Так как семена являются живыми организмами, то основные жизненные функции (дыхание, послеуборочное дозревание и др.) не затухают в них даже в состоянии относительного покоя при хранении — от созревания и уборки до посева и прорастания в поле.
За счет дыхания семена расходуют сухое вещество (главным образом углеводы), а выделяют углекислый газ, воду и тепло. Интенсивность этого процесса связана с их состоянием и условиями хранения — у хорошо высушенных и неповрежденных семян очень слабая, а с увеличением влажности выше критической (14—16%) сильно возрастает, так как появление свободной воды способствует усилению биохимических изменений. Увеличение влажности семян и температуры воздуха при хранении повышает интенсивность дыхания, что может привести их к самосогреванию, которое благоприятствует бурному размножению микроорганизмов. В результате семена согреваются еще больше, начинают плесневеть, теряют посевные и товарные качества. Известно, что самая высокая энергия дыхания бывает у семян, богатых жиром (масличные культуры), а самая низкая — у бобовых растений. В зависимости от относительной влажности и температуры воздуха семена при хранении способны не только поглощать влагу, но и терять ее.
Многие полевые культуры, которые были убраны в фазе полной спелости, имеют, как правило, очень низкую энергию прорастания и всхожесть при проращивании их в благоприятных лабораторных условиях. Неспособность их к прорастанию сразу после уборки является важным экологическим приспособлением растений, направленным на сохранение вида, так как оно дает возможность им переносить неблагоприятные условия в состоянии покоя. Дело в том, что в это время они являются еще физиологически незрелыми и приобретают полную способность к прорастанию только после определенного периода хранения. Это время принято называть периодом физиологического (послеуборочного) дозревания. Продолжительность его зависит от вида и сорта растений, от условий созревания, уборки и хранения семян. Так, у семян кукурузы и эспарцета послеуборочное дозревание продолжается всего несколько дней, а у пшеницы, ячменя, проса и подсолнечника от 20 до 40 дней. При теплой и сухой погоде оно сокращается, а при неблагоприятных условиях уборки удлиняется. Например, во время уборки в Сибири обычно бывает прохладная и влажная погода, а поэтому у семян яровой пшеницы послеуборочное дозревание чаще всего заканчивается только к весне. Чтобы ускорить этот процесс, их приходится просушивать и прогревать. Во время хранения в них происходит дальнейшее превращение простых органических соединений в более сложные. Так, в зерне пшеницы количество Сахаров уменьшается, а содержание крахмала и жира возрастает, заканчивается также синтез белков, снижается активность ферментов и проницаемость оболочек.
Чтобы начался процесс прорастания семян, необходимы влага, тепло, кислород и иногда свет. При благоприятном сочетании этих факторов зародыш за счёт запасных питательных веществ превращается в проросток. Установлено, что уже в ранние фазы развития у семян появляется способность к прорастанию, но только после прохождения послеуборочного дозревания они дают нормально развитые проростки. Известно, что у озимой пшеницы и ржи полностью прорастают 10—14-дневные семена, высушенные в колосе, т. е. собранные еще до наступления молочного состояния. Способность семян сохранять всхожесть длительное время (50—100 лет и более) хотя бы у единичных экземпляров в образце называется биологической долговечностью. В то же время под хозяйственной долговечностью принято понимать период сохранения их кондиционной всхожести при оптимальных условиях хранения. В зависимости от вида растений и условий их хранения долговечность семян может изменяться (пшеница, овес, ячмень и рис — 10-15 лет; рожь, соя и подсолнечник — 3-5 лет). Она уменьшается при уборке в ранние фазы спелости и при травмировании, при хранении во влажной и тёплой погоде. По данным Фирсовой М. К. для начала прорастания семян требуется следующее количество воды (в % к их воздушно-сухой массе): сорго — 30; кукуруза — 37; просо — 38; пшеница — 48; ячмень — 57; рожь — 65; овёс — 76; тимофеевка луговая — 80; горох — 114; клевер луговой — 143; лён — 160; сахарная свёкла — 168. Из приведенных данных видно, что самое большое количество воды для прорастания требуется одревесневшим клубочкам свеклы (сахарная, кормовая, столовая) и семенам льна, а также бобовым культурам, так как они содержат в 2-3 раза больше белка, который имеет большую поглотительную способность. По мере повышения температуры увеличивается интенсивность поглощения воды и уменьшается период прорастания семян.
В лабораторных условиях обычно определяются три уровня температуры прорастания (минимальная, оптимальная и максимальная). Самая низкая положительная температура, при которой возможно прорастание семян данной культуры, считается минимальной: рожь, горох, люцерна (+10 °С); пшеница, ячмень, бобы, тимофеевка луговая (+3-4°С); кукуруза, сорго, подсолнечник (+8-10°С); клещевина и дыня (+13-15°С). Самая благоприятная температура, при которой прорастание семян идет очень быстро, называется оптимальной (для большинства полевых культур составляет +25-30°С). Самую высокую температуру, при которой ещё возможно прорастание семян и выше которой оно приостанавливается, принято считать максимальной: сахарная свекла (+28-30°С); пшеница (+30-32°С); кукуруза (+40-44°С). Степанов В. Н. (1971) установил, что для прорастания семян и появления всходов необходимы различные минимальные температуры. По этому признаку он разделил все полевые культуры на семь классов. Так, семена пшеницы прорастают при температуре +1-2°С, а всходы появляются при +4-6°С. Прорастающие семена почти всех культур, кроме риса, активно поглощают кислород, выделяя углекислый газ и тепло. Свет не влияет на прорастание семян большинства полевых культур, но некоторые из них могут реагировать на него положительно или отрицательно. Например, семена фацелии и щирицы на свету не могут прорастать, а для некоторых злаковых трав он обязательно нужен (мятлик, бекмания и др.).
Полевая всхожесть считается основным интегрирующим показателем качества семян, так как определяется в полевых условиях. Лабораторная всхожесть характеризует процент проростков, а полевая — долю всходов от количества высеянных в поле всхожих семян. Этот показатель играет большую роль в любых агротехнологиях, так как изреженные или загущенные посевы отрицательно сказываются на продукционном процессе формирования хозяйственного урожая. При нарушении различных агроприёмов полевая всхожесть, как правило, снижается. Для большинства полевых культур этот показатель пока еще низкий (зерновые — 65-85%, сахарная свекла — 50% и многолетние травы — 30—40%). Полевая всхожесть зависит от многих факторов, но в первую очередь от посевных качеств семян (энергия прорастания, лабораторная всхожесть и сила роста), а также от агротехнологии и экологических условий. Следует иметь в виду, что она всегда бывает ниже лабораторной. Если семена с высокой лабораторной всхожестью травмированы и не протравлены, высеваются в плохо разработанный и пересохший слой почвы на различную глубину, то полевая всхожесть всегда бывает низкой. Например, в опытах Воронежского агроуниверситета с кукурузой было установлено, что по мере уменьшения лабораторной всхожести с 98 до 49% и полевой с 78 до 11% число растений к уборке сократилось с 36 до 13 тыс. шт./га, а урожайность зерна снизилась с 42,2 до 15,4 ц/га (Коренев Г. В. и др., 1990).
Производство высококачественных семян считается длительным и сложным процессом, так как не ограничивается каким-либо одним приемом, а требует целого комплекса мероприятий.
Следует помнить, что хорошие высококачественные семена формируются в поле, а затем на току и в складе доводятся до посевных кондиций. Для этого их нужно вырастить на семенных участках и организовать своевременную уборку без потерь. Перед засыпкой на хранение их необходимо очистить, просушить и отсортировать, чтобы они хорошо сохраняли свои посевные качества и урожайные свойства. Полученные при уборке семена требуют немедленной очистки на току, при которой удаляются различные примеси. При её задержке ухудшаются условия их хранения, потому что примеси обычно имеют повышенную влажность, которая способствует самосогреванию и снижению всхожести. После очистки семена сразу же просушиваются, а затем засыпаются в хранилище. В солнечную сухую погоду они досушиваются на открытых токах, а на ночь собираются в бурты и накрываются брезентами. При влажной погоде для сушки семян применяются специальные зерносушилки и установки активного вентилирования, в которых используется обычный или подогретый воздух; за счёт этого полевая всхожесть их повышается на 10-15%. Обязательным приемом обработки семян считается сортирование, которое проводится для выделения самых крупных и тяжеловесных фракций, потому что они способствуют повышению полевой всхожести, выживаемости растений и урожайности.
Так как в любой партии есть крупные, средние и мелкие семена, то они пропускаются через систему решет с отверстиями различного диаметра. Известно, что лучшими по посевным и урожайным качествам являются крупные и средние фракции. Поэтому при сортировании из них удаляются мелкие, щуплые и легковесные фракции, а также трудноотделимые примеси, которые по размерам и аэродинамическим свойствам близки к семенам данной культуры. Они выделяются также по плотности и характеру поверхности. По первому признаку примесь можно удалить на пневматическом сепараторе (например, дикую редьку от зерновых культур). Различный характер поверхности семян и примесей используется для разделения их на горках и цилиндрах с ворсистым материалом. На змейках хорошо разделяются горох и вика от овса или других зерновых (при их совместном возделывании). Для очистки семян бобовых трав от примесей сорняков с шероховатой поверхностью (повилика, плевел, горчак розовый и др.) применяются электромагнитные машины. При этом семена трав предварительно обрабатываются железным порошком, который задерживается на шероховатой поверхности сорняков; после пропускании через машину они притягиваются барабаном.
Для пропашных культур (кукуруза, подсолнечник, сахарная свекла и др.), которые высеваются пунктирным способом, делается калибровка семян, при этом они разделяются на отдельные фракции по величине и форме. За счёт такого приема на 1 погонном метре рядка удаётся высевать необходимое число семян, при этом уменьшается норма высева и не требуется ручная обработка посевов. Ещё одно преимущество калиброванных семян заключается в том, что они дают дружные и ровные всходы. Благодаря этому развитие и созревание растений бывает более равномерным, что способствует увеличению урожайности всех культур. Калибровка семян и их протравливание делается на специализированных заводах, откуда они в мешках продаются всем хозяйствам различных форм собственности. После очистки, просушивания и сортирования семена рекомендуется хранить в очищенных и продезинфицированных складах. Следует строго следить за тем, чтобы при этом не было их засорения, увлажнения и снижения всхожести.
Качество посевного материала можно значительно повысить с помощью различных приёмов, которые проводятся заблаговременно или перед посевом (протравливание, воздушно-тепловой обогрев, активное вентилирование, обработка ризоторфином, инкрустирование, скарификация и др.).
В интегрированной системе защиты растений протравливание семян считается обязательным и эффективным приемом, который направлен на борьбу с возбудителями различных болезней. Для этой цели разработано три способа протравливания (сухое, полусухое и мокрое), обработка водными суспензиями, а также термическое обеззараживание. Чтобы пестициды более прочно закреплялись на семенах, целесообразно использовать пленкообразующие составы (растворы полимеров). Обработка семян пленкообразующими составами ничем не отличается от протравливания водными суспензиями. При этом пестициды наносятся на семена с растворами полимеров, которые после испарения воды образуют на их поверхности плотно прилегающие пленки. Для этой цели используются различные полимеры, наиболее распространенным из них считается натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ) в виде 2%-ного раствора в воде. Эта работа проводится на специальных машинах при строгом соблюдении требований техники безопасности. Порядок протравливания семян и расход препаратов устанавливаются специальными инструкциями. При подготовке семян к посеву очень большая роль отводится воздушно-тепловому обогреву. Особенно эффективным этот приём считается в тех районах, где уборка бывает при холодной и влажной погоде (Урал, Сибирь, Дальний Восток). Здесь такая работа способствует повышению энергии прорастания и полевой всхожести семян. Воздушно-тепловой обогрев может применяться и в других регионах страны. Например, во многих зонах и провинциях этим приёмом очень часто приходится пользоваться при подготовке семян озимых культур, которые требуются для посева в год уборки урожая. Эту работу целесообразно проводить в солнечную погоду на открытой площадке в течение 5-7 дней. Если есть возможность, то желательно применять активное вентилирование подогретым воздухом.
Семена зернобобовых культур и бобовых трав перед посевом рекомендуется обрабатывать специальными препаратами, содержащими клубеньковые бактерии (нитрагин или ризоторфин). Это делается в тени в день посева (на 1 га требуется 0,5 л нитрагина или 200 г ризоторфина). Следует помнить, что для каждого бобового растения разработаны специальные препараты, которые содержат различные расы азотфиксирующих бактерий. При внесении этих препаратов с семенами в почву возрастает образование на корнях клубеньков с бактериями, усваивающими свободный азот воздуха. За счёт такого дешёвого и экологически безопасного приёма значительно улучшается азотное питание растений и повышается урожайность всех бобовых культур. Кроме того, для семян многолетних бобовых трав (козлятник, донник, люцерна, клевер и др.) требуется ещё одна специальная обработка. Это связано с тем, что у них семена покрыты твердыми непроницаемыми оболочками для воды и воздуха.
Искусственное повреждение этих оболочек (нанесение царапин) повышает их всхожесть. Этот прием называется скарификацией, он проводится на специальных машинах-скарификаторах.