Transcript Клијање семена

KLIJANJE SEMENA

Prelaz biljaka na kopno i njegovo potpuno osvajanje je omogućeno pojavom
semena, posebnog organa za rasejavanje u biljnom svetu.
2n
2n
2n
1n
2n
2n
KLIJANJE SEMENA




Klijanje počinje usvajanjem vode od strane semena – imbibicija, a završava se
početkom izduživanja embrionove osovine, najčešće radikule.
Klijanje obuhvata veliki broj dogadjaja u semenu, kao što su hidratacija proteina,
početak disanja i sinteze makromolekula i izduživanje ćelija.
Suva semena su mirujući organi
čiji je sadržaj vode vrlo nizak,
a metaboličke aktivnosti
dovedene do minimuma.
U takvom stanju semena mogu
da provedu veoma dug
vremenski period.
Dešava se da se steknu svi
neophodni uslovi za klijanje,
a da se klijanje ne završi.
Takva semena su dormantna.
Građa semena



Seme nastaje iz oplođenog
semenog zametka.
Zrelo seme karakteriše:
embrion,
endosperm,
perisperm (kod pojedinih semena),
tvorevina koja se razvija iz
nucelusa posle oplodjenja
testa ili semenjača.
Embrion i semenjača su
karakteristični za skoro sva
semena, dok je endosperm i
perisperm karakteristika vrste.
Građa semena

Kompletan embrion u semenu
čine:
radikula (embrionalni koren),
hipokotil za koji su
pričvršćeni jedan ili više
kotiledona
apeks koji sadrži plumulu –
prvi pravi list.
Građa semena


U tkiva za magacioniranje u semenu
spada perisperm (kafe, Yucca) i
endosperm.
Kod žita, endosperm je vrlo masivan i
predstavlja glavni izvor rezevnih
materija. Spoljašnji sloj ćelija
endosperma je živ i ne sadrži rezervne
materije - aleuronski sloj. Kod žitarica
nastaje antiklinim deobama spoljašnjeg
sloja ćelija. Aleuronski sloj sadrži
ćelije četvrtastog oblika i debelih
ćelijskih zidova, koje sadrže aleuronska
zrna (proteinska zrna). Osnovna fukcija
ovih ćelija je da vrše sekreciju enzima
neophodnih za razlaganje rezervnih
materija endosperma.
Građa semena






Semenjača (testa) ima pre svega
zaštitnu ulogu.
Tip semenjače je specifičan za vrstu.
Ima spoljašnju i unutrašnju kutikulu,
koje mogu biti impregrirane voskom i
uljima. Često su prisutne i ćelije sa
zadebljalim zidovima.
Hilum – ožiljak koji obeležava mesto gde
je seme bilo vezano za funikulus.
Mikropila
Struktura i građa semenjače može biti
odlučujući faktor za klijanja semena.
Građa semena



Ugljeni hidrati, masti i proteini su osnovne rezervne materije u semenu.
Osim njih, fitin (mešavina K, Mg i Ca-soli fitinske kiseline) ima ulogu
rezervne materije u semenu. Izuzetno je značajan izvor fosfata
mineralnih elemenata za seme i klijanca.
Hemijski sadržaj semena je određen gentičkim faktorima, različitim
faktorima spoljašnje sredine u periodu sazrevanja, kao i ljudskim
faktorom.
KLIJANJE SEMENA


Klijanje počinje usvajanjem
vode iz okolne sredine.
Proces klijanja može da se
podeli na nekoliko faza:



Imbibicija – usvajanje
vode
Faza aktivacije – početak
metaboličkih procesa
Faza mitotičkih deoba i
izrastanje korenka



Imbibcija (imbibe = to drink)
Tokom imbibicije, H20
difunduje u seme (de[ava se I
u neživim semenima)
Funkcije imbibicije:
*hidratacija proteina / enzima
*mobilizacija metabolita
*razvijanje turgora koji
omogućava izduživanje ćelija
Nakon imbibicije počinje
rastenje
IMBIBICIJA



Imbibicija počinje postavljanjem semena u vlažnu sredinu.
Imbibicija je fizički proces u kome koloidi semena u prisustvu vode bubre. Proces
se dešava bez obzira da li je seme živo ili ne, da li će klijati ili je dormantno.
Voda se uvek kreće niz gradijent vodnog potencijala tj, od mesta sa višim ka
mestu sa nižim potencijalom.
Ψv = Ψπ+Ψm+Ψp


Brzina kretanja i količina usvojene vode će zavisiti od razlike u vodnom
potencijalu zemljišta i semena.
Potencijal pritiska koji se razvija u toku imbibicije dovodi do pucanja semenjače
čime se olakšava usvajanje vode.
FAZA AKTIVACIJE



Prvi znak povećane metaboličke aktivnosti je početak respiracije
(usvaja se kiseonik). Primarni supstrat disanja su šećeri, a osnovni
produkti su visoko energetska jedinjenja adenilatnog tipa ili jedinjenja
koja predstavljaju redukcioni ekvivalent kao NADH i NADPH.
Uporedo sa respiracijom, dolazi i do biosinteze makromolekula
(proteina).
Ubrzo počinje i mobilizacija rezervnih materija (aktivacija enzima koji
vrše hidrolizu rezervnih materija se postiže de novo sintezom ili
aktiviranjem postojećih enzima).
FAZA MITOTIČKIH DEOBA i IZRASTANJA
KORENKA



Ovo je uslovno poslednja faza klijanja.
Sinteza DNK prethodi mitotičkim deobama. U semenu se javlja odložena pojava
sinteze DNK jer suvo seme ne sadrži neophodne prekursore i odgovarajuće
enzime.
Izduživanje radikule se odvija na osnovu izduživanja ćelija. Probijanje radikule
kroz semenjaču može, a i ne mora biti praćeno ćelijskim deobama i više je
povezano sa rastenjem osovine nego sa procesima klijanja.
OSNOVNI I NEOPHODNI USLOVI ZA KLIJANJE



VODA
PRISUSTVO
KISEONIKA
ODGOVARAJUĆA
TEMPERATURA
ULOGA HORMONA U KLIJANJU


Fitohormoni su u nezrelim semenima prisutni u vidu konjugata, što je
indikacija da se kasnije koriste u klijanju. O njihovim funkcijama u
klijanju se malo zna.
Zna se da hormoni učestvuju u kontroli rastenja i razvića samog semena,
zaustavljanju rastenja neposredno pre sazrevanja kao i u procesima
uključenim u akumulaciju rezervnih materija.
DORMANCIJA
 Za klijanje semena je neophodna pre svega voda, kiseonik, kao i
odgovarajuća temperatura.
 Dormancija je pojava kada semena ne klijaju iako su zadovoljeni
svi navedeni primarni uslovi.
DORMANCIJA
 U zavisnosti od prirode faktora koji uslovljava dormanciju, kao na
mesto metaboličke blokade, razlikuje se:
Endodormancija – problem je u samoj strukturi semena;
Paradormancija – blokada klijanja se dešava van dormantnog
organa;
Ekodormancija – dormancija izazvana jednim ili više spoljašnjih
faktora, čije dejstvo nije specifično = mirovanje semena.
DORMANCIJA


Dormancija može da predstavlja
prednost u održanju vrste. Može da
bude način na koji se obezbedjuje
distribucija klijanja u vremenu.
U toku sazrevanja na majci biljci
semena mogu da zapadnu u različit
stepen dormancije – semena klijaju
u različitim vremenskim intervalima
i smanjuje se kompeticija medju
njima.
Amaranthus

Semena pojedninih vrsta kada se
nađu u nepovoljnim uslovima
zapadaju u sekundarnu dormanciju.
(Primer su semena Amaranthus –
250C i Ambrosia – 150C.)
Ambrosia
DORMANCIJA
 Primarna dormancija – imaju je semena kod kojih je dormancija
indukovana tokom razvića i koja se sa majke biljke rasejavaju u
tom stanju.
 Sekundarna dormancija – nastaje kod semena pri nepovoljnim
uslovima za klijanje.
 Primarna dormancija može da bude posledica različitih faktora,
pa se razlikuju:
Dormancija nametnuta semenjačom
Dormancija embriona
Dormancija nametnuta semenjačom



Čvrsta semenjača može da bude barijera za klijanje embriona
(semena oraha i lešnika). Za normalno klijanje je potrebno
mehaničko ili hemijsko oštećenje semenjače.
To se u prirodi postiže prolaskom semena kroz probavni trakt
životinja ili njihovim raznošenjem preko peskovitih ili čvrstih
podloga.
Ako se to obavlja
veštačkim putem,
postupak se zove
skarifikacija.
Dormancija nametnuta semenjačom



Semenjača može da bude
nepropustljiva za vodu i gasove.
Otežano usvajanje kiseonika i
izlučivanje ugljen dioksida mogu
značajno da inhibiraju disanje.
Semenjača takođe može da spreči
ispiranje nekih inhibitora prisutnih u
semenu. To je najčešća pojava kod
semena nekih pustinjskih biljaka. Ova
semena klijaju tek posle obilnih kiša.
Malvaceae
Indukcija klijanja se postiže
oštećenjem semenjače na razne
načine: koncentrovanim mineralnim
kiselinama, organskim rastvaračima,
mehaničkim putem, zamrzavanjem ili
grejanjem,...
Geraniaceae
Dormancija embriona



Dormancija embriona je posledica morfološke ili fiziološke
nezrelosti.
Morfološka nezrelost – rudimentirani embrion.
Fiziološka nezrelost – potrebno da se odigraju fiziološki procesi
da embrion sazri. Radi se o inhibitorima klijanja prisutnim u
kotiledonima. Kada se odstrane kotiledoni postiže se klijanje i
dalje rastenje embrionalne osovine inače dormantnog embriona.
Kotiledoni sadrže neke inhibitore koji se transportuju u
embrionalnu osovinu i sprečavaju njeno klijanje.
Uloga ABA u nastajanju dormancije

Dormantna semena sadrže više ABA npr. primena inhibitora sinteze ABA
u toku sazrevanja semena sprečava pojavu dormancije.

Pretpostavlja se da kada ABA dostigne jedan kritičan nivo, hormon
počinje lanac procesa čiji je krajnji rezultat dormancija.

Postoji ideja o genima odgovornim za dormanciju na koje deluje ABA (do
sada nema rezultata).

Najverovatnije se dešava da se pojedini geni (koji sadrže i dormantna i
nedormantna semena) u dormantnim semenima mogli da se specifično
eksprimiraju i sintetišu proteine koji sprečavaju klijanje.
ABA inhibira klijanje
ABA treatment:
• održava dormanciju
• inhibira klijanje ( izduživanje radikule)
• Mutanti u biosintezi ABA – prevremeno ili kasno klijanje.
ABA:
• Pojavljuje se tokom sazrevanja embriona
• Stimuliše akumulaciju rezervnih proteina
• Stimuliše tolerantnost prema desikaciji
• Promoviše dormanciju
• Sprečava prevremeno
klijanje embriona
ABA

U razviću semena ima višestruko dejstvo; ona utiče na razviće i
dormanciju embriona, na sintezu rezervnih proteina u
kotiledonima i na sticanje tolerancije prema gubitku vode.

Njena koncentracija se menja tom razvića semena.

U ranoj embriogenezi koncentracija je vrlo niska, povećava se u
nešto kasnijoj fazi razvića semena, a zatim ponovo opada.
 ABA reguliše aktivnost preko 1300 gena.
 Geni koje aktivira ABA:
Seed storage genes
desiccation
dormancy genes
 Geni koje inhibira ABA:
Germination promoting genes
(npr. a-amilaza)
Testa rupture (b) and endosperm rupture (c)
are separate events during the germination
of tobacco seeds.
A delays endosperm rupture, but not testa
rupture (e and h).

Dormancija semena je verovatno posledica prisustva inhibitora
ABA i odsustva stimulatora GA.
ABA i GA su antagonisti
 ABA sprečava ekspresiju
mnogih gena čiju ekspresiju
promovišu GA.
 Visok odnosABA/GA sprečava
klijanje i dovodi do dormancije
 Nizak odnos ABA/GA promoviše
klijanje
28

The model shows the micropylar
endosperm and the radicle tip of a
tobacco seed.
Gibberellins (GA) promote the
induction of cell wall hydrolases
and thereby promote endosperm
weakening and endosperm rupture.
Abscisic acid (ABA) inhibits the
induction of cell wall hydrolases
and thereby inhibits endosperm
weakening and endosperm rupture.
GA promotes and ABA inhibits the
embryo growth potential.
We propose that endosperm
weakening involves several cell-wall
hydrolases and other molecular
mechanisms like ROS.
GA promotes germination

Nivo GA raste tokom ranih faza
klijanja.

Egzogena GA uklanja dormanciju
semena

Mutanti u biosintezi GA (ga1, 2,
3) ne mogu da klijaju bez
egzigeno dodatog GA.

Ukoliko mutacija pogodi neki od
gena u signalnom putu GA (gid1)
semena ne klijaju ni kada se
egzogeno primeni GA.
30
GA prekida dormanciju mobilizacijom rezervi




GA se transportuje iz embriona u aleuronski sloj.
GA stimuliše sintezu a-amilaze i proteaze.
Proteaza aktivira b-amilazu koja formira aktivni kompleks sa a –
amilazom, što vodi razgradnji skroba do glukoze
Glukoza se transportuje u embrion gde služi kao supstrat disanja i
obezbeđuje energiju tokom klijanja
Efekti GA na sintezu enzima i mRNK. (A) Sinteza άamilaze je evidentna 6-8 sati nakon tretmana sa GA.
Povećanje koncentracije kalcijuma, prati GA-tretman.
ABA ima suprotan efekat giberalinu.
Dodatni faktori koji utiču na klijanje
• Etilen promoviše klijanje (suprotno ABA)
• BR promovišu klijanje drugim mehanizmom
• Šećeri mogu da promovišu ili inhibiraju klijanje, zavisno od koncentracije
36
Uloga spoljašnjih faktora u dormanciji



Temperatura i svetlost su
najznačajniji spoljašnji
faktori u indukciji
dormancije.
Kod pojedinih biljaka,
fotoperiod indukuje
dormanciju. (Kada
kratkodnevna biljka
Chenopodium raste u
uslovima dugog dana ona
produkuje semena koja su
dormantna, a u uslovima
kratkog dana daje
nedormantna semena.)
Dormantna semena su sitnija
i imaju debelu semenjaču.
Prekidanje dormancije semena
 Prekidanje dormancije semena se dešava pod dejstvom
niza faktora:




Naknadno dozrevanje
Temperatura
Svetlost
Regulatori rastenja
Prekidanje dormancije semena – naknadno dozrevanje




Mnoga dormantna semena se oslobađaju dormancije putem
naknadnog dozrevanja.
To je karakteristično za semena koja nisu imbibovala i taj
proces može da traje od nekoliko nedelje do više meseci.
Naknadno dozrevanje može biti ubrzano ili usporeno
delovanjem nekih faktora spoljašnje sredine.
Neophodna je neka minimalna količina vode u semenima da bi
došlo do naknadnog dozrevanja.
Prekidanje dormancije semena – temperatura




Stratifikacija – indukcija klijanja delovanjem niskih temperatura.
Ukidanje dormancije hladjenjem je naročito karakteristično za
drvenaste vrste. Dužina stratifikacije, kao i vreme izlaganja
niskim temperaturama zavisi od biljne vrste.
Postoji i slučaj kada se dormancija ukida smenom visokih i niskih
temperatura.
Postoje i semena koja izlaze iz dormancije samo nakon nagle
promene temperature – porast ili pad temperature.
Prekidanje dormancije semena – svetlost

Razlikuju se tri kategorije semena u odnosu na potrebu za svetlošću:
Semena čije je klijanje indukovano svetlošću
Semena čije klijanje inhibira svetlost
Semena čije je klijanje indiferentno u odnosu na svetlost.

Pozitivno fotoblastična - potrebno je da fitohrom bude aktivan (P730).

Negativno fotoblastična - potrebno je da fitohrom bude neaktivan (P660).

Nefotoblastična
Prekidanje dormancije semena – svetlost



Kod pozitivno fotoblastičnih semena crvena svetlost stimuliše, a
tamnocrvena i plava svetlost inhibiraju klijanje. Fitohrom je
pigment posrednik u ovim reakcijama.
Osvetljavanje crvenom svetlošću dovodi pigment u aktivnu Pfr
formu i dolazi do fiziološkog odgovora – klijanja. Osvetljavanje
tamnocrvenom svetlošću, neposredno posle crvene svetlosti,
poništava efekat crvene svetlosti.
Ovaj postupak može se ponavljati
puno puta, a da li će seme klijati
ili ne zavisi od toga kojom je
svetlošću poslednji put bilo
osvetljeno.
Seeds That Require Sunlight To Germinate
Bright Sun
740 nm
660 nm
Pr
Red Light
(Fast)
Far Red Light
Pfr
Dark
Reversion
Quiescence
(Slow)
Germination
Long hours of bright spring sun stimulates formation of Pfr and germination begins!
Seeds That Require Sunlight To Germinate
Far Red Light
660 nm
740 nm
Red Light
Pr
(Fast)
Far Red Light
Pfr
Dark
Reversion
Quiescence
(Slow)
Germination
Far-red light, such as is found under tree canopy, prevents germination. Seeds wait
for sun!
Seeds That Require Sunlight To Germinate
Darkness
660 nm
Pr
Red Light
(Fast)
Pfr
740 nm
Far Red Light
Dark
Reversion
Quiescence
(Slow)
Germination
Darkness maintains Pr and quiescence. Buried seed won’t germinate until
brought to the surface! …
Seeds That Require Darkness To Germinate
Darkness
660 nm
Pr
Red Light
(Fast)
Pfr
740 nm
Far Red Light
Dark
Reversion
Germination
(Slow)
Dormancy
Unless, of course, it needs darkness to germinate, such as cyclamen…in
which case the system is reversed!
Prekidanje dormancije semena – regulatori rastenja




Giberelini mogu da indukuju klijanje semena. Najaktivniji su GA4 i GA7.
Stimulativni efekat giberelina ne može da se poništi tamnocrvenom svetlošću.
Pretpostavlja se da svetlost (aktivni oblik fitohroma) izaziva oslobađanje
giberelina iz vezanih oblika ili da indukuje sintezu giberelina. U oba slučaja, posle
osvetljavanja dolazi do klijanja.
Fitohrom aktivira gensku
ekspresiju, između ostalog,
indukuje sintezu giberelina.
Retardanti rastenja –
inhibitori biosinteze giberelina:
AMO 1618, Fosfon D, tetciklacis…
dovode do inhibicije klijanja
pozitivno fotoblastičnih
semena.
Prekidanje dormancije semena – regulatori rastenja


O ulozi etilena u prekidanju dormancije postoje kontradiktorni
podaci.
Dormancija može da se prekine i pomoću jedinjenja kojih nema u
prirodi (cijanid, azid, hipohlorit, kiseonik, nitrati, nitriti,
etanol...).