Строение семени растений: особенности и химический состав

В ходе эволюции многие растения, которые раньше размножались спорами, приобрели одну важную особенность: у них появились семена. Для нормального развития спорам требовалось большое количество воды, однако далеко не всегда такие условия имеют место.

Строение же семени растения таково, что внутри него уже имеется достаточный для прорастания запас воды и питательных веществ. А значит, семена, распространяясь по ветру и другими способами, могут прорастать на довольно больших расстояниях от источников воды. Таким образом, разнообразные представители флоры заняли большую часть суши.

Что такое семя

Семя представляет собой сложную многоклеточную структуру, имеющую определенные функции.

После процесса оплодотворения в семени формируется зародыш, а затем и полноценное новое растение.

А значит, семя необходимо для размножения и распространения многочисленных представителей флоры, населяющих нашу планету.

Семя нередко называют органом, предназначенным для размножения, хотя по большому счету оно не является органом в прямом значении этого слова. Скорее, это особая структура, в которой содержатся клетки нескольких поколений жизненного цикла (2 или 3).

Многие склонны считать семена зачатками новых растений, в этом случае подразумевается, что из одного семени при наличии подходящих условий в дальнейшем сформируются полноценные взрослые особи.

Семя имеет сложную структуру. В его состав входит зародыш, который принято считать основным элементом, и несколько дополнительных (добавочных), задачей которых является обеспечение нормального роста зародыша и его защита.

Какие растения размножаются семенами

Семенной способ размножения характерен для большинства высших растений.

Среди них:

1. Односемянные растения (пример: подсолнечник, желудь, семянка, различные виды орехов).
2. Многосемянные (смородина, крыжовник, черника).
3. Злаковые и зерно (пшеница, рис, ячмень).
4. Плодовые растения и кустарники (названия: яблоня, грушевое дерево, слива, персик, различные ягоды).
5. Овощные культуры и бобы (фасоль, томаты, огурцы).
6. Другие сельскохозяйственные растения (лен, хлопок).

В зависимости от типа растения семена у них могут быть различными. Таким образом, все культуры, имеющие такой способ размножения, делят на 2 больших вида — голосеменные и покрытосеменные.

Строение

В зависимости от типа растения и его структуры выделяют различные виды строения семени растений.

Голосеменные

Голосеменными принято называть многолетние растения, семена которых не защищены внешней оболочкой, помимо семенной чешуи (отсюда и название вида). У таких представителей флоры отсутствуют цветки и плоды, а опыление осуществляется при помощи ветра. Эти растения принято относить к разряду высших из-за их сложного строения (наличия корней, стебля, листьев и других структур).

Семя формируется на поверхности специальной чешуи, оно имеет сложную многоклеточную структуру.

Само семя состоит из эндосперма, зародыша и чешуи, защищающей их от воздействия окружающей среды (как правило она яркого цвета).

До того как растение будет оплодотворено, место эндосперма занимает нуцеллус – часть зачатка растения, которая после оплодотворения практически полностью разрушается, заменяясь эндоспермом.

Гаплоидный эндосперм у таких растений формируется из тканей женской половой клетки.

Чешуя имеет сложное строение, включает в себя несколько слоев:

• мягкий саркотест – наружный слой,
• более плотный и твердый склеротест – средний слой,
• внутренний слой эндотест, который к моменту созревания семени истончается, превращаясь в пленку.

Покрытосеменные

Покрытосеменные (цветковые) растения появились на планете сравнительно недавно (позже, чем голосеменные), при этом они представляют собой наиболее совершенную и многочисленную форму развития. Это различные многолетние и однолетние растения, деревья, кустарники, цветущие травы (данная форма характерна преимущественно для цветковых растений).

Эти виды отличаются наличием плодов, которые бывают сочными (например, яблоневый плод, груша, смородина) или сухими (например, стручок). Также плоды могут быть многосемянными или односемянными (например, костянка).

Несмотря на все многообразие видов, все эти растения имеют приблизительно одинаковое строение семян.

Отличительной их особенностью является то, что все они находятся внутри плода покрытосеменных (у голосеменных растений семена расположены на поверхности) и защищены его тканями. Внутри семена состоят из эндосперма, зародыша, а снаружи они покрыты кожурой.

Семенная кожура

Все семена оснащены семенной кожурой. Это внешний слой семени, имеющий плотную структуру. Этот элемент имеет защитную функцию, предохраняет эндосперм и зародыш от высыхания и вредного воздействия окружающей среды, а также от механических повреждений.

Кожура формируется из тканей почки растения. Когда зародыш сформировался, на поверхности кожуры появляется микропиле – небольшое отверстие, через которое пробивается росток.

Эндосперм

Под кожурой располагается эндосперм — мягкая структура, обладающая запасом необходимой влаги и питательных веществ, без которых невозможно полноценное развитие зародыша.

Изначально структура эндосперма не имеет четкого клеточного деления, когда цитоплазма и ядра отдельных клеток не полностью разграничены друг от друга клеточной мембраной. С течением времени клетки эндосперма приобретают привычную форму и более плотную мембрану.

Клетки эндосперма могут быть различными, выделяют:

• гаплоидные,
• диплоидные,
• триплоидные,
• полиплоидные формы.

Перисперм

Это дополнительная структура, имеющая сходные с эндоспермом функции. Однако в нем содержится значительно меньший запас питательных веществ (в основном это крахмал и жировые соединения).

Зародыш

Зародыш принято называть зачатком будущего растения. Он расположен под семенной оболочкой и окружен эндоспермом. В большинстве случаев этот элемент имеет сложную структуру.

Выделяют фрагменты зародыша:

• корешок,
• стебель зародыша,
• семяпочки,
• семядоли (около 75 % цветковых имеют 2 такие доли).

В зависимости от типа растения количество долей может варьироваться. Так, у покрытосеменных чаще всего имеются 1 или 2 доли, у голосеменных это количество значительно больше. Основной задачей таких долей (в особенности, у однодольных является обеспечение внутренних обменных процессов, и, как результат, полноценное формирование крепкого зародыша).

Особенности

Несмотря на то, что внутренняя структура семян одинакова, каждый вид имеет свои особенности, касающиеся формы и размеров.

В зависимости от формы принято выделять следующие виды:

1. Шарообразные (горох, просо, некоторые сорта кукурузы и крестоцветных.
2. Чечевицеобразная форма, при которой ширина и длина примерно равны, а толщина значительно уступает по размерам. Такая форма характерна для семян чечевицы.
3. Эллиптическая форма (большинство сортов бобовых). Толщина в этом случае равна ширине, а длина превышает эти показатели.
4. Удлиненная форма (большинство видов злаковых, яблоко). Все размерные показатели отличаются друг от друга, длина семени значительно превосходит другие параметры.
5. Треугольная форма (гречиха, сорные растения). Все грани семени расположены в треугольной плоскости.

Какие бывают размеры

В зависимости от сорта растения и уровня влажности среды, в которой оно развивалось (чем выше влажность, тем более крупными будут семена), размеры семян могут быть различными.

Примерные размеры представлены в следующей таблице.

Некоторые семена очень мелкие, однако в природе встречаются и более крупные размеры. Например, самым крупным считается семя сейшельской пальмы. Вес его может достигать 20 кг.

Размеры семени имеют большое значение в сельском хозяйстве. Так, считается, что более крупные экземпляры отличаются повышенной жизнеспособностью, плодородием.

Условия прорастания семян

Чтобы из семени развилось полноценное растение, его необходимо поместить в наиболее благоприятные окружающие условия, только в этом случае образуется росток, который и будет развиваться.

Что необходимо для того, чтобы появился такой росток:

1. Питательные вещества. Они содержатся в эндосперме, но попадают туда из почвы. Поэтому чем более богата и плодородна почва, тем быстрее появится росток, тем крепче и жизнеспособнее будет новое растение.
2. Оптимальная температура окружающей среды. Вне зависимости от вида и сорта растения, все они могут прорастать только при положительных температурах. Например, для выращивания лука, моркови, листового салата и других видов достаточно низкой плюсовой температуры (около +5 градусов и выше). Другие растения требуют более теплых условий (например, томат, тыква). Чтобы вырастить их, необходимо прогреть почву до +12 градусов минимум.
3. Наличие влаги. Семена активно впитывают влагу и вещества, содержащиеся в ней. Эта вода поступает непосредственно к зародышу, способствуя его прорастанию. Кроме того, при воздействии влаги плотная кожура набухает, становится более мягкой, через нее уже способен пробиться росток.
4. Свежий воздух также является важным условием для прорастания. Ведь любое растение, даже находясь в зачаточном состоянии, должно дышать. Это обеспечивает нормализацию обменных процессов, происходящих в нем.

Химический состав

На химический состав семян оказывает влияние множество факторов, таких как сорт растения, условия окружающей среды, в которых оно произрастает, степень зрелости и развития семени.

Считается, что во взрослых семенах воды содержится значительно меньше (примерно 10—20 %), тогда как молодые структуры содержат гораздо большее количество влаги.

В состав входят и различные элементы, такие как:

• белки (в большом количестве есть в бобовых),
• углеводы (больше всего их в злаковых),
• жиры – вещества, имеющие наибольший запас энергии (ими богаты семена подсолнечника, орехи).

Чтобы питательные вещества преобразовывались в такую форму, которая легче будет усваиваться зародышем, необходимо наличие ферментов.

Это мальтаза, липаза, фосфальтаза. Все эти вещества также входят в химический состав.

Распространение

Семена различных видов растений могут распространяться в окружающую среду по-разному:

1. Самораспространение. Семена высыпаются на землю после того, как произойдет вскрытие плода материнского растения. Иногда они как бы выстреливают, разлетаясь на некоторое расстояние. Такой способ распространения характерен для кислицы, недотроги мелкоцветной.
2. Легкие семена могут распространяться и потоками ветра, причем на довольно большие расстояния. Эти элементы имеют особую форму, они оснащены специальным крылышком. Это характерно для таких растений, как тополь, ива, сосна обыкновенная.
3. Распространение с водой. Многие семена, попадая в источник воды не тонут, а переносятся водным течением в другую область, где позже они прорастают и дают урожай.
4. При помощи животных. Семена растений попадают на шерсть животных и переносятся вместе с ней. Кроме того, если животное употребляет плоды вместе с семенами, они проходят через желудочно-кишечный тракт, выходят наружу вместе с фекалиями, а затем могут прорастать.

Биологическое значение

Семя имеет очень важную роль. Семена входят в состав пищевой цепочки. Ими питаются многие животные и птицы, а значит, что без них не могли бы существовать многочисленные представители фауны в том виде, в котором они известны сейчас. Другое важное значение – размножение растений, их распространение по территории планеты, сохранение тех или иных видов.

Тест

В структуру семени всегда входит:

1. Щиток.
2. Эндосперм.
3. Кожура или чешуя (правильный ответ).
4. 2 доли.

Зародыш состоит из:

1. Эндосперма и щитка.
2. Корешка и стебелька (правильный ответ).
3. Кожуры и долей.
4. Перисперма и зиготы.

Из зиготы формируется:

1. Семязачаток.
2. Центральная клетка.
3. Зародыш (правильный ответ).
4. Эндосперм.

Зародыш это:

1. Первые листья.
2. Зачаток растения (правильный ответ).
3. Питательная ткань.
4. Зачаток семян.

У двудольных форм наблюдается:

1. 2 доли (правильный ответ).
2. Отсутствие эндосперма.
3. Наличие эндосперма всегда.
4. Наличие щитка.

В функции доли однодольных входит:

1. Защита зародыша.
2. Обменные процессы (правильно).
3. Запасание питательных вещества.
4. Фотосинтез.

Химические вещества в семени, имеющие наибольший энергетический запас:

1. Витамины.
2. Углеводы.
3. Жиры (правильный ответ).
4. Белки.

В эндосперме злаковых культур содержится большое количество:

1. Жиров.
2. Белков.
3. Углеводов (правильно).
4. Витаминов.

Микропиле – это:

1. Внешний слой кожуры.
2. Отверстие в кожуре (правильный ответ).
3. Почка зародыша.
4. Зародышевый стебель.

Двудольными являются:

1. 15 % цветковых.
2. 25 %.
3. 75 % (правильный ответ).
4. 85 %.

Видео

В данном ролике можно найти информацию о том, какое строение имеет семя, как формируется плод.