В производстве для посева используются семена, плоды и соплодия различных сельскохозяйственных культур.
Для удобства весь посевной материал принято называть семенами. Однако следует иметь в виду, что ботанические понятия «семя» и «плод» не совпадают между собой. После оплодотворения начинают формироваться семена и плоды. Семя образуется из семяпочки, оно состоит из зародыша и семенной оболочки. Питательные вещества, которые расходуются на развитие зародыша, запасаются в разных частях его: а) семядоли (семейства Бобовые, Астровые, Тыквенные); б) эндосперм (Мятликовые, Паслёновые, Льновые и Сельдерейные); в) перисперм (Маревые). К первой группе относятся: горох, чечевица, подсолнечник, горчица, тыква; ко второй — пшеница, ячмень, кукуруза, кориандр и др.; к третьей — свекла. Плод формируется из завязи пестика, он состоит из одного или нескольких семян, которые покрыты не только семенной, но и плодовой оболочкой, образующейся из стенок завязи (пшеница, кукуруза, гречиха, подсолнечник, кориандр, эспарцет и др.). Если же при образовании плодов участвуют и другие части цветка (лепестки, тычинки, чешуи, листочки околоплодника и т. д.), то их называют ложными (тыква, арбуз и др.). Плоды бывают простые и сложные, в том числе первые формируются из одного пестика, а вторые из нескольких, каждый из которых превращается в плодик (например, малина). Если же сложный плод образуется из соцветия или его части, т. е. из нескольких самостоятельных цветков, а затем маленькие плодики срастаются, то он называется соплодием (свекла). Во время цветения начинается генеративный период развития растений; образовавшиеся при этом семена (плоды) представляют собой эмбриональный этап их развития. До наступления спелости у них происходит ряд сложных превращений, которые называются фазами развития. На примере трех культур (пшеница, горох, подсолнечник) ниже приводятся основные закономерности формирования плодов и семян.
Научные подходы к этой проблеме были заложены в работах Новацкого А. (1870), предложившего следующие фазы спелости пшеницы: молочная, восковая и полная, которые затем были распространены на другие полевые культуры. Большой вклад в разработку проблемы образования зерна у хлебов сделали Кулешов Н. Н. и Коренев Г. В. Продукционный процесс образования зерна у злаков состоит из трех этапов (формирование, налив и созревание), которые делятся на следующие фазы: студенисто-жидкая, молочная и тестообразная, восковая и полная спелость. Принято также выделять периоды созревания зерна: начало, средина и конец восковой спелости, начало и полная спелость. Коренев Г. В. (1990) считает, что зерно в разные этапы, фазы и периоды развития характеризуется определенным строением и уровнем влажности, которая является основным показателем для определения его состояния, фазы развития и спелости.
Накопление азота в зерне пшеницы начинается сразу же после образования, а в начале молочного состояния в нем уже содержится примерно половина от его максимального количества. Во время молочного и тестообразного состояния зерна азот образуется очень интенсивно, а при восковой спелости полностью прекращается. Формирование белка в зерне во время налива идет за счет двух источников: а) азот, поглощенный из почвы; б) вторичное использование (реутилизация) азотистых веществ, накопленных в вегетативных органах. Установлено, что примерно 65—70% белка в зерне образуется в результате реутилизации азотистых веществ из вегетативных органов и около 30—35% за счёт поглощения азота корнями из почвы в период налива. Из листьев в зерно поступает примерно половина азота, из стеблей — четвертая часть, из корней и элементов колоса — 10—30%. Таким образом, синтез белка в зерне происходит в основном за счёт реутилизации азотистых веществ, накопленных в вегетативных органах до начала налива. В то же время образование крахмала идёт почти полностью за счет фотосинтеза в период налива зерна. Несмотря на то, что пшеница имеет большую возможность реутилизировать азотистые вещества из вегетативных органов, но этого совершенно недостаточно для формирования зерна с высоким содержанием белка и клейковины.
Для этого необходимо обеспечить растения азотом в поздние фазы развития, в том числе в период налива зерна. В начале восковой спелости поступление пластических веществ в зерно значительно ослабевает, так как почти все они расходуются на дыхание и синтетические процессы. Поэтому масса зерна в это время почти не возрастает. Установлено, что максимальной величины она достигает в средине восковой спелости и сохраняется в начале полной, а через 5—6 дней снижается.
Коренев Г. В. (1990) указывал, что плод у гороха формируется в два этапа (развитие створок боба и семян). Первый из них продолжается 10-17 суток после окончания цветения, к нему относится одна фаза — образование боба, которая делится на два периода. В первом идет интенсивное формирование створок плода и накопление в них пластических веществ, а семена находятся в зачаточном состоянии. В конце образования плода створки заканчивают рост и в них содержится максимальное количество сухого вещества, а семена в это время находятся еще в средине своего формирования.
Второй этап характеризуется наливом семян за счет реутилизации пластических веществ из стебля, створок бобов и листьев. В конце его масса створок уменьшается на 50% от максимума. Ко второму этапу относятся три фазы развития семян (углеводное состояние, белковая и полная спелость). Первая из них характеризуется преобладанием в пластических веществах семян Сахаров и крахмала. Она делится на два периода (сахаристый и крахмалистый), в первом из которых в семенах содержится максимальное количество Сахаров, и интенсивность налива наибольшая. В крахмалистый период в семенах содержится много крахмала, а интенсивность налива их значительно снижается. При этом созревает 30—40% бобов, семена в них еще зеленоватые и при надавливании легко разделяются на семядоли, а нижние 4—5 листьев становятся желтыми.
При белковой (уборочной) спелости отмечается повышение содержания белка в созревающих семенах, эту фазу принято делить на три периода. В начале белковой спелости при влажности семян 40—35% накопление сухих веществ в них заканчивается. В это время растения на 50% становятся жёлтыми, семена приобретают типичную для сорта окраску, легко режутся ногтем, а при раздавливании их семенная оболочка не отделяется от семядолей. В средине белковой спелости только верхняя часть растений имеет зеленую окраску, а нижние 4—5 листьев засыхают полностью. Снижение влажности семян с 31 до 24% продолжается примерно 2-4 суток, разрезать ногтем их в это время уже труднее. В начале и в средине белковой спелости созревает от 50 до 75% бобов; это время считается лучшим сроком для скашивания гороха в валки. Признаки зрелых бобов следующие: светло-желтые с зеленым оттенком и тонкие шероховатые створки, а семена в них с типичной для сорта окраской, хорошо режутся ногтем. Небольшая доля бобов к этому времени засыхает, семена в них становятся твердыми и уже не режутся ногтем. В отличие от зрелых бобов перезрелые легко раскрываются во время скашивания. В конце белковой спелости уже все растение становится желтым, нижние бобы на первом плодовом узле засыхают, а влажность семян достигает 23-20%, они ногтем не режутся, но на них ещё остается след. При этом семена приобретают окончательные размеры и цвет, которые характерны для каждого сорта. Полная спелость семян бывает при снижении их влажности до 19-14%, в это время следует проводить обмолот валков, так как созревает уже 100% бобов.
Исследованиями Морозова В. К. и Коренева Г. В. было установлено, что формирование семян у подсолнечника имеет четыре фазы развития: а) образование плодовой оболочки, которое начинается до цветения и заканчивается через 6-14 дней после оплодотворения; б) формирование ядра, заметный рост которого отмечается на четвертый день после оплодотворения; в) налив, который характеризуется прекращением поступления пластических веществ и накоплением жира в семянках при влажности 40-38%; г) созревание, когда накопление сухого вещества в семянках уже не происходит, а идет их высыхание и физиологическое дозревание. При этом отмечаются две степени спелости: 1) уборочная при влажности семянок 18-20%; 2) хозяйственная, когда корзинки и стебли сухие и имеют коричневый цвет. Если же влажность семянок опускается ниже 12%, то растения становятся сухими и ломкими, а при уборке бывают большие потери за счет осыпания.
На примере трёх культур, относящихся к различным ботаническим семействам, видно, что процессы образования плодов и семян имеют общие биологические закономерности. При этом очень важным считается наступление биологического порога (влажность семян 40-35%), так как в это время происходит коагуляция белковых коллоидов, после чего поступление пластических веществ и влаги в них возобновляться уже не может даже за счёт осадков или дополнительных поливов.
На продолжительность и интенсивность поступления пластических веществ в семена оказывают значительное влияние погодные условия и особенности агротехнологии. При жаркой и сухой погоде период налива уменьшается, в результате чего семена получаются полноценными, но мелкими. Влажная погода немного задерживает продолжительность налива и созревания семян, но они формируются крупные и тяжеловесные.