Оплодотворение у растений

Оплодотворение – процесс слияния двух половых клеток (мужской и женской). Вследствие оплодотворения образуется зигота, которая дает начало новому организму. Пыльцевое зерно, попав на рыльце пестика, прорастает и с помощью пыльцевой трубки достигает завязи и семенного зачатка. При этом оболочка зародышевого мешка растворяется посте контакта с кончиком пыльцевой трубки, которая тоже разрывается, и из нее выходят два спермия. Один спермий сливается с яйцеклеткой – и образуется диплоидная зигота, из которой затем развивается зародыш семени. Другой, сливаясь со вторичным ядром центральной клетки, образует триплоидную клетку, из которой развивается эндосперм семени (его, в отличие от эндосперма голосеменных, называют вторичным). Происходит так называемое двойное оплодотворение. Именно такое оплодотворение является характерной особенностью покрытосеменных растений. Открыто профессором С.Г. Навашиным в 1898 г. У голосеменных оплодотворяется только одна яйцеклетка и эндосперм имеет гаплоидный набор хромосом.

СЕМЯ

Семя формируется из семенного зачатка в результате процесса двойного оплодотворения. Оно состоит из зародыша и запасных питательных веществ, защищенных семенной кожурой. Зародыш развивается из зиготы и является продуктом полового процесса. По форме он может быть прямым, согнутым, спиральным, подковообразным. В основном зародыш состоит из образовательных тканей. В нем различают зародышевый корешок и стебелек, к которому прикрепляются семядоли - первые зародышевые листья. Верхушка стебелька заканчивается почечкой. Запасные питательные вещества откладываются в разных частях семени, например, у злаков – в эндосперме, у бобовых – в семядолях. Семенная кожура формируется из интегументов (часть семяпочки у семенных растений, окружающая нуцеллус (центральная часть семяпочки)) семенного зачатка, бывает – одно- , дву- и многослойной. Главная функция семенной кожуры – защита зародыша от повреждений, проникновения микроорганизмов, чрезмерного высыхания и преждевременного прорастания. Снаружи на семени заметны рубчик (место отсоединения семени от семенной ножки) и семявход (микропилярное отверстие).

Семя цветковых растений различается по форме, характеру поверхности, окраске, размерам.

Строение семени одно- и двудольных растений неодинаково. Главным отличием является наличие двух семядолей в зародыше двудольных растений и одной – у однодольных.

Химический состав семени:

- вода – 12-14% массы сухого вещества; в процессе созревания семени содержание воды постепенно уменьшается;

- органические вещества – 82-84%; белки, жиры, углеводы (в семени злаков преобладают углеводы, у бобовых больше белков, а семена подсолнечника, льна или мака характеризуются высоким содержанием масла);

- минеральные вещества- 1,5-5,5%;

Химический состав семени зависит от условий среды: плодородия почвы, увлажнения, количества тепла.

ПЛОД

Плод имеет околоплодник, в котором могут быть одно или несколько семян. Он защищает семя от механических повреждений, высыхания, действия высоких и низких температур. После созревания плода у большинства растений околоплодник раскрывается и семена разбрасываются. По этому признаку различают раскрывающиеся и нераскрывающиеся плоды.

Околоплодник состоит из трех слоев. Внешний слой – экзокарпий, образуется из эпидермы завязи. Его поверхность часто покрыта кутикулой, волосками разных типов. Внутренний слой околоплодника – эндокарпий у косточковых пород (слива, персик, вишня и др.) превращается в массивное толстостенное образование (косточку). Средний слой – мезокарпий – часто разрастается, становится мясистым и сочным, и формируются сочные плоды, мякоть которых содержит много растворимых сахаров (слива, виноград) или масла (маслина). Все три слоя иногда вместе называют перикарпием. У сухих плодов слои околоплодника в основном срастаются в одно целое.

Характерным признаком хлорофиллоносных клеток экзокарпия сочных плодов является постепенное превращение одних типов пластид в другие, что можно наблюдать, например, у помидоров, рябины и у плодов других растений, когда они из зеленых становятся сначала беловатыми (хлоропласты превращаются в лейкопласты) и при созревании приобретают оранжевый или красный цвет (образуются хромопласты). У других растений цвет плодов изменяется вследствие синтеза других пигментов (антоцианы, флавоноиды).

Разнообразие плодов: плоды сочные и сухие, простые и сборные, соплодия.

По содержанию воды в околоплоднике различают плоды сухие и сочные, а по количеству семян в них – односемянные и многосемянные. Кроме того, плоды различаются по их происхождению. Простым является плод, который развивается из цветка с одним пестиком. Сборный (сложный) плод формируется из цветка с несколькими пестиками. Соплодие образуется из соцветия.

Многосемянные сухие плоды (боб, стручок, стручочек, коробочка) при созревании раскрываются – раскрывающиеся, чем обеспечивают лучшее разбрасывание семян.

Боб (фасоль, горох, дереза) – одногнездный плод, раскрывается от вершка до основания двумя корками по двум швам. Семена в нем прикрепляются к чешуйкам возле брюшного шва.

Стручок (капуста, хрен) и стручочек (пастушья сумка) – двугнездный плод, раскрывается от основания до вершка двумя корками, между которыми есть пленчатая перегородка с семенами. Короткий стручок, длина которого не больше ширины или превышает ее немного, называется стручочек.

Коробочка – плод, имеющий вид коробочки, которая закрывается крышечкой (белена), отверстиями (мак), зубцами (гвоздичные), створками (дурман). Коробочка может быть одно- и многогнездной. У некоторых видов какао коробочки совсем не раскрываются, семена из них высвобождаются, когда сгнивает околоплодник. Такие нераскрывающиеся коробочки называют сухими ягодами.

К нераскрывающимся плодам принадлежат орех или орешек с твердым деревенистым околоплодником (лещина), семянка – с кожистым околоплодником (астровые), зерновка – с кожистым околоплодником, который плотно сросся с семенем (злаки). Семянки и орешки с околоплодником в виде расширенного перепончатого приложения называют крылатками (вяз, ясень, граб, береза). Желудь (дуб) имеет твердый одревесневевший околоплодник, который сросся с семенем и покрыт плюской, которая происходит от бесплодных цветков соцветия.

Сочные плоды – ягода, костянка, яблоко, тыква, померанец. Ягода – это сочны околоплодник, внешняя часть которого у некоторых растений может быть кожистой или даже жесткой. Семян в ягодах бывает от одного (виноград, смородина, брусника, черника) до нескольких. Костянка – это односемянный сочный нераскрывающийся плод с твердым эндокарпием (терн, черемуха, вишня, абрикос). У некоторых видов (миндаль) мезокарпий сухой, кожистый. Такие костянки называются сухими. Яблоко – плод, у которого мезокарпий образуется из тканей разросшегося цветоложа, а семя окружено хрящевым эндокарпием (яблоко, груша, рябина). Тыква – плод, внешний слой околоплодника которого твердый, а семена находятся в сочном мякише (дыня, тыква, арбуз). Лимон, апельсин, грейпфрут имеют плод, который называется померанцем, или гесперидием, и образуется вследствие срастания нескольких плодолистиков. Внешний сплошной слой околоплодника утолщен. В нем есть железистые образования, которые вырабатывают эфирные масла. Средний слой околоплодника белый, волокнистый, внутренний – раздельный, сочный, мясистый.

К сборным плодам принадлежит сборная семянка, характерная для клубники. На сочном разросшемся выпуклом цветоложе содержатся многочисленные мелкие семянки. Сборным плодом является также гипантий, или сборный орешек, – внутри сочного разросшегося бокаловидного цветоложа лежит много сухих плодов-орешков (шиповник). Сборная костянка у малины, ежевики – на белом сухом разросшемся выпуклом коническом цветоложе находятся сочные плоды костянки. Соплодия – это совокупность плодов одного соцветия, которые срослись околоплодниками сочными (шелковица, ананас) или сухими (свекла).

Распространение плодов и семян

Распространение плодов и семян – одна из важных приспособительных особенностей растений, приобретенная в процессе их эволюционного развития.

Анемохория (воздушными потоками) – один из самых распространенных способов расселения растений. Приспособления у растений: незначительная масса плодов и семян 9у орхидей), наличие на них волосков (у тополя, одуванчика), крылатые выросты (у ясеня, березы, клена), жизненная форма «перекати-поле».

Гидрохория (водой) – у водных, прибрежных и болотных растений (стрелолист, некоторые пальмы, осока) плоды и семена переносятся морскими течениями, реками, ручьями, дождевыми потоками. Приспособления: несмачиваемость семени водой, наличие раздутых выростов, заполненных воздухом.

Зоохория (животными) – орнитохория (птицами), заурохория (пресмыкающимися), ихтиохория (рыбами), энтомохория (насекомыми) и, мирмекохория (муравьями). Приспособления: липкие плоды и семена (у омелы, лилии), наличие прищепок в виде шипов или крючочков(у лопуха, дикой моркови), сочность, яркая окраска плодов (у черешни, рябины), питательные придатка, привлекающие муравьев (у чистотела, фиалки).

Антропохория (человеком) – выполняет одну из ведущих ролей в расселении растений на планете (сельскохозяйственная деятельность).

Автохория (самостоятельно). Приспособления: растрескивание плодов (у люпина, чины), «выстреливания» слизистой жидкости с семенами (у «бешеного» огурца), наличие длинных остистых придатков, благодаря которым плоды как будто ввинчиваются в землю (у ковыля).

Прорастание семян

Прорастанием называют переход семени из состояния покоя к вегетативному росту зародыша и формированию из него проростка. Семена некоторых растений прорастают сразу или вскоре после созревания. У многих древесных пород и лесных травянистых растений оно имеет длительный период глубокого покоя и прорастает только через год, два или более после опадания. Период покоя семени очень важен для выживания растений, т.к. является механизмом, обеспечивающим прорастание только при благоприятных для дальнейшего развития растения условий. Например, у многих растений умеренной зоны прорастание стимулируется низкими зимними температурами. У одних растений смена быстро теряют всхожесть (у верб и тополя), а у других сохраняет ее на протяжении нескольких лет (у овощных культур, хлебных злаков), очень долго сохраняют всхожесть семена многих бурьянов.

Для прорастания семян необходимо оптимальное соединение температуры, влажности и свободного доступа кислорода. Большинство растений прорастает в темноте, на свету.

Оптимальная температура – для каждого вида растений характерен свой температурный оптимум, при котором прорастает семя.

Влажность – процесс прорастания начинается с поглощения семенем большого количества воды. Вода проникает через пыльцевход и семенную кожуру и обусловливает набухание семени. Одновременно с поглощением воды усиливается дыхание и активизируются ферменты, под влиянием которых начинается перевод питательных веществ в растворимое состояние. Они используются для роста зародыша.

Свободный доступ воздуха – необходим для обеспечения процесса интенсивного дыхания увлажненного семени.

Во время прорастания первым появляется зародышевый корешок, который закрепляет растение в почве и начинает самостоятельно всасывать воду и растворенные в ней минеральные вещества, необходимые для дальнейшего развития зародыша 9гетеротрофный тип питания). За счет усиленного роста и деления клеток зародыш превращается в проросток. Некоторое время он развивается, поглощая питательные вещества из эндосперма или семядолей, а затем переходит к самостоятельному питанию (автотрофный тип питания). Если во время прорастания семядоли выносятся на поверхность, то это надземный тип прорастания (у фасоли, тыквы, клена), а если остается в почве – подземный (у гороха, дуба, пшеницы).

Рост и развитие растений

Процессы роста и развития отражают наследственные особенности и всю совокупность процессов взаимодействия растительного организма с факторами среды. Они связаны между собой и обуславливают друг друга. Рост высшего многоклеточного растения состоит из процессов деления клеток, их роста и дифференциации, образования новых органов и тканей. У очень молодых растений способны расти все клетки. Позднее ростовые процессы локализуются в определенных частях тела растения и в основном в верхушках стеблей и корней – апикальный (верхушечной) тип роста, а в органах, которые растут в толщину, – еще и в цилиндрической зоне (камбий). Кроме верхушечного некоторые растения, например злаковые, имеют вставочный (интеркалярный) тип роста. Зоны этого типа роста есть над каждым узлом – местом прикрепления листьев. К неограниченному росту способны стебли и корни многих растений. Рост листа всегда ограничен: сначала растут все клетки, а затем – только основания (базальный тип роста). Рост разных частей цветка, видоизмененных листьев также ограничен.

Биологическое значение цветка, семени, плодов и их роль в жизни человека

С помощью цветов происходит половое размножение растений, и в этом заключается их основное биологическое значение. Цветки используют в медицине, пищевой промышленности, парфюмерии. Из лепестков роз и цветков лаванды, например, изготавливают эфирные масла с характерными бактерицидными свойствами. Эфирные масла многих растений используют в парфюмерии для производства разнообразной ароматической продукции. Из лепестков роз готовят варенье, добавляют их в чай. Сухие бутоны гвоздичного дерева используют как пряности. Лепестки календулы лекарственной имеют ранозаживляющие, желчегонные, бактерицидные, противовоспалительные свойства. Из них, а также из сафлора красильного и рылец шафрана изготавливают пищевые красители. Бутоны некоторых видов бананов используют в качестве овощей. У цветках образуется нектар, из которого пчелы делают мед. В медицине используют и пыльцу растений. Из софоры японской получают витамин Р (рутин).

Цветки имеют эстетическое значение, украшая дома, интерьеры офисов. Изображения некоторых цветков используют в геральдике.

Плоды в жизни растений защищают семена и обеспечивают их распространение.

Плоды и семена широко использует человек в разных отраслях производства. Они являются основными продуктами питания (хлебные, крупяные, овощные, фруктово-ягодные), широко используются в медицине (семена каштана конского, льна, плоды дынного дерева, рябины, черники, малины, дурмана), для изготовления бытовых украшений (ожерелья), предметов одежды (пуговицы), посуды, игрушек.

1. Пестик (зв - завязь, ст - столбик, рц - рыльце, плц - плацента, смч - семязачаток); 2. Тычинка (тн - тычиночная нить, св - связник, плн - пыльник, пц - пыльца, нк - нектарник, стм - стаминодий); 3. Венчик; 4. Лепесток (плл - пластинка лепестка, нгл - ноготок лепестка, ч - чашечка); 5. Подчашие; 6. Цветоложе; 7. Узлы; 8. Междоузлия; 9. Цветоножка (прц - прицветник, прцп - прицветничек)

Типы соцветий

1. Кисть; 2. Щиток; 3. Метелка; 4. Простой колос; 5. Сложный колос; 6. Початок; 7. Простой зонтик; 8. Сложный зонтик; 9. Головка; 10. Корзинка; 11. Развилина; 12. Извилина; 13. Завиток