Семя и проросток

Основные понятия по теме

Формирование семени является конечным этапом полового воспроизведения высших растений и представляет собой оплодотворенный видоизмененный семязачаток, обеспечивающий преемственность сменяющих друг друга поколений.

Вначале семя всегда заключено в перикарпии плода и в отличие от споры является многоклеточной структурой, в состав которой входят запасающая ткань (эндосперм и/или перисперм), зародыш (зачаточное дочернее растение) и специальный защитный покров (кожура), образованный одним — двумя интегументами. К стенке плода семя прикрепляется семяножкой, обычно оставляющей рубчик после его отделения.

Самым значимым элементом семени является зародыш (эмбрион). Он формируется из оплодотворенной яйцеклетки и представляет собой зачаток новой особи, т. е. миниатюрный спорофит. Этот процесс (эмбриогенез) осуществляется довольно сложно и подразделяется на несколько периодов. У ряда растений он заканчивается только после стратификации семян или при их прорастании (у лилейных).

Зародыши семян разных растений различаются по числу семядолей, размеру, степени развитости, форме, местоположению, по окраске.

По числу семядолей, как известно, покрытосеменные подразделяются на два класса: двудольные (зародыши имеют две семядоли и более) и однодольные (зародыши с одной семядолей). Совершенно не расчленен зародыш у мелких семян паразитических растений, сапрофитов и эпифитов.

По цвету зародыш, как правило, бывает беловатым, иногда — зеленым (например, у семян растений семейства гераниевых).

Сформировавшийся зародыш состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька (заканчивается почечкой — плюмулой) и семядоли (две или одна). Часть стебелька, располагающаяся ниже семядолей, называется гипокотилем (подсемядольное колено), выше их — эпикотилем (надсемядольное колено).

Корешок в семени дает начало главному корню новой особи растения.

Семядоли — это первые листья. Они развиваются на еще не дифференцированном зародыше и по форме/анатомическому строению, функциям часто резко отличаются от настоящих листьев, берущих начало в конусе нарастания побега.

На первом этапе подземного существования проросток развивается за счет запасов семени. Но и после выхода на поверхность почвы, когда он начинает питаться самостоятельно (фотосинтез), у ряда растений его связь с семенем сохраняется в течение длительного времени. Это характерно, например, для однодольных, у которых крупные семена имеют хорошо развитый эндосперм. У других же растений зародыш потребляет всю питательную ткань на самых ранних стадиях развития, поэтому после появления проростка, способного осуществлять фотосинтез, связь его с семенем прекращается.

Семенная кожура формируется главным образом из интегументов семязачатка, реже — в результате разрастания тканей халазы. У большинства растений она плотно прилегает к внутренним тканям и служит их основным защитным покровом. Структурные особенности семенной кожуры обусловливаются способами распространения и прорастания семян и имеют большое значение для систематики растений. У некоторых растений наружный слой ее мясистый, сочный (саркотеста), что привлекает птиц, млекопитающих и способствует распространению семян.

Рост семени обычно заканчивается незадолго до завершения его полного физиологического развития. Несколько позднее прекращается приток в него питательных веществ, снижается активность фитогормонов, падает (до 5−10%) его влажность. Существенные изменения претерпевают и покровные ткани: частично отмирают, уплотняются, нередко одревесневают. В таком состоянии зрелые семена могут переносить неблагоприятные условия среды, сохранять способность к прорастанию (иногда десятки лет). Оно получило название состояние физиологического покоя семян. В семени, находящемся в этом состоянии, сохраняется дыхание, осуществляются метаболические процессы, иногда — «дозревание» зародыша, но его способность к набуханию и прорастанию часто бывает невысокой. Степень глубины физиологического покоя семян, его длительность у разных растений различны. И выходят из него семена по-разному. У однолетних растений они легко набухают и прорастают во влажных условиях. Для прорастания семян многих растений требуется стратификация, т. е. воздействие определенное время низкой температуры (+1−5 °С) во влажной среде и в условиях хорошей аэрации. У некоторых бобовых семенная кожура водонепроницаема, поэтому для прорастания семян необходима скарификация — искусственное нарушение ее целостности (надрывание, перетирание с песком, ошпаривание кипятком и т. п.). В природе такие семена набухают и прорастают под влиянием резкой смены температур.

Прорастание семян — это их выход из состояния покоя, сопровождающийся вегетативным ростом зародыша и формированием молодого растения — проростка. Под проростком понимают растение, развивающееся в период от выхода зародыша из семени до появления первых настоящих листьев. Для прорастания семян необходимы определенные условия — соответствующие влажность и температура среды, свободный доступ кислорода. Причем оптимальные условия для каждого вида растений специфичны.

Рост зародыша обычно начинается с прорыва кожуры семени удлиняющимся зародышевым корнем и гипокотилем в области микропиллярного следа. При появлении корня почечка развивается и постепенно формируется в побег, на котором развертываются настоящие листья. Прорастание, как уже упоминалось, бывает надземным и подземным. Однако не все семена любого растения прорастают — за время хранения определенное количество их утрачивает эту способность.

Практическое занятие

Цель: изучить строение семени и проростков односемядольных и двусемядольных растений.

Материалы и оборудование: предварительно замоченные семена гороха посевного, фасоли обыкновенной, зерновки пшеницы; постоянные микропрепараты продольного среза зерновок пшеницы; динамические модели: строение зерновки злака; чашки Петри, фильтровальная бумага, покровные и предметные стекла, препарировальные иглы, микроскопы МБР — 1.

Строение семени и проростка односемядольного растения

Ход работы

Рассмотреть зерновку пшеницы (Triticum aestivum L.). Найти эндосперм, зародыш, бороздку, хохолок.

Рассмотреть постоянный препарат продольного среза через зерновку пшеницы под микроскопом при малом увеличении. Нарисовать план строения семени. Отметить покровы, эндосперм и части зародыша: щиток, эпибласт, колеоптиль, почечку с конусом нарастания и зародышевыми листьями, гипокотиль, зародышевый корешок, колеоризу.

Рассмотерть при большом увеличении микроскопа клеточное строение эндосперма. Нарисовать и отметить клеточные слои околоплодника и покров семени, алейроновый слой, паренхимные клетки с запасным крахмалом.

Рассмотреть проростки пшеницы разного возраста. Изучить последовательность развития корней, колеоптиля и первых настоящих листьев. Нарисовать и отметить первичные зародышевые коршки, колеоптиль, первый настоящий лист.

Рисунок 21.1 — Зерновка пшеницы мягкой (Triticum aestivum): А — внешний вид; Б, В, Г — строение покровов на разных стадиях развития; Д — строение перикарпия в зоне бороздки; Е — поперечный срез зерновки; Ж, 3, И — строение эндосперма и алейронового слоя; К — поперечный срез зародыша при большом увеличении микроскопа (схема); псз — паренхима стенки завязи; ни, ви — соответственно наружный и внутренний интегумент; энд — эндосперм; хс — хлорофиллоносный слой; прк — поперечные клетки; тк — трубчатые, мешковидные, клетки; б — бороздка; зар — зародыш; п — перикарпий; ас — алейроновый слой; н — нуцеллус; пп — проводящий пучок; ск — семенная кожура; щ — щиток; эпб — эпибласт; зк — зародышевый корень; клр — колеориза; кл — колеоптиль; пч — почечки; зс — зародышевый стебелек (из Г. А. Бавтуто, Л. М. Ерей 2002 г.).

односемядольный семя кожура проросток.

Строение семени и проростка двусемядольного растения

1 Рассмотреть семена фасоли (Phaseolus vulgaris L.) (рисунок 21.2). Нарисовать семя фасоли со стороны семенного рубчика. Отметить микропиле, бугорок, образованный зародышевым корешком.

Снять с набухшего семени кожуру, освободить зародыш, нарисовать его строение, отметить семядоли, почечку, гипокотиль, зародышевый корешок.

Рассмотреть и нарисовать проростки фасоли разного возраста. Отметить главный и боковые корни, гипокотиль, семядоли, эпикотиль, настоящие листья.

2 Рассмотреть проросток гороха. На рисунке отметить то же, что и у фасоли.

Рисунок 21.2 — Семя фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris): А — общий вид; Б — зародыш: 1 — след халазы; 2 — след микропиле; 3 — рубчик; 4 — семенной шов; 5 — семенная кожура; 6 — почечка; 7 — семядоли; 8 — зародышевый корень (из Г. А. Бавтуто, Л. М. Ерей, 2002 г.).

Рисунок 21.3 — Схема прорастания семян: А — злаков (1−4 — последовательные стадии прорастания; э — эндосперм; щ — щиток; клп — колеоптиль; клр — колеориза; к — корень; пк — придаточные корни; ст — стеблевая часть проростка; эп — эпибласт; з — зерновка); Б — фасоли (1 — начало прорастания; 2, 3 — надземное прорастание; см — семядоли; эпк — эпикотиль; гк — главный корень; бк — боковые корни; пк — придаточные корни; чш — чешуйки-листья; гп — гипокотиль) (из Г. А. Бавтуто., Л. М. Ерей, 2002 г.).

Вопросы для самоконтроля

• 1 Чем отличаются семена двудольных от семян однодольных растений?
• 2 Назовите типы семян по наличию и расположению в них запасающих тканей?
• 3 Какую роль выполняют семядоли при надземном прорастании семян?
• 4 Что собой представляет проросток?

• 1 Васильев, А. Е. Ботаника: Морфология и анатомия растений: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по биолог. и хим. спец. / А. Е. Васильев [и др.]; - 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1988. — С. 431 — 440.
• 2 Бавтуто, Г. А. Ботаника. Морфология и анатомия растений /Г. А. Бавтуто, В. М. Еремин. — Мн.: Высшая школа, 1997. — С. 301−307.
• 3 Бавтуто, Г. А., Практикум по анатомии и морфологии растений: учеб. пособие / Г. А. Бавтуто, Л. М. Ерей. — Мн.: Новое знание, 2002. — С. 433 — 451 .