Быстрая потеря всхожести семян одних растений и продолжительная жизнеспособность других издавна привлекали внимание биологов. До сих пор этот вопрос остается неясным, хотя имеются самые разнообразные предположения.
В литературе время от времени появляются сведения о семенах хлебных злаков, якобы жизнеспособных, найденных в египетских захоронениях, возраст которых исчисляется несколькими тысячелетиями. Тщательные исследования не подтвердили этого и показали, что семена ячменя из гробницы Тутанхамона обуглились, хотя щиток и некоторые части зародыша не были повреждены. По сравнению со свежими семенами английского ячменя они имели меньший вес и плотность. Сохранились они благодаря бескислородной атмосфере, созданной их дыханием, а также поглощением кислорода другими продуктами, находящимися в саркофаге царя. О всхожести этих семян никаких сообщений нет.
Строение семени (недифференцированные ткани, малое содержание воды) позволяет ему легко переносить неблагоприятное время года с тем, чтобы прорасти весной. Необходимые факторы прорастания — наличие воды, воздуха и определенной температуры. Семена быстро впитывают воду. Так, семена дурнишника могут поглощать воду даже из насыщенного раствора хлористого натрия, имеющего осмотическое давление 375 атм. Поглощая воду, семена набухают и увеличиваются в размере. При этом развивается значительная сила. К. Паустовский в своей повести «Черное море» описал аварию парохода «Днепр» в Босфорском проливе. Трюмы его были доверху наполнены горохом. В пробоину проникла вода, горох разбух и разорвал пароход пополам! Для прорастания семян проса необходимо, чтобы воды было 33%, ржи — 35, конопли — 47, кукурузы — 50, пшеницы — 69, гороха — 98, сахарной свеклы — 120, красного клевера — 145%.
Первые сведения о способности семян прорастать после длительного хранения относятся к 1846 г. В ботаническом саду Флоренции в 1831 г. были собраны семена 368 видов растений, принадлежащие к различным семействам. Среди них были 180 однолетних, 28 двухлетних, 105 многолетних, 44 древесных и некоторые другие. После 15-летнего хранения в помещении, защищенном от сырости и воздействия либо очень высоких, либо низких температур, они были испытаны на всхожесть. Оказалось, что только семена 17 видов остались жизнеспособными с разной степенью всхожести. При этом семена древесных пород дольше сохранили жизнеспособность, а семена двухлетних растений теряли всхожесть наиболее быстро.
В 1907 г. проводились исследования семян 500 видов из коллекции Парижского национального музея истории естествознания. Возраст этих семян составлял 25—136 лет. Было отмечено прорастание семян из четырех семейств: бобовых, кувшинковых, мальвоцветных, губоцветных. Возраст 20 видов этих семян 28—87 лет. Позднее (1934 г.) был проведен другой опыт с семенами этой же коллекции. Оказалось, что все жизнеспособные семена относились к семейству бобовых, а представители одного вида сохранили жизнеспособность после 158-летнего хранения. Семена клевера заячьего были жизнеспособными в течение 90 лет, а семена донника белого, лядвенца и клевера красного — в течение 81 года.
Интересен и эксперимент, начатый в 1879 г. Билом в Мичиганском университете в США. Свежесобранные семена 20 дикорастущих видов растений были положены в бутылки со слегка увлажненным песком и закопаны в землю горлышком вниз, чтобы они не заполнялись водой. Через каждые пять лет доктор Бил определял всхожесть семян. Семена некоторых видов погибли через 5 лет. Через 20 лет все еще сохраняли жизнеспособность семена 11 видов; через 40 лет — восьми видов: ширицы, амброзии, горчицы черной, клоповника, ослинника, подорожника, портулака и щавелька; через 70 лет от начала опыта всхожими остались семена только двух видов — ослинника и щавелька.
Подобный же эксперимент был заложен в 1902 г. Лабораторией семенного контроля в США. Он продолжался 39 лет. Семена 107 видов культурных и дикорастущих растений поместили в цветочные горшочки со стерилизованной почвой, накрыли пористыми глиняными крышками и закопали в грунт на разную глубину. Через определенные промежутки времени часть семян из этих горшочков испытывали на всхожесть. Из 107 видов, заделанных в грунт в 1902 г., через 1 год проросли семена 71 вида, через 3 года — 61 вида, через 6 лет — 68 видов, через 10 лет — 68 видов, через 16 лет — 51 вида, через 20 лет — 51 вида, через 30 лет — 44 видов и через 39 лет — 36 видов. Наибольшую всхожесть через 39 лет имели семена 16 видов. Из семян 20 других видов растений, сохранивших жизнеспособность после 39-летнего хранения в грунте, 18 имели всхожесть не более 6%. Следует отметить, что семена дикорастущих видов оказались более жизнеспособными, чем семена культурных растений, большая часть которых погибла после одногодичного пребывания в почве. Исключение составили семена табака настоящего и клевера лугового, которые сохранили жизнеспособность и через 39 лет.
В настоящее время проводятся два опыта, в которых изучается влияние на семена длительного хранения. Один из опытов заложен в 1947 г. в США доктором Ф. Вентом. Он рассчитан на 360 лет и проводится для выяснения влияния условий абсолютной сухости на сохранность семян. Семена 126 видов дикорастущих растений, химически обезвоженные, были под вакуумом запаяны в пробирки (каждый вид в 20 пробирках) и поставлены на хранение. С начала опыта уже проращивались семена четырех партий пробирок. В результате этого было выяснено, что семена после 10-летнего хранения сохранили жизнеспособность на таком же уровне, какой они имели сразу после сушки. Другой опыт, рассчитанный на 150 лет, осуществляется сотрудниками одного из научно-исследовательских институтов штата Нью-Йорк. В этом опыте семена салата — латука, лука и томатов хранятся в герметическом контейнере при температуре минус 17,8° С. Считают, что часть семян будут всхожими к концу 150-летнего хранения.
Нет ничего удивительного, что сухие семена после нескольких лет хранения сохраняют способность прорастать, так как в них ослаблены метаболические процессы. Гораздо труднее объяснить жизнеспособность семян, проросших после пребывания в почве в течение 10 лет и более. Так, например, имеются сведения о прорастании семян некоторых сорняков (марь, горчичник, белена), находившихся в почве несколько веков.
Японскому ученому И. Охге (1926 г.) удалось прорастить семена индийского лотоса, найденные в слое торфа, прикрытом лессовыми отложениями, на дне высохшего озера в Маньчжурии. Они пролежали там 160—250 лет. Этим же ученым в 1951 г. были найдены еще три жизнеспособных семени индийского лотоса в озере около Кемигава (Япония) на глубине 7 м. Полагают, что возраст семян 3075±180 лет. Эти семена проросли и дали нормальные растения, которые в настоящее время произрастают во многих ботанических садах мира.
При восстановлении Нюрнбергского театра в 1955 г. были найдены стеклянные трубки с семенами ячменя, овса и других культур урожая 1831 г. Их высеяли, они проросли и дали урожай. В 1965 г. в Дании во время археологических раскопок были обнаружены семена лебеды и полевой торицы, пролежавшие около 1700 лет. Оказалось, что они не потеряли своей жизнеспособности.
Вскоре после этого одной из археологических экспедиций при раскопках были найдены грецкие орехи, хорошо сохранившиеся в илистой почве и пролежавшие там около 3500 лет. Посаженные в почву, они проросли и дали нормальные побеги.
Очень удачная находка была сделана аргентинскими учеными. Они обнаружили в одной из горных пещер в провинции Южная Мендоса герметический сосуд с семенами амаранта, растения, растущего на склонах Анд. Возраст семян превышает 3000 лет. Через девять дней, после того как семена были высеяны, три из них дали побеги.
Еще больший рекорд долголетия установлен семенами арктического люпина, покрытыми толстой, почти непроницаемой кожурой. Семена этого растения были найдены в норах; вырытых леммингами в иле реки Миллер Крик (Канада), где они пролежали около 10 000 лет. Удивительно: посеянные семена через двое суток проросли, а одно из них дало даже цветущее растение.
В Японии (префектура Фукусима) на глубине 1,5 м в хранилище были найдены семена проса. Они пролежали 1100 лет, хорошо сохранились, так как в хранилище были постоянная температура и влажность. Сотрудникам Опытной сельскохозяйственной станции удалось их прорастить. Осенью 1974 г. был собран первый урожай из этих семян.
Не менее интересная находка была сделана в Японии летом 1972 г. Во время раскопок в районе города Акита нашли семена гречихи, возраст которых, как показал радиоактивный анализ, был свыше 4000 лет. Спустя 1,5 года часть зерен проросла. Высеянные в почву, они дали целую плантацию «злаков предков».
Наряду с такими семенами-долгожителями имеются семена с очень коротким жизненным циклом. Очень недолговечны семена серебристого клена, дикого риса, дуба, бука, конского каштана, ивы, тополя, вяза, сахарного тростника, и других растений. Жизнеспособность семян этих растений — от нескольких дней до нескольких месяцев.
Многочисленные данные по долголетию семян позволили австралийцу А. Эварту (1908 г.) разделить семена по способности сохранять всхожесть при оптимальных условиях на три биологических класса:
- микробиотические, или недолговечные, с продолжительностью жизни не более 3 лет;
- мезобиотические, сохраняющие жизнеспособность от 3 до 15 лет;
- макробиотические, сохраняющие всхожесть от 15 до 100 лет и более.
Это деление условно, так как долговечность семян зависит как от их природных особенностей, так и от условий хранения.
По продолжительности сохранения жизнеспособности сильно отличаются между собой и семена разных сортов. Так, семена проса иглистого после 10-летнего хранения имели всхожесть 3%, а проса посевного, хранившегося в течение 11 лет в запечатанных бутылках, — 23%.
Семена бахчевых культур сохраняли нормальную всхожесть в течение 4 лет хранения. С 5—7 года хранения у них наблюдалось сильное снижение жизнеспособности. Так, семена арбуза сорта Дынный лист после 10 лет хранения имели энергию прорастания 3%, а всхожесть — 5%, а семена тыквы сорта Бирючекутская 628 после 9 лет хранения имели соответственно энергию прорастания и всхожесть 16 и 4%.
Опыты по изучению всхожести семян четырех сортов гречихи показали, что из всех испытанных сортов больше всего она снизилась у позднеспелого сорта Калужская. Неодинаковая продолжительность сохранения жизнеспособности и у семян риса различных японских сортов. Из 48 сортов 11 теряли всхожесть через 2 года, 29 — через 3 года и 8 — через 4 года. У индийских сортов наблюдается та же закономерность. Подобные исследования, проведенные с семенами восьми сортов сои, хранившихся 53 месяца в одинаковых условиях, показали, что в начальный период хранения различия в прорастании семян в зависимости от сорта менялись в пределах 95—100%, а в конце — от 0 до 74%.
Семена русских, американских и среднеазиатских сортов арбуза при хранении в лабораторных условиях были жизнеспособными в течение 10—12 лет. Энергия прорастания у них снижается уже после 4—5 лет хранения. Наибольшей жизнеспособностью обладают семена американских сортов, а наименьшей — среднеазиатских.
Приведенные материалы говорят о том, что по продолжительности сохранения жизнеспособности семенами различаются не только семейства, но и виды и сорта, что зависит как от биологических особенностей семян, так и от условий, в которых они хранятся. Более глубокое познание этих особенностей позволит увеличить продолжительность жизни тех семян, которые имеют короткий жизненный цикл, что важно для практики.