Zázrak skrytý v semínku

V semenech rostlin se možná skrývá tajemství nesmrtelnosti. Ale navzdory intenzivnímu výzkumu zůstává mnoho záhad stále zahaleno rouškou tajemství.

Jaro je v plném proudu a ze země vyhánějí mladé zelené výhonky. Zatímco první z nich patří hlavně trvalkám, jednoleté rostliny si musí na svoji sezónu ještě počkat. Jejich život se každoročně obnovuje ze semene, které v sobě skrývá zárodek budoucí rostliny.

Semeno vzniklo v evoluci jako dokonalý způsob přežití nepříznivých podmínek, způsob rozmnožování a zároveň i zakonzervování genetické různorodosti, kterou do každého semínka přinášejí rodičovské geny. Semena obsahují zásoby pro první hodiny, dny až týdny života klíčence, podobně jako vejce ptáků či plazů, na rozdíl od vajec je však většina semen schopna zachovávat si relativně dlouhou životaschopnost.

Ne všechny přežívají
Schopnost semen prožívat i delší nepříznivé období je výhradně vlastností tzv. ortodoxních semen, u kterých dochází k postupnému vysušování a vyklíčí až ve vhodných podmínkách, čímž připomínají spóry bakterií. Buňky semen se na klidový režim připravují již během zrání a kromě zásobních látek hromadí i mnohé metabolity s antioxidačními vlastnostmi.

V klidovém stavu snášejí i extrémně nepříznivé podmínky, ty však postupně ubírají z jejich životnosti. Přestože je obsah vody v mnoha semenech redukován jen na pár procent, semena žijí, dýchají a aktivně se brání poškození. Kromě přítomnosti oxidací poškozených molekul (hlavně DNA a proteinů), které tím ztratily svoji funkčnost, se jako podstatné jeví nahromadění zplodin metabolismu, zejména kyanidu.

Kapacita ochranných a obranných mechanismů je však omezená a dojde-li k jejich vyčerpání, poškození je nezvratné a semeno ztrácí klíčivost. Záchrannou brzdou pro stárnoucí semeno je tzn. priming – semenům se umožní trochu nabobtnat a poté se znovu vysuší. Krátkodobě zvýšený obsah vody umožní rozjetí reparačních procesů, které poopravují nejzávažnější poškození a semeno je (téměř) jako nové.

Nejdelší „spánek“
Dlouhověkost semen je druhově závislá, což umožňuje hledání látek a procesů, které prožívání v tomto klidovém stavu umožňují. Ty by mohly pomoci také při aplikaci v oblasti kosmické medicíny, zejména při přípravě na dlouhé meziplanetární lety. Před dvěma lety se na stránky jednoho z nejprestižnějších vědeckých časopisů, Science, dostala dechberoucí zpráva, že jedno ze tří dva tisíce let starých semen datlovníku vyklíčilo.

Svým věkem tato semena z Masadu překonala tisíc tři sta let staré živé semeno posvátného lotosu indického (Nelumbo nucifera). Předpokládá se, že semena datlovníku se zachovala díky extrémně suchým a horkým podmínkám v blízkosti Mrtvého moře. Nejsenzačním objevem zůstávají minimálně deset tisíc let stará semena vlčího bobu (Lupinus arcticus), která byla v roce 1967 nalezena v Yukonu ve vrstvách z období Pleistocénu.

Za přežití určitě vděčili i věčně zamrzlé půdě severské tundry. Přestože se postupně daří mapovat podstatu dlouhověkosti semen, k jejímu skutečnému porozumění je stále ještě daleko. Víme však s určitostí, že semena hrachu ovlivňují dlouhověkost Jánošíků.

Když se klíčit nedá
Většina semen nedokáže hned po svém dozrání vyklíčit, přestože jsou k tomu „fyzicky a psychicky“ (rozuměj anatomicky a metabolicky) nachystány a v okolí vládnou ideální podmínky. Tento stav je běžný zejména pro semena divoce rostoucích rostlin, kde tato tzv. semena. dormance zabraňuje semeni vyklíčit mimo sezónu (například na podzim), umožňuje jim přečkat období nepříznivé na jejich vývoj, ale i různé přírodní katastrofy.

Dormanci většiny semen navozují i ​​odstraňují rostlinné hormony, jejichž hladiny reagují například i na čas od dozrání, na období chladu nebo na mráz. Za „spavou nemoc“ některých semen jsou zodpovědné jejich obaly, které jim brání reagovat na vlhkost a teplotu a nakonec i klíčit.

Některé obaly semen musí shnít, jiné musí poškodit ptáky, jiným pomůže úmyslný lidský zásah (skarifikace), ale některým jen oheň. Až požár uvolní semena ze speciálně zavoskovaných šušek borovic, které se občas objevují na stromech v Yellowstonském národním parku, aby po požáru daly základ novému lesu.

Nejnovější bylo zjištěno, že samotný kouř obsahuje sloučeninu (butenolid), což umí spavou nemoc semen vyléčit a oheň tak dokáže nejen teplem, ale i biochemickými mechanismy navodit klíčení, a trochu po sobě zahladit spoušť, co nadělal.

Jen jedna šance
Když se semeno „zbaví“ dormance a je stále životaschopné, ke klíčení potřebuje hlavně optimální vlhkost a teplotu. Každý rostlinný druh vyžaduje ke klíčení trochu jiné vnější podmínky, přičemž například drobná semínka obvykle potrpí na světlo – bez něj nevyklíčí.

Je to logické vzhledem k množství zásob, které umožní rostoucímu klíčenci přerůst jen krátkou cestu půdou, a následně si už musí sbírat energii ze světla pro svůj růst sám. Tak jako je individuální hloubka dormance, tak je pro každé semeno individuální i rozhodovací proces vedoucí k zahájení klíčení.

Četnými hormonálními mechanismy, signály z receptorů a aktivovaných genů buňky semene analyzují vnitřní i vnější situaci a semeno stojí před hamletovským dilematem. Šanci na reparát dostane jen výjimečně – pokud množství vody při bobtnání nepřekročilo hranici, za kterou se již nelze vrátit do stavu klidu a ani zpět do dormance. Ve hře je všechno. Je rozhodnuto – klíčíme! Spouští se složitá mašinérie, jejímž výsledkem je klíčenec, nová rostlinka a nakonec znovu semeno.

Klíčení je totální mobilizace
Proces klíčení začíná postupným přijetím vody pletivami semene – bobtnáním. S obsahem vody narůstá objem semene a dochází k prodlužovacímu růstu kořene, který se na počátku děje z lokálních zásob kořenových buněk a bez buněčného dělení, ačkoli všechny genetické a buněčné mechanismy jsou již k dělení připraveny.

Kořínek roste nejprve ve směru gravitace (geotropicky), čímž určuje i správnou orientaci rostliny. Až následně začíná vnitřní dilema kořene, kdy se musí orientovat i za vodou. Již pár hodin po zahájení klíčení se začínají využívat i zásobní látky uložené v zásobních pletivech nebo v orgánech.

Obiloviny mají většinu zásob uloženou mimo embryo – v endospermu hlavně ve formě škrobu, který v komerční podobě znáte ve formě mouky. Luštěniny mají zásobami napakované klíční listy, kde jsou buňky přeplněné škrobem a proteiny. Semena kaktusů mají zásoby uložené přímo v embryu (v hypokotyle).

Během klíčení se vysokomolekulární zásobní škroby, proteiny a tuky degradují na jednoduché složky, které se transportují do rostoucího embrya a později do klíčence, přičemž zejména při zpracování tuků se zapojují jedinečné metabolické cesty, které dospělá rostlina již za normálních okolností nedokáže využít.

Dokud se živiny ze zásob semene spotřebují, rostlina musí být schopna přijímat vodu a živiny z půdy a pomocí fotosyntézy vytvářet nové organické látky pro svůj růst a vývoj.

Semena a klíčence kolem nás
Semena byla jedním ze základních zdrojů energie a živin člověka od počátku jeho vývoje. I pro samotné rostliny představují jedinečné životní stádium, jehož mnohé principy stále neznáme. Přestože se dnes mnohé rostliny, hlavně květiny, už za zlomek ceny ve velkém množí z pletivových kultur se zachovanou identičností jejich vzhledu, semena neztrácejí svůj význam zejména pro zemědělce.

Semenářský průmysl pro ně připravuje zdravé, jednotné semeno ověřených kultivarů rostlin, které je stratifikací připraveno na uniformní klíčení. Semena však zdaleka nejsou jen zdrojem obživy. Ze semen se získávají barviva, léčivé složky pro farmaceutický průmysl a mnohé používáme denně jako koření.

Naklíčená semena obilovin jsou také základem výroby sladu. Na výrobu jedné várky piva, která představuje přibližně pět set hektolitrů, se spotřebuje asi deset tun sladu. Naklíčené obilí je také na počátku výroby whisky či domácí žitné.

Jarní klíčkování
V posledních letech se zejména v jarních měsících stala hitem naklíčená semena. Ty drobnější semínka stačí naklíčit na vatě nebo na vlhkém papíře, ty větší lépe klíčí v zemi – posaďte je do takové hloubky, jakou velikost mají jednotlivá semínka.

Čas naklíčení závisí na jednotlivých druhech a na chuti, která se s věkem klíčence mění. Určitě nenaklíčujte ke konzumaci za syrova větší druhy luštěnin, protože obsahují antinutriční jedovaté složky, které se rozkládají až vařením nebo několikadenním klíčením. Jedná se o saponiny a hlavně o inhibitory proteáz – enzymy, které v našem v trávicím traktu štěpí proteiny (například trypsin).

Výsledkem jejich konzumace je neschopnost strávit část přijatých proteinů. Málo naklíčená semena mohou obsahovat i nerozložený fytin – zásobní formu fosforu. Ten je schopný pevně navázat vápník a hlavně zinek, který pak nedokážeme přijmout.

Více prospěšných látek (vitamínů, antioxidantů) obsahují jen některé klíčence (řeřicha, pískavice řecké seno), přičemž například klíčence obilovin neposkytují z nutričního hlediska nic navíc. Během časného jara sice klíčily obiloviny ve tmě i naši předkové, ale dělali to proto, aby ze škrobu získali cukr, který ze zrn pšenice vypraly a pekli medově sladký keltýš. Ten už dnes málokdo zná a klíčence se většinou používají rovnou do salátů. Máme tak alespoň pocit, že se na jaře stravujeme zdravěji. Kéž by to vždy byla pravda.

Ortodoxní nebo rekalcitrantní semena

Ortodoxní semena již během zrání na mateřské rostlině postupně ztrácejí vodu a vysušují se až na pět až deset procent obsahu vody. V suchém stavu si dlouhou dobu dokáží udržovat životnost. Mohou se dlouhodobě skladovat při nízkých teplotách bez přístupu vzduchu.
Pravá ortodoxní semena lze bez ztráty klíčivosti skladovat deset a více let, zatímco semena subortodoxní si zachovávají klíčivost jen pár let. Klíčivost rychle ztrácejí drobná semínka, trávy, z dřevin mají kratší dobu skladovatelnosti jídle, buky, topoly či vrby.

U rekalcitrantních semen nedochází ke snižování obsahu vody během zrání pod relativně vysokou hranici. Obsah vody v těchto semenech se nesnižuje ani při dosažení morfologické zralosti a zůstává v rozpětí třicet až padesát procent. Taková semena nesnášejí nízké teploty a protože intenzivně dýchají, nelze je skladovat bez přístupu vzduchu.

Do této skupiny patří mnohá semena subtropického a tropického pásma (semena kávy, kakaa, olejové palmy, manga, rambutanu či durianu), z našich plodin jsou to například i semena dubů, jírovce koňského, kaštana jedlého či lísky. Rekalcitrantní semena je důležité chránit před zapařením i před podsušením a pravidelně sledovat vlhkost. Přesto je jejich životnost velmi krátká.

Výroba sladu
Základní surovinou pro výrobu sladu je ječmen setý – dvouřadý, jarní a zdravotně nezávadná voda. Tajemství kvalitní výroby spočívá ve správném způsobu naklíčení zrn, během kterého dochází k přeměně vysokomolekulárních látek pomocí enzymů na látky jednodušší, přičemž se minimalizují ztráty zásobních látek endospermu zrna na úkor růstu klíčence.
Proces sladování rozdělujeme na tři fáze: máčení, klíčení a hvozdění. Máčení ječmene probíhá ve válcových náduvnících s odsáváním oxidu uhličitého as kónickým dnem, aby nabobtnalá zrna mohla padat na posuvnou hromadu, kde ječmen klíčí. Namáčený ječmen se pak převádí vzduchem, dokrápí vodou a dvakrát za den se posouvá. Celý proces klíčení trvá devět dní. Na konci klíčení se obsah zrna stává měkkým, moučnatým a částečně vysušeným.

Tak vznikl zelený slad, který se přesouvá na hvozdění, přitom jde o tři hlavní činnosti: konzervování zrna zbavením vody, zastavení biochemických procesů a vytvoření charakteru sladu s typickou vůní, barvou, chutí, což má velký vliv na kvalitu piva. Slad je bohatý na enzymy schopné dále štěpit škrob až na glukózu, neboli zkvasitelný cukr.

Slad na whisky se suší nad ohněm s příměsí rašeliny, která mu dává typickou vůni. Po odhvozdění se slad odklíčkuje – zbaví se kořínků (sladového květu), které se využívají jako krmivo pro hospodářská zvířata. Odklíčený slad se dále přesouvá do chladicích sil, kde se vychladí, poté se balí a expeduje do pivovarů nebo do lihovarů.