Что такое семя и как оно появляется
В ботанике семя определяют как орган полового размножения и расселения растений, который развивается из семязачатка (семяпочки) после оплодотворения. Но это научное определение. Если говорить проще, семя — это зародыш будущего растения в специальной упаковке, снабженный запасом пищи на первое время.
Размеры семян поражают своим разнообразием. Самые мелкие семена у орхидей: они настолько крошечные, что напоминают пыль и весят всего около тысячных долей миллиграмма. А самые тяжелые семена в мире — у сейшельской веерной пальмы: одно семя (орех) может весить до 18 килограммов!
Как образуется семя
Чтобы понять строение семени, нужно немного знать о том, как оно появляется. Процесс начинается с опыления — переноса пыльцы на рыльце пестика. Затем происходит оплодотворение: мужская половая клетка (спермий) сливается с яйцеклеткой, и образуется зигота. Из зиготы развивается зародыш будущего растения.
Но у цветковых растений есть уникальная особенность — двойное оплодотворение. Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, а второй сливается с центральной клеткой зародышевого мешка. В результате этого слияния образуется особая ткань — эндосперм. Клетки эндосперма имеют тройной набор хромосом (в отличие от двойного набора в клетках зародыша) и содержат питательные вещества, необходимые для развития зародыша.
Параллельно с развитием зародыша и эндосперма из покровов семязачатка формируется семенная кожура, которая защищает внутренние части семени. После оплодотворения стенки завязи разрастаются и превращаются в плод, внутри которого находятся семена. Именно поэтому цветковые растения называют покрытосеменными — их семена развиваются под защитой плода.
Общий план строения семени
Несмотря на огромное разнообразие семян, все они построены по единому плану и имеют три основные части: семенную кожуру, зародыш и запас питательных веществ (который может находиться в эндосперме или в других частях семени).
Семенная кожура — это наружный покров семени, который выполняет важнейшие защитные функции. Она предохраняет внутренние части от высыхания, механических повреждений, проникновения болезнетворных микроорганизмов и преждевременного прорастания.
При внимательном рассмотрении на поверхности семени можно заметить два важных образования:
Рубчик — это след от семяножки, которой семя прикреплялось к стенке плода во время созревания. Похоже на пупок у животных.
Семявход (микропиле) — маленькое отверстие рядом с рубчиком. Через него в семя проникает вода при набухании, а также через это отверстие обычно выходит зародышевый корешок при прорастании.
Окраска и толщина семенной кожуры зависят от условий, в которых находится семя. Если плод жесткий и надежно защищает семя (как у ореха или желудя), то семенная кожура может быть тонкой. А если семя созревает в сочном плоде (как у арбуза или яблока), то кожура обычно твердая и прочная, чтобы защитить зародыш при прохождении через пищеварительный тракт животных.
Зародыш — это самая главная часть семени, маленькое растеньице в миниатюре. В хорошо развитом зародыше можно различить следующие части:
Зародышевые листья, или семядоли. Это первые листья будущего растения. У разных групп растений их разное количество, что и положено в основу деления цветковых растений на классы.
Зародышевый стебелек (гипокотиль). Часть стебля между корешком и местом прикрепления семядолей.
Зародышевый корешок. Из него впоследствии разовьется корневая система растения. Он всегда направлен к семявходу, чтобы при прорастании первым выйти наружу.
Почечка. Находится на верхушке зародышевого стебелька и содержит зачатки будущих настоящих листьев.
У разных растений зародыш может быть развит в разной степени. У одних он крупный и занимает почти все семя, у других — крошечный, и тогда его окружает массивный эндосперм.
Для того чтобы зародыш мог развиваться до тех пор, пока у проростка не появятся собственные зеленые листья, способные к фотосинтезу, ему необходимы питательные вещества. В семенах эти вещества могут храниться в разных местах:
Эндосперм — специальная запасающая ткань. Он может занимать большую часть семени, а зародыш в этом случае небольшой.
Семядоли. У многих растений питательные вещества хранятся прямо в семядолях, которые становятся толстыми и мясистыми.
Перисперм — особая ткань, которая встречается реже и образуется из других частей семязачатка.
В зависимости от того, где находятся запасные питательные вещества, семена делят на несколько типов.
Строение семени двудольного растения
Класс Двудольные получил свое название потому, что зародыш этих растений имеет две семядоли. Это самая многочисленная группа цветковых растений, к которой относятся розы, подсолнечники, яблони, дубы, березы и многие другие. Рассмотрим строение семени на примере фасоли — это классический объект для изучения, так как ее семена крупные и удобные для препарирования.
Семя фасоли имеет характерную форму, напоминающую фасолинку. Снаружи оно покрыто плотной семенной кожурой. Окраска кожуры зависит от сорта фасоли и может быть белой, красной, пестрой или черной.
На вогнутой стороне семени легко заметить рубчик — место прикрепления семени к створкам боба. Рядом с рубчиком находится крошечное отверстие — семявход. Если сжать набухшее семя пальцами, из семявхода выступит капелька воды. Это доказывает, что именно через это отверстие вода проникает внутрь семени.
Если снять с набухшего семени кожуру, под ней обнаружатся две толстые, мясистые семядоли. Они легко разделяются, потому что соединены только в одной точке. Именно в этих семядолях фасоль хранит запасы питательных веществ. Эндосперма в зрелом семени фасоли нет — все питательные вещества уже перекачаны в семядоли.
Если осторожно раздвинуть семядоли, можно увидеть расположенный между ними зародыш. Он состоит из:
Зародышевого корешка, который направлен прямо к семявходу.
Зародышевого стебелька, на котором и сидят семядоли.
Почечки с зачатками настоящих листьев, которая спрятана между семядолями и защищена ими.
Таким образом, семя фасоли — это типичный пример семени двудольного растения, не имеющего эндосперма. Запасающую функцию здесь выполняют сами семядоли.
Строение семени однодольного растения
Класс Однодольные включает растения, зародыш которых имеет одну семядолю. К этому классу относятся пшеница, кукуруза, рожь, овес, лилии, тюльпаны, лук и многие другие растения. Изучать строение семени пшеницы сложнее, потому что зерновка пшеницы — это не просто семя, а плод, в котором семенная кожура срастается с тонким околоплодником. Тем не менее, в биологии принято рассматривать зерновку как аналог семени для изучения строения однодольных.
Зерновка пшеницы имеет продолговатую форму. Снаружи она покрыта золотисто-желтой оболочкой. На одном конце зерновки находится хохолок из тонких волосков, а на противоположном, нижнем конце, расположен едва заметный бугорок — там находится зародыш.
Если разрезать зерновку пшеницы вдоль и рассмотреть под микроскопом, можно увидеть совершенно другую картину, чем у фасоли. Большую часть семени занимает мучнистый эндосперм. Именно из него получают пшеничную муку.
Зародыш у пшеницы маленький и расположен сбоку, в нижней части зерновки. Его строение имеет свои особенности:
Единственная семядоля видоизменена и превращена в щиток. Щиток прилегает к эндосперму и при прорастании выделяет ферменты, которые растворяют питательные вещества эндосперма и всасывают их, передавая зародышу.
Зародышевый корешок, стебелек и почечка очень маленькие.
Особенность злаков — наличие защитных чехлов.
Колеоптиль (coleoptile) — прозрачный чехлик, защищающий молодой побег при прорастании сквозь почву. Колеориза (coleorhiza) — чехлик, защищающий зародышевый корешок.
Таким образом, семя пшеницы — это пример семени однодольного растения с эндоспермом, а его единственная семядоля превращена в специализированный орган — щиток.
Сравнение семян двудольных и однодольных растений
Для того чтобы лучше понять различия, давайте сведем их в таблицу.
Признак | Двудольные (на примере фасоли) | Однодольные (на примере пшеницы) |
Количество семядолей | Две | Одна |
Наличие эндосперма | Часто отсутствует в зрелом семени, питательные вещества в семядолях | Всегда есть, занимает большой объем |
Форма семядолей | Толстые, мясистые, легко различимы | Тонкая, в виде щитка, прилегает к эндосперму |
Особые структуры | Рубчик и семявход хорошо заметны | Колеоптиль, колеориза, щиток |
Примеры растений | Фасоль, горох, подсолнечник, тыква, яблоня | Пшеница, кукуруза, овес, лилия, лук |
Важно понимать, что деление это не абсолютное. В природе существуют исключения. Например, у некоторых двудольных (томат, перец, табак) в семенах есть эндосперм. А у некоторых однодольных (частуха) эндосперма может не быть, и питательные вещества запасаются в единственной семядоле.
Типы семян по расположению питательных веществ
Обобщая все вышесказанное, выделяют три основных типа семян:
Семена с эндоспермом
У таких семян основная масса приходится на запасающую ткань — эндосперм. Зародыш в них небольшой. Этот тип характерен для многих однодольных (пшеница, кукуруза, лук ), а также для некоторых двудольных (томат, перец, ясень ).
Семена без эндосперма
В таких семенах эндосперм полностью израсходован зародышем еще в процессе созревания семени, и все питательные вещества отложены в самом зародыше, чаще всего в его мясистых семядолях. Это классический пример семян бобовых (горох, фасоль), тыквенных (тыква, огурец), сложноцветных (подсолнечник). У миндаля может сохраняться лишь остаток эндосперма в виде тонкой пленочки.
Семена с эндоспермом и периспермом
Это наиболее редкий тип, где питательные вещества находятся и в эндосперме, и в перисперме (ткани, образующейся из нуцеллуса семязачатка). Примеры таких растений — свекла, перец.
Прорастание семян и роль семядолей
Процесс прорастания семени наглядно демонстрирует, насколько важно строение семени. Когда семя попадает во влажную, теплую среду с доступом воздуха, через семявход внутрь начинает поступать вода. Семя набухает, кожура лопается, и первым наружу выходит зародышевый корешок. Он начинает расти вниз, закрепляя молодое растение в почве и всасывая воду и минеральные вещества.
После этого трогается в рост зародышевый стебелек, который выносит семядоли и почечку на поверхность (или не выносит, если прорастание подземное). И вот здесь проявляется разная роль семядолей:
У растений с надземным прорастанием (фасоль, тыква, огурец) семядоли выносятся на свет, зеленеют и начинают выполнять функцию листьев — фотосинтезируют. Они кормят молодое растение до тех пор, пока не развернутся настоящие листья. Затем семядоли засыхают и опадают.
У растений с подземным прорастанием (горох, дуб) семядоли остаются в почве и служат только источником питания. Они не зеленеют и не фотосинтезируют, а постепенно отдают запасы и сморщиваются.
Особую роль играет щиток у злаков. Он не выносится на поверхность, а остается внутри семени, перекачивая питательные вещества из эндосперма к растущему зародышу. А колеоптиль пробивает дорогу сквозь почву, защищая нежные молодые листья.
Значение знаний о строении семян для человека
Понимание того, как устроены семена, имеет огромное практическое значение. В сельском хозяйстве знание особенностей семян помогает правильно определять глубину заделки семян при посеве. Например, семена фасоли с крупными семядолями, которые выносятся на поверхность, нельзя заделывать слишком глубоко — ростку не хватит сил пробиться. А семена гороха с подземным прорастанием можно сажать глубже.
Знание о запасах питательных веществ позволяет правильно хранить и перерабатывать урожай. Из эндосперма пшеницы мы получаем муку, из семядолей подсолнечника — масло, из семядолей гороха и фасоли — ценный белок.
В селекции и семеноводстве знание строения семени необходимо для того, чтобы получать здоровые и сильные всходы, сохранять сортовые признаки растений и создавать новые сорта. Наконец, для агроклассов и юных натуралистов изучение семян — это первый шаг к пониманию сложной и удивительной жизни растений, возможность своими руками прикоснуться к чуду рождения новой жизни.
Заключение
Семя — это удивительный микромир, в котором скрыто будущее растение. Несмотря на кажущуюся простоту, оно имеет сложное строение, отточенное миллионами лет эволюции. Мы узнали, что у всех семян есть общий план строения: семенная кожура, зародыш и запас питательных веществ.
Главное различие между двумя огромными классами цветковых растений — однодольными и двудольными — закладывается уже на стадии семени и заключается в количестве семядолей, а также в расположении питательных веществ. Семядоли не только запасают питательные вещества, но и выполняют важнейшие функции при прорастании, защищая молодые листья и снабжая росток энергией до тех пор, пока он не перейдет к самостоятельному питанию.
Обложка и иллюстрации сгенерированы ИИ: Sora
Комментарии