Семя – это репродуктивный орган, который у покрытосеменных растений образуется из семязачатка обычно после двойного оплодотворения.
Строение семени. Первоначально семя находится внутри плода, который защищает его до прорастания. Каждое семя состоит из семенной кожуры, зародыша и запасающих тканей.
Семенная кожура развивается из интегументов (покровов) семязачатка , поэтому она диплоидна (2n). Она многослойна и есть в семени всегда. Толщина и плотность семенной кожуры связаны с особенностями околоплодника, поэтому она может быть мягкой, кожистой, пленчатой или твердой (деревянистой). Семенная кожура защищает зародыш от механических повреждений, высыхания и преждевременного прорастания. Кроме этого она может способствовать прорастанию семян.
Зародыш представляет собой растение в зачаточном состоянии и состоит из зародышевого корешка, стебелька, семядолей и почечки . Развивается зародыш из зиготы, образованной в результате слияния спермия с яйцеклеткой (2n).
Запасающими тканями семени являются эндосперм и перисперм. Эндосперм образуется в результате двойного оплодотворения при слиянии центрального ядра зародышевого мешка (2n) со вторым спермием (1n). Поэтому эндосперм состоит из триплоидных клеток (3n). Перисперм является производным нуцеллуса и состоит из клеток с диплоидным набором хромосом.
Типы семян. Классификация семян основана на месте локализации запасных питательных веществ. Различают четыре типа семян (рис. 22):
Рис. 22. Типы семян:
А – семена с эндоспермом, который окружает зародыш (мак);
Б – семена с эндоспермом, примыкающим к зародышу (пшеница); В – семена с малым эндоспермом (окружает зародыш) и мощным периспермом (перец); Г – семена с периспермом (куколь);
Д – семена с запасными веществами, отложенными в семядолях зародыша (горох); 1 – семенная кожура; 2 – эндосперм; 3 – корешок; 4 – стебелек; 5 – почечка; 6 – семядоли; 7 – околоплодник;
8 – перисперм
1) семена с эндоспермом в основном характерны для семян класса однодольных, а также некоторых двудольных (пасленовые, сельдерейные, маковые); запасные питательные вещества локализованы в эндосперме;
2) семена с периспермом характерны для гвоздичных, маревых, у которых в зрелом семени эндосперм полностью поглощается, а перисперм остается и разрастается; семя состоит из семенной кожуры, зародыша и перисперма;
3) семена с эндоспермом и периспермом имеют черный перец, кубышка, кувшинка, в семенах которых сохраняется эндосперм и развивается перисперм; семя состоит из семенной кожуры, зародыша, эндосперма и перисперма;
4) семена без эндосперма и без перисперма характерны для бобовых, тыквенных, астровых; в процессе развития зародыш полностью поглощает эндосперм, поэтому запас питательных веществ находится в семядолях зародыша; в этом случае семя состоит из семенной кожуры и зародыша.
Строение семени с эндоспермом. Такие семена характерны для растений класса Однодольные, например для мятликовых (злаковых). В зерновке пшеницы (набухшие семена) различают брюшную сторону (со стороны бороздки) и противоположную – спинную . На одном из полюсов семени, на спинной стороне, находится зародыш . С противоположного полюса имеются волоски, которые удерживают зерновку в почве и способствуют подаче воды в эндосперм семени (рис. 23).
Рис. 23. Строение зерновки пшеницы
(продольный срез):
1 – волоски; 2 – околоплодник, сросшийся с семенной кожурой; 3 – алейроновый слой;
4 – слой запасного крахмала (3 –4 – эндосперм); 5 – щиток; 6 – эпибласт; 7 – почка с листочками; 8 – колеоптиль; 9 – корешок;
10 – колеориза (корневое влагалище)
Снаружи зерновка покрыта тонким пленчатым слоем, который трудно отделить от внутренней части зерновки. Это околоплодник, сросшийся с семенной кожурой, так как зерновка является односемянным плодом. Строение околоплодника и кожуры семени хорошо видно при рассмотрении микропрепарата поперечного среза зерновки.
Размеры зародыша незначительны по сравнению с размерами эндосперма. Это значит, что запасные вещества находятся в эндосперме. Он состоит из двух слоев: алейронового и запасного крахмала .
Зародыш имеет следующие части:
– зародышевый корешок с корневым чехликом , колеоризу (корневое влагалище);
– зародышевый стебелек и почечку с конусом нарастания;
– колеоптиль (первый зародышевый лист) в форме бесцветного колпачка, которым он пробивает слои почвы во время прорастания;
– щиток (видоизмененная семядоля) – по своему расположению в зерновке образует перегородку между зародышем и эндоспермом; под действием ферментов щиток переводит питательные вещества эндосперма в усвояемую форму и передает их на питание зародыша;
– эпибласт расположен на противоположной щитку стороне и является второй редуцированной семядолей.
Строение семени без эндосперма и без перисперма. Такие семена характерны для бобовых, тыквенных, астровых. Рассмотрим данный тип строения семян на примере фасоли обыкновенной (набухшие в воде семена) (рис. 24).
Рис. 24. Строение семени фасоли обыкновенной:
1 – зародышевый корешок; 2 – микропиле; 3 – рубчик;
4 – семенной шов; 5 – семенная кожура; 6 – почечка;
7 – зародышевый стебелек; 8 –семядоли
Снаружи семя покрыто толстой семенной кожурой. Она может быть различной окраски. На внутренней вогнутой стороне семени расположены рубчик, микропиле и семенной шов.
Рубчик – это место прикрепления семени к семяножке.
Микропиле – отверстие, через которое вода и газы поступают внутрь семени. Микропиле расположено рядом с рубчиком, на одной линии.
Семенной шов – это след от срастания семязачатка с семяножкой. Он расположен с противоположной от микропиле стороны и тоже примыкает к рубчику.
Под семенной кожурой находится зародыш. Различают следующие его части:
– две крупные семядоли почковидной формы; они являются зародышевыми листочками, где отложились в запас питательные вещества;
– зародышевый корешок ;
– зародышевый стебелек ;
– почечка , прикрытая зародышевыми листочками.
Семя фасоли не имеет эндосперма, так как запасные вещества находятся в семядолях. Оно состоит из семенной кожуры и зародыша.
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 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, семечко подсолнечника 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 обыкновенной фасоли. 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 семян 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 генеративные органы 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.
Именно с семени начинается жизнь многих растений. Миниатюрная ромашка или раскидистый клен, ароматный подсолнечник или сочный арбуз - все они выросли из маленькой семечки.
Что такое семя
Семя представляет собой генеративный орган. Кроме функции полового размножения, оно выполняет важную функцию расселения растений. Распространяясь при помощи ветра или животных, именно семена растений прорастают и осваивают новые территории. Такую способность обусловливает растения.
Внешнее строение семени
В результате процесса оплодотворения образуются которых обусловливает выполняемые функции.
Размер семян различных растений варьируется в значительных пределах: от миллиметровых семян мака до полуметровых у сейшельской пальмы.
Форма семян также разнообразна, но чаще она округлая. Обычно которых является типичным, служат примером изучения данного генеративного органа.
Кожура семени сформирована из покровов семязачатка. Это надежная защита семени от недостатка влаги и опасных факторов окружающей среды.
Защитный покров может быть окрашен в разные цвета. Рассматривая вогнутую сторону семени, легко заметить углубление, которое является следом от семяножки. До формирования плода она соединяла семя с околоплодником.
Внутреннее строение семени
Вторая важнейшая часть каждого семени - зародыш. Он является предшественником будущего листостебельного растения, поэтому состоит из его миниатюрных частей. Ними являются зародышевый корешок, почечка и стебелек. Запас питательных веществ зародыша находится в семядолях. Встречается в природе и другой план строения семян, когда зародыш находится внутри эндосперма. Это и есть запас питательных веществ.
Созревшие семена могут длительное время находиться в состоянии покоя, что дает им преимущества перед спорами, которые прорастают сразу после созревания и гибнут, если нет необходимых для развития условий.
В природе достаточно разнообразны представлены все органы, в том числе и семена. Строение обусловливает их классификацию. Семена, в которых находятся в эндосперме, называют белковыми. Другой тип семян называют безбелковыми.
Состав семян
Исследования показали, что все семена состоят из органических веществ, большую часть которых занимает растительный белок или клейковина. Больше всего этого вещества содержися в злаковых растениях, из которых изготавливаю муку и выпекают хлеб.
Также в семенах находится жир и углевод крахмал. Процентное содержание этих веществ варьируется в зависимости от вида растения. Так, семена подсолнечника богаты маслами, зерновки пшеницы - крахмалом.
Кроме белков, жиров и углеводов семена содержат и неорганические вещества. Это прежде всего вода, необходимая для развития будущего растения, и минеральные соли.
Независимо от количества, каждое вещество имеет свое значение для развития и роста семян и является незаменимым.
Семена однодольных и двудольных растений
Наличие семян характерно только для определенной систематической группы растений - семенных. В свою очередь, они объединены в две группы: Голосеменные и Покрытосеменные. Семена растений расположены на чешуйках шишек без покрытия. Поэтому они имеют такое название. В феврале на голый снег выпадают семена, строение которых не предусматривает дополнительной защиты зародыша от неблагоприятных условий.
Гораздо больше шансов прорасти имеют семена покрытосеменных растений. Представители этой группы занимают господствующее положение благодаря наличию плодов, которые защищают их семена. Строение каждого плода обеспечивает надежную защиту от холода и питание зародыша.
Принадлежность растения к определенной группе легко определить. Рассмотрев строение однодольного семени, например, зерновку пшеницы, можно убедиться в наличии только одной семядоли. Проросток такого семени образует один зародышевый листок.
Совсем по-другому устроены семена фасоли. Строение их характерно для семян двудольных растений: две семядоли в зародыше семени и два Кроме строения зародыша, есть и другие признаки, определяющие группу растений. Это тип корневой системы, наличие камбия, строение и жилкование листьев, форма листьев. Но строение семени является определяющим признаком.
Прорастание семян
Наверняка, у каждого дома хранится множество семян. Фасоль, горох, чечевица, семечки подсолнечника, и даже пшеница - частые гости на кухне. Но почему же они не образуют проростки? Ответ прост: для их прорастания необходимы определенные условия. Самым главным из них является вода. При ее проникновении семя набухает и в несколько раз увеличивается в объеме, а питательные вещества эндосперма зародыша растворяются. В таком состоянии они становятся доступными для клеток живого зародыша.
Важными условиями прорастания также являются доступ кислорода, солнечного света, оптимальная температура воздуха. Обычно она выше 0 градусов. Но семена озимых злаковых специально обрабатывают холодом, а отрицательная температура является необходимым условием развития их семян.
Роль семян в природе и жизни человека
Семена имеют большое значение как для самих растений, так для животных и человека. Для растений они являются средством размножения и расселения по земной поверхности. Имея запас крахмала, жира и белка, семена служат прекрасным питательным кормом для животных и птиц. Для человека они также являются пищевым продуктом. Невозможно представить жизнь людей без хлеба, изготовленного из семян злаковых или без растительного масла из семян подсолнечника и кукурузы. Да и успех будущего урожая во многом зависит от качества посевного материала.
Семенные растения являются самыми высокоразвитыми, сложными по строению, процессам жизнедеятельности, и занимают господствующее положение в растительном мире. Такого развития они достигли именно благодаря наличию важных генеративных органов - семян.
Семена служат для полового размножения растений. Хорошо то, что потомство получает генетический материал от двух разных особей. Становятся возможными комбинации генов, что ведет к большему разнообразию, чем бесполое размножение. Одной из главных задач любой особи является сохранение потомства, его защита и кормление. Рассмотрим строение семени растения более подробно, чтобы увидеть, как выполняются эти функции.
Строение семени
Покрытосеменные растения отличаются наличием семенной кожуры. Кожура защищает зародыш от высыхания и других воздействий окружающий среды. Она бывает тонкая (горох, фасоль) или толстая (абрикос, вишня).
Запас питательных веществ – он необходим для получения всех необходимых для роста и развития веществ. Они будут использоваться до тех пор, пока растение не вылезет из земли и не сможет использовать солнечный свет для фотосинтеза – самостоятельного питания.
Ткань, в которой располагаются питательные вещества, называется эндосперм. Он состоит из крупных клеток, которые содержат крахмал, белки и масла.
Зародыш – это будущее растение, который находится еще в зачаточном состоянии, но у него уже есть:
- зародышевый корешок;
- почечка;
- стебелек.
У покрытосеменных в эндосперме содержатся специальные гормоны (цитокины), регулирующие рост и развитие отдельных частей зародыша.
Но у некоторых групп растений (например, у орхидных) строение семени растения отличается от остальных: маленький зародыш еще не имеет дифференцированных органов. Они развиваются уже после прорастания.
Кроме зародыша в семени располагаются семядоли. Одна или две, в зависимости от того, какое перед нами растение: однодольное или двудольное.
В семени однодольного растения зародыш располагается у основания семени, отделяясь от эндосперма при помощи видоизмененной семядоли (щиток). А во время прорастания она не выносится на поверхность почвы, росток вылезает из земли уже без семени.
Примером однодольного растения может служить пшеница.
Строение семени растения у двудольных немного другое: зародыш сидит между семядолями. При прорастании они выносятся из земли на макушке ростка. Конечно, после они отваливаются, открывая верхушку растения.
Яркий представитель двудольных – фасоль.
Функции семени
Важно помнить, что семена – результат длительной эволюции растений. И в течение многих лет они успешно выполняют все свои функции:
- защита зародыша — чтобы потомство не погибло от влияния окружающей среды, плотная кожура способна выдержать перепады температуры и влажности;
- питание будущего растения – эндосперм несет в себе все необходимые вещества для развития зародыша;
- распространение – семена могут иметь достаточно замысловатую форму для полета на большие расстояния, либо быть окруженными мякотью, чтобы животные служили «транспортом» для растений.
Строение семян — видео