Семя. строение и классификация семян

В нашей статье мы рассмотрим строение семени. Яблони, пшеница, бобы, капуста, подсолнечник... Перечислить все растения, которые размножаются с помощью семян, просто невозможно! Ведь их общее количество составляет более 300 тысяч видов. Благодаря каким особенностям строения они заняли господствующее положение в системе растительного мира?

Споры и семена: найди отличия

Грибы, бактерии, водные растения и первые "выходцы" на сушу размножаются с помощью других специализированных структур. Они называются спорами. Это клетки овальной или эллиптической формы. Они состоят из двойной оболочки, цитоплазмы, хромосом и аппарата для синтеза белка.

В чем же преимущество семян по сравнению со спорами? Прежде всего последние являются многоклеточными структурами. Каждый из нас знаком со строением семени яблони. Снаружи оно покрыто не оболочкой, а кожурой. Это увеличивает степень защиты внутреннего содержимого.

Семя содержит запас питательных веществ, необходимых для развития будущего растительного организма. Цитоплазма спор лишена их. Такие черты строения обеспечивают семенным растениям большую жизнеспособность.

Общий план

Изучите строение семени яблони, тыквы или фасоли - и вы убедитесь, что все они имеют общий план. Обязательными частями являются кожура, зародыш и эндосперм.

Формируется семя в результате процесса оплодотворения. У Голосеменных растений этот процесс происходит в видоизменениях побега - шишках. Их семена развиваются на чешуйках голо, или открыто. Отсюда и происходит название данной группы растений.

Характерной чертой Цветковых, или Покрытосеменных растений, является двойное оплодотворение. Впервые этот процесс был описан русским эмбриологом и цитологом Сергеем Навашиным.

Мужские гаметы, или пыльца, находятся в тычинках цветка. А вот в завязи пестика, которая является его самой расширенной частью, формируются сразу две специализированные клетки. Это женская гамета и центральная зародышевая. В процессе оплодотворения принимают участия два спермия. Первый оплодотворяет яйцеклетку. В результате этого образуется зародыш. Второй спермий сливается с центральной зародышевой клеткой. Так формируется эндосперм - запас веществ, необходимых для развития.

Семенная кожура

Если визуально рассматривать строение семени яблони, то можно невооруженным глазом увидеть, насколько плотным является его покров. Его происхождение возможно двумя путями. В первом случае это результат развития покровов семязачатка, во втором - разрастания его базальной части, халазы.

Практически на каждом семени можно заметить небольшой рубчик. Откуда он может появиться? Он остается на месте прикрепления к семяножке, которую еще называют фуникулюсом.

Эндосперм

Строение семени яблони демонстрирует, что зародыш погружен в особую питательную ткань. Это и есть эндосперм. Его крупные клетки богаты органическими веществами: белками, липидами, полисахаридами. В семенах разных растений количество данных веществ может варьировать. К примеру, злаки богаты крахмалом, но в них практически отсутствуют липиды. А вот семена кунжута, подсолнечника, льна, арахиса - настоящий кладезь масел - растительных жиров. Человек издавна использует их в своей хозяйственной деятельности.

Зародыш

Эта часть семени развивается непосредственно при слиянии половых клеток. Зародыш, или эмбрион, в основном состоит из клеток образовательной ткани. Они молодые, постоянно делятся, способны к дифференциации. Это значит, что из них образуются клетки любых тканей.

Злаковые, Луковые, Лилейные - это названия семейств Однодольных растений. Они имеют одну семядолю в зародыше семени, мочковатую корневую систему в виде пучка, простые листья с параллельным или дуговым типом расположения жилок. Поскольку у Однодольных в стебле отсутствует камбий, среди них встречаются только травы.

Зародыш содержит все части будущего растения, только в миниатюре. Это корешок, почечка, стебелек и листья. Во время проращивания можно в развитии изучить строение семени. У яблони, тыквы или подсолнечника на поверхности появятся по два зародышевых листочка. Для них также характерно наличие простых или сложных листьев с сетчатым жилкованием, боковой образовательной ткани - камбия. Корневая система таких растений стержневая. Наличие двух семядолей - особенность строения семян яблони и тыквы.

Рисунок: биология и физиология растений

Для прорастания семян и развития зародыша необходимы определенные факторы. Ведь у некоторых растений семена могут храниться и не портиться продолжительное время. В чем же секрет? Естественно, в наличии условий. Прежде всего необходима вода. Дело в том, что питательные вещества эндосперма могут растворяться только в жидкости. Под ее влиянием семена начинают набухать, а их кожура - разрываться. Первым начинает развиваться зародышевый корешок, за ним - стебель.

Доступ воздуха также необходим развивающемуся растению, поскольку ткани нуждаются в кислороде для осуществления дыхания. Важно учитывать и температурный режим. Но этот фактор достаточно индивидуален. Для растений умеренных широт комфортной для прорастания семян температурой является + 10, 12 градусов. А вот озимая пшеница при таких условиях не даст урожая. Ее семена начнут прорастать при +1, 2 градусах тепла.

Надеемся, теперь каждый сможет и нарисовать строение семени яблони, и сделать вывод об общих чертах строения этого генеративного органа растений. Его составными частями являются зародыш, эндосперм и кожура. Каждая из них выполняет определенные функции, которые в совокупности обеспечивают развитие растения из семени.

Семя, наверное, самый маленький орган растения, но именно ради образования семени растения цветут и образуют плоды. Из маленького семени вырастают могучие дубы и яркие астры, вкусные арбузы и горькая полынь. Насколько разнообразны растения на Земле, настолько же многообразны и их семена. Однако общий план строения и функции, которые семена выполняют, у всех видов одинаковы.

Семена цветковых растений

Среди семенных растений цветковые растения - наиболее развитые и сложные по строению и размножению представители царства растений. Они размножаются семенами и расселяются по Земле с помощью семян. С семени цветковое растение начинает свою жизнь.

Попав в благоприятные условия, семя прорастает. При этом из семени вначале появляется корень, затем маленький побег. Такое молодое растеньице называют проростком. Спустя некоторое время у него развиваются облиственные побеги, а позже цветки, плоды и семена. Иначе говоря, из семени вырастает новое растение, очень похожее на материнское. Семя считают органом полового размножения растения.

Семя - орган полового размножения и расселения растений.

Снаружи у семян имеется плотный покров - кожура . Главная функция семенной кожуры - защита семени от повреждений, высыхания, проникновения болезнетворных организмов и от преждевременного прорастания.

У одних растений семенная кожура плотная, но тонкая, у других она деревянистая, толстая и очень твердая (у сливы, миндаля, винограда и др.).

На кожуре есть рубчик - след от места прикрепления семени к стенке плода. Рядом с рубчиком находится маленькое отверстие - семявход . Через семявход внутрь семени проникает вода, после чего семя набухает и прорастает.

Кожуру трудно снять с сухого семени. Но когда оно наберет через семявход воду и набухнет, кожура лопнет, ее легко снять, и тогда обнаружится внутреннее строение семени. Внутри семени под кожурой находится зародыш - маленькое новое растение.

У одних растений (фасоль, тыква, яблоня и др.) зародыш крупный, и его можно увидеть, если снять кожуру с семени. У других (перец, фиалка трехцветная, ландыш, лук и др.) зародыш очень мал, он лежит в семени, окруженный эндоспермом (от греч. эндон - «внутри», сперма - «семя») - особыми клетками, в которых содержится много запасных питательных веществ. В таких семенах кожура окружает не зародыш, а эндосперм, внутри которого находится зародыш растения.

Эндосперм - запасающая ткань семени.

Эндосперм представлен крупными клетками, целиком заполненными питательными веществами в виде крахмала, белков и различных масел. Все эти вещества служат зародышу первым источником питания при прорастании семени.

Зародыш нового растения в семени имеет две хорошо различимые части: зародышевый побег и зародышевый корень .

Зародышевый побег представлен зародышевым стеблем, семядолями (первые листья) и зародышевой почкой . Например, у фасоли, тыквы, яблони и огурца в зародыше всегда имеются две крупные мясистые семядоли, а у пшеницы, кукурузы, тюльпана и ландыша - только одна семядоля.

Цветковые растения, имеющие зародыш семени с одной семядолей, называют однодольными , а с двумя - двудольными .

Семена однодольных и двудольных растений, получив через семявход воду, набухают и прорастают. При этом через разрывы кожуры из семени выходит сначала зародышевый корень. Он быстро растет вниз, опережая рост других органов зародыша, и закрепляет молодое растеньице в почве. Затем начинает расти вверх зародышевый побег. Его стеблевая часть удлиняется и выносит вверх семядоли и верхушечную почку. Из нее затем развивается надземный побег с настоящими зелеными листьями. При прорастании семени появляется молодое растеньице - проросток. От воды набухают все семена - и живые, и неживые, потерявшие всхожесть.

Проросток вырастает только из семян с живым зародышем.

Проросток любого семенного растения состоит из главного корня и главного побега . Их называют главными потому, что они развились из зародышевого корешка и зародышевого побега.

Позднее главный корень ветвится. Совокупность всех корней растения называют корневой системой (система - целое, состоящее из взаимосвязанных частей).

Аудиофрагмент "Семя" (1:42)

Интерактивный урок-тренажёр. (Выполните все задания урока)

Семена имеют кожуру, зародыш и многие - эндосперм. Зародыш состоит из зародышевого корня и зародышевого побега-стебля с двумя семядолями и верхушечной почкой (у двудольных) или с одной семядолей и верхушечной почкой (у однодольных). При поступлении воды в живое семя оно набухает и прорастает. Тело проростка состоит из главного корня и главного побега.

СЕМЯ

Семя - орган полового размножения и расселения растений, развивающихся в основном из оплодотворенного семязачатка. Развитие зародыша и семян после двойного оплодотворения получило название «амфимиксис» (от греч. amphi - с обеих сторон). Развитие зародыша и семян может происходить и без оплодотворения - апомиксис. В результате апомиксиса при мегаспорогенезе мейоз не происходит, поэтому все клетки зародышевого мешка диплоидны. Зародыш может образоваться из яйцеклетки (партеногенез), из любой другой клетки зародышевого мешка (апогамия), из клеток нуцеллуса и т.д. Апомиксис часто встречается у представителей семейств розовых, рутовых, пасленовых, астровых, мятликовых.

Семя состоит из зародыша, эндосперма, семенной кожуры. Зародыш - это миниатюрный спорофит, являющийся основной частью

семени. В нем различают 3 зародышевых органа: зародышевый корешок, зародышевый стебелек с зародышевой почкой и зародыше- вые листья (семядоли). Зародышевый побег представлен осью (зародышевым стебельком) и семядольными листьями, или семядолями: 2 - у двудольных и 1 - у однодольных растений (у зародыша однодольных намечаются зачатки 2 семядолей, но одна из них не получает дальнейшего развития). Участок стебелька в зародыше выше семядолей называется эпикотилем, или надсемядольным коленом, ниже семядолей - гипокотилем, или подсемядольным коленом.

Семенная кожура обычно многослойна и присутствует у семени всегда. Ее главная функция - защита зародыша от чрезмерного высыхания; она также предохраняет зародыш от преждевременного прорастания. При прорастании первые порции воды проникают внутрь семени через отверстие в семенной кожуре - микропиле.

Эндосперм обычно состоит из округлых клеток запасающей ткани. Это могут быть зерна крахмала или капли жирного масла, нередко в сочетании с запасными белками. Вещества эндосперма гидролизуются при набухании семян под действием ферментов и поглощаются зародышем в процессе прорастания; после этого его клетки разрушаются.

Виды семян

Различают 4 типа семян: 1) с эндоспермом; 2) с эндоспермом и периспермом; 3) с периспермом; 4) без эндосперма и перисперма.

Семена двудольных без эндосперма. К этой категории относят семена бобовых, тыквенных, сложноцветных, крестоцветных, дуба, березы, клена и др. На рисунке 4.15 представлено строение семени и зародыша тыквы (Cucurbita реро). Под плотной кожурой находится плоский зародыш с крупными семядолями, в тканях которых сосредоточены запасы питательных веществ. Эндосперм отсутствует - он «съеден» в процессе созревания семени. На семядолях заметно зачаточное жилкование. Ось зародыша небольшая, обращенная корневым полюсом к микропиле; на этом же конце семени находится рубчик. Зародышевая почечка выражена слабо: на конусе нарастания побега еле заметны листовые бугорки - зачатки следующих за семядолями листьев.

Обычный учебный объект - семена бобовых. На рисунке 4.16 изображены детали строения зрелого семени фасоли, где эндосперма нет и запасающими органами являются крупные, сильно утолщен-

Рис. 4.16. Семена двудольных: клещевины (c эндоспермом); фасоли, тыквы (без эндосперма): А - клещевина: а - внешний вид семе- ни; б - продольный разрез в плоскости семядолей зародыша; в - продольный разрез, перпендикулярный плоскости семядолей; г - изолированный и полуразвернутый зародыш;

Б - фасоль: а - вычлененный зародыш; б - расчлененный зародыш; в - схема зародыша в выпрямленном виде);

В - тыква: а, б - продольный разрез семени во взаимно перпендикулярных плоскостях; в - вычлененный зародыш;

1 - присеменник; 2 - семенная кожура; 3 - зародыш; 4 - эндосперм; 5 - семядоли; 6 - гипокотиль; 7 - эпикотиль; 8 - зародышевый корешок; 9 - почечка

ные семядольные листья зародыша. Хорошо развита зародышевая почечка с эпикотилем - 1-м междоузлием побега. Зародыш фасоли (и других бобовых) вследствие неравномерного разрастания оси сильно согнут. Если мысленно выпрямить его ось и семядоли, получится схема, ничем не отличающаяся от схемы прямого зародыша тыквы и др. Согнутый или спирально закрученный зародыш иногда с разнообразно сложенными в складки семядолями имеется у многих двудольных, в том числе у крестоцветных (капуста, редис и др.).

Семена двудольных с эндоспермом. Между семядолями находится конус нарастания побега; почечка еще не сформирована (у семени клещевины) (см. рис. 4.16).

Семена двудольных с периспермом и эндоспермом. Иногда, помимо эндосперма, в семенах развивается запасающая ткань иного происхождения - перисперм, возникающая из нуцеллуса семязачатка и лежащая под кожурой. Функционально эндосперм и перисперм равноценны, хотя морфологически имеют разное происхождение: они аналоги, но не гомологи (у семени свеклы) (рис. 4.17).

Например, в семени перца черного (Piper nigrum) маленький двусемядольный зародыш погружен в небольшой эндосперм, а кнаружи от него располагается мощный перисперм (см. рис. 4.17). Иногда эндосперм в зрелом семени поглощается полностью, а перисперм остается и разрастается, как у гвоздичных, лебедовых (например, у звездчатки, куколя, свеклы).

Рис. 4.17. Семена двудольных растений с периспермом: А - плодик перца черного; Б - незрелое семя свеклы (виден эндосперм, который потом исчезает); 1 - зародыш; 2 - эндосперм; 3 - семенная кожура; 4 - перисперм; 5 - околоплодник

Семена однодольных с эндоспермом. К этой категории принадлежит преобладающее большинство семян однодольных. Один из самых наглядных примеров типичного строения семени однодольных - семя ириса, или касатика (любого вида, дикорастущего или культурного). На рисунке 4.18 изображено строение семени желтого водяного ириса (Iris pseudacorus). Крупные уплощенные семена со- зревают в плоде-коробочке и одеты плотной коричневой кожурой. Внутренний слой кожуры обычно отстает от наружного, образуя воздушную камеру. Это способствует увеличению плавучести семян, распространяемых с током воды. Большую часть объема семени занимает эндосперм, богатый маслами и белками. В него погружен палочковидный прямой зародыш. Зачаток корешка обращен кончиком к микропиле; он переходит в прямой гипокотиль, оканчивающийся меристематическим апексом (верхушкой) побега, смещенным вбок. Семядоля цилиндрическая; ее нижняя часть представляет собой влагалище, охватывающее конус нарастания со всех сторон и прикрывающее его. Функция влагалища семядоли - защита точки роста. Очень похожи на зародыш ириса зародыши многих представителей лилейных - центрального семейства однодольных, например лука репчатого (Allium сера).

Рис. 4.18. Семена однодольных растений с эндоспермом (А - ирис) и без эндосперма (Б, В - частуха подорожниковая): А - ирис; Б, В - частуха подорожниковая (Б - незрелое семя, виден остаток эндосперма, В - зрелое, без эндосперма);.

У незрелого семени частухи (Б) виден остаток эндосперма, у зрелого семени (В) эндосперм исчезает; 1 - воздушная полость; 2 - семенная кожура; 3 - эндосперм; 4 - зародыш; 5 - почечка; 6 - семядоля; 7 - околоплодник

Семена злаков. Строение семени злаков (семейство Роасеае) до- вольно своеобразно (рис. 4.19). Зародыш в плоде-зерновке соприкасается с эндоспермом одной стороной, а не окружен его тканью, как у большинства других однодольных. Вследствие такого расположения семядоля злаков имеет форму плоского щитка, прижатого к эндосперму. Всасывающая функция щитка обеспечивается сильно специализированными клетками его поверхностного слоя. В отличие от большинства однодольных почечка зародыша злаков обычно довольно сильно развита, имеет несколько листовых зачатков. Наружный колпачковидный листок почечки называется колеоптилем. Гипокотиль у злаков недоразвит; зародышевый корешок окружен специальным многослойным чехлом - колеоризой, которая при прорастании набухает, на ее поверхности развиваются всасывающие во- лоски, корень пробивает ткань колеоризы, чтобы выйти наружу, в почву. Функциональное значение частей зародыша злаков в общем понятно: защита меристематических конусов нарастания колеоптилем и колеоризой, в то же время существуют весьма противоречивые гипотезы о происхождении и морфологической природе большинства зародышевых органов злаков.

Зародыш у злаков имеет структуру гораздо более сложную и специализированную, чем у большинства других однодольных, и поэтому не может считаться эталоном для всего этого класса.

Семена однодольных без эндосперма. Семя имеет форму подковы, под тонкой кожурой находится зародыш, сосредоточивший в семядоле все запасы, поглощенные им в ходе созревания семени; эндосперм им уже «съеден». Примером могут служить семена широко распространенных полуводных растений стрелолиста (Sagiltaria) и частухи подорожниковой (Alisma plantago-aquatica) (см. рис. 4.18), а также полностью погруженных в воду видов рода Рдест (Potamogeton).

Прорастание семян

Цветковые растения размножаются семенами, созревающими внутри плода. Однако во многих случаях (например, если плоды су- хие односеменные) семена распространяются, не отделяясь от околоплодника. В таких случаях посевным материалом оказываются не семена, а плоды или их части. Если плоды срастаются между собой, посевной материал морфологически представляет собой соплодие.

Для прорастания семян (многие плодовые и дикорастущие древесные) обязателен период пониженных температур. Для более быстрого

проращивания в условиях культуры семена таких растений подвергают стратификации - длительному выдерживанию при низкой температуре, во влажной среде и при хорошей аэрации. Иногда покровы семени бывают водонепроницаемыми (твердосеменные бобовые или косточковые плодовые). Такие семена подвергают скарификации (искусственное нарушение целостности покровов семени перетиранием, надрезанием, пропусканием через металлические щетки).

Прорастанию семени предшествует его набухание - процесс, связанный с поглощением большого количества воды и обводнением тканей семени. Одновременно с поглощением воды активизируются ферменты, которые переводят запасные вещества семени в легкоусвояемую, доступную для зародыша форму.

Для прорастания семян необходимы вода (ткани зрелых семян сильно обезвожены), кислород для дыхания, определенная темпера- тура, а иногда и свет. Прорастание семян - это переход их от со- стояния покоя к росту зародыша и формированию проростка.

На первых этапах развития проросток питается органическими веществами, запасенными в семени, т.е. гетеротрофно. С появле- нием 1-го срединного листа проросток превращается в сеянец, который начинает самостоятельно синтезировать органические вещества. Однако некоторое время он еще продолжает пользоваться запасами

Рис. 4.19. Зерновка пшеницы:

с хема продольного разреза зерновки пшеницы; 1 - покровы зерновки; 2 - эндосперм; 3 - щиток; 4 - почечка; 5 - эпибласт; 6 - главный корень

Рис. 4.20. Схема надземного и подземного прорастания двудольных растений:

А - начало прорастания семени; Б, В - этапы надземного прорастания; Г, Д - этапы подземного прорастания; 1 - семядоли; 2 - гипокотиль (выделен черным цветом); 3 - главный корень; 4 - эпикотиль; 5 - при- даточные корни; 6 - боковые корни; 7 - чешуевидные листья

семени, т.е. питание его на этом этапе смешанное. И только позже сеянец полностью переходит к автотрофному питанию.

Прорастание бывает надземным и подземным. При надземном прорастании (рис. 4.20) семядоли выносятся на поверхность, зеле- неют и становятся первыми ассимилирующими листьями. Вынос семядолей над почвой у двудольных чаще происходит за счет удлинения гипокотиля (фасоль, тыква, клен) либо в результате разрастания черешков семядолей (аконит). Гипокотиль, выйдя на поверхность, выпрямляется и вытаскивает семядоли. При надземном прорастании однодольных (лук, вороний глаз) выход семядоли на поверхность иной: за счет вставочного роста основания самой семядоли, которая петлеобразно изгибается, и при отсутствии роста гипокотиля.

При подземном прорастании семядоли, как правило, сморщиваются и отмирают, не выходя на поверхность, остаются в почве и служат вместилищем запасных питательных веществ либо гаусторием, передающим их из запасающих тканей проростку (горох, дуб, настурция, пшеница, кукуруза), а первыми ассимилирующими листьями становятся следующие за семядолями настоящие листья (см. рис. 4.20). При подземном прорастании рост гипокотиля ограничен, и побег сразу начинает расти вверх.

Семя - генеративный орган

Функции семени. Семя - высокоспециализированный орган размножения и расселения растений по земной поверхности. Кроме того, проявляя повышенную устойчивость к неблагоприятным внешним условиям, семя обеспечивает сохранение растений на занятой ими территории в экстремальных условиях. При наступлении благоприятных условий (тепло, влага, воздух) семя прорастает и дает начало новому растению.

Строение семени. Семя - орган сложный; условно можно выделить следующие его части: зародыш, запасающая ткань (ткани), кожура. Возможно отсутствие в созревшем семени специальной запасающей ткани. В этом случае запасные вещества накапливаются в клетках зародыша и чаще в его семядолях, первых зародышевых листьях. Зародыш - миниатюрное растение с вегетативными органами: зародышевым побегом (зародышевый стебель, семядоли, зародышевая почка) и зародышевым корнем.

Рис. 1. Строение зерновки пшеницы

1 - околоплодник сросшийся с кожурой; 2 - эндосперм; 3 - алейроновый слой; 4 - зародыш; 5 - корешок; 6 - почечка; 7 - стебелек; 8 - щиток; 9 - конус нарастания

Запасные вещества в клетках эндосперма (запасающая ткань) или в клетках семядолей представлены жирами, белками, углеводами, органическими кислотами, минеральными соединениями. Воды в созревшем семени очень мало (до 12% общей массы), что при замедленном обмене веществ повышает его устойчивость к неблагоприятным климатическим воздействиям. Кожура семени (она обычно состоит из нескольких слоев клеток) защищает зародыш от механических повреждений, от проникновения микроорганизмов и других неблагоприятных воздействий внешней среды.

Значение кожуры в распространении семян. Повышенная стойкость кожуры к пищеварительным ферментам обеспечивает сохранность семян в пищеварительной системе животных, поедающих сочные плоды. Выбрасывая непереваренные остатки пищи, животные распространяют таким образом семена. Благодаря клейкой и слизистой поверхности кожуры семена прилипают к шерсти животных, обуви, платью человека, что становится условием распространения таких растений. Волоски на кожице кожуры способствуют распространению семян ветром (семена ивы, иван-чая). Сочные клетки с запасными веществами на поверхности семени привлекают птиц (семена граната, магнолии) и насекомых (семена копытня, хохлатки), которые становятся их распространителями.

Условия прорастания семян и формирования проростка. Прорастание семян возможно при наличии воды, воздуха (кислорода) и благоприятных для роста температурных условий. Принято различать семена с надземным и подземным прорастанием. Выражение «надземное и подземное прорастание семян» не следует понимать в буквальном смысле слова. Надземным называют такое прорастание семян, когда в воздушную среду выносятся семядоли. Они зеленеют и принимают участие в воздушном питании: поглощает из воздуха углекислый газ и образуют в хлорофиллоносных клетках органическое вещество на основе энергии солнечного света. Таково прорастание семян у огурцов, капусты, липы, клена. При подземном прорастании семян семядоли остаются в почве (например, у пшеницы, дуба, гороха, настурции).

Побег - вегетативный орган. Побеговые системы

Части побега. Побег - сложный орган, состоящий из стебля, листьев, почек. У стебля есть узлы и междоузлия. Узел - участок стебля, на котором находится лист (листья) и почка (почки). Участок стебля между соседними узлами представляет собой междоузлие. Угол, образованный листом и стеблем выше узла, называют листовой пазухой. Почки, занимающие боковое положение на узле, в пазухе листа, называют боковыми или пазушными. На верхушке стебля находится верхушечная почка.

Разнообразие побегов по происхождению. Способность побега к образованию новых дочерних побегов из пазушных почек называют боковым ветвлением. В результате формируется система побегов. Различают главный, боковой, придаточный побеги. Начало главному побегу дает почка зародыша; это первый побег, который появляется при прорастании семени. Боковой побег формируется из боковой, или пазушной, почки. Придаточному побегу дает начало придаточная почка, которая закладывается на листе, междоузлии, корне. Положение побега в пространстве. По положению в пространстве побеги могут быть прямостоячими (например, у щавеля конского), ползучими (клевер ползучий), меняющими направление роста, например от горизонтального к вертикальному (живучка ползучая), вьющиеся вокруг опоры (вьюнок полевой), цепляющиеся за опору (горох посевной).

Функции стебля

Стебель - осевая часть побега - выполняет ряд функций. Опорная функция - это опора для листьев, почек, генеративных органов; проводящая - поступление растворов питательных веществ по проводящим тканям стебля от листьев ко всем органам и из корней к надземным органам; синтетическая - участие зеленых стеблей в образовании органических веществ из неорганических при использовании энергии солнечного света; запасающая - накопление запасных веществ в тканях стебля; функция газообмена осуществляется через специальные образования в покровной ткани - устьица в кожице и чечевички - в пробке.

Строение стебля

На поперечном срезе стебель может быть округлым (облепиха), ребристым (морковь), четырехгранным (крапива), трехгранным (осока) и т. д. При рассмотрении под микроскопом тонких поперечных срезов стебля можно изучить его строение на клеточном уровне. На поверхности трехлетнего стебля липы еще сохраняется кожица - первичная покровная ткань. Но уже в первый год жизни побега под кожицей закладывается пробковый камбий (боковая меристема), который, делясь, порождает пробку (вторичную покровную ткань). Пробка более надежно защищает внутренние ткани стебля от высыхания, механических повреждений, проникновения болезнетворных микроорганизмов и т. д.

Под вторичной покровной тканью находятся основные ткани - слои колленхимы (механическая ткань), которые граничат с тонкостенными клетками паренхимы. Внутренний слой основной ткани - это крахмалоносное влагалище (в его клетках долго сохраняются крахмальные зерна). Перечисленные основные ткани образуют первичную кору стебля. Первичная кора прилегает к лубу - проводящей ткани, которая состоит из ситовидных трубок с клетками-спутницами, паренхимы и волокон. Ситовидная трубка образована живыми клетками (члениками трубки), на поперечных стенках которых имеются многочисленные отверстия; они делают оболочку похожей на сито. Отсюда и название трубки. Одна из особенностей клеток трубки - отсутствие в них ядра, которое исчезает по мере превращения меристематических клеток в членики трубки. По ситовидным трубкам идет ток растворов органических веществ от листьев ко всем частям растения.

Вовнутрь от луба, ближе к центру стебля, находится древесина - проводящая ткань, у которой собственно проводящими элементами являются сосуды (серия мертвых клеток, члеников сосуда, расположенных друг под другом; на поперечных стенках клеток - отверстия) и трахеиды (удлиненные мертвые клетки). Кроме них в древесине есть паренхима и волокна.

Между лубом и древесиной находится камбий - один слой клеток боковой образовательной ткани. Деление клеток обусловливает рост стебля в толщину. При этом древесины прирастает больше, чем луба. Прирост древесины по толщине стебля за год называют годичным кольцом. По годичным кольцам можно подсчитать возраст спиленного дерева (или отдельной его ветви). В центре стебля - сердцевина, выполненная клетками основной ткани (паренхимы).

Лист, его строение и функции

Лист занимает боковое положение на стебле и расчленен на пластинку, черешок, основание, прилистники. Лист называют простым, если у него одна пластинка, при этом отсутствует сочленение между нею и черешком, или сложным, если пластинка одна или несколько, но каждая из них имеет сочленение с черешком. Сложный однолисточковый лист, например, у мандарина, трехлисточковый - у клевера, пальчатый - у люпина, непарноперистый - у рябины, парноперистый - у гороха. Пластинку простого или пластиночку (листочек) сложного листа характеризуют, учитывая ее очертание (округлая, линейная, яйцевидная и т. д.), форму края (ровный, зубчатый, пильчатый и т. д.), форму жилкования (перистосетчатое, пальчатосетчатое, параллельное, дуговидное). Жилки - это проводящие пучки, пересекающие «мякоть» листа в разных направлениях.

Пластинка листа (как и весь лист) сверху и снизу покрыта кожицей, или эпидермой. Клетки эпидермы плотно прилегают друг к другу. Наружные их стенки (особенно у клеток верхней стороны листа) утолщены и пропитаны жироподобными веществами (кутином, воском), которые, выступая на поверхность, образуют кутикулу. Защитная функция кожицы усиливается и в результате развития волосков: кроющих, секретирующих, жгучих. Связь внутренних тканей органа с внешней средой осуществляется через устьичные щели кожицы, окаймленные замыкающими клетками устьиц. При недостатке воды днем устьица закрываются, что предохраняет растение от потери воды при испарении ее клетками внутри листа. Закрыты устьица обычно и ночью.

Рис. 2. Строение листа камелии японской (Camelia japonica)

1 - верхняя эпидерма, 2 - столбчатая паренхима, 3 - губчатая паренхима, 4 - клетка с друзой, 5 - склереида, 6 - проводящий пучок, 7 - нижняя эпидерма, 8 - устьице

Под верхней кожицей находится палисадная (или столбчатая) хлорофиллоносная ткань. В клетках этой ткани осуществляется синтез органического вещества (сахара) из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием энергии солнечного света. Энергия солнечных лучей улавливается пигментами хлоропластов (хлорофилл, каротин, ксантофилл). Хлорофилл направляет ее на осуществление сложных процессов, которые приводят к образованию в хлоропластах органического вещества. При этом из воды, участвующей в этом процессе, выделяется кислород. Часть его используется растением на дыхание, а значительная часть выделяется во внешнюю среду. Процесс образования в хлоропластах органического вещества из неорганических веществ при участии энергии солнечных лучей получил название фотосинтеза. Энергия солнечного света уже в иной форме (форме химических связей) оказывается заключенной в органическое вещество, которое образовалось при фотосинтезе.

Углекислый газ к фотосинтезирующим клеткам поступает в составе воздуха через устьичные щели. Для фотосинтеза растение использует и тот углекислый газ, который выделяется при дыхании клеток. Воду из почвы поглощают корни, и по проводящим тканям она поступает к хлорофиллоносным клеткам листа. Под столбчатой тканью в пластинке листа находятся рыхло расположенные клетки губчатой ткани. Они тоже содержат зеленые пластиды, но в меньшем числе, поэтому их вклад в создание органического вещества в процессе фотосинтеза менее значительный, чем клеток палисадной ткани.

С поверхности зеленых клеток, особенно клеток губчатой ткани, происходит испарение воды. По системе межклетников водяной пар достигает устьичные щели и через них выходит наружу. Так осуществляется процесс испарения воды листьями. Возможна потеря воды непосредственно с поверхности листа, хотя она и незначительна. Больше воды с поверхности листа теряют теневые растения, у них обычно тонкий слой кутикулы.

Во всех направлениях пластинку листа пронизывают жилки - пучки проводящих тканей. По лубу проводящих пучков идет отток растворов органических веществ, образовавшихся в листьях, ко всем клеткам растения. По древесине в лист поступает вода и растворенные в ней питательные вещества. Кроме того, жилки выполняют опорную (механическую) функцию, и этому способствуют входящие в их состав волокна (вытянутые клетки с заостренными концами, с утолщенной и одревесневшей оболочкой).

Почка, ее строение

Почка - это побег в зачаточном состоянии, так как она состоит из зачаточного стебля, от которого отходят зачаточные листья, а в их пазухах находятся зачаточные почки. На верхушке стебель заканчивается конусом нарастания. Такую почку называют вегетативной. Если помимо перечисленного она имеет зачатки цветка (цветков), почку называют генеративной (зачатки зеленых листьев в генеративной почке могут быть, а могут и отсутствовать). Нижние листья зачаточного побега часто видоизменяются, превращаясь в почечную чешую. Она защищает почку от механических повреждений, высыхания, проникновения бактерий и т. д.

Почка, тронувшаяся в рост, дает начало взрослому побегу. Рост побега идет благодаря делению клеток в области верхушечной и вставочной образовательных тканей. Взрослый побег с хорошо выраженными междоузлиями (их удлинение обусловлено делением клеток вставочной меристемы) называют удлиненным. Если узлы на взрослом побеге остаются сближенными, побег называют укороченным. Удлиненные и укороченные побеги свойственны, например, березе, осине, яблоне.

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 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.