Виды семян
Семя — орган полового размножения и расселения растений, развивающихся в основном из оплодотворенного семязачатка. Развитие зародыша и семян после двойного оплодотворения получило название «амфимиксис» (от греч. amphi — с обеих сторон). Развитие зародыша и семян может происходить и без оплодотворения — апомиксис. В результате апомиксиса при мегаспорогенезе мейоз не происходит, поэтому все клетки зародышевого мешка диплоидны. Зародыш может образоваться из яйцеклетки (партеногенез), из любой другой клетки зародышевого мешка (апогамия), из клеток нуцеллуса и т.д. Апомиксис часто встречается у представителей семейств розовых, рутовых, пасленовых, астровых, мятликовых.
Семя состоит из зародыша, эндосперма, семенной кожуры. Зародыш — это миниатюрный спорофит, являющийся основной частью
семени. В нем различают 3 зародышевых органа: зародышевый корешок, зародышевый стебелек с зародышевой почкой и зародыше- вые листья (семядоли). Зародышевый побег представлен осью (зародышевым стебельком) и семядольными листьями, или семядолями: 2 — у двудольных и 1 — у однодольных растений (у зародыша однодольных намечаются зачатки 2 семядолей, но одна из них не получает дальнейшего развития). Участок стебелька в зародыше выше семядолей называется эпикотилем, или надсемядольным коленом, ниже семядолей — гипокотилем, или подсемядольным коленом.
Семенная кожура обычно многослойна и присутствует у семени всегда. Ее главная функция — защита зародыша от чрезмерного высыхания; она также предохраняет зародыш от преждевременного прорастания. При прорастании первые порции воды проникают внутрь семени через отверстие в семенной кожуре — микропиле.
Эндосперм обычно состоит из округлых клеток запасающей ткани. Это могут быть зерна крахмала или капли жирного масла, нередко в сочетании с запасными белками. Вещества эндосперма гидролизуются при набухании семян под действием ферментов и поглощаются зародышем в процессе прорастания; после этого его клетки разрушаются.
Различают 4 типа семян: 1) с эндоспермом; 2) с эндоспермом и периспермом; 3) с периспермом; 4) без эндосперма и перисперма.
Семена двудольных без эндосперма. К этой категории относят семена бобовых, тыквенных, сложноцветных, крестоцветных, дуба, березы, клена и др. На рисунке 4.15 представлено строение семени и зародыша тыквы (Cucurbita реро). Под плотной кожурой находится плоский зародыш с крупными семядолями, в тканях которых сосредоточены запасы питательных веществ. Эндосперм отсутствует — он «съеден» в процессе созревания семени. На семядолях заметно зачаточное жилкование. Ось зародыша небольшая, обращенная корневым полюсом к микропиле; на этом же конце семени находится рубчик. Зародышевая почечка выражена слабо: на конусе нарастания побега еле заметны листовые бугорки — зачатки следующих за семядолями листьев.
Обычный учебный объект — семена бобовых. На рисунке 4.16 изображены детали строения зрелого семени фасоли, где эндосперма нет и запасающими органами являются крупные, сильно утолщен-
Рис. 4.16. Семена двудольных: клещевины (c эндоспермом); фасоли, тыквы (без эндосперма): А — клещевина: а — внешний вид семе- ни; б — продольный разрез в плоскости семядолей зародыша; в — продольный разрез, перпендикулярный плоскости семядолей; г — изолированный и полуразвернутый зародыш;
Б — фасоль: а — вычлененный зародыш; б — расчлененный зародыш; в — схема зародыша в выпрямленном виде);
В — тыква: а, б — продольный разрез семени во взаимно перпендикулярных плоскостях; в — вычлененный зародыш;
1 — присеменник; 2 — семенная кожура; 3 — зародыш; 4 — эндосперм; 5 — семядоли; 6 — гипокотиль; 7 — эпикотиль; 8 — зародышевый корешок; 9 — почечка
ные семядольные листья зародыша. Хорошо развита зародышевая почечка с эпикотилем — 1-м междоузлием побега. Зародыш фасоли (и других бобовых) вследствие неравномерного разрастания оси сильно согнут. Если мысленно выпрямить его ось и семядоли, получится схема, ничем не отличающаяся от схемы прямого зародыша тыквы и др. Согнутый или спирально закрученный зародыш иногда с разнообразно сложенными в складки семядолями имеется у многих двудольных, в том числе у крестоцветных (капуста, редис и др.).
Семена двудольных с эндоспермом. Между семядолями находится конус нарастания побега; почечка еще не сформирована (у семени клещевины) (см. рис. 4.16).
Семена двудольных с периспермом и эндоспермом. Иногда, помимо эндосперма, в семенах развивается запасающая ткань иного происхождения — перисперм, возникающая из нуцеллуса семязачатка и лежащая под кожурой. Функционально эндосперм и перисперм равноценны, хотя морфологически имеют разное происхождение: они аналоги, но не гомологи (у семени свеклы) (рис. 4.17).
Например, в семени перца черного (Piper nigrum) маленький двусемядольный зародыш погружен в небольшой эндосперм, а кнаружи от него располагается мощный перисперм (см. рис. 4.17). Иногда эндосперм в зрелом семени поглощается полностью, а перисперм остается и разрастается, как у гвоздичных, лебедовых (например, у звездчатки, куколя, свеклы).
Рис. 4.17. Семена двудольных растений с периспермом: А — плодик перца черного; Б — незрелое семя свеклы (виден эндосперм, который потом исчезает); 1 — зародыш; 2 — эндосперм; 3 — семенная кожура; 4 — перисперм; 5 — околоплодник
Семена однодольных с эндоспермом. К этой категории принадлежит преобладающее большинство семян однодольных. Один из самых наглядных примеров типичного строения семени однодольных — семя ириса, или касатика (любого вида, дикорастущего или культурного). На рисунке 4.18 изображено строение семени желтого водяного ириса (Iris pseudacorus). Крупные уплощенные семена со- зревают в плоде-коробочке и одеты плотной коричневой кожурой. Внутренний слой кожуры обычно отстает от наружного, образуя воздушную камеру. Это способствует увеличению плавучести семян, распространяемых с током воды. Большую часть объема семени занимает эндосперм, богатый маслами и белками. В него погружен палочковидный прямой зародыш. Зачаток корешка обращен кончиком к микропиле; он переходит в прямой гипокотиль, оканчивающийся меристематическим апексом (верхушкой) побега, смещенным вбок. Семядоля цилиндрическая; ее нижняя часть представляет собой влагалище, охватывающее конус нарастания со всех сторон и прикрывающее его. Функция влагалища семядоли — защита точки роста. Очень похожи на зародыш ириса зародыши многих представителей лилейных — центрального семейства однодольных, например лука репчатого (Allium сера).
Рис. 4.18. Семена однодольных растений с эндоспермом (А — ирис) и без эндосперма (Б, В — частуха подорожниковая): А — ирис; Б, В — частуха подорожниковая (Б — незрелое семя, виден остаток эндосперма, В — зрелое, без эндосперма);.
У незрелого семени частухи (Б) виден остаток эндосперма, у зрелого семени (В) эндосперм исчезает; 1 — воздушная полость; 2 — семенная кожура; 3 — эндосперм; 4 — зародыш; 5 — почечка; 6 — семядоля; 7 — околоплодник
Семена злаков. Строение семени злаков (семейство Роасеае) до- вольно своеобразно (рис. 4.19). Зародыш в плоде-зерновке соприкасается с эндоспермом одной стороной, а не окружен его тканью, как у большинства других однодольных. Вследствие такого расположения семядоля злаков имеет форму плоского щитка, прижатого к эндосперму. Всасывающая функция щитка обеспечивается сильно специализированными клетками его поверхностного слоя. В отличие от большинства однодольных почечка зародыша злаков обычно довольно сильно развита, имеет несколько листовых зачатков. Наружный колпачковидный листок почечки называется колеоптилем. Гипокотиль у злаков недоразвит; зародышевый корешок окружен специальным многослойным чехлом — колеоризой, которая при прорастании набухает, на ее поверхности развиваются всасывающие во- лоски, корень пробивает ткань колеоризы, чтобы выйти наружу, в почву. Функциональное значение частей зародыша злаков в общем понятно: защита меристематических конусов нарастания колеоптилем и колеоризой, в то же время существуют весьма противоречивые гипотезы о происхождении и морфологической природе большинства зародышевых органов злаков.
Зародыш у злаков имеет структуру гораздо более сложную и специализированную, чем у большинства других однодольных, и поэтому не может считаться эталоном для всего этого класса.
Семена однодольных без эндосперма. Семя имеет форму подковы, под тонкой кожурой находится зародыш, сосредоточивший в семядоле все запасы, поглощенные им в ходе созревания семени; эндосперм им уже «съеден». Примером могут служить семена широко распространенных полуводных растений стрелолиста (Sagiltaria) и частухи подорожниковой (Alisma plantago-aquatica) (см. рис. 4.18), а также полностью погруженных в воду видов рода Рдест (Potamogeton).
Источник
Семя
Большая часть семян растений обречена на гибель, но размножение семенами дает растениям и множество преимуществ. Семена развиваются из одной или нескольких семяпочек (семязачатков), находящихся в завязи пестика, после оплодотворения. В семени находятся зачатки всех вегетативных органов — корня, стебля и листьев, а также запас питательных веществ, без которых проросток не может обойтись, пока у него не разовьются зеленые листья.
Многообразие семян
Семена чрезвычайно многообразны по размерам и внешнему виду. Самые мелкие семена имеет паразитическое растение вертляница, ее семечко весит 0,000003 г. А вот семя сейшельской пальмы достигает веса 20 кг. Большинство семян покрыты кожурой, защищающей зародыш. Иногда кожура разделяется на внешнюю и внутреннюю. Например, у семян граната и крыжовника мясистая наружная кожура и твердая внутренняя. Кожура семян ореха очень тонкая, поэтому его плод одет в прочный панцирь. Наиболее плотную кожуру имеют семена растений семейств бобовых, мальвовых, тыквенных, а также большинства пальм. Отдельные паразитические растения совсем не наделяют свои семена кожурой, это ускоряет процесс прорастания зародыша.
У некоторых растений (камнеломка, гречиха) семена прорастают в еще незрелых плодах на материнском организме. Это явление получило название вивипарии (живорождения). Одни семена могут оставаться жизнеспособными очень долгое время, а другие погибают через несколько часов, если не попадут в почву.
Бобовые
Проще всего познакомиться со строением семени на примере крупного семени фасоли (двудольного растения). Если семя предварительно замочить, то оно набухает, и его плотная кожура, предохраняющая семя от высыхания и повреждений, лопается и легко снимается. Под ней находится зародыш семени, большую часть которого составляют две большие семядоли, в которых и находится запас питательных веществ. По своей природе семядоли — это сильно видоизмененные листья.
У фасоли при прорастании они выносятся вверх, зеленеют, но отпадают, когда питательные вещества в них иссякнут. Семядоли крепятся к зародышевому стебельку, оканчивающемуся почечкой. Если вооружиться лупой, то можно рассмотреть, что почечка состоит из зародышевых листочков, окружающих бугорок — конус нарастания, или апекс. Из этой почечки и развивается побег — стебель с листьями, нижняя часть которого переходит в зародышевый корень, который станет главным корнем.
При попадании семени в подходящие условия влажности и температуры именно корешок начинает расти первым, прорывает семенную оболочку выходит наружу, закрепляется в почве и начинает всасывать воду.
Злаковые
Семя пшеницы (однодольного растения) устроено иначе. Оно тоже покрыто кожурой, но она плотно облегает семя, и чтобы рассмотреть его внутреннее строение, семя надо разрезать вдоль по хорошо заметной борозде. Вся внутренняя часть семени занята белым содержимым, но это не семядоля, а запасающая ткань эндосперм, содержащая питательные вещества.
Зародыш пшеницы совсем крохотный, но в хорошую лупу можно рассмотреть, что он тоже состоит из зародышевой почечки, переходящей в зародышевый корешок. Есть в этом зародыше и единственная семядоля, плотно прилегающая к эндосперму, но она очень маленькая и плоская, ее называют щитком. Через нее проросток и получает питательные вещества из эндосперма. При прорастании семени зародышевый стебелек быстро увеличивается в длину и выносит почечку, которая становится похожа на толстую иглу, к поверхности почвы.
Для прорастания семени необходимы вода, кислород и тепло. Но многим семенам нужен еще и период покоя, а некоторые прорастают только после периода охлаждения — это приспособление, обеспечивающее прорастание семян именно весной. Семена некоторых растений могут оставаться жизнеспособными очень долгое время. Семена злаков пустыни Сахары способны десятилетиями ждать дождя, чтобы пуститься в рост, причем это должен быть очень сильный дождь — в оболочке семян есть вещества, тормозящие прорастание, и они должны быть вымыты из нее водой. А рекорд в этом принадлежит лотосу, семена которого проросли, пролежав в торфе 2 тыс. лет.
Источник