Дихання насіння під час проростання
Процес набухання насіння супроводжується різким підвищенням інтенсивності дихання, але з деякими періодами згасання, що з перебудовою біохімічних процесів.
Досліди В. Джеймса та А. Джеймса характеризують загальну картину зміни дихання при проростанні. Вони вивчали виділення СО2 насінням ячменю, що проростає в темряві при 21°С, і встановили наступні 5 фаз залежно від вмісту поживних речовин:
I фаза – йде поглинання води, швидко розвивається зародок та використовуються запасні поживні речовини, відкладені у зародку. Інтенсивність дихання поступово наростає. Тривалість фази 2 дні;
II фаза - мобілізуються вуглеводи ендосперму, інтенсивність дихання посилюється і на сьомий день досягає максимуму;
III фаза - запаси ендосперму виснажуються - інтенсивність дихання сповільнюється. Фаза продовжується до 12-го дня;
IV фаза – в обмін включаються інші речовини (білки та ін.). Інтенсивність дихання поступово знижується до кінця фази;
V фаза - проростки відмирають, розвивається сапрофітна мікрофлора. У диханні спостерігається слабкий підйом.
Вчений Ліч на п'яти сортах пшениці при визначенні дихання кожного зерна окремо встановив 3 фази у процесі набухання та проростання.
Початкова фаза починається з моменту дотику насіння з водою і триває близько 10 годин. При цьому спостерігається повільне зростання інтенсивності дихання.
Середня фаза триває від 10 до 30 годин, інтенсивність дихання наростає, а наприкінці періоду спостерігається її падіння.
Прикінцева фаза - йде процес проростання та підйом інтенсивності дихання.
На початкових фазах проростання у олійного насінняДК близько 1, тому що в цей часвитрачаються вуглеводи, які у зародку, але через 1–2 дняДК падає до 0,3–0,4, що пов'язані з розпадом жирів до вуглеводів. Після появи цукрівДК знову підвищується до 0,7-0,8, але ніколи не досягає 1 тому, що на розпад жирів, що триває, і їх окислення потрібна велика кількість кисню.
Інтенсивне дихання, що спостерігається під час проростання, пов'язане з виділенням великої кількості тепла. Виділення великої кількості тепла при достатньому зволоженні, яке відбувається не тільки ззовні, але й за рахунок води, що з'являється при нагріванні, викликає значне місцеве нагрівання.
Зараз створено апарати (наприклад, апарат Тіана-Кальве), які дозволяють врахувати тепловиділення навіть одного насіння. Дослідженнями встановлено, що в момент зіткнення насіння з водою негайно починається виділення тепла, яке досягає максимуму через 20-40 хвилин. За цей час виділяється близько 1,2 кал на годину. Потім виділення тепла знижується, а через 5 годин може бути навіть його поглинання. Процес цей фізико-хімічний і протікає внаслідок зволоження сухої речовини насіння. Ця фаза, яку Прайт назвав гідростадією, є відправною точкою для наступної фази, пов'язаної з життєдіяльністю пробуджених клітин насіння, що проростає. У цю фазу насіння реагує лише на воду. Цікаво відзначити, що кінець цієї фази збігається з настанням критичної вологості насіння, тому ця фаза має специфічні риси і може розглядатися як початкова фаза проростання.
Надалі, через 5 годин (тобто з 5 до 10 годин з моменту зволоження) тепла виділяється все менше і менше, або відбувається навіть поглинання його. Таку фазу можна назвати фазою нульового термогенезу. У цей період протікають складні екзо- та ендотермічніпроцеси, пов'язані з зволоженням, гідролізом, набуханням колоїдів, але в комплексі всі ці реакції не супроводжуються виділенням тепла в навколишнє середовище, а тепло використовується всередині самого насіння.
Потім починається період біологічного термогенезу - тепловиділення поступово посилюється, наростає, що пов'язано з посиленням дихання, гідролізом поживних речовин, дією ферментів та іншими активними фізіологічними процесами. Такий стан називаютьтермофазою, тому що в цей час насіння, що проростає, стає чутливим до температури, а потім з'являється потреба в кисні, а через 3 дні - у світлі, і т.д.
Встановлено, що підвищення температури в процесі набухання та проростання скорочує період фізико-хімічного термогенезу, підвищує максимум тепловиділення, скорочує тривалість нульової фази та прискорює настання біологічного термогенезу.
При поперемінному зволоженні та подальшому підсушуванні нульова фаза випадає і значно прискорюється настання біологічного термогенезу. Насіння, яке в умовах поля зволожується і потім підсихає, здатне при подальшому зволоженні дуже швидко проростати, що іноді і спостерігається після дощу, якщо йому передував сухий період.
Насіння в процесі проростання може певною мірою впливати на термічний режим у ґрунті. Якщо вважати, що при посіві в лунці знаходиться 4 зерна кукурудзи (більше 1 г), то навіть через 24 години вони виділять близько 35 калорій тепла за добу, а надалі тепловиділення збільшиться у кілька разів. Неважко підрахувати, що при низькій теплопровідності та досить високій теплоємності ґрунту можливе підвищення температури навколишнього ґрунту на кілька градусів. Це було виявлено, коли вивчали проростання насіння при знижених температураху камері штучного клімату.