ТЕМА 2: Семена и плоды

Семя

Строение семени. Семя – орган размножения и расселения растений, развивающийся после оплодотворения из семязачатка. У покрытосеменных растений семя формируется внутри завязи, которая становится плодом. Семя связано со стенкой плода семяножкой.

Зрелое семя состоит из зародыша, запасающих тканей (если они есть) и семенной кожуры.

Зародыш развивается из диплоидной зиготы, образованной в результате слияния яйцеклетки и спермия. После периода покоя, длительность которого у разных растений колеблется от нескольких часов до нескольких месяцев, зигота начинает митотически делиться.

Первое деление дают две диплоидные клетки. Из клетки, расположенной ближе к пыльцевходу, в результате поперечного деления возникает один ряд клеток- подвесок (Рис. 10).

Рис. 10 Развитие зародыша и эндосперма у двудольных (а-д) и образование семени (е):

1 – нуцеллус; 2 – зародышевый мешок; 3 – зигота; 4 – оплодотворенное (3n) центральное ядро; 5 – синергиды; 6– подвесок; 7 – зародыш; 8 – антиподы; 9 – эндосперм 10 – семявход; 11 – кожура семени; 12 – перисперм

Из второй клетки, делящейся в разных направлениях, появляется восьмиклеточный предзародыш, который благодаря дальнейшему делению образует зародыш.

В нем формируются почечка, две семядоли, подсемядольное колено (гипокотиль) и корешок. В сформировавшемся зародыше у двудольных имеются две семядоли, у однодольных – лишь одна, вторая рано прекращает свой рост.

Семядоли – первые зародышевые листья. Они могут быть толстыми и плотными, если в них сконцентрирован запас питательных веществ, и тонкими, нежными, если запасные вещества находятся вне их.

В редких случаях зародыш может образоваться и без оплодотворения (если он развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, то это явление называется партеногенезом).

В семени иногда образуется несколько зародышей (полиэмбриония). У некоторых растений формирование зародыша полностью заканчивается только в процессе прорастания. В мелких семенах паразитов (повилики, заразихи), эпифитов (орхидные), насекомоядных растений (росянка) зародыш очень мал и не расчленен на органы.

Эндосперм формируется из триплоидной клетки, которая образовалась в результате слияния спермия с диплоидной центральной клеткой. Немедленно, без периода покоя, начинается деление путем митоза.

Триплоидный эндосперм образуется раньше зародыша и служит для его питания. Эндосперм может быть весь поглощен растущим зародышем (бобовые) или превратиться в крупноклеточную запасающую ткань (злаки).

Перисперм – запасающая диплоидная ткань, образовавшаяся из нуцеллуса, ядра семязачатка. У большинства растений нуцеллус расходуется в процессе развития зародышевого мешка, зародыша и эндосперма. У некоторых растений нуцеллус сохраняется и в зрелом семени превращается в перисперм.

Семенная кожура развивается из интегументов семязачатка. Она защищает зародыш от повреждений, света, высыхания и преждевременного прорастания. На семенной кожуре заметен рубчик – место прикрепления отпавшей семяножки. Возле него отверстие – семявход. Он соответствует пыльцевходу семязачатка. Через него проникает вода при набухании семян. К нему обращен кончик зародышевого корешка, выходящего из семявхода при прорастании.

Семенная кожура может способствовать распространению семян, так как на ней образуются выросты в виде волосков (хлопчатник, ива, тополь), крылышек (левкой, гладиолус), ярко окрашенные мясистые придатки (присемянники), привлекающие птиц и животных (гранат, бересклет). Выросты семяножки (присемянники), плотно прилегающие к семенной кожуре, содержащие питательные вещества, привлекают муравьев, которые растаскивают семена, способствуя расселению вида.

Морфологические типы семян. В зрелых семенах запас питательных веществ может быть сосредоточен в теле зародыша или вне его, в запасающей ткани. В связи с этим различают четыре типа семян.

Семена с эндоспермом и периспермом встречаются редко. Они характерны для кувшинки, кубышки, лотоса каспийского, имбиря, черного перца. Питательные вещества отложились и в эндосперме, и в перисперме. Это наиболее примитивный тип семян.

В семенах с эндоспермом питательные вещества находятся вне зародыша – в эндосперме (мак, томат, морковь, злаки). Самый распространенный тип семян.

В семенах с периспермом после двойного оплодотворения питательные вещества сконцентрировались в клетках нуцеллуса. Образовалась питательная ткань – перисперм (эндосперм не развился). Перисперм имеется у представителей семейств Гвоздичные, Маревые.

В семенах без эндосперма и перисперма все питательные вещества сосредоточены в самом зародыше, главным образом в его семядолях. При формировании зародыш использовал все питательные вещества и не дал возможности образоваться запасающим тканям (горох, фасоль, вика, редька, горчица, тыква, огурец и др.). Это наиболее высокоорганизованный тип семян.

Запасные питательные вещества семян. Это могут быть крахмал, жиры, белки и гемицеллюлоза. В зависимости от доли того или иного запасного вещества семена могут быть крахмалистыми, как у злаков (у пшеницы – 66 % крахмала, у ржи – 67 %), маслянистыми, как у подсолнечника, хлопчатника, мака, горчицы, рапса (у клещевины – до 70 % масла, у льна – до 48 %), белковыми (у гороха – 22-34 % белка, у фасоли – 23, у сои – 34-45 %), содержащими гемицеллюлозу (у финиковой пальмы, кофе).

В семенах дикорастущих растений (у 90 %) обычно питательным запасным веществом является жирное масло. В них могут содержаться и многие другие соединения в небольших количествах. Иногда семена бывают ядовитыми (у белены, дурмана и др.). Сухие семена содержат 7- 12 % воды.

Разнообразие семян очень велико. Они варьируют по внешнему виду, величине, форме, массе и т.д. Величина семян большей частью незначительна. Особенно мелкие семена у орхидей (от 0,01 мг), некоторых кормовых трав. Средний размер у семян редьки, огурца, яблони, льна. Более крупные семена у гороха (0,15 г), фасоли, дуба. Семена сейшельской пальмы весят около 20 кг.

Количество семян может быть очень большим. Хлебные злаки в оптимальных условиях образуют около 2 тыс. семян в год на одном растении. Малоплодовитые сорняки дают 10-15 тыс. семян в год, тогда как лебеда белая, крапива двудомная, заразиха – более 100 тыс., белена – до 450 тыс., гулявник – более 700 тыс. в год. Одно дерево тополя образует около 28 млн. семян.