О процессе прорастания

Зерно формируется, спит и пробуждается

Каждый, кто слышал о проростках, знает, что они полезны для здоровья. О способах их выращивания и использования мы поговорим подробно, но чуть позже. Начать нужно с описания того, что происходит с сухими семенами при прорастании, как они меняются, почему эта еда для вас самая лучшая, самая полезная, самая-самая.

Обязательно прочтите этот раздел внимательно. Очень важно, чтобы вы четко представляли себе, что за продукт вы кладете себе в тарелку, что содержится в этой еде. Ведь проростки — это не просто размоченные семена, это полученные из них совсем иные, новые организмы. И, зная об их свойствах, вы поймете, как и почему данные проростки должны использовать именно вы, как прорастающие семена той или иной выбранной вами культуры помогут лично вам решать проблемы со здоровьем. Большое значение имеет употребление проростков и для профилактики многих заболеваний. Ведь всегда лучше заранее оградить себя от возможных неприятностей, чем болеть, а потом лечиться.

Вопросу о том, что происходит в семенах при прорастании, посвящены сотни научных работ. Ученые всего мира — ботаники, физиологи, биохимики — детально изучали и изучают эту проблему. На очень высоком уровне ведутся исследования под руководством профессора Н. В. Обручевой в Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН. Мы с вами рассмотрим процесс формирования и прорастания семян очень коротко, схематично, выделяя лишь основные этапы, ведь наша конечная цель — узнать о полезных свойствах этой еды и научиться получать ее самостоятельно.

В качестве примера выберем пшеницу. Она всем знакома, и в домашних условиях чаще всего проращивают именно ее.

Начнем с образования семян. Как они формируются? Летом, после цветения, опыления и оплодотворения, все растение начинает работать на свое будущее потомство, на зерно. Начальная фаза созревания зерна или фаза молочной спелости наступает через 12–16 дней после цветения и продолжается 7–15 дней. Из листьев и корней в колос интенсивно поступают необходимые питательные вещества и вода. По сосудистой системе растения к созревающим семенам поднимаются сравнительно небольшие молекулы — простые сахара, аминокислоты, жирные кислоты. Они принимают участие в обмене веществ, служат для формирования зародыша с зачаточным корешком и зародышевой почкой и накопления питательных веществ в семени. Каждый из вас был летом в поле, видел колосящуюся пшеницу, все мы пробовали зернышки из этих колосков. Сорвешь колосок, разотрешь в руках, подуешь — и на ладони остаются зеленоватые зернышки. Они мягкие, сладковатые на вкус. Если их раздавить или разрезать, из них выделяется густая беловатая жидкость, напоминающая молоко. Влажность этих семян около 50 %. Такие семена интенсивно дышат, в них идет активный обмен веществ.

Постепенно из простых Сахаров, придающих семенам сладковатый вкус, образуются более сложные молекулы крахмала, из аминокислот — белки, из жирных кислот — жиры. Эти процессы идут с потерей воды. Растение начинает желтеть, накопление органических веществ постепенно прекращается, многие активные соединения, участвующие в обмене веществ, переходят в неактивные формы, зерна уплотняются. Наступает фаза восковой спелости. Семена еще мягкие, но жидкость из них уже не выделяется, сладковатого вкуса нет. Еще через 2 недели, к завершению фазы полной спелости, потеря воды достигает максимума, влажность падает до 13–14 %. В целом формирование зерна длится около полутора месяцев.

Созревшее зерно пшеницы имеет удлиненную форму. Зародыш занимает небольшой объем (около 1/10) и расположен на одном конце зерна, в его зачаточных органах много белков, жиров, витаминов, микроэлементов. Именно зародыш будет командовать всеми процессами роста будущего молодого растения. Большую часть объема зерна занимает эндосперм — специальная запасающая ткань, материал которой используется при прорастании для построения новых тканей и органов. Клетки эндосперма в основном заполнены крахмалом. Снаружи зерно покрыто сложной оболочкой, состоящей в основном из клетчатки. Что касается витаминов, то витамин Е содержится в зародыше, витамины группы В концентрируются в основном в оболочке, витамина С в сухом зерне пшеницы очень немного. После того как зерно созрело, оно отделяется от колоса и для него наступает период покоя.

Созревшие семена как бы спят, спокойно спят. Обмен веществ и дыхание замедлены в них настолько, что видимых проявлений жизни нет. Именно с помощью покоящихся семян осуществляется связь между поколениями растений. Жизнеспособность покоящихся семян различных видов сохраняется, если их влажность находится в пределах от 3 до 14 %, в таком состоянии они могут храниться годами. Но покой этот временный, или, как говорят физиологи, вынужденный. Это приспособление растений для переживания неблагоприятных условий в определенные сезоны года.

Зерновые продукты

Два слова о продуктах, которые получают из зерна. Зерно пшеницы, находящееся в состоянии покоя, весь мир использует для получения муки и крупы, выпечки хлеба, изготовления макаронных изделий. При помоле зерна зародыш и оболочки механически удаляются (как бы отрубаются, отсюда — отруби). Крахмал эндосперма тщательно размалывается и многократно просеивается, чтобы удалить остатки отрубей. Получается белоснежная мука высшего сорта. При этом утрачивается около 70 % биологически активных питательных веществ зерна. Они содержатся в отрубях, которые идут, как правило, на корм скоту. И все же только что смолотая мука является полезным продуктом, ведь 30 % витаминов в ней есть. Но эти витамины быстро теряют свою силу, и уже через 2 недели прекрасная мука высшего сорта — это практически только крахмал. Но она не портится и может храниться месяцами. Именно ее обычно используют в хлебопечении. А вот в старину в России хлеб выпекали из цельной муки, смолотой в тот же день. Такой хлеб, кроме чувства сытости, давал силу и здоровье.

Необходимым условием для прорастания при подходящей температуре и аэрации является только одно — соприкосновение с водой. Именно вода — тот пусковой фактор, который дает зеленый свет всему процессу. Вам еще не наскучило вникать в эти тонкости? Немного потерпите, основная интрига впереди.

Итак, семенам для прорастания прежде всего нужна вода. Они прекрасно приспособлены к затоплению и не боятся даже весеннего половодья. Наоборот, процесс идет максимально быстро, если в первые часы семена погружены в воду целиком. Именно поэтому, проращивая пшеницу в домашних условиях, нужно на первые 10–12 часов залить зерна водой так, чтобы они утонули. Не бойтесь, они не задохнутся, а будут прорастать быстрее. При последующей инкубации в условиях аэрации и 100 %-ной влажности воздуха семена наклюнутся еще через 4–5 часов, и весь период проращивания займет менее суток. Если же сухие семена поместить на влажную ткань, да еще забывать ее периодически смачивать, процесс затянется на 2–3 дня, ведь вода будет поступать только через одну сторону семени.

При погружении в воду, ее поступление в сухое зернышко пшеницы происходит вначале через особый узкий канал (микропиле), а затем вода идет четким фронтом через все семя. Этапы прорастания определяются количеством поглощенной воды. Вначале происходит так называемое физическое набухание. Так будет набухать и мертвое зерно, и кусок сухого дерева, и фильтровальная бумага. Влажность семян пшеницы при физическом набухании повышается до 58–59 %. Этого уровня недостаточно для того, чтобы зародыш тронулся в рост, но вполне хватает, чтобы начался активный обмен веществ. Уже в первые 20 минут после начала набухания во много раз активизируется дыхание. Быстро запускается синтез ферментов, задача которых — расщепление сложных запасных питательных веществ на более простые. С максимальной скоростью образуются самые разнообразные соединения, необходимые для обмена веществ в пробуждающемся организме.

Прорастающие семена поглощают только воду и кислород, все остальные необходимые для жизни элементы питания мобилизуются и перераспределяются самим растением из запасающих тканей и органов к растущим органам проростка.

Под действием гидролитических ферментов, которые активно синтезируются в прорастающем семени, молекулы сложных запасных веществ быстро распадаются на более простые — уже через 24 часа после начала набухания запускается процесс распада крахмала до простых Сахаров, несколько позже запасные белки распадаются до низкомолекулярных соединений (пептидов и аминокислот), на третий день начинается распад жиров с образованием жирных кислот. Эти более простые соединения передвигаются в растущие органы проростка и используются как для построения новых тканей, так и при синтезе многочисленных соединений, которые обеспечивают жизнь молодого растения.

Вернемся немного назад. Мы уже говорили о том, что при формировании семян в колосе материнского растения в них поступают питательные вещества в виде простых Сахаров, аминокислот, жирных кислот. При созревании семян эти сравнительно простые соединения превращаются в более сложные молекулы (крахмал, белки, жиры), которые откладываются в зародыше и эндосперме или в других запасающих органах. Эти процессы идут с потерей воды. При прорастании семени эти реакции носят как бы обратный характер — сложные молекулы «запасов» под действием гидролитических ферментов распадаются на более простые, эти реакции идут с поглощением воды. Но если созревание семян в колосе продолжается около полутора месяцев, то время от начала набухания пшеничного зернышка до его наклевывания — меньше суток. Такая скорость, безусловно, запрограммирована в самом зерне, она необходима проростку для дальнейшего выживания.

Прорастание семян — удивительный процесс. По своей огромной энергетической напряженности, по скорости и разнообразию биохимических превращений процесс прорастания не имеет аналогов в живой природе. По сравнению с долгой жизнью будущего растения, особенно многолетнего, время прорастания семени — всего лишь мгновение, но именно этот миг можно назвать «вспышкой жизни». Этот короткий период характеризуется шквалом самых разнообразных биохимических реакций. Чем же определяется эта необыкновенная скорость?

Дело в том, что при созревании семян в колосе, когда они еще являются частью материнского растения, в зародыше семени формируются компоненты дыхательной системы и обмена веществ, необходимые при прорастании для обеспечения будущего проростка энергией и построения новых тканей, синтезируется весь набор молекул, весь аппарат, который используется для образования белка в самом начале процесса прорастания. Эти вещества сохраняются в зародыше на протяжении всего периода покоя семян, но они не работают, только присутствуют. Ждут своего часа. Но именно они являются активаторами самых разнообразных процессов обмена веществ при прорастании семян, именно их молниеносный запуск определяет необычную, фантастическую скорость прорастания.

Итак, эти вещества начинают работать уже тогда, когда идет процесс физического набухания. Но органы зародыша могут тронуться в рост, только если влажность достигнет 74 %. До этого уровня влажность не может повыситься за счет физических процессов, она повышается благодаря формированию физиологического механизма поглощения воды в результате накопления в зародыше так называемых осмотически активных веществ (сахаров, ионов калия). Физиологическое поглощение воды характерно только для живых тканей. После достижения необходимого уровня влажности в клетках зародыша увеличивается объем вакуолей. Начинается подкисление и разрыхление клеточных оболочек, размер клеток зародыша увеличивается, активно синтезируется клетчатка, необходимая для построения клеточных стенок, клетки растягиваются. Такой, как говорят физиологи, «кислый рост», или рост растяжением, приводит к тому, что зачаточный корешок удлиняется и прорывает оболочку зерна. Это и есть та самая белая точка, появления которой мы ждем, когда проращиваем семена пшеницы. Зерно наклюнулось.

От наклевывания до выхода в свет

В предыдущем разделе много раз повторялись слова, которые свидетельствуют о необычной скорости процесса прорастания — «максимально быстро», «пусковой фактор», «шквал реакций», «молниеносный запуск», «фантастическая скорость». Но вот зерно наклюнулось. Оно лежит во влажной, прогретой солнцем почве, казалось бы, уже можно отдохнуть и расти спокойно.

Но не тут-то было. Оказывается, темп снижать нельзя. Да, прорастающее зерно получило и продолжает получать из почвы необходимую для него влагу, а развивающийся корешок с корневыми волосками начинает усваивать питательные вещества. Но вместе с тем почва для прорастающего семени — окружение во многом враждебное и очень агрессивное. В ней обитает огромное количество разнообразных микроорганизмов (бактерии, грибы, микроскопические водоросли, простейшие), для которых набухшее зерно — замечательный продукт, прекрасный питательный субстрат. Их количество настолько велико, что даже трудно себе представить: в 1 грамме чернозема может содержаться до 10 миллиардов живых микроорганизмов. Поэтому, чтобы уйти от опасности, нужно расти как можно скорее. Корешок должен быстро закрепиться в земле, стебелек пробиться через слой почвы и вынести на поверхность первые листочки. Но и после начала фотосинтеза система защиты не ослабевает.

Для проростков, находящихся в почве, опасны не только микроорганизмы. На них действуют многие отрицательные факторы внешней среды — загрязнение воды, воздуха и почвы, промышленные выбросы, резкие перепады температур. Для семян, находящихся на поверхности почвы, особенно опасно ультрафиолетовое солнечное излучение. Правда, на первых поpax их защищает земля. Мелкие семена дикорастущих видов, созревая и осыпаясь, попадают вначале на поверхность почвы, а затем, под влиянием осадков, проникают в ее верхний слой. Опавшая листва также защищает их от света. У крупных плодов (яблоко, груша, тыква, лимон) семена защищены мощным околоплодником. Агротехника посева зерновых культур — это в том числе и заделка семян в почву. Глубина заделки семян каждой культуры определяется четкими нормативами, принятыми в земледелии. Слишком глубоко их сажать нельзя, жизненных резервов не хватит, чтобы пробиться на поверхность.

Определенную опасность для прорастающего семени представляет, как это ни парадоксально, и его чрезвычайно активное дыхание. Кислород, столь нужный проросткам для активного обмена веществ, обладает очень высокой реакционной способностью. В энергетическом обмене растений он используется благодаря сложным ферментативным системам, с помощью ряда последовательных окислительных реакций. Но эти процессы могут иногда давать сбой, реакции не идут каждый раз абсолютно точно. Результатом таких ошибок может стать образование неполноценных молекул, имеющих свободный электрон, — так называемых свободных радикалов.

Свободные радикалы

Молекулы со свободным электроном обладают способностью быстро повреждать любые находящиеся рядом молекулы РНК, ДНК, белков и привести к гибели клетку или группу клеток. Это очень опасные, крайне агрессивные соединения. Останавливают их разрушительное действие так называемые антиоксиданты, молекулы которых противостоят губительному для тканей окислению, нейтрализуя избыток свободных радикалов.

При появлении всходов начинается фотосинтез, что прибавляет проблем. В хлоропластах зеленых растений в процессе фотосинтеза образуется кислород, который выделяется в атмосферу. От «своего» кислорода тоже нужно защищаться, синтезируя антиоксиданты.

Чтобы миновать все эти опасности, одной скорости роста недостаточно. Необходимо включать все доступные механизмы, защищающие проростки от неблагоприятных факторов внешней среды и от избытка свободных радикалов.

Со всеми этими задачами растения справляются блестяще. Ведь они — организмы гораздо более древние, чем животные и человек, и наиболее совершенная иммунная система свойственна прежде всего им. За сотни миллионов лет своего существования они постоянно подвергались атакам многочисленных агрессивных организмов и действию неблагоприятных факторов окружающей среды, и должны были приспособиться, научиться выживать и давать потомство. От поколения к поколению в растениях совершенствовались системы защиты и вырабатывалась способность синтезировать все нужные для этого вещества в необходимых количествах и соотношениях.

Прорастание семени и появление всходов — тот короткий промежуток времени, когда иммунные силы растения возрастают с необыкновенной быстротой и, достигая максимального напряжения, защищают молодой организм. Выражается это прежде всего в ускоренном синтезе антиоксидантов.

Разрушительное действие избытка свободных радикалов и их нейтрализация антиоксидантами — явление, характерное для всего органического мира, для всех живых существ. И для человека, конечно, тоже. Однако самую мощную защиту от свободных радикалов имеют растения. Именно они, а зачастую только они, обладают способностью самостоятельно синтезировать различные антиоксиданты, жизненно важные для человека. Разумеется, растения делают это для собственного выживания. А для нас они являются поставщиками самых необходимых пищевых антиоксидантов. В их числе витамин С, витамин Е, каротиноиды и биофлавоноиды.

Загрузка...