Свойство семян длительное время сохранять жизнеспособность является одним из важнейших приспособлений растений, позволяющих им переносить неблагоприятные условия среды.
Проявляется оно в состоянии покоя семени, т. е. прекращении роста зародыша после созревания. Состояние покоя обусловливается изменениями физиолого-биохимических процессов в семени, отражающими ритмические изменения условий внешней среды (сезонов года). Переход семени в состояние покоя — это образование на поверхности протоплазмы клеток липоидных веществ и гидрофобных коллоидов, приводящих к обезвоживанию и обособлению протоплазмы от стенок клетки и нарушению плазматической связи между отдельными клетками, а также уменьшению способности протоплазмы к набуханию. Семенной покой — понятие относительное, отражающее состояние пониженного обмена веществ (гипометаболизма) и отчасти приостановку считывания генетической программы в семенах, что сопровождается торможением процессов роста и развития. В состоянии покоя семена переносят неблагоприятные условия среды, сохраняя способность к прорастанию в определенные сезоны года.
Длительность периода покоя семени зависит от биологических особенностей вида, однако под влиянием внешних условий формирования семени и возникающих в связи с этим внутренних факторов она может сильно меняться.
Различают две основные формы приостановки роста зародыша (покоя): вынужденную и органическую. Вынужденный покой обусловлен лишь отсутствием благоприятных для роста условий окружающей среды (недостаток влаги, тепла, кислорода). Семена, находящиеся в состоянии вынужденного покоя, быстро прорастают под действием активизирующих факторов, таких как достаточная влажность и благоприятная температура. Поэтому высеянные весной без подготовки они дают нормальные всходы в год посева (сосна обыкновенная, ель европейская, береза бородавчатая, ольха, шелковица и др.). Такой покой называют еще коротким, или неглубоким.
Органический покой обусловлен внутренней ритмикой развития организма, выражающейся активным внутренним торможением анатомо-морфологического и физиологического развития зародыша. У большинства видов зоны с умеренными климатическими условиями распространено недоразвитие зародыша семени в сочетании с физиологическим механизмом торможения, часто усугубляемое состоянием окружающих тканей (акантогганакс, аралии, бересклеты, боярышники, кизильник, ясень обыкновенный). В органическом покое находятся также семена с очень твердыми покровными тканями (лох и др.). Из-за продолжительности органический покой называют глубоким, или длительным.
Находящиеся в состоянии органического покоя семена не прорастают даже в благоприятных для роста условиях. Из состояния органического покоя семена выходят под действием факторов окружающей среды, которые способствуют завершению определенных биохимических процессов в тканях и изменяют анатомо-морфологическое и физиологическое состояние зародыша. Это прежде всего действие на набухшие семена температуры, близкой к температуре замерзания (имитируется зимний период).
Семена некоторых растений с вынужденным покоем из-за водонепроницаемости кожуры (белая акация, гледичия) физиологи иногда относят к таким, которым присущ органический покой. Все это и другие факты свидетельствуют о том, что природа явления покоя еще не раскрыта полностью и что нет четкого разграничения между вынужденным и органическим покоем.
Прорастание семян — это пробуждение зародыша от покоя и переход растения в развитии семени от гипометаболизма к оптимальному или нормальному обмену веществ и возобновлению роста, т. е. возобновление ростовых процессов в зародыше, которые были приостановлены после созревания семян.
Особенности прорастания и наиболее благоприятные для него условия зависят от вида растений. Активный обмен веществ в семени начинается еще до появления видимых признаков прорастания при набухании семян и заканчивается с появлением всходов. В связи с этим различают три фазы прорастания семян: набухания, стимуляции, а также роста и дифференциации.
Фаза набухания семени связана с поглощением воды, скорость которого зависит от биологических особенностей семени и температуры. Семена с толстой кожурой (лиственница) поглощают воды больше, чем семена с тонкой кожурой (сосна, ель).
В фазе стимуляции в семени происходят физиолого-биохимические превращения, способствующие подготовке его к прорастанию. Влажность семян в этой фазе остается почти постоянной. Фаза стимуляции связана с изменениями, обеспечивающими свойственную данному виду растения проницаемость веществ. В этот период наиболее важное значение имеет влияние внешней среды на зародышевый корешок. В фазе стимуляции в зародыше начинаются ростовые процессы.
Фаза роста и дифференциации наступает с начала растрескивания кожуры. Вследствие этого облегчается проникновение в семя воды и воздуха, зародыш быстро набухает (до 90 % сырой массы). В эндосперме гидролизуются запасные вещества. Активность ферментов снижается, усиливаются процессы дыхания, резко активизируется распад запасных питательных веществ и перемещение их к растущим тканям. При этом увеличивается количество делящихся клеток и усиливается их рост в длину, а также начинается дифференциация на ткани и органы развивающегося проростка. С биологической точки зрения в этой фазе начинается развитие уже не семени, а растения. В дальнейшем с увеличением ассимилирующих тканей проросток переходит к автотрофному питанию, превращаясь в сеянец.