Разнокачественность семян и ее значение в семеноводстве

В процессе роста и развития  растения озимого ячменя испытывают влияние комплекса внешних факторов и внутренних свойств, которые  оказывают непосредственное влияние на формирование зерновок. Вследствие чего семена по своей морфологии, биологии и биохимическим свойствам приобретают характерные особенности. Такое явление определяет разнокачественность семян

. Таким образом, разнокачественность – различие семян по морфологическим и биологическим признакам, также по биохимическому составу, физиологическому состоянию и  способности прорастать и производить определенную продуктивность растений в поколениях.

По международной стандартизации разнокачественность определяется термином «гетероспермия».

Явление разнокачественности семенного материала получило массовое распространение в растительном мире. Его проявление наблюдается  в том, что зёрна одного растения или даже колоса, неодинаковы по многим показателям

.

Разнокачественность семян  определяется множеством факторов: несинхронность прохождения фаз морфогенеза, неравноценность половых элементов, принимающих участие в процессе оплодотворения, анатомическое строение проводящей системы, разная деятельность ассимиляционного аппарата, разный уровень питания и обеспеченности минеральными элементами и водой

, .

Исследование процессов разнокачественности зерна весьма важно для определения урожайных свойств растений и для контролирования этапов их формирования

, , .

Для семеноводства разнокачественность семян – явление отрицательное, его последствиями зачастую является неравномерность всходов, многоярусность колосостоя, разновременное созревание. Различная продуктивность растений и разнородность продукции во многом предопределяются высеянными семенами. Для устранения или ослабления разнокачественности семян в производстве используют селекционные, семено­водческие и агротехнологические  способы и методы

.

Разнокачественность семян дифференцирована на 3 категории: ге­нетическую, матрикальную и экологическую.

Генетическая (наследственная) разнокачественность проявляется вследствие слияния неравноценных гамет родительских форм. Так как сливающиеся гаметы в наследственном отношении по своему генному составу в известной степени разнокачествен­ны, то и формирующиеся семена генетически неравноценны. Известную роль играет здесь и так называемый множествен­ный эффект оплодотворения.

В процессе оплодотворения цветковых растений разли­чают три фазы: прогамную, гамогенеза, постгамную

.

В прогамной фазе выявлена разнокачественность пыльцы и пестика. В фазе гамогенеза, при двойном оплодотворении, генетическая разнородность образующихся зерен определяется не столько сочетанием разнокачественных гамет, сколько влиянием дополнительных, проникающих в семяпочки  пыльцевых трубок, обеспечивающих завязь питательными веществами и ферментами.  В постгамной фазе попадащие в завязь мужские элементы, не участвующие в двойном оплодотворении, влияют на процессы метаболизма развивающегося семени.

В течение всех фаз оплодотворения формирующаяся завязь подвергается воздействию комплекса метаболических факторов, что способствует возникновению модификационных изменений, которые предшествуют разнокачественности семенного материала. При этом вполне возможно образование продолжительных модификаций и изменений мутационного типа

.

Матрикальная (материнская) разнокачественность – следствие разного местонахождения зерновки в колосе. Этот факт определяет различные режимы питания, освещения и влияния материнского растения. Даже при соблюдении единообразия наследственности и почвенно-климатических условий, разное местоположение развивающегося семени ведет к  про­явлению разнокачественности.

Материнская составляющая разнокачественности обуславливается множеством причин. Расхождение в зерновках формируются еще до оплодотворения семяпочек. Это определяется биологией репродуктивных органов, и процессом снабжения пластическими веществами форми­рующиеся семена.

Большую роль в образовании неоднородных зерен у ячменя играет время начала образования генеративных органов и разные сроки прохождения этапов органогенеза. Степень разности определяется временем образования цветочных бугорков. Как правило, чем выше порядок и ярус заложения, тем быстрее проходит  развитие генеративных органов. Когда в нижних бугорках  цветок уже полностью сформирован, в средней части конуса нарастания он еще находится в процессе формирования, а в верхней части цветочные бугорки ещё на ранней стадии развития.

Существенную роль  играет и формирование репродуктивных органов в соцветии. На ячменном растении цветение и развитие зерен в пределах колоса идет с различной интенсивностью, так, в средней части колоса цветение и созревание зерен начинается раньше,  распространяясь вверх и вниз по соцветию. При анализе зерен одного колоса наблюдается сходство по размеру и накоплению сухого вещества, между зернами верхней и нижней части. Зерна с верхней части колоса отстают в накоплении сухого вещества, налив у них заканчивается на 1-3 дня раньше, чем в средней. У зерен с нижней части колоса период налива не длиннее, чем у средних, хотя они образуются позже. Зерна вторых и третьих колосков, хотя образуются и позже первых, быстрее наливаются.

Таким образом, зерновки, формирующиеся в средней части колоса лучше снабжаются питательными веществами, у них более длительный период налива, в связи с чем они бывают лучше выполненными, полновесными, с высокими значениями массы 1000 зерен. Неоднородность в процессе завязывания семян и разная обеспеченность жизненно важными элементами увеличивает их разнокачественность

.

Экологическая разнокачественность семян  – следствие взаимодействия растительного организма и условий внешней среды. Она возникает вследствие роста и развития  растений на почвах с разным уровнем плодородия и в различных климатических условиях, определяющих обеспеченность семян водой и питательными элементами. Эти основные экоусловия и предопределяют физиолого-биохимические при­знаки и свойства будущих семян

.

Органогенез ячменного растения протекает в мно­гообразном сочетании  почвенно-климатических условий среды. Кроме того, признаки и свойства формирующегося семени напрямую зависят и от вегетирующих листьев, которые осуществляют процесс фотосинтеза, и от корневой системы, обеспечивающей растение питательными элементами. Степень такой обеспеченности во многом определяется воздействием на растения природно-климатических факторов внешней среды, одни из которых воздействуют положительно, а другие ухудшают естественное обеспечение развивающихся семян метаболитами. Поэтому, даже при идентичных условиях питания, на растения по-разному влияет различная продолжительность длины дня, интенсивность освещения, разный температурный режим и т. д

.

Экологические условия определяют и химический состав се­мян. В первую очередь, биохимические свойства зависят от географии выращивания семян и сроков посева

.

Наличие белка в зерне ячменя в значительной мере определяется климатической зоной возделывания сорта. Так, сорта,  выращенные в условиях юга России, где достаточное количество солнечной инсоляции и плодородные почвы, будут отличаться повышенным содержанием белка, в сравнении с такими же сортами возделываемыми в более северных районах страны

.

Многие ученые сходятся в мнении, что пониженные температуры и относительная влажность воздуха в пределах 80% в период созревания зерна способствуют накоплению аминного азота, что может являться причиной торможения нормальному развитию зерна, увеличивает время послеуборочного дозревания и снижает посевные качества

.

Более существенное влияние на содержание белка  оказывает количество осадков в фазу налива зерна и сумма положительных температур. Если в период активной вегетации продуктивной влаги достаточно, содержание белка снижается, этому способствует увеличение продуктивности растений, что влечет за собой возрастающие требования к количеству питательных элементов, в том числе и азота.

Таким образом, неоспоримым фактом является влияние внешних условий на накопление питательных элементов. Внешние условия влияют на превращение метаболитов. Так, если в период созревания выпадают обильные осадки, у семян ячменя накапливается крахмал, а содержание белка снижается, и наоборот, при засухе задерживается накопление крахмала и возрастает образование белка.

Следовательно, семена формирующиеся в пределах одного растения, но попадающие в разные условия  внешней среды, оказываются неоднородными по химическому составу.

Разнокачественность семян используется в трех направлениях:

- селекционном;

- агротехнологическом;

- семеноводческом.

В селекционной практике, используя материнскую разнокачественность, возможно отобрать формы,  обладающие заданными признаками и свойствами.

Планируя агроприемы в технологии возделывания, также необходимо учитывать явление разнокачественности. Нормы, способы и сроки использования минеральных удобрений, оказывают непосредственное влияние на закладку и формирование репродуктивных органов ячменного растения. Особую важность нормы и сроки внесения удобрений приобретают в критические периоды вегетации. Используя неодновременность  в развитии растений, возможно своевременным внесением удобрений, например внекорневой подкормкой бором, фосфором, в условиях недостатка воды улучшать условия образования репродуктивных органов.

Проявление разнокачественности массово  используется в семеноводстве для увеличения физических, посевных и урожайных признаков посевного материала

. В настоящее время при сортировании семян их разделяют по размеру (длине, ширине, толщине), форме, массе. Установка соответствующих решет на зерноочистительных машинах, позволяет отсортировывать семена с лучшими и заданными параметрами .

Таким образом, целенаправленное использование явления разнокачественности семян позволяет выделять биологически ценные растения, семьи, партии для производства высокоэлитного семеноводства.