Каких частей состоит семя. Семя

Еще в школьном в курсе ботаники (6 класс) строение семени было достаточно простой и запоминающейся темой. На самом деле этот возник в результате долгого эволюционного процесса и обладает сложным и уникальным строением. В нашей статье мы рассмотрим особенности его структурных частей, строение двудольного семени, а также определим биологическую роль семян растений.

Появление семени в процессе эволюции

Растения не всегда были способны к формированию семян. Известно, что жизнь возникла в воде, и первыми растениями были именно водоросли. Они имели примитивное строение и размножались вегетативно - частями таллома и при помощи специализированных подвижных клеток - зооспор. Первыми выходцами на сушу стали риниофиты. Они, как и их будущие преемники - высшие споровые растения, размножались при помощи спор. Но для развития этих специализированных клеток была необходима вода. Поэтому при изменении условий окружающей среды уменьшалась и их численность.

Следующим эволюционным этапом стало появление семени. Это был огромный шаг вперед для адаптации и распространения многих видов растений. Внешнее и внутреннее строение семени обуславливают надежную защиту зародыша, окруженного запасом воды и питательных веществ. А значит, увеличивают жизнеспособность и видовое разнообразие флоры планеты.

Процесс формирования семян

Рассмотрим данный процесс на примере группы растений, которая в современном мире является господствующей. Это представители Все они формируют цветок - важнейший генеративный орган. В его пестике располагается яйцеклетка, а пыльники тычинок содержат спермии. После процесса опыления, т.е. переноса пыльцы с пыльника тычинок на рыльце пестика, спермии по зародышевой трубке продвигаются в завязь тычинки, где и происходит процесс слияния гамет - оплодотворение. В результате формируется зародыш. При слиянии второго спермия с центральной зародышевой клеткой образуется запасное питательное вещество. Его еще называют эндоспермом. Завершает строение семени прочная наружная оболочка. Такая структура является основой для развития будущего растительного организма.

Внешнее строение семян

Как уже было сказано, снаружи семя покрыто кожурой. Она достаточно плотная, чтобы защитить зародыш, находящийся внутри, от механических повреждений, перепадов температур и проникновения вредных микроорганизмов. А вот цвет семян варьируется в широких пределах: от черного до ярко-красного. Такое строение семени легко объяснить. У одних растений цвет служит для маскировки. Например, чтобы птицы не смогли рассмотреть их в почве после посадки. Другие растения, наоборот, приспособлены к распространению семян при помощи различных животных. Вместе с непереваренными остатками пищи они выделяют их далеко за пределами ареала произрастания материнского растения.

Внутреннее строение семени

Основной частью любого семени является зародыш. Это и есть будущий организм. Поэтому он состоит из тех же частей, что и взрослое растение. Это зародышевый корешок, стебелек, листик и почечка. Строение семени разных растений может существенно отличаться. У большинства из них запасные питательные вещества накапливаются в эндосперме. Это оболочка, которая окружает зародыш вокруг, защищая и питая его в течение всего периода индивидуального развития. Но бывают случаи, когда во время процесса созревания и прорастания семени оно полностью расходует вещества эндосперма. Тогда они накапливаются в основном в мясистых частях зародыша. Они называются семядолями. Такое строение характерно, например, для тыквы или фасоли. А вот у пастушьей сумки запас веществ сконцентрирован в ткани зародышевого корешка. Отличаются и семена различных систематических групп растений.

Особенности семян Голосеменных растений

Внешнее и внутреннее строение семени этой группы организмов характеризуется тем, процесс формирования и развития зародыша происходит на поверхности семенной кожуры. Кроме основных частей, семена Голосеменных имеют крыловидный пленчатый вырост. Он помогает распространяться семенам этим растений при помощи ветра.

Еще одной особенностью семян Голосеменных является продолжительность их формирования. Чтобы они стали жизнеспособными, должно пройти от четырех месяцев до трех лет. Процесс созревания семян происходит в шишках. Это совсем не плоды. Они представляют собой специализированные видоизменения побега. Некоторые семена хвойных способны храниться в шишках десятки лет. Все это время они сохраняют свою жизнеспособность. Чтобы семена попали в землю, чешуйки шишки раскрываются самостоятельно. Их подхватывает ветер, иногда перенося на значительные расстояния. Если шишки мягкие, внешне напоминающие орехи, они раскрываются не сами, а при помощи птиц. Особенно любят лакомиться семенами различные виды соек. Это также способствует расселению представителей отдела Голосеменные.

Само название данной систематической единицы свидетельствует о том, что зародыш будущего растения слабо защищен. И действительно, наличие эндосперма гарантирует только развитие семени. Но шишки многих растений раскрываются во время неблагоприятных условий развития. Оказавшись на поверхности почвы, семена подвергаются действию низких температур и недостатка влаги, поэтому не все из них прорастают и дают начало новому растению.

Особенности семян Цветковых растений

По сравнению с Голосеменными, представители отдела Цветковые имеют ряд значительных преимуществ. Формирование их семян происходит в завязи цветков. Это наиболее расширенная часть пестика, которая дает начало плодам. В результате семена развиваются внутри них. Они кружены тремя слоями околоплодника, которые отличаются своими свойствами и функциями. Рассмотрим их строение на примере костянки сливы. Наружный кожистый слой защищает от механических повреждений, обеспечивая целостность. Средний является сочным и мясистым. Он питает и обеспечивает зародыш необходимой влагой. Внутренний окостеневший слой является дополнительной защитой. В результате у семян есть все необходимые условия для развития и прорастания, даже при неблагоприятных обстоятельствах.

Семена Однодольных растений

Строение семени однодольного растения определить очень легко. Их зародыш состоит только из одной семядоли. Эти части еще называют зародышевыми листками. Однодольными являются все растения Луковые и Лилейные. Если проращивать семена кукурузы или пшеницы, вскоре на поверхности почвы из каждого зернышка образуется по одному листочку. Это и есть семядоли. Пробовали разделить крупинку риса на несколько частей? Естественно, это невозможно. Все потому, что ее зародыш образован единственной семядолей.

Семена Двудольных растений

Семена Пасленовые, Астровые, Бобовые, Капустные и многих других несколько отличаются по строению. Даже исходя из названия, несложно догадаться, что их зародыш состоит из двух семядолей. Это является основной систематической особенностью. Строение семян двудольных растений легко рассмотреть невооруженным глазом. Например, без труда разделяется на две равные части. Это и есть семядоли его зародыша. Строение двудольного семени видно и по молодым всходам. Попробуйте в домашних условиях прорастить семена И вы увидите два плодолистика, которые появятся над поверхностью земли.

Условия прорастания семян

Строение семян двудольных растений, как и представителей других систематических единиц этого царства живой природы, обуславливает наличие всех необходимых веществ для развития зародыша. Но для прорастания необходимы и другие условия. Для каждого растения они абсолютно разные. Во-первых, это определенная температура воздуха. Для теплолюбивых растений это +10 градусов по Цельсию. А вот озимая пшеница начинает развиваться уже при + 1. Вода также необходима. Благодаря ей зернышко набухает, что ускоряет процессы дыхания и обмена. Питательные вещества переходят в форму, в которой они могут усваиваться зародышем. Наличие воздуха и достаточного количества солнечного света - еще два условия прорастания семени и развития всего растения, поскольку без них невозможен фотосинтез.

Семена и плоды

Каждый плод содержит высших растений практически идентично. А вот плоды более разнообразны. Выделяют сухие и сочные плоды. Они отличаются структурой слоев, которые располагаются вокруг семени. У сочных один из слоев околоплодника обязательно мясистый. Слива, персик, яблоко, малина, клубника... Эти лакомства любимы всеми именно благодаря тому, что являются сочными и сладкими. У сухих плодов околоплодник кожистый или окостеневший. Его слои обычно срастаются в один, надежно защищающий семена внутри. Коробочка мака, стручок горчицы, зерновка пшеницы имеют именно такое строение.

Биологическая роль семян

Большинство растений на планете для размножения используют именно семена. Строение семян современных растений - результат длительной эволюции. Эти содержат зародыш и запас веществ, обеспечивающий его рост и развитие даже в неблагоприятных условиях. Семена имеют приспособления для распространения, что увеличивает их шанс на выживание и расселение.

Итак, семя является результатом процесса оплодотворения. Оно представляет собой структуру, состоящую из зародыша, запасных веществ и защитной кожуры. Все его элементы выполняют определенные функции, благодаря которым группа семенных растений заняла господствующее положение на планете.

Определение термина «семя» в ботанике

Хотя семя нередко описывают (в том числе и в авторитетных источниках) как «орган семенного размножения растений» (реже - «орган полового размножения растений»), семя не является органом в обычном значении этого термина, так как в нём объединены структуры двух (у голосеменных - трёх) разных поколений жизненного цикла . Органы полового размножения (половые органы, гаметангии) у голосеменных растений представлены архегониями , а у цветковых редуцированы. Более оправданно определение семени как «зачаточного растения» (его дают многие школьные учебники ботаники); это определение подчеркивает, что из семени разовьётся новое поколение (спорофит) растения. При этом остальные части семени, кроме зародыша, можно считать добавочными структурами (органами), которые обеспечивают развитие зародыша.

Строение семян

Строение семян голосеменных

Семя развивается на поверхности семенной чешуи. Оно представляет собой многоклеточную структуру, объединяющую запасающую ткань - эндосперм, зародыш и специальный защитный покров (семенную кожуру). До оплодотворения в центральной части семязачатка имеется нуцеллус, который постепенно вытесняется эндоспермом. Эндосперм гаплоидный и образуется из тканей женского гаметофита.

Эндосперм

Эндосперм - ткань, содержащаяся внутри семени, обычно окружающая зародыш и снабжающая его питательными веществами в ходе развития. У голосеменных эндосперм представляет собой ткань женского гаметофита . Часто на ранних стадиях развития он имеет синцитиальное строение, позднее в нём формируются клеточные стенки. Клетки эндосперма исходно гаплоидные, но могут становиться полиплоидными. У цветковых эндосперм обычно образуется в ходе двойного оплодотворения в результате слияния центральной клетки (центрального ядра) зародышевого мешка с одним из спермиев. У многих цветковых клетки эндосперма триплоидны. У кувшинки эндосперм образуется при слиянии спермия с гаплоидной клеткой зародышевого мешка, так что его ядра диплоидны. У многих цветковых ядра эндосперма имеют набор хромосом более чем 3n (до 15 n).

Перисперм

Основная статья: Перисперм

Перисперм схож по функциям с эндоспермом , но имеет диплоидный набор хромосом, содержит малое количество белковых веществ, в основном крахмал, а иногда и жиры. Может выполнять роль основной запасающей ткани как самостоятельно, так и наряду с эндоспермом.

Зародыш

Состояние покоя

Всхожесть семян

Кислород

Влага

Стратификация

Скарификация

Предполагается, что семена некоторых растений (например, кальварии Sideroxylon grandiflorum ) не могут прорасти в природе без похождения через кишечник птиц. Так, семена кальварии удавалось проращивать только после их прохождения через кишечник домашних индеек или обработки полировочной пастой.

Некоторым семенам требуются одновременно и скарификация, и стратификация. А иногда (боярышник) большинство семян прорастают после скарификации и двойной стратификации, то есть после двух зимних периодов покоя.

Свет

Распространение семян

Саморазбрасывание семян (автохория)

Семена многих растений падают на землю рядом с материнским растением после вскрытия плодов. Иногда при вскрытии плодов семена с силой выбрасываются, разлетаясь на некоторое расстояние. Саморазбрасывание семян характерно для таких растений, как недотрога мелкоцветковая , кислица обыкновенная .

Распространение ветром

Семена многих растений распространяются ветром (анемохория). Это, например, семена сосны обыкновенной , снабжённые крылышком, семена растений родов Тополь и Ива , покрытые волосками («тополиный пух»), мелкие пылевидные семена орхидных .

Распространение водой (гидрохория)

Водой распространяются плоды и семена не только водных, но и некоторых наземных растений. Ольха часто растет по берегам рек; ее плоды, попадая в воду, не тонут. Течение уносит их далеко от материнских растений. Плоды кокосовой пальмы с одного острова на друго переносятся морским течением.

Распространение с помощью животных

Распространение с помощью животных - зоохория . Семена растений могут распространяться животными на теле (обычно вместе с плодами), при прохождении через кишечный тракт и при растаскивании с потерей семян.

На теле разносят семена и односемянные плоды обычно птицы и млекопитающие. Так, млекопитающие могут разносить на шерсти плодики гравилата , череды , репешка и многих других растений, обладающих крючками, волосками и прицепками. Также на теле птиц и млекопитающих могут распространяться клейкие семена омелы , кувшинки и др.

Через кишечники птиц и млекопитающих после поедания ими плодов проходят, не теряя всхожести, семена таких растений, как бересклет бородавчатый , боярышник , малина и многих других.

Делая запасы в кладовых, белки, бурундуки, сойки и кедровки теряют часть семян или не находят часть кладовых, способствуя распространению семян сосны сибирской и дуба .

Особый способ распространения семян животными - мирмекохория . Мирмекохория - распространение семян муравьями . Семена некоторых растений обладают привлекательными для муравьев питательными придатками - элайосомами . Мирмекохорные растения средней полосы России - фиалка душистая , копытень европейский , ожика волосистая и многие другие; некоторые из них распространяются исключительно муравьями.

Роль семян в природе и жизни человека

Многие организмы (от грибов и бактерий до птиц и млекопитающих) питаются в значительной степени, а иногда и исключительно семенами. Семена составляют основу пищи таких животных, как некоторые насекомые и их личинки (например, муравьи-жнецы), зерноядные птицы , грызуны (бурундуки , белки , хомяки и др.).

Основу рациона человека со времён возникновения земледелия в большинстве регионов мира также составляют семена, в первую очередь, культурных злаков (пшеницы, риса, кукурузы и др.). Главное питательное вещество, с которым человечество получает наибольшее число калорий, - крахмал , содержащийся в семенах злаков. Важным источником белков для человечества служат также семена бобовых растений - сои , фасоли и др. Семена являются основным источником растительных масел , которые добывают из семян подсолнечника , рапса , кукурузы , льна и многих других масличных культур.

Литература

Меликян А. П., Николаева М. Г., Комар Г. А. Семя // Жизнь растений: в 6 тт. / Под ред. А. Л. Тахтаджяна . - М .: Просвещение, 1980. - Т. 5. Ч. 1. Цветковые растения. Двудольные: магнолииды, ранункулиды, гамамелидиды, кариофиллиды. - С. 84-91.
Данович К. Н., Соболев А. М., Жданова Л. П., Илли И. Э., Николаева М. Г., Аскоченская Н. А., Обручева Н. В., Хавкин Э. Е. Физиология семян / Академия наук СССР; Научн. совет по проблемам физиологии и биохимии растений; Ордена Трудового Красного Знамени Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева; Отв. ред. д. б. н. А. А. Прокофьев. - М .: Наука, 1982. - 318 с.

Примечания

Ссылки

Семя растения - статья из Большой советской энциклопедии
Seed Science Research - международный журнал, посвящённый изучению семян (англ.) (Проверено 29 января 2011)

Строение семян двудольных растений

Семя клёна белого (Acer pseudoplatanus) в разрезе - виден зародыш

w:Семя - это зачаточное растение, которое развивается из семязачатка. Размер семени может быть разным - от 0,001-0,003 мг(орхидные и заразиховые) до 20 кг (семена сейшельской пальмы).

Прорастание семени фасоли

Фасоль - двудольное растение. Её семена крупные. Одна из сторон семени фасоли выпуклая и гладкая, другая сторона - вогнутая и на ней виден рубчик - это след от семяножки. Семяножкой семя крепилось к околоплоднику. Семя покрыто блестящей гладкой семенной кожурой, которая защищает его (семя) от механических повреждений и сильного высыхания. Кожура семени фасоли может иметь разную окраску.

Семенна́я кожура́ - структура, снаружи покрывающая и защищающая зародыш в семени от перенасыщения влагой или пересыхания.

Под семенной кожурой находится зародыш, состоящий из двух семядолей и расположенных между ними корешка, стебелька и почки, которых можно рассмотреть только через лупу. Семядоли - крупные и толстые, в них содержится запас питательных веществ. Строение большинства семян других растений примерно такое же. Но бывают и отличия. Например, у лютика и фиалки зародыш окружён эндоспермом - клетками, в которых содержится дополнительный запас веществ. Поэтому их семенная кожура окружает не зародыш, а эндосперм.

Строение семян однодольных растений

Зерновки ржи

Семена однодольных растений (например, хлебных злаков) имеют иное строение. Сухие плоды злаков - зерновки. Снаружи зерновка одета в золотисто-жёлтый кожистый околоплодник. Он так крепко сросся с семенной кожурой, что их невозможно разъединить.

Зародыш на срезе семени гинкго двулопастного (Ginkgo biloba)

Большую часть зерновки занимает мучнистый эндосперм. Это можно увидеть, разрезав зерновку вдоль. Клетки эндосперма содержат питательные вешества.

Эндоспе́рм - ткань, образующаяся в семенах большинства цветковых растений во время оплодотворения. Эндосперм окружает зародыш и обеспечивает его питание за счет крахмала, растительных масел и белков. Это делает эндосперм цветковых растений важным источником питательных веществ в диете человека.

Зародыш у зерновки настолько маленький, что только под лупой его можно рассмотреть. Зародыш имеет корешок, стебелек и почечку. Семядоля у него одна, она не содержит питательных веществ, тонкая, плотно прилегает к эндосперму. Именно через семядолю во время прорастания семени к зародышу из эндосперма поступают питательные вещества. Однодольными называют растения, зародыши которых имеют одну семядолю.

У других однодольных растений семена тоже имеют эндосперм, который окружает зародыш, в отличие от эндосперма злаков, где эндосперм прилегает только с одной стороны.

Состав семян

Семена характеризуются определенным химическим составом, который зависит от биологических особенностей вида и сорта, условий питания, возраста, температуры и т.д. Все вещества семени можно разделить на две группы: неорганические и органические.

Неорганические вещества семян представлены водой и минеральными веществами. Даже самые сухие на вид семена содержат от 7 до 12% воды. В этом можно убедиться, нагревая семена в пробирке. При этом на стенках пробирки будут образовываться капли воды. При сжигании семян остается зола, представляющая собой смесь различных минеральных солей.

Семена всех растений содержат органические вещества - белки, жиры и углеводы. Однако их процентное содержание в семенах различных растений не одинаково. В семенах одних растений накапливается большое количество крахмала (у пшеницы 66%, у ржи - 67%), в других - жиры (у льна до 48%, у клещевины до 70%), в третьих - белки (у гороха - 22-34%, у сои - 34-45%). В любом случае, в большем или меньшем количестве в семенах содержатся все органические вещества.

Дыхание семян

Семена, как и другие живые организмы дышат, то есть поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Дышат семена круглосуточно, выделяя при этом тепло. Это тепло нагревает их. Особенно много тепла выделяют прорастающие семена. Влажные проросшие семена дышат энергичнее, чем сухие непроросшие. Если сложить толстым слоем влажные проротающие семена, то они быстро разогреются. Их зародыши погибают, и в итоге семена теряют всхожесть. Поэтому хранить семена надо только сухими в сухих проветриваемых помещениях. Постоянный доступ воздуха необходим и для сухих семян, хоть они дышат и слабее прорастающих.

Питание и рост проростков

На вкус проросшие зерновки пшеницы, ячменя или ржи немного сладковатые. Это потому, что при прорастании семени крахмал, который содержится в эндосперме, преобразуется в сахар (под действием некоторых веществ). Сахар растворим в воде, и его раствор притекает к зародышу и питает его. Клетки корешка, стебелька и почечки, из которых состоит зародыш, делятся, питаясь раствором сахара, и в итоге превращаются в проросток.

Сначала, зародыш прорастающего семени питается запасами веществ, находящихся в клетках эндосперма или зародыша. Чем больше отложено этих веществ, тем сильнее будет проросток. Он расходует эти питательные вещества во время своего роста. Для посева годятся только полновесные, крупные семена. Без семядолей или без эндосперма зародыш не сможет вырасти в здоровый проросток и скорее всего погибнет. Поэтому семя должно быть целым.

При прорастании семени первым появляется корешок. Он опережает другие органы в развитии и быстро укрепляется в почве. По корням проростка можно определить однодольное или двудольное растение прорастает из семени. Обычно у проростков однодольных растений развиваются сразу несколько корней, а у двудольных растений вырастает один корень, затем он начинает ветвиться.

Время посева и глубина заделки семян

Определять время для высевания семян надо учитывая условия, необходимые для их прорастания. Прорастающим семенам необходимы вода, воздух и тепло. Ранней весной можно высевать только семена холодостойких растений (пшеница, горох, овёс, ячмень), прорастающих при низкой температуре и обилии влаги. Потому что в это время в почве накапливается много талой и дождевой воды, но почва ещё не успела слишком прогреться.

Высевать семена теплолюбивых растений (кукуруза, фасоль, огурцы, томат, дыня, тыква) надо тогда, когда солнце прогреет почву достаточно хорошо. Но и медлить тоже нельзя, ведь от обилия тепла почва высыхает. Опоздание с посевом теплолюбивых семян снизит урожай. Сеять семена теплолюбивых растений надо сразу же, как только почва прогреется до 10-12 °С.

При высевании семян могут быть и другие ошибки. Семена можно посеять своевременно, но не достаточно глубоко заделать их в почву. Так они высохнут под солнцем. А если семена наоборот, заделать в почву слишком глубоко, то всходы будут плохие. Глубоко под землёй проросткам не хватит воздуха, и молодым побегам будет трудно пробиться на поверхность.

Семена надо высеивать на определённую глубину, учитывая их размеры и свойства почвы. Глубже надо сеять семена крупные. В таких семенах достаточно питательных веществ для того, чтобы пробиваться с большой глубины в течении долгого времени.

Мелкие семена, такие как семена репы и лука, надо сеять на глубину 1-2 сантиметра. Семена побольших размеров (редис, огурцы) - на глубину 2-4 см. Большие семена фасоли, гороха или бобов можно сеять на глубину 4-5 см. Если такие крупные семена посеять не так глубоко, то им не хватит влаги.

Структура почвы тоже имеет значение. Например, глинистая почва плотная и тяжёлая, ещё совсем близко к поверхности в ней мало воздуха, а влаги достаточно и в верхних слоях. Поэтому в такую почву сеять семена слишком глубоко не рекомендуется.

СЕМЯ
зародышевая стадия семенного растения, образующаяся в процессе полового размножения и служащая для расселения. Внутри семени находится зародыш, состоящий из зародышевых корешка, стебелька и одного или двух листьев, или семядолей. Цветковые растения по числу семядолей делятся на двудольные и однодольные. У некоторых видов, например орхидных, отдельные части зародыша не дифференцированы и начинают формироваться из определенных клеток сразу после прорастания. Типичное семя содержит запас питательных веществ для зародыша, которому некоторое время придется расти без света, необходимого для фотосинтеза. Этот запас может занимать большую часть семени, а иногда находится внутри самого зародыша - в его семядолях (например, у гороха или фасоли); тогда они крупные, мясистые и определяют общую форму семени. При прорастании семени они могут выноситься из земли на удлиняющемся стебельке и становятся первыми фотосинтезирующими листьями молодого растения. У однодольных (например, пшеницы и кукурузы) запас пищи - т.н. эндосперм - всегда отделен от зародыша. Размолотый эндосперм зерновых культур представляет собой всем известную муку. У покрытосеменных растений семя развивается из семяпочки - крошечного утолщения на внутренней стенке завязи, т.е. нижней части пестика, расположенного в центре цветка. В завязи может быть от одной до нескольких тысяч семяпочек. В каждой из них находится яйцеклетка. Если в результате опыления ее оплодотворит спермий, проникающий в завязь из пыльцевого зерна, семяпочка развивается в семя. Она растет, а ее оболочка становится плотной и превращается в двуслойную семенную кожуру. Внутренний ее слой бесцветный, слизистый и способен сильно набухать, поглощая воду. Это пригодится позже, когда растущему зародышу придется прорывать семенную кожуру. Наружный слой может быть маслянистым, мягким, пленчатым, жестким, бумажистым и даже деревянистым. На семенной кожуре обычно заметен т.н. рубчик - участок, которым семя соединялось с семяножкой, прикреплявшей его к родительскому организму. Семя - основа существования современного растительного и животного мира. Без семени на планете не было бы хвойной тайги, лиственных лесов, цветущих лугов, степей, хлебных полей, не было бы птиц и муравьев, пчел и бабочек, человека и других млекопитающих. Все это появилось лишь после того, как у растений в ходе эволюции возникли семена, внутри которых жизнь может, никак не заявляя о себе, сохраняться неделями, месяцами и даже на протяжении многих лет. Миниатюрный растительный зародыш в семени способен путешествовать на далекие расстояния; он не привязан к земле корнями, как его родители; не нуждается ни в воде, ни в кислороде; он ждет своего часа, чтобы, попав в подходящее место и дождавшись благоприятных условий, начать развитие, которое называется прорастанием семени.

ТИПЫ СЕМЯН. Кукуруза - однодольное цветковое растение, семя которого находится внутри плода, называемого зерновкой. Как и у всех однодольных, в семени одна семядоля. Основная масса зерновки заполнена эндоспермом - запасом питательных веществ, который используется зародышем растения при прорастании. Сосна - голосеменное растение. На каждой чешуе его женских шишек открыто располагаются два семени. Под кожурой у них находятся эндосперм и зародыш с несколькими семядолями.

ФАСОЛЬ - двудольное цветковое растение, семена которого созревают внутри бобов. Внутри семени эндосперма нет, а весь запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша, хранится в двух крупных мясистых семядолях. Снаружи на семени можно различить рубчик и микропиле.
Эволюция семян. Сотни миллионов лет жизнь на Земле обходилась без семян, как обходится без них и сейчас на покрытых водой двух третях поверхности планеты. Жизнь зародилась в море, и первые завоевавшие сушу растения были еще бессемянными, однако лишь появление семян позволило фотосинтезирующим организмам полностью освоить эту новую для них среду обитания.
Первые наземные растения. Среди крупных организмов первую попытку закрепиться на суше предприняли, вероятнее всего, морские макрофиты - водоросли, оказавшиеся на нагреваемых солнцем камнях во время отлива. Они размножались спорами - одноклеточными структурами, рассеиваемыми родительским организмом и способными развиваться в новое растение. Споры водорослей окружены тонкими оболочками, поэтому не переносят высыхания. Под водой такой защиты вполне достаточно. Споры там распространяются течениями, а поскольку температура воды колеблется относительно мало, им нет необходимости подолгу дожидаться благоприятных для прорастания условий. Первые наземные растения тоже размножались спорами, но в их жизненном цикле уже закрепилась обязательная смена поколений. Включенный в нее половой процесс обеспечивал комбинирование наследственных признаков родителей, в результате чего потомство соединяло в себе достоинства каждого из них, становясь крупнее, выносливее, совершеннее по строению. На определенном этапе такая прогрессивная эволюция привела к появлению печеночников, мхов, плаунов, папоротников и хвощей, уже полностью вышедших из водоемов на сушу. Однако споровое размножение еще не позволяло им распространиться за пределы болотистых мест с влажным и теплым воздухом.
Споровые растения каменноугольного периода. На этом этапе развития Земли (примерно 250 млн. лет назад) среди папоротниковидных и плауновидных появились гигантские формы с частично одревесневающими стволами. Не уступали им по размеру и хвощевидные, полые стебли которых были покрыты зеленой корой, пропитанной кремнеземом. Повсюду, где появлялись растения, за ними следовали и животные, осваивающие новые для себя типы местообитаний. Во влажном полумраке каменноугольных джунглей водилось множество крупных насекомых (до 30 см в длину), гигантских многоножек, пауков и скорпионов, земноводных, похожих на огромных крокодилов, и саламандр. Встречались стрекозы с размахом крыльев 74 см и тараканы длиной 10 см. Древовидные папоротники, плауны и хвощи обладали всеми качествами, необходимыми для обитания на суше, кроме одного - они не образовывали семян. Их корни эффективно всасывали воду и минеральные соли, сосудистая система стволов надежно разносила по всем органам необходимые для жизни вещества, листья активно синтезировали органические вещества. Даже споры усовершенствовались и приобрели прочную целлюлозную оболочку. Не боясь высыхания, они разноситься ветром на значительные расстояния и могли прорастать не сразу, а после определенного периода покоя (т.н. покоящимиеся споры). Однако даже самая совершенная спора - это одноклеточное образование; в противоположность семенам, она быстро высыхает и не содержит запаса питательных веществ, а потому не способна долго ждать благоприятных для развития условий. И все же формирование покоящихся спор было важной вехой на пути к семенным растениям. Многие миллионы лет климат на нашей планете оставался теплым и влажным, но эволюция в плодородных дебрях каменноугольных болот не прекращалась. У древовидных споровых растений впервые возникли примитивные формы настоящих семян. Появились семенные папоротники, плауновидные (знаменитые представители рода Lepidodendron - по-гречески это название означает "чешуйчатое дерево") и кордаиты со сплошными деревянистыми стволами. Хотя ископаемых остатков этих живших сотни миллионов лет назад организмов мало, известно, что древовидные семенные папоротники появились еще до каменноугольного периода. Весной 1869 река Скохари-Крик в горах Катскилл (шт. Нью-Йорк) сильно разлилась. Паводок снес мосты, повалил деревья и сильно подмыл берег у деревни Гилбоа. Это происшествие давным-давно позабылось бы, если бы спавшая вода не открыла взору наблюдателей внушительную коллекцию странных пней. Основания их сильно расширялись, как у болотных деревьев, диаметр достигал 1,2 м, а возраст составлял 300 млн. лет. Хорошо сохранились детали строения коры, рядом были разбросаны фрагменты ветвей и листьев. Естественно, все это, включая ил, из которого поднимались пни, было окаменевшим. Геологи датировали ископаемые остатки верхним девоном - периодом, предшествовавшим каменноугольному, и определили, что они соответствуют древовидным папоротникам. На протяжении следующих пятидесяти лет о находке помнили только палеоботаники, а затем деревня Гилбоа преподнесла очередной сюрприз. Вместе с окаменелыми стволами древних папоротников на этот раз были обнаружены их ветви с настоящими семенами. Сейчас эти вымершие деревья относят к роду Eospermatopteris, что переводится как "рассветный семенной папоротник". ("рассветный", поскольку что речь идет о самых ранних на Земле семенных растениях). Легендарный каменноугольный период завершился, когда геологические процессы усложнили рельеф планеты, смяв ее поверхность в складки и расчленив горными хребтами. Низинные болота были погребены под мощным слоем смываемых со склонов осадочных пород. Материки изменили свои очертания, потеснив море и отклонив от прежнего курса океанические течения, местами начали расти ледниковые шапки, а огромные пространства суши покрыл красный песок. Гигантские папоротники, плауны и хвощи вымерли: их споры не были приспособлены к более суровому климату, а попытка перейти к размножению семенами оказалась слишком слабой и неуверенной.
Первые настоящие семенные растения. Каменноугольные леса гибли и засыпались все новыми слоями песка и глины, но некоторые деревья выжили благодаря тому, что сформировали крылатые семена с прочной оболочкой. Такие семена могли распространяться быстрее, дольше, а значит и на более далекие расстояния. Все это повышало их шансы найти благоприятные для прорастания условия или дождаться, когда они наступят. Семенам суждено было революционизировать жизнь на Земле в начале мезозойской эры. К этому времени печальной участи прочей каменноугольной растительности избежали два типа деревьев - саговниковые и гинкговые. Эти группы начали совместно заселять мезозойские континенты. Не встречая конкуренции, они распространились от Гренландии до Антарктики, сделав растительный покров нашей планеты почти однородным. Их крылатые семена путешествовали по горным долинам, перелетали через безжизненные скалы, прорастали на песчаных участках между камней и среди аллювиального гравия. Вероятно, осваивать новые места им помогали мелкие мхи и папоротники, пережившие смену климата на планете на дне оврагов, в тени утесов и по берегам озер. Они удобряли почву своими органическими остатками, готовя ее плодородный слой для поселения более крупных видов. Горные хребты и обширные равнинные участки оставались голыми. Два типа "пионерных" деревьев с крылатыми семенами, расселившись по планете, были привязаны к влажным местам, поскольку их яйцеклетки оплодотворялись жгутиковыми, активно плавающими сперматозоидами, как у мхов и папоротников. Многие споровые растения образуют споры разного размера - крупные мегаспоры, дающие начало женским гаметам, и мелкие микроспоры, при делении которых возникают подвижные сперматозоиды. Чтобы оплодотворить яйцеклетку, им нужно подплыть к ней по воде - при этом вполне достаточно капли дождя и росы. У саговников и гинкго мегаспоры не рассеиваются родительским растением, а остаются на нем, превращаясь в семена, однако сперматозоиды подвижны, поэтому для оплодотворения нужна сырость. Внешнее строение этих растений, особенно их листьев, тоже сближает их с папоротниковидными предками. Сохранение древнего способа оплодотворения плавающими в воде сперматозоидами привело к тому, что несмотря на относительно выносливые семена продолжительная засуха оставалась для этих растений непреодолимой проблемой, и завоевание суши приостановилось. Будущее наземной растительности обеспечили деревья другого типа, росшие среди саговников и гинкго, но утратившие жгутиковые сперматозоиды. Это были сохранившиеся до наших дней араукарии (род Araucaria), хвойные потомки каменноугольных кордаитов. В эру саговников араукарии стали образовывать огромные количества микроскопических пыльцевых зерен, соответствующих микроспорам, но сухих и плотных. Они переносились ветром к мегаспорам, точнее к образовавшимся из них семяпочкам с яйцеклетками, и прорастали пыльцевыми трубками, доставлявшими к женским гаметам неподвижные спермии. Таким образом, в мире появилась пыльца. Отпала необходимость в воде для оплодотворения, и растения поднялись на новую эволюционную ступень. Образование пыльцы привело к колоссальному увеличению количества семян, развивающихся на каждом отдельном дереве, а следовательно, и к быстрому распространению этих растений. У древних араукарий действовал и способ расселения, сохранившийся у современных хвойных, с помощью жестких крылатых семян, легко разносимых ветром. Итак, появились первые хвойные, а со временем и хорошо всем известные виды семейства сосновых. У сосны образуется два типа шишек. Мужские длиной ок. 2,5 см и диаметром 6 мм группируются у концов самых верхних ветвей, часто пучками по десятку и более, так что у крупного дерева их может быть несколько тысяч. Они рассеивают пыльцу, осыпающую все вокруг желтым порошком. Женские шишки крупнее и растут на дереве ниже мужских. Каждая их чешуя по форме напоминает совок - широкая снаружи и сужающаяся к основанию, которым она прикреплена к деревянистой оси шишки. На верхней стороне чешуи ближе к этой оси открыто располагаются две мегаспоры, дожидающиеся опыления и оплодотворения. Разносимые ветром пыльцевые зерна залетают внутрь женских шишек, скатываются по чешуям к семяпочкам и вступают с ними в контакт, необходимый для оплодотворения. Саговники и гинкго не выдержали конкуренции с более прогрессивными хвойными, которые, эффективно рассеивая пыльцу и крылатые семена, не только потеснили их, но и освоили новые, недоступные прежде уголки суши. Первыми хвойными доминантами стали таксодиевые (сейчас к ним относятся, в частности, секвойи и болотные кипарисы). Распространившись по всему миру, эти красивые деревья в последний раз покрыли все части света однородной растительностью: их остатки находят в Европе, Северной Америке, Сибири, Китае, Гренландии, на Аляске и в Японии.
Цветковые растения и их семена. Хвойные, саговниковые и гинкговые относятся к т.н. голосеменным растениям. Это значит, что их семяпочки расположены открыто на семенных чешуях. Цветковые растения составляют отдел покрытосеменных: их семяпочки и развивающиеся из них семена скрыты от внешней среды в расширенном основании пестика, называемом завязью. В результате пыльцевое зерно не может достичь непосредственно семяпочки. Для слияния гамет и развития семени необходима совершенно новая растительная структура - цветок. Его мужская часть представлена тычинками, женская - пестиками. Они могут находиться в одном и том же цветке или в разных цветках, даже на разных растениях, которые в последнем случае называются двудомными. К двудомным видам относятся, например, ясени, падубы, тополя, ивы, финиковые пальмы. Чтобы произошло оплодотворение, пыльцевое зерно должно попасть на вершину пестика - липкое, иногда перистое рыльце - и приклеиться к нему. Рыльце выделяет химические вещества, под действием которых пыльцевое зерно прорастает: живая протоплазма, выходя из-под его твердой оболочки, образует длинную пыльцевую трубку, проникающую в рыльце, распространяющуюся дальше вглубь пестика по его вытянутой части (столбику) и достигающую в конечном итоге завязи с семяпочками. Под влиянием химических аттрактантов ядро мужской гаметы движется по пыльцевой трубке к семяпочке, проникает в нее через крохотное отверстие (микропиле) и сливается с ядром яйцеклетки. Так происходит оплодотворение. После этого начинает развиваться семя - во влажной среде, обильно снабжаемое питательными веществами, защищенное стенками завязи от внешних воздействий. Параллельные эволюционные преобразования известны и в животном мире: наружное оплодотворение, типичное, скажем, для рыб, на суше сменяется внутренним, а зародыш млекопитающих формируется не в отложенных во внешнюю среду яйцах, как, например, у типичных пресмыкающихся, а внутри матки. Изоляция развивающегося семени от посторонних воздействий позволила цветковым смело "экспериментировать" с его формой и строением, а это в свою очередь привело к лавинообразному появлению новых форм наземных растений, разнообразие которых стало возрастать невиданными в прежние эпохи темпами. Контраст с голосеменными очевиден. Их "голые", лежащие на поверхности чешуй семена независимо от вида растения примерно одинаковы: каплевидные, покрытые твердой кожурой, к которой иногда прикреплено плоское крылышко, образованное окружающими семя клетками. Неудивительно, что на протяжении многих миллионов лет форма голосеменных оставалась весьма консервативной: сосны, ели, пихты, кедры, тиссы, кипарисы очень похожи друг на друга. Правда, у можжевельников, тиссовых и гинкго семена можно спутать с ягодами, но это не меняет общей картины - крайнего однообразия общего плана строения голосеменных, величины, типа и окраски их семян в сравнении с огромным богатством форм цветковых. Несмотря на скудость сведений о первых этапах эволюции покрытосеменных, считается, что они появились к концу мезозойской эры, завершившейся примерно 65 млн. лет назад, а в начале кайнозойской эры уже завоевали мир. Древнейший известный науке цветковый род - Claytonia. Его ископаемые остатки найдены в Гренландии и на Сардинии, т.е., вполне вероятно, что еще 155 млн. лет назад он был распространен так же широко, как саговниковые. Листья у Claytonia пальчато-сложные, как у нынешних конских каштанов и люпинов, а плоды ягодоподобные диаметром 0,5 см на конце тонкой плодоножки. Возможно, эти растения были коричневого или зеленого цвета. Яркие краски цветков и плодов покрытосеменных появились позже - параллельно эволюции насекомых и других животных, которых они были призваны привлекать. Ягода у Claytonia четырехсемянная; на ней можно различить нечто, напоминающее остаток рыльца. Помимо крайне редких ископаемых остатков, получить некоторое представление о первых цветковых растениях позволяют необычные современные растения, объединяемые в порядок гнетовых (Gnetales). Один из их представителей - хвойник (род Ephedra), встречающийся, в частности, в пустынях на юго-западе США; внешне он выглядит как несколько безлистных прутьев, отходящих от толстого стволика. Другой род - вельвичия (Welwitschia) растет в пустыне у юго-западного побережья Африки, а третий - гнетум (Gnetum) - низкий кустарник индийских и малайских тропиков. Эти три рода можно считать "живыми ископаемыми", демонстрирующими возможные пути превращения голосеменных растений в покрытосеменные. Шишки хвойника внешне напоминают цветки: их чешуи разделены на две части, напоминающие лепестки. У вельвичии всего два широких лентовидных листа длиной до 3 м, совершенно не похожих на иголки хвойных. Семена гнетума снабжены дополнительной оболочкой, делающей их похожими на костянки покрытосеменных. Известно, что покрытосеменные отличаются от голосеменных и по строению древесины. У гнетовых в ней сочетаются признаки обеих групп.
Распространение семян. Жизнеспособность и разнообразие растительного мира зависят от способности видов к расселению. Родительское растение всю жизнь прикреплено корнями к одному месту, следовательно, его потомству надо найти другое. Эта задача по освоению нового пространства была возложена на семена. Во-первых, пыльца должна попасть на пестик цветка того же вида, т.е. должно произойти опыление. Во-вторых, пыльцевая трубка должна достигнуть семяпочки, где сольются ядра мужской и женской гамет. Наконец, зрелому семени предстоит покинуть родительское растение. Вероятность того, что семя прорастет и всход успешно приживется на новом месте, составляет ничтожную долю процента, поэтому растения вынуждены полагаться на закон больших чисел и рассеивать как можно большее количество семян. Последний параметр в общем обратно пропорционален их шансам на выживание. Сравним для примера кокосовую пальму и орхидеи. У кокосовой пальмы самые крупные в растительном мире семена. Они способны неограниченно долго плавать по океанам, пока волны не выбросят их на мягкий береговой песок, где конкуренция всходов с другими растениями будет гораздо слабее, чем в лесной чаще. В результате шансы прижиться у каждого из них довольно высоки, и одна зрелая пальма без риска для вида приносит обычно всего несколько десятков семян в год. У орхидей, напротив, самые мелкие в мире семена; в тропических лесах они разносятся слабыми воздушными течениями среди высоких крон и прорастают во влажных трещинах коры на ветвях деревьев. Положение осложняется тем, что на этих ветвях им необходимо найти особый вид гриба, без которого прорастание невозможно: мелкие семена орхидей не содержат запасов питательных веществ и на первых стадиях развития всходов получают их от гриба. Неудивительно, что в одном плодике миниатюрной орхидеи несколько тысяч таких семян. Покрытосеменные растения не ограничиваются образованием разнообразных семян в результате оплодотворения: завязи, а иногда и другие части цветков развиваются в уникальные, содержащие семена структуры - плоды. Завязь может стать зеленым бобом, защищающим семена до их созревания, превратиться в прочный кокосовый орех, способный совершать далекие морские путешествия, в сочное яблоко, которое съест в укромном месте животное, использовав мякоть, но не семена. Ягоды и костянки - любимое лакомство птиц: семена этих плодов не перевариваются в их кишечнике и попадают в почву вместе с экскрементами иногда за многие километры от родительского растения. Плоды бывают крылатыми и пушистыми, причем форма повышающих летучесть придатков у них гораздо разнообразнее, чем у сосновых семян. Крылышко плодов ясеня напоминает весло, у ильма оно похоже на поля шляпы, у клена парные плоды - двукрылатки - напоминают парящих птиц, у айланта крылья плода скручены под углом друг к другу, образуя как бы пропеллер. Эти приспособления позволяют цветковым растениям весьма эффективно использовать для распространения семян внешние факторы. Однако некоторые виды на постороннюю помощь не рассчитывают. Так, плоды недотрог представляют собой своего рода катапульты. Аналогичным механизмом пользуются и герани. Внутри их длинного плодика проходит стержень, к которому прикреплены четыре до поры до времени прямые и соединенные вместе створки - сверху они держатся прочно, снизу слабо. При созревании нижние концы створок отрываются от основания, резко скручиваются к вершине стержня и разбрасывают семена. У хорошо известного в Америке кустарника цеанотуса завязь превращается в ягоду, по устройству близкую к бомбе с часовым механизмом. Давление сока внутри так высоко, что после созревания достаточно теплого солнечного луча, чтобы его семена живой шрапнелью разлетелись во все стороны. Коробочки обычных фиалок, подсохнув, лопаются и разбрасывают вокруг себя семена. Плоды гамамелиса действуют по принципу гаубицы: чтобы семена упали подальше, они стреляют ими под большим углом к горизонту. У горца виргинского в том месте, где семена прикреплены к растению, образуется структура типа пружинки, отбрасывающей зрелые семена. У кислицы оболочки плода сначала набухают, а затем трескаются и так резко сжимаются, что семена вылетают наружу через щели. Арцеутобиум крошечный за счет гидравлического давления внутри ягод выталкивает из них семена, как миниатюрные торпеды.

1. Что такое семя? Какие функции оно выполняет?

Семя — генеративный орган растения. У цветковых растений оно образуется внутри плода. Функции семян:

1. Размножение. Отделившись от материнского расте-ния после созревания, семя может прорасти и дать начало новому организму. Следовательно, благодаря семенам рас-тения размножаются.

2. Распространение растений по территории. Напри-мер, у семян тополя, иван-чая на поверхности имеются многочисленные волоски. С их помощью семена легко подхватываются ветром и разносятся по местности.

3. Перенесение неблагоприятных условий. Семена многих растений обладают повышенной устойчивостью к неблагоприятным внешним условиям и сохраняются там, где вегетативные органы отмирают. Семя дает растению возможность перенести неблагоприятный период: летнюю жару, зимний холод, недостаток влаги.

2. Какое строение имеет семя?

Семя состоит из семенной кожуры, зародыша и эндос-перма.

Семенная кожура защищает внутреннее содержимое семени. На ней могут быть различные образования, спо-собствующие распространению семян. На поверхности кожуры имеется рубчик от семяножки, которая соединяла созревающее семя со стенкой плода.

Зародыш — важная часть семени. Он состоит из заро-дышевого побега и зародышевого корня. Зародышевый по-бег имеет зародышевый стебель, зародышевые листья и за-родышевую верхушечную почку. Зародышевые листья (два — у представителей класса двудольных, один — у предста-вителей класса однодольных) называют семядолями. Эти листья защищают почку. У многих видов в семядолях запа-саются питательные вещества. Например, у фасоли, горо-ха, подсолнечника, тыквы.

Эндосперм — запасающая ткань, в клетках которой от-кладываются запасные питательные вещества, необходи-мые для развития зародыша. В некоторых семенах эндос-перм может отсутствовать, и тогда запасные вещества откладываются в клетках зародыша, чаще в его семядолях. Семена с эндоспермом у томата, лука, тмина, хурмы, фи-алки, ландыша. Семена без эндосперма у фасоли, гороха, подсолнечника, тыквы.

3. Охарактеризуйте основные типы прорастания семян.

Созревшие семена при наличии воды, воздуха и тепла трогаются в рост. Этому предшествует их набухание. Под напором насыщенных водой клеток кожура разрывается и наружу «выходит» корень. Материал с сайта

Корень растет верхушкой, закрепляет молодое расте-ние в почве, поглощает из нее необходимые растущему организму воду и минеральные соли. Трогается в рост и побег. Он выходит в воздушную среду. Вытягивается сте-бель, растут листья, развертывается верхушечная почка. Рост побега идет за счет вставочной и верхушечной обра-зовательных тканей. Зародыш семени превращается в проросток.

Если семядоли выносятся в воздушную среду, то гово-рят о «надземном» прорастании семян. Такое прорастание у фасоли обыкновенной, огурцов, репы, капусты, лука репчатого, липы мелколистной, клена остролистного и многих других растений.

Если семядоли у проростка остаются в почве, такое прорастание семян называют «подземным» (горох, лещина, дуб и другие растения).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

Плод
что такое семя в биологии определение
основные функции семян
сочинение на тему как прорастает семя
сообщение на тему условия прорастания семян

КАТЕГОРИИ