Этапы развития зародыша семян растений

Семя

Семя — генеративный орган растения, служащий для размножения и расселения растений. У покрытосеменных (цветовых растений) семя образуется внутри плода из семяпочки (семязачатка).

Функции семени

Отделяясь от материнского организма, семя может прорасти и дать начало новому растению.

Благодаря семенам, некоторые из которых имеют воздушные мешки, дочерние растения могут расти на расстоянии десятков километров от материнского. Прорастая на новых территориях, они занимают их и распространяются.

Семя выживает при таких неблагоприятных факторах, где листостебельное растение погибло бы. Именно семя дает возможность выжить зародышу растения во время зимнего холода, недостатка влаги, летнего зноя.

Строение семени

Семя состоит из семенной кожуры, зародыша и эндосперма. Основную часть семени занимает зародыш, который состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька с зародышевой почечкой, и зародышевых листьев — семядолей, которые при прорастании семени становятся первыми эмбриональными листьям саженца.

Семенная кожура — обязательный атрибут семени, представляет собой многослойное образование, защищающее внутреннее содержимое семени от высыхания и преждевременного прорастания. Может иметь на поверхности различные образования. На семенной кожуре всегда можно найти след (рубчик) от семяножки, соединявшей семя со стенкой плода. Рядом с рубчиком находится еще одно отверстие — семявход (микропиле), через которое при намачивании внутрь семени поступает вода, после чего начинается важный процесс — набухание семени.

Эндосперм — запасающая ткань семени растения, необходимая для роста и развития зародыша. В некоторых семенах эндосперм может отсутствовать, в этом случае его функцию на себя берет семядоля. Эндосперм в семени есть у подавляющего большинства однодольных (лука, ландыша, пшеницы) и двудольных (тмина, хурмы, фиалки). Отсутствует эндосперм в семенах бобовых, тыквенных, сложноцветных (гороха, подсолнечника, фасоли, тыквы).

В семенах злаковых находится одна семядоля, которую называют — щиток. Щиток выполняет функцию транспорта питательных веществ из эндосперма к зародышу.

Прорастание семени

При этом вода поступает через семявход внутрь семени. Как только это происходит, питательные вещества начинают растворяться в воде, и становится возможным их усвоение для зародыша. При полном погружении в воду, в которой мало растворенного кислорода (кипяченая вода), семена могут погибнуть из-за нехватки кислорода.

А точнее — кислорода. Клетки зародыша дышат, поглощают кислород и выделяют углекислый газ.

До момента, когда растение начнет фотосинтезировать — вся надежда только на запасные вещества. Они содержатся либо в семядоли (семядолях), либо — в эндосперме.

Как видно из картинки выше, удаление семядоли значительно замедляет рост и развитие растения (у 1 и 2 растения слева). У растения справа (3) сохранены обе семядоли, оно опережает в росте и развитие растение (2).

Для каждого вида растения температура своя. Есть растения, которые прорастают при температуре выше 15°C — огурцы, кукуруза, перец. Другие адаптированы к гораздо меньшим температурам, чуть выше +2 °C — укроп, рожь, морковь, редис, пшеница. Это обусловлено эволюционно, в зависимости от климата в регионе места происхождения растения. Исходя из этого, растения подразделяются на теплолюбивые и холодостойкие.

Семена некоторых растений не способны прорастать без освещения: марь белая (лебеда), салат латук, сельдерей. Свет стимулирует прорастание семян многих растений, активируя зародыш посредством фотохимической реакции. Также существуют растения, семена которых способны прорастать только в полной темноте — лук, конопля.

В данном случае руководствуются общим правилом: чем меньше семена, тем более поверхностно их закладывают. Семена фасоли закладывают на 4-5 см, а очень мелкие семена, не закапывая, сеют на самой поверхности почвы: семена земляники, мака, мяты, наперстянки, подорожника.

Если все условия прорастания семян соблюдены, то образуется проросток. Проросток — стадия онтогенеза растения с момента выхода зародыша из семенной кожуры.

Типы прорастания семян

При надземном типе прорастания семядоли с почкой выносятся в воздушную среду над поверхностью почвы и становятся первыми фотосинтезирующими листьями (зародышевые листья). Такой тип прорастания имеется у редьки, тыквы, фасоли, огурцов, лука, капусты, томатов.

Семядоли не выносятся на поверхность почвы, а остаются в ней. Поверхности почвы достигает только почка с первыми листьями. Характерно для гороха, дуба, лещины, пшеницы.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Развитие семени и плода

После оплодотворения внутри зародышевого мешка начинается де­ление оплодотворенных элементов, и прежде всего деление оплодотво­ренного вторичного ядра, дающего начало росту эндосперма, т. е. пита­тельной ткани для зародыша. «Зигота» эндосперма не имеет периода покоя, а зигота зародыша, наоборот, исторически обладает этим свой­ством.

Установлены три типа образования эндосперма: нуклеарный (ядер­ный), целлюлярный (клеточный) и промежуточный.

При ядерном типе, очень распространенном у однодольных и мно­гих двудольных, оплодотворенное вторичное ядро делится на два ядра, два дочерних — на четыре и т. д., причем ядра располагаются вначале в постенном слое зародышевого мешка, выстилая его внутреннюю по­верхность. Цитокинеза пока не происходит. Одновременно совершается разрастание самого зародышевого мешка. Он весь заполняется общей цитоплазмой, имеющей вид молочной жидкости, богатой белками, жи­ром, крахмалом. Это особенно характерно для однодольных растений; классическим объектом для демонстрации служит кокосовая пальма. У хлебных злаков эту фазу развития семени называют молочной спело­стью (сейчас молочное состояние зерна). Ядра продолжают делиться и располагаются уже не только вдоль стенок мешка, но и почти по всей его полости. Затем происходит процесс свободного образования клеток. При делении ядер хорошо видны веретена. Быстро возникают клеточные стенки, образуется клеточная ткань, клетки которой продолжают де­литься и внутри мешка и параллельно его поверхности, пока вся полость зародышевого мешка не превратится в плотную ткань. Синергиды и антиподы отмерли. Отдельные указания на деление ядер эндосперма ами­тозом не подтверждаются.

При клеточном типе, характерном для большинства сростнолепест­ных (более совершенном), деление ядер сопровождается цитокинезом.

Промежуточный тип, который правильно называть гелобиальным (так как он свойствен порядку болотниковые, Helobiae), характерный для многих однодольных и для примитивных двудольных (лютиковых, нимфейных, розоцветных), отличается тем, что после первого деления оплодотворенного вторичного ядра сам зародышевый мешок, имеющий у этих растений узкую вытянутую форму, делится косой перегородкой на две неравные части — микропилярную и халазальную камеры. Боль­шую половину составляет микропилярная часть мешка, в которой нахо­дится зародыш. Далее происходит свободное деление ядер. Это может наблюдаться в обеих камерах, но большая часть эндосперма образуется в микропилярной части. Деление ядер происходит сперва без цитокине­за, а затем возникают перегородки; халазальиая часть мешка служит гаусторием, извлекающим питательные вещества из нуцеллуса. Гаусто­рии вообще характерны для эндосперма.

Клетки эндосперма по форме изодиаметрические, стенки их обычно тонкие, пор нет. Клетки богаты запасными питательными веществами и если запасное вещество представлено гемицеллюлозой, то она, как обыч­но, откладывается на стенках, утолщая их; при этом образуется большое количество пор. Эндосперм может служить отличным объектом для де­монстрации плазмодесм. У многих растений эндосперм почти полно­стью потребляется во время роста зародыша (многие бобовые растения, тыквенные, хлопчатник и др.). У других он сохраняется в зрелых семенах (хлебные злаки, клещевина и др.).

С эндоспермом связаны так называемые ксении. При перекрестном опылении признаки отцовского растения сказываются в первом поколении гибрида, в самый же год опыления на семени, получившемся после гибридизации, обычно нельзя обнаружить отцовские качества. Однако

Всем известны початки зрелой кукурузы с разноцветными зернов­ками когда на одном стержне початка наряду с желтыми семенами встречаются лиловые, белые, красные. Объясняется это следующим. Так называемое семя кукурузы представляет собой плод, а не семя, так как в его образовании принимали участие не только семяпочка, но и стенки завязи, которые срослись с семенем, образовав тонкий прозрач­ный наружный покров. Каждое зерно на початке возникло из отдельной завязи самостоятельного цветка. Если пыльца носила в себе задатки красного цвета семени, то, попав на пестик другого растения с задатка­ми желтого цвета, она через спермий внесла признак красного цвета и в зародыш, и в эндосперм семени, образовавшегося из материнской се­мяпочки. Занимая большую часть семени, эндосперм в периферических частях окрашивается интенсивнее, и поэтому отцовский красный цвет пересиливает материнский желтый и просвечивает, как красный, через прозрачную кожуру семени и тонкую стенку околоплодника. Генетиче­ское объяснение этому явлению более сложное.

Эндосперм развивается внутри зародышевого мешка и служит пи­тательной тканью зародыша. Но кроме эндосперма, в формирующемся семени может образоваться еще другой вид питательной ткани — пери­сперм. Он образуется из клеток нуцеллуса.

Итак, после оплодотворения может произойти развитие двух видов питательной ткани: эндосперма, который образовался из оплодотворен­ной вторичной клетки и находится внутри зародышевого мешка, н пери­сперма, который возник из нуцеллуса семяпочки и находится вне заро­дышевого мешка.

Зародыш, как было отмечено выше, получается в результате слия­ния одного из спермиев с яйцеклеткой. Зигота облекается целлюлозной оболочкой. Период покоя зиготы длится по-разному у различных видов растений — от нескольких часов до нескольких месяцев. Наиболее ко­роткий период покоя отмечен у сложноцветных и у злаков, наиболее длинный — у безвременника (Colchicum). После этого зигота делится на две клетки. Верхняя из них, обращенная к микропиле, снова делится, и путем последовательных поперечных делений образуется многоклеточ­ный подвесок, отодвигающий внутрь эндосперма нижнюю клетку, со­хранившуюся от первоначального деления зиготы. Нижняя дает сначала предзародыш (проэмбрио). У некоторых растений подвесок может быть одноклеточным, у дру­гих клетки его делятся и в продольном направлении. Предзародыш раз­растается и принимает сферическую форму; затем делится на четыре клетки двумя взаимно перпендикулярными перегородками. Каждая из этих четырех клеток делится на две — наружную и внутреннюю. В ре­зультате образуется восемь клеток, так называемых октантов. Даль­нейшее деление происходит внутри октантов. Первоначально у двудоль­ных и однодольных рост идет по одному плану. Когда клеток много, в середине верхней зоны появляется небольшая вдавленность, которая разделяет верхнюю часть зародыша на два бугорка, дающих начало двум семядолям. В обоих бугорках деление клеток идет симметрично и синхронно. Могут быть отклонения, которые приводят к образованию 3 – 4 – дольных проростков.

У однодольных растений деление клеток в верхней части зародыша сходно с таковым у двудольных.

У некоторых растений зародыш остается недифференцированным на первичные вегетативные органы (орхидные, заразиховые) и дифферен­цируется уже во время прорастания семени.

Зародыш, эндосперм и перисперм составляют семя. Из интегумента семяпочки образуется кожура семени.

При развитии семени могут происходить следующие изменения.

1. Зародыш занимает всю полость зародышевого мешка и даже весь объем семяпочки, вытесняя почти весь эндосперм и перисперм. Разрос­шейся зародышевый мешок в этом случае почти соприкасается с интегументом семяпочки, если не считать 1-2 слоев клеток, оставшихся от нуцеллуса. Питательные вещества накапливаются в семядолях зароды­ша. Следовательно, при таком типе эмбриогенеза непосредственно под кожурой семени будет находиться один только зародыш, без эндоспер­ма и перисперма, если не считать одно-, двуслойные остатки от них. Такие семена свойственны бобовым растениям, тыквенным, хлопчатни­ку, розоцветным, сложноцветным. У рдеста совершенно не остается тка­ни эндосперма и перисперма.

Зародыш занимает меньшую часть семени, большая же часть по­следнего принадлежит эндосперму. Перисперм не образуется. Этот тип семени широко распространен. Он хорошо выражен у однодольных в зерновке злаков, в семенах пасленовых, зонтичных и др.

Зародыш в процессе формирования потребил весь эндосперм. Перисперм сохранился. Примеры: семя амаранта, гвоздики, свеклы са­харной.

Сохраняются и эндосперм и перисперм — очень редкий тип се­мян. Примеры: перец черный, лотос, инбирь.

Источник