Заглядывая в глубь истории, К. А. Тимирязев писал: “Едва ли какое явление в жизни растения обращало на себя так много внимания, как именно это первое ее проявление: оно вызывало на размышление и ученых, и мыслителей, и поэтов, оно облечено даже каким-то покровом поэтической таинственности; мы видим в нем олицетворение самой жизни, символ пробуждения от сна и смерти. Действительно, есть что-то заманчивое, подстрекающее мысль в этом внезапном пробуждении деятельности в теле; до тех пор, по-видимому, но отличавшемуся от тел окружающей мертвой природы. Есть что-то загадочное в этой скрытой затаившейся жизни, которая вдруг прорывается наружу”.
В этих строках образно показаны представления древних о прорастании се¬мян и размножении растений. Разумеется, представления эти были наивными.
Несмотря на большое разнообразие семян, все они имеют сходное строение и состоят из зародышевого корешка, почечки, зачаточного стебелька и запаса питательных веществ, необходимых для развития. У двудольных растений питательные вещества откладываются в семядолях (первых листочках), у однодольных – в эндосперме (особой питательной ткани). Зародыш, находящийся в семени, покрыт семенной кожурой, которая предохраняет его от высыхания и механических повреждений. В семенах имеются все необходимые вещества для их прорастания: углеводы, белки, жиры, зольные элементы, витамины, ферменты и др.
Чтобы семена праросли, нужны определенные условия, в первую очередь вода, тепло и кислород. Процесс прораста¬ния начинается с набухания семян в результате поглощения воды, которую они притягивают с огромной силой, особенно вначале. Установлено, что семена дурнишника в воздушно-сухом состоянии всасывают воду с силой около 1000 атм, а при содержании 6% воды – с силой 400 атм. О силе набухания их можно судить хотя бы по тому факту, что набухающие семена гороха используют для разъединения костей черепа, соединенных зубчатым швом. А для этого нужна очень большая сила. Об этом же говорит и то, что семена могут набухать, казалось бы, в совершенно сухой почве.
Наибольшее количество воды поглощают семена, содер¬жащие много белков, меньше – крахмалистые семена и еще меньше – семена, богатые жиром.
В набухшем семени под действием гидролитических фер¬ментов сложные запасные питательные вещества – белки, жиры, крахмал превращаются в более простые и легкопод¬вижные (аминокислоты, сахара и др.), которые потребляются растущим зародышем. Образующиеся сахара служат материалом для чрезвычайно интенсивного дыхания, на которое тратится не менее одной трети сухого вещества семени. Освобождающаяся при этом энергия расходуется на пере¬движение питательных веществ, на реакции синтеза и частично выделяется в виде тепла.
Морфологически прорастание семян выражается в том, что вначале, пробивая кожуру в области микропиле, появляется наружу корешок, затем, разрывая покровы, выходят и другие части зародыша (почечка, стебелек).
При отсутствии условий для прорастания семена могут лежать годами, не теряя всхожести. Хлебные злаки не теряют жизнеспособности 7 -12 лет (иногда до 18 лет), овощные культуры сохраняют всхожесть 7 -13 лет.
У ряда дикорастущих растений, особенно из семейства бобовых, семена способны прорастать через несколько десятков лет после созревания. Но и это не предел. В Маньчжурии известен случай прорастания семян лотоса, пролежавших несколько сот лет в глубоких илистых слоях почвы.
Прорастание семян различных растений неодинаково. Одни прорастают очень быстро, другие через несколько недель, месяцев, а иногда и лет, даже при самых благоприятных условиях. Задержка прорастания семян в значительной мере связана с трудной проницаемостью их оболочки. Покровы некоторых семян растений семейства бобовых и других сильно кутинизированы или состоят из каменистых клеток (склереид), не пропускают воду, не набухают и не могут прорастать.
“Каменистые” семена клевера и люцерны даже на влажных подстилках иногда не прорастают в продолжение 40 лет. Чтобы обеспечить доступ воды в такие семена, их покровы нарушают перетиранием, надрезами, пропусканием через терки, металлические щетки с остриями и т. д. Семена косточковых (вишня, слива, абрикосы) также нуждаются в подготовке к проращиванию. Для этого их подвергают стратификации, т. е. еще с осени укладывают слоями во влажный песок в ящики и закапывают до весны в грунт.
Итак, мы выяснили, что такое семена и как они прорастают. А какова дальнейшая судьба проростков? Как они ста¬новятся самостоятельными растениями, лишившись “материнской опеки” в виде семени? Тут все дело зависит от того, где прорастают семена, в земле или на поверхности. Наилучшие условия для прорастания семян создаются в почве, где имеется один из самых важных факторов – влага. Поэтому созревшим семенам необходимо попасть в почву. Для этого есть много путей. На помощь приходят ветер, дождь, потоки воды, которые заносят семена землей, затяги-вают илом. Попадая в расщелины и трещины, которые всегда имеются в почве, они приобретают надежное убежище и сохраняются в нем до прорастания. Большую помощь им оказывают животные, роющие норы: кроты, сурки, суслики, земляные черви, муравьи. Некоторые из них даже специально наносят запасы зерна в свои подземные кладовые. Многие крупные животные при ходьбе втаптывают семена в рыхлую или топкую почву.
Семенам аистника, лисохвоста, овсюга и некоторым другим не требуется посторонней помощи. Они сами зарываются в землю, ввинчиваясь подобно штопору. Другим и этого не надо делать. Их зарывает в почву само материнское растение. Таким заботливым растением является земляной орех. Плодоножки этого растения вытягиваются в длину, искусно загибаются вниз и зарывают орехи в землю. Но зарывание плодов и семян в землю только полдела. Оно необходимо лишь для прорастания. Перед вышедшим из семени проростком стоит более трудная задача – вынести из подземелья свои листочки и стебелек на свет и воздух. Разные растения по-разному выполняют эту задачу. Одни ее решают легко, другим приходится затрачивать немало труда. Проросток кукурузы, например, легко пробивает землю плотно свернутыми наподобие шила листочками. В это же время корень устремляется в глубь почвы.
Проросткам фасоли и других растений с массивной верхушкой труднее выбраться на поверхность. Сопротивление почвы им приходится преодолевать согнутым в дугу концом стебля. А у клещевины он даже закручивается петлей, так как необходимо затратить большую силу, чтобы приподнять лежащий сверху груз в виде кома земли.
Опыты показывают, что проростки обнаружи¬вают давление до 7 кг на 1 см2, т. е. до 7 атм. Для сравнения, давление пара в котлах неподвижных паровых машин редко превышает 4-5 кг на 1 см2. Отсюда понятно, почему растения могут пробиваться даже через асфальт. А эти удивительные явления можно видеть на каждом шагу. Если семя прорастет на поверхности почвы, то и в данном случае росток не пропадет. Он зароется в землю с помощью вбуравливающего вглубь корешка. При этом корешок преодолевает огромное сопротивление, в 16 раз больше своего веса. Если сохранить это пропорциональное отношение, то человек весом 64 кг должен был бы сдвинуть с места груз в 900 кг.