешки из пленки, бумажные пакеты, металлические ящики) обеспечивает высокую всхожесть в течение трех лет.

Хранение семян под вакуумом от 10–1 до 10–2 Мбар дает возможность сохранять энергию прорастания очень долгое время.

Определенный интерес представляет разработанный в Сибирском НИИ физиологии и биохимии растений АН России способ хранения семян в климокамерах. Он основан на поддержке в оптимальном режиме комплекса факторов. Семена содержатся в герметической стеклянной таре, упакованной в пенопластовые термостабилизирующие блоки. Перед закладкой на хранение семена высушивают при температуре 40 °С до 4–7 % влажности. В камере поддерживается температура 4±0,5 °С с принудительной вентиляцией воздуха.

Влияние температуры среды, типа тары и регуляторов роста на устойчивость семян к хранению

Хранение генетических ресурсов растений является одной из главных задач человечества, его обязанностью перед последующими поколениями. Мировой опыт доказал, что для видов, размножающихся семенами, самым надежным способом долговременного хранения являются генетические банки. Однако и при этом происходит потеря образцов. Одной из важных проблем является создание условий, которые бы обеспечили сохранение в состоянии высокой жизнеспособности и генетической аутентичности и целостности семян разных видов растений.

В последние десятилетия в научной сфере и производстве широко изучаются и внедряются разнообразные регуляторы роста органического и синтетического происхождения. Промышленность поставляет на рынок достаточно широкое многообразие таких препаратов. Считаем, что эти препараты целесообразно апробировать на способность повышать стойкость к хранению семян разных видов растений. В частности, мало изученными в этом отношении являются эфиромасличные и лекарственные растения.

В связи с этим на основе соглашения о совместном исследовании между Институтом растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН Украины, Национальным центром генетических ресурсов Украины (г. Харьков) и Научно-исследовательским институтом семеноводства Южного филиала Национального университета природопользования и биоресурсов «КАТУ» было проведено изучение действия ряда препаратов на устойчивость к хранению семян эфиромасличных растений – фенхеля, кориандра, аниса и шалфея мускатного.

Перед закладкой на хранение образцы семян были обработаны стимулятором роста Емистим С, микробиологическими препаратами Агрофил, БСП, ФМБ. Исследования проводились по специальной методике. Семена высушивались в камере с осушителем воздуха MD 600 (фирмы Munters, Швеция) при температуре 20–25 °С и относительной влажности воздуха 20–25 %. Срок высушивания – 10–15 суток в зависимости от вида растений и исходной влажности.

Хранение семян, обезвоженных до определенного уровня влажности каждого вида растений, осуществлялось в герметически закрытой таре – стеклянных бутылках и многослойных фольгированных пакетах. Контрольные семена хранились в стеклянной таре и фольгированных пакетах в трех температурных режимах: блок № 1 – при нерегулированных температурных условиях, блок №2 – в холодильной камере (фирмы Huurre, Финляндия) при 4 °С, блок №3 – в морозильной камере при минус 18–20 °С. Образцы, обработанные препаратами, были заложены на хранение только в блок № 1 в стеклянные бутылки.

Перед закладкой на хранение, а также после трехлетнего, шестилетнего и девятилетнего хранения проводился анализ основных параметров посевных свойств семян.

В таблице 2 приводятся результаты проращивания семян эфиромасличных растений, обработанных регуляторами роста, при хранении в стеклянной таре при нерегулированных температурных условиях.

Из этих данных видно, что у семян шалфея мускатного через три года хранения лабораторная всхожесть выросла на 7 %. Известно, что семена этого вида эфиромасличных растений отмечаются глубоким органическим покоем, который снимается в результате длительного послеуборочного дозревания. С целью выведения из состояния покоя, семена шалфея мускатного в условиях Крыма высевают под зиму и только весной появляются полноценные всходы.

Всхожесть аниса и кориандра за три года хранения не изменилась. У фенхеля всхожесть семян была низкой (42 %), что свидетельствует о наличии глубокого органического покоя. Через три года хранения всхожесть семян фенхеля повысилась почти в два раза – до 75 %. Через 6 лет хранения при нерегулированных температурных условиях всхожесть семян шалфея мускатного снизилась на 9 %, аниса – на 4 %, кориандра – на 47 %. Всхожесть семян фенхеля в сравнении с исходной выросла на 28 %, а в сравнении с трехлетним хранением снизилась на 5 %.

Таблица 2

Влияние регуляторов роста на динамику лабораторной всхожести семян эфиромасличных растений при хранении

Вариант
Год
Виды растений
Шалфей мускатный
Анис
Кориандр
Фенхель
Контроль
2002
87
94
87
42
2005
94
94
88
75
2008
78
90
40
70
ФМБ
2002
98
99
58
60
2005
97
93
91
78
2008
90
90
48
72
БСП
2002
99
99
77
57
2005
98
96
96
85
2008
98
90
85
73
Агрофил
2002
98
98
74
54
2005
97
91
68
80
2008
99
90
76
79
Емистим С
2002
95
95
70
50
2005
96
95
87
62
2008
96
93
62
66

Действие регуляторов роста на всхожесть семян разных видов эфиромасличных растений было неодинаковым. Все препараты при хранении семян шалфея мускатного были достаточно эффективными: при шестилетнем хранении на контроле всхожесть семян составляла 78 %, тогда как у обработанных семян препаратом ФМБ она была выше на 12 %, БСП – 20 %, Агрофилом – 21 % и Емистим С – 18 %.

Всхожесть семян аниса, обработанных разными регуляторами роста, в сравнении с контролем почти не изменялась. Достаточно высокой оказалась эффективность препаратов БСП, Агрофил и Емистим С на сохранность семян кориандра – превышение всхожести над контролем составляло от 22 % до 45 %. На сохранность семян фенхеля наибольшее стимулирующее действие (рост всхожести на 9 %) проявил Агрофил, другие препараты были менее эффективными. Лучшими препаратами для обработки семян с целью длительного хранения является: шалфея мускатного – Агрофил, БСП и Емистим С; кориандра – БСП и Агрофил; фенхеля – Агрофил.

Всхожесть семян аниса, обработанных разными регуляторами роста, в сравнении с контролем как при трехлетием, так и шестилетием хранении, почти не изменялась.

Изменчивость микроструктуры семян

Микроструктура семян злаков определяется соотношением мелких и крупных крахмальных зерен, белковой матрицы, белка, прикрепленного к крахмальным зернам, а также наличием воздушных полостей. В результате прорастания, поражения грибами, самосогревания, повреждения вредителями и влияния других факторов структура семян подвергается значительным изменениям. В зерновках кукурузы, пшеницы, риса при прорастании поваляются заметные превращения: оболочки и алейроновый слой сильно отекают и увеличиваются в размерах. В клетках алейронового слоя возникают полости, поскольку белки частично расходуются для питания зародыша. Микроструктура центральной части эндосперма изменяется в результате использования белков и крахмала на прорастание. Появляется большое количество воздушных полостей, эндосперм становится рыхлым и хрупким. В связи с необратимостью процессов прорастания, даже набухшие семена неспособны обеспечить нормальные всходы.

При неправильном хранении семян на поверхности и в средине зерновок развиваются плесневые грибы. При этом плодовая и семенная оболочки разрушаются и плесень проникает в эндосперм. Под действием ферментов, выделяющихся грибами, клетки алейронового слоя и эндосперма деструктируются, их поверхность из гладкой и блестящей превращается в губчатую, образуются воздушные полости. В результате структура эндосперма становится рыхлой и хрупкой.

При избыточной влажности семян во время их хранения за счет повышения интенсивности дыхания зерновой массы и других биотических компонентов (микроорганизмов, насекомых) температура повышается до 55–65 °С, а то и до 70–75 °С. Это явление называется самосогреванием. Оно сопровождается гидролитическими процессами и интенсивным развитием плесневых грибов. В результате гидролиза крахмала семена приобретают ложную стекловидность. При этом изменяется анатомическая структура всех частей зерновки. Консистенция гиалоплазмы клеток эндосперма становится будто застывшей, крахмальные зерна повреждаются ферментами. Белковая матрица эндосперма частично расходуется на дыхание и жизнедеятельность грибов. В итоге образуются воздушные полости и эндосперм становится рыхлым.

Повреждение семян клопом-черепашкой происходит в полевых условиях, когда насекомое вместе со слюной вводит в эндосперм протеолитические, амилолитические и липолитические ферменты. Активные ферментативные реакции вызывают разрушение белковой матрицы и крахмальных зерен. Клейковина в поврежденном зерне разрежается, темнеет или совсем не отмывается. Зерновка становится рыхлой, эндосперм хрупким.

Таким образом, в результате прорастания, поражения грибами, самосогревания и повреждения клопом-черепашкой в семенах происходят глубокие микроструктурные нарушения, которые приводят к изменению их биохимического состава и физиологического состояния. В результате значительно снижаются биологические свойства семян или полностью теряется жизнеспособность, что исключает возможность использования их как посевного материала.

Химические и мутагенные факторы

Исследование действия разных химических факторов показало, что десиканты (хлорат магния, реглон и др.), ускоряя дозревание, не проявляют негативное влияние на качество семян зерновых и овощных растений во время их хранения.

Длительное содержание семян пшеницы яровой в газообразном азоте и углекислом газе не оказывает какого-либо влияния на энергию прорастания и всхожесть.

Получены интересные данные о репарации посредством химических препаратов биологических свойств семян пшеницы твердой, у которых наступило природное старение в результате двухгодичного хранения. При их обработке фузикокцином серной кислоты и фосфата натрия, а также калием, всхожесть повышалась на 20 % и больше. Репарация осуществляется более успешно, когда процесс старения семян происходит при их низкой влажности.

Во время хранения семян происходят глубокие нарушения обменных процессов. В итоге в них в больших количествах накапливаются разные продукты жизнедеятельности, многие из которых проявляют мутагенное действие. Доказано, что по мере хранения семян ячменя ярового увеличивается частота спонтанных хромосомных аббераций. Так, после семилетнего хранения в митозе ростков было найдено 6,3 % хромосом с нарушениями, между тем как в ростках свежесобранных семян только 2 %.

Наряду с естественным мутационным процессом при хранении семян кукурузы увеличивается также интенсивность возникновения индуцируемых мутаций. Мутационный процесс во время хранения семян не относится к неуправляемым. Установлено, что промыванием старых семян проточной водой и их предпосевной обработкой экстрактами из прорастающих семян – доноров ячменя и пшеницы – удается значительно снизить уровень мутации клеток.

Старение и долговечность семян

Обратные реакции семян на действие разных факторов при хранении, выражаемые в изменчивости микроструктуры, физиологического состояния, биохимических свойств и генетических особенностей, определяют длительность хранения жизнеспособности или его долговечности.

Различают биологическую и хозяйственную долговечность семян. Биологическая долговечность – это длительность периода, в течение которого семена сохраняют способность прорастать. Хозяйственная долговечность – это длительность периода, в течение которого семена способны прорастать и обеспечивать нормальный урожай потомства.

Долговечность семян, как и весь процесс их старения, зависит от эндогенных и экзогенных факторов. Выше уже были описаны причины и последствия процесса старения при хранении семян. Они же определяют и длительность периода сохранения его жизнеспособности.

Ниже анализируются основные метаболические процессы, ведущие к снижению долговечности семян. Это, прежде всего, старение эндосперма. При трансплантации зародышей на эндосперм другого семени установлено, что чем более старый эндосперм, тем слабее рост трансплантированного зародыша.

Интенсивность дыхания – один из наиболее важных параметров обмена веществ при хранении семян. У долговечных семян, как правило, наблюдается ослабленное дыхание. Усиление дыхания предшествует потере жизнеспособности, что чаще всего связано с повышением влажности семян и интенсивности развития микроорганизмов.

Потеря жизнеспособности семян часто связана с расходованием белков и углеводов. При нормальных условиях хранения содержание этих веществ в семенах изменяется слабо. Во время хранения в атмосфере углекислого газа исчезает крахмал и увеличивается количество сахарозы и моносахаридов при общем неизменном содержании углеводов. При сухом хранении жизнеспособность семян может снижаться в результате постепенной коагуляции белков зародышей, хоть на количественное содержание белка срок хранения влияет незначительно.

Японские ученые установили, что при хранении в течение 46–84 лет в семенах риса уменьшалось содержание жиров и сахаров, между тем, как количество белков, крахмала, сырой клетчатки и золы по сравнению со свежесобранными семенами не изменялось. Всхожесть при этом была полностью потеряна. При старении семян содержание таких физиологически активных веществ, как витамины и ауксины, снижается. Органические кислоты служат своеобразным тестом на степень жизнеспособности семян. Повышение их количества во время хранения, как правило, сопровождается потерей всхожести. По мере хранения семян происходит интенсивное накопление ингибиторов и токсинов. Показано, что старение семян связано с изменением содержания нуклеиновых кислот в тканях зародыша. В семенах с более низкой энергией прорастания общий синтез РНК составлял 42 % по сравнению с семенами, имеющими более высокую энергию прорастания.

Относительно долговечности семян имеются довольно противоречивые данные. При хранении семян ромашки лекарственной от 1 до 7 лет всхожесть соответственно составляла: 92; 83; 64; 40; 18; 9 и 2 %. Семена шалфея мускатного урожая 1993,1995,1998,1999 и 2001 лет при анализе в 2002 году имели всхожесть соответственно в %: 8, 67, 84, 67 и 98.

Большая программа исследований предложена в Российском национальном хранилище семян, где хранится наибольший в мире генофонд растений, созданный Н. И. Вавиловым. Эта коллекция долгое время выращивалась и хранилась на базе ВИРа в СанктПетербурге. Однако неблагоприятные почвенно-климатические условия этого региона негативно влияли на формирование семян и, следовательно, на процесс их хранения. В связи с этим в одном из благодатных в этом отношении регионов России – Краснодарском крае (г. Армавир) – был создан уникальный комплекс для выращивания, хранения и изучения семян нескольких сотен тысяч разных форм растений.

На базе Института растениеводства НААН Украины создан Национальный центр генетических ресурсов растений Украины. Здесь собрано для хранения генетического фонда растений более 140000 образцов. Ведется широкая программа исследований по проблемам хранения семян.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *