Вернемся немного назад. Мы уже говорили о том, что при формировании семян в колосе материнского растения в них поступают питательные вещества в виде простых Сахаров, аминокислот, жирных кислот. При созревании семян эти сравнительно простые соединения превращаются в более сложные молекулы (крахмал, белки, жиры), которые откладываются в зародыше и эндосперме или в других запасающих органах. Эти процессы идут с потерей воды. При прорастании семени эти реакции носят как бы обратный характер — сложные молекулы «запасов» под действием гидролитических ферментов распадаются на более простые, эти реакции идут с поглощением воды. Но если созревание семян в колосе продолжается около полутора месяцев, то время от начала набухания пшеничного зернышка до его наклевывания — меньше суток. Такая скорость, безусловно, запрограммирована в самом зерне, она необходима проростку для дальнейшего выживания.
Прорастание семян — удивительный процесс. По своей огромной энергетической напряженности, по скорости и разнообразию биохимических превращений процесс прорастания не имеет аналогов в живой природе. По сравнению с долгой жизнью будущего растения, особенно многолетнего, время прорастания семени — всего лишь мгновение, но именно этот миг можно назвать «вспышкой жизни». Этот короткий период характеризуется шквалом самых разнообразных биохимических реакций. Чем же определяется эта необыкновенная скорость?
Дело в том, что при созревании семян в колосе, когда они еще являются частью материнского растения, в зародыше семени формируются компоненты дыхательной системы и обмена веществ, необходимые при прорастании для обеспечения будущего проростка энергией и построения новых тканей, синтезируется весь набор молекул, весь аппарат, который используется для образования белка в самом начале процесса прорастания. Эти вещества сохраняются в зародыше на протяжении всего периода покоя семян, но они не работают, только присутствуют. Ждут своего часа. Но именно они являются активаторами самых разнообразных процессов обмена веществ при прорастании семян, именно их молниеносный запуск определяет необычную, фантастическую скорость прорастания.
Итак, эти вещества начинают работать уже тогда, когда идет процесс физического набухания. Но органы зародыша могут тронуться в рост, только если влажность достигнет 74 %. До этого уровня влажность не может повыситься за счет физических процессов, она повышается благодаря формированию физиологического механизма поглощения воды в результате накопления в зародыше так называемых осмотически активных веществ (сахаров, ионов калия). Физиологическое поглощение воды характерно только для живых тканей. После достижения необходимого уровня влажности в клетках зародыша увеличивается объем вакуолей. Начинается подкисление и разрыхление клеточных оболочек, размер клеток зародыша увеличивается, активно синтезируется клетчатка, необходимая для построения клеточных стенок, клетки растягиваются. Такой, как говорят физиологи, «кислый рост», или рост растяжением, приводит к тому, что зачаточный корешок удлиняется и прорывает оболочку зерна. Это и есть та самая белая точка, появления которой мы ждем, когда проращиваем семена пшеницы. Зерно наклюнулось.
От наклевывания до выхода в свет
В предыдущем разделе много раз повторялись слова, которые свидетельствуют о необычной скорости процесса прорастания — «максимально быстро», «пусковой фактор», «шквал реакций», «молниеносный запуск», «фантастическая скорость». Но вот зерно наклюнулось. Оно лежит во влажной, прогретой солнцем почве, казалось бы, уже можно отдохнуть и расти спокойно.
Но не тут-то было. Оказывается, темп снижать нельзя. Да, прорастающее зерно получило и продолжает получать из почвы необходимую для него влагу, а развивающийся корешок с корневыми волосками начинает усваивать питательные вещества. Но вместе с тем почва для прорастающего семени — окружение во многом враждебное и очень агрессивное. В ней обитает огромное количество разнообразных микроорганизмов (бактерии, грибы, микроскопические водоросли, простейшие), для которых набухшее зерно — замечательный продукт, прекрасный питательный субстрат. Их количество настолько велико, что даже трудно себе представить: в 1 грамме чернозема может содержаться до 10 миллиардов живых микроорганизмов. Поэтому, чтобы уйти от опасности, нужно расти как можно скорее. Корешок должен быстро закрепиться в земле, стебелек пробиться через слой почвы и вынести на поверхность первые листочки. Но и после начала фотосинтеза система защиты не ослабевает.
Для проростков, находящихся в почве, опасны не только микроорганизмы. На них действуют многие отрицательные факторы внешней среды — загрязнение воды, воздуха и почвы, промышленные выбросы, резкие перепады температур. Для семян, находящихся на поверхности почвы, особенно опасно ультрафиолетовое солнечное излучение. Правда, на первых поpax их защищает земля. Мелкие семена дикорастущих видов, созревая и осыпаясь, попадают вначале на поверхность почвы, а затем, под влиянием осадков, проникают в ее верхний слой. Опавшая листва также защищает их от света. У крупных плодов (яблоко, груша, тыква, лимон) семена защищены мощным околоплодником. Агротехника посева зерновых культур — это в том числе и заделка семян в почву. Глубина заделки семян каждой культуры определяется четкими нормативами, принятыми в земледелии. Слишком глубоко их сажать нельзя, жизненных резервов не хватит, чтобы пробиться на поверхность.
Определенную опасность для прорастающего семени представляет, как это ни парадоксально, и его чрезвычайно активное дыхание. Кислород, столь нужный проросткам для активного обмена веществ, обладает очень высокой реакционной способностью. В энергетическом обмене растений он используется благодаря сложным ферментативным системам, с помощью ряда последовательных окислительных реакций. Но эти процессы могут иногда давать сбой, реакции не идут каждый раз абсолютно точно. Результатом таких ошибок может стать образование неполноценных молекул, имеющих свободный электрон, — так называемых свободных радикалов.
Свободные радикалы
Молекулы со свободным электроном обладают способностью быстро повреждать любые находящиеся рядом молекулы РНК, ДНК, белков и привести к гибели клетку или группу клеток. Это очень опасные, крайне агрессивные соединения. Останавливают их разрушительное действие так называемые антиоксиданты, молекулы которых противостоят губительному для тканей окислению, нейтрализуя избыток свободных радикалов.
При появлении всходов начинается фотосинтез, что прибавляет проблем. В хлоропластах зеленых растений в процессе фотосинтеза образуется кислород, который выделяется в атмосферу. От «своего» кислорода тоже нужно защищаться, синтезируя антиоксиданты.
Чтобы миновать все эти опасности, одной скорости роста недостаточно. Необходимо включать все доступные механизмы, защищающие проростки от неблагоприятных факторов внешней среды и от избытка свободных радикалов.
Со всеми этими задачами растения справляются блестяще. Ведь они — организмы гораздо более древние, чем животные и человек, и наиболее совершенная иммунная система свойственна прежде всего им. За сотни миллионов лет своего существования они постоянно подвергались атакам многочисленных агрессивных организмов и действию неблагоприятных факторов окружающей среды, и должны были приспособиться, научиться выживать и давать потомство. От поколения к поколению в растениях совершенствовались системы защиты и вырабатывалась способность синтезировать все нужные для этого вещества в необходимых количествах и соотношениях.
