Skąd nasiona wiedzą, że mogą już kiełkować? Ile lat mogą czekać na swój moment? O tych innych tajemnicach nasion rozmawiamy z dr hab. Anną Bochenek z Katedry Fizjologii, Genetyki i Biotechnologii Roślin na Wydziale Biologii i Biotechnologii UWM.
- Wiosną lub jesienią rolnik wysiewa nasiona, a te dostawszy się do gleby zaczynają rosnąć. Ale skąd nasiona roślin dziko rosnących wiedzą, że mają w określonym czasie kiełkować, przecież nie mają zmysłów?
- Za to mają „zdolności” - zdolność do kiełkowania i zdolność do spoczynku. Dla nasion roślin dziko żyjących ich zdolność do zapadania w spoczynek jest cechą najważniejszą: umożliwia przetrwanie gatunku. Nasiona roślin żyjących dziko potrafią przebywać w stanie uśpienia nieraz bardzo długo. Na każdym metrze kwadratowym gleby leżą tysiące nasion czekając na swój czas. My, naukowcy mówimy, że jest to glebowy bank nasion. Kiełkują wtedy, kiedy warunki zewnętrzne im sprzyjają. Rekord świata w tym zakresie należy do nasienia łubinu arktycznego znalezionego na terytorium Jukon w Kanadzie. Wykiełkowało po 10 tys. lat. Skąd o tym wiemy? Znaleziono je w norze susła. Te zwierzęta wyginęły w tamtym rejonie przed 10 tys. lat. Takie datowanie jest jednak mało precyzyjne. Wiarygodne i udokumentowane uśpienie dotyczy nasienia lotosu znalezionego w Chinach. Wykiełkowało po ponad 400 latach spoczynku. W 1870 r. w czasie wojny francusko-pruskiej na polach Belgii rozegrały się krwawe bitwy. W następnym roku na tej ziemi zrytej lejami, przeoranej okopami zakwitły łany czerwonych maków. Potem już ich nie było. W 1914 r. na tych polach toczyły się zacięte bitwy I wojny światowej. W następnym roku znowu pojawiły się tam maki. To znaczy, że ich nasiona czekały w ziemi 45 lat na odpowiednie warunki. W XIX w. uczeni brytyjscy zapoczątkowali taki eksperyment: zakopali w ziemi butelki z nasionami różnych roślin. Początkowo co 5 lat, potem co 10, a obecnie co 20 wykopują 1 butelkę i badają zdolność nasion do kiełkowania. Okazuje się, że pojedyncze nasiona ciągle kiełkują! Eksperyment ten zakończy się w roku 2040. Nawet Karol Darwin przeprowadzał podobne badania z nasionami znalezionymi w mule w stawie.
Inaczej jest z nasionami roślin uprawnych. Człowiek tak je zmienia, aby okres spoczynku miały jak najkrótszy, zdolność do kiełkowania w jak najszerszym zakresie temperatur oraz były odporne na susze lub nadmiar wody w gruncie.
- Mówimy, że nasiona mają czas spoczynku i czas aktywności. Czemu nasiona nie kiełkują zimą albo latem, tylko przeważnie wczesną wiosną?
- Właściwie z tym czasem spoczynku i aktywności to nie jest prawda. Zbadano, że większość genów jest aktywna także w okresie spoczynku nasion. Dlaczego tak się dzieje – do końca jeszcze nie wiemy. Przypuszczamy, że aktywne wtedy są przede wszystkim geny odpowiedzialne za odporność nasion na stresy. Do wybudzenia nasienia ze stanu spoczynku potrzeba kombinacji wielu czynników. Najważniejsze to temperatura gleby i jej wilgotność. One regulują głębokość spoczynku. Inne ważne czynniki to: światło, stężenie azotanów, dobowe wahania temperatury, cykle nawilżania i osuszania, skład środowiska gazowego itp. One zwykle decydują o zakończeniu spoczynku, kiedy jest on już wystarczająco płytki. Temperatura gleby jest najważniejsza, ale nie ona sama decyduje. Dla wielu nasion ważne są także jej dobowe wahania. Jeśli ich nie ma - to chociaż temperatura gleby mu odpowiada - nie wykiełkuje. Często też inny zakres temperatur powoduje „wybudzenie” a inny pobudza kiełkowanie, kiedy spoczynek już ustąpił. Podobnie jest z wilgotnością gleby. Wiele nasion wykiełkuje dopiero wtedy, gdy przejdzie właściwą dla siebie liczbę cykli nawilżania i osuszania. Ale to też nie jest automatyczne. Natomiast wiele nasion do wybudzenia oprócz określonych temperatur potrzebuje jeszcze odpowiedniego światła.
- Co to znaczy odpowiednie?
- To promienie czerwone - jeden ze składników światła słonecznego. Nasiona, do których one nie docierają, np. w gęstym lesie, chociaż wszystkie inne warunki będą miały optymalne - nie wykiełkują. Wiemy, że światło czerwone odblokowuje pewne geny w receptorze światła - fitochromie. Następstwem tego procesu jest przekształcenie się nieaktywny form hormonów zwanych giberelinami w formy aktywne, które stymulują nasienie do kiełkowania. Wpływ na stan nasion mają także gazy atmosfery glebowej: tlen, CO2, etylen. Jedne nasiona do wybudzenia stymuluje wzrost ich stężenia. Jednocześnie inne - może usypiać.
- Nasiona są zatem bardzo „cierpliwe”.
- Tak, ale gdy pojawią się odpowiednie dla nich warunki wykorzystują je natychmiast. Te warunki nazywamy luką w zwartej wegetacji. Kiedy wiatr wywróci drzewo w gęstym lesie to na wykrocie natychmiast zaczynają rosnąć różne rośliny. Kiedy spłonie las - też. Niektóre gatunki roślin mają nasiona odporne nawet na temperaturę 130 st. C, a nawet wyższą. Są nasiona, które do ustąpienia spoczynku potrzebują gleby o temp. aż 60 st. C. Luką w zwartej wegetacji dla chwastów są ogrody i pola uprawne. Ale luka wcale nie musi być duża. Może to być odcisk kopyta, mrowisko, kretowisko, a nawet ziemia wydalona przez dżdżownicę.
- Skąd zatem nasiona wiedzą, kiedy mają kiełkować.
- Kiełkują wtedy, kiedy zachodzi optymalna dla ich wybudzenia kombinacja wielu czynników. O niektórych z nich opowiedziałam. Ale jaka kombinacja jest dla danego gatunku roślin optymalna, tego dokładnie nie wiemy. Ciągle nad tym pracujemy i pewnie jeszcze będziemy pracować długo, bo naukowców zajmujących się tymi badaniami jest bardzo mało. W Polsce zaledwie kilka osób i kilkadziesiąt na całym świecie. Są to bardzo potrzebne badania. Wiedza o tym, jakie są optymalne warunki przełamywania spoczynku i kiełkowania, np. nasion ostrożenia polnego, umożliwi rolnictwu jego precyzyjne zniszczenie wtedy, kiedy potrzeba i tam, gdzie potrzeba, przy użyciu minimalnej ilości chemii. Bo chwastów nie wolno tępić totalnie. Właściwie to wręcz trzeba je chronić. A dlaczego - to już inna historia.
Rozmawiał: Lech Kryszałowicz
