Лекция 3 Генеративные органы растений

СЕМЯ

У покрытосеменных семя возникает из семязачатка, который находится в завязи пестика. Семя отвечает за размножение и расселение растений. Семя содержит в себе зародыш, который развивается из зиготы. Зародыш растений состоит из семядолей (две у двудольных и одна у однодольных), зародышевого корня, зародышевого стебля и зародышевой почки. Семядоля злаков – щиток. Функции семядоли: запас веществ (бобовые, сложноцветные), защита зародышевой почки, фотосинтез (при надземном прорастании) и всасывание питательных веществ из эндосперма (у злаков).

Семена многих однодольных растений (пшеница, рожь) и многих двудольных растений (хурма, перец) характеризуются наличием запасающей ткани – эндосперма (он возникают после слияния одного спермия с ядром центральной клетки зародышевого мешка). Эндосперм характеризуется триплоидным набором хромосом. В созревшем семени эндосперм может отсутствовать, и в этом случае запас веществ находится в семядолях.

Еще одна обязательная составляющая семени – семенная кожура. Она выполняет защитную функцию. На семенной кожуре имеется рубчик – место прикрепления семени к семяножке.

Условия прорастания семян

1. Кислород. Для дыхания прорастающих семян необходим кислород. Если закрыть стеклом пробирку с проросшими семенами и пустую пробирку и на следующий день внести в обе пробирки горящие спички, то в пробирке с семенами спичка погаснет сразу.
2. Вода. Она необходима для ускорения обменных процессов, т.к. в составе семени мало воды, что способствует лучшей сохранности семян в неблагоприятных условиях окружающей среды.
3. Определенная положительная температура. Есть холодостойкие растения (рожь, пшеница, морковь) и теплолюбивые (огурец, томат, кукуруза). У них разные требования к температуре при прорастании семян. Семена холодостойких могут прорастать уже при +1 +4^оС, тогда как семена теплолюбивых прорастают при +12 +18^оС. Оптимальная температура прорастания – это +15-20^оС для холодостойких и +20-25^оС для теплолюбивых.

Время посева. Озимый посев осуществляется в конце лета (озимая пшеница, рожь и т.д.). Яровой посев проводится весной после таяния снегов и прогрева почвы до определенной температуры.

Глубина заделки семян зависит от размера семени. Мелкие заделывают в почву на 0,5-1 см; средние на 2-4 см; крупные на 4-6 см. Глубина посева также зависит от типа почвы: на легких почвах семена заделывают глубже, на тяжелых – выше. Семена некоторых растений (сельдерей) раскладываются практически на поверхности почвы. Отношение числа проросших семян к общему числу взятых семян называется всхожестью семян.

Типы прорастания семян. Надземное – при прорастании семядоли выносятся наружу (фасоль, огурец, томат, клен), зеленеют и начинают фотосинтезировать. 2. Подземное – при прорастании семядоли не выносятся в наземно-воздушную среду (дуб, горох, злаки).

Состав семян. В состав семян входят неорганические и органические вещества. К неорганическим веществам относятся вода (15-20%) и минеральные соли (около 1%). Органические вещества:

1. Белки. Особенно много белков содержится в семенах бобовых. У злаков белки в составе семян называют клейковиной.
2. Углеводы запасаются в форме крахмала и сахаров. Больше всего крахмала в семенах злаков, сахар семена этих растений почти не содержат.
3. Жиры запасаются в семени в форме масел. Много жиров содержится в семенах подсолнечника, горчицы, кукурузы.

ЦВЕТОК Это генеративный орган растений, представляющий собой видоизмененный спороносный побег. Образуется только у покрытосеменных. Большинство цветков развивается на цветоножке. Если ее нет, то цветок называют сидячим. Строение цветка:

1. Цветоложе – осевая часть цветка, представляющая собой расширенный участок стебля.
2. Чашелистики – произошли из листьев, все чашелистики цветка образуют чашечку.
3. Лепестки – произошли из тычинок, все леместки образуют венчик.
4. Тычинки.
5. Пестики.

В случае простого околоцветника чашелистики и лепестки не выделяют, считают, что околоцветник представлен листочками околоцветника (лилия, тюльпан). Если присутствуют чашелистики и лепестки, то околоцветник называют двойным (вишня, шиповник). Цветки могут быть обоеполыми (присутствует пестик и тычинки) и однополыми (в женских цветках только пестик, в мужских – только тычинки). Если однополые цветки располагаются на одном и том же растении, то растение называется однодомным (тыква, огурец, кукуруза). Если однополые цветки расположены на разных растениях (на одном – только женские, на другом – только мужские), растение называется двудомным (облепиха, тополь, ива, крапива).

Тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника. Пыльник состоит из двух половинок, каждая половинка имеет два пыльцевых гнезда, в которых мейозом образуются микроспоры. Из них образуется мужской гаметофит (пыльцевое зерно или пылинка), состоящий всего из двух клеток: генеративной и вегетативной. В дальнейшем из генеративной клетки образуются мужские гаметы – спермии.

Пестик состоит из: рыльца, столбика и завязи. Завязь пестика содержит один или несколько семязачатков. В семязачатке происходит мейоз и возникает 4 гаплоидные мегаспоры, 3 из них погибает, а оставшаяся образует зародышевой мешок (женский гаметофит). В нем содержатся 8 ядер (или клеток): яйцеклетка и две синергиды на одном полюсе; два ядра (в центре), которые сливаются и образуют центральное ядро (или клетку); три клетки-антиподы на противоположном полюсе.

СОЦВЕТИЯ – это порядок расположения цветков у растения. У некоторых растений соцветий не образуется (тюльпан, нарцисс). Преимущества соцветий заключается в том, что цветки развиваются и распускаются последовательно друг за другом, что увеличивает общее время цветения и возможность опыления. Простые соцветия

1. Кисть – имеет удлиненную главную ось, на которой расположены цветки на цветоножках (черемуха, фиалка, ландыш, колокольчик).
2. Щиток – имеет удлиненную главную ось, но цветоножки цветков обладают разной длиной, из-за чего все цветки оказываются расположенными примерно на одном уровне (груша).
3. Зонтик – имеет сильно укороченную главную ось, все цветки имеют цветоножки примерно одной длины (примула, проломник).
4. Колос – имеет удлиненную главную ось с расположенными на ней сидячими цветками (подорожник, ятрышник).
5. Початок – имеет удлиненную толстую главную ось с расположенными на ней сидячими цветками (женское соцветие кукурузы, белокрыльник).
6. Головка – имеет сильно укороченную главную ось, все цветки сидячие или цветоножки плохо развиты (клевер).
7. Корзинка – имеет плоскую, реже конусовидную ось соцветия, на которой находятся сидячие цветки (ромашка, одуванчик, астра).

У початка и корзинки расширена ось соцветия.

Сложные соцветия

1. Сложный колос – на удлиненной главной оси расположены колоски. Каждый колосок представляет собой простой колос (пшеница, рожь, ячмень).
2. Сложный зонтик – на укороченной главной оси расположены простые зонтики (укроп, морковь, борщевик).
3. Метелка – на удлиненной главной оси расположены ветвящиеся колоски на длинных ножках (сирень, рябина, овес, боярышник, мужское соцветие кукурузы).

Опыление – это перенос пыльцы на рыльце пестика. Различают самоопыление и перекрестное опыление. При самоопылении пыльца попадает на рыльце пестика внутри одного цветка. При перекрестном опылении пыльца с одного цветка переносится на рыльце пестика другого цветка либо с помощью ветра, либо насекомыми или другими животными-опылителями. Наиболее эволюционно выгодно перекрестное опыление, т.к. повышается вероятность рекомбинаций генетического материала, что способствует увеличению внутривидового разнообразия.

Признаки самоопыляющихся растений: нет нектара и запаха, тычинки обычно выше пестиков, иногда пыльца созревает еще в бутоне и опыление происходит в еще не распустившемся цветке (горох, томат, ячмень).

Признаки ветроопыляемых растений: пыльца легкая и сухая, ее образуется очень много, цветки мелкие и невзрачные, чаще всего собраны в соцветия, околоцветники развиты слабо, нет запаха и нектара, цветение часто происходит ранней весной, до появления листьев (лещина, дуб, береза).

Признаки насекомоопыляемых растений: сильный запах, наличие нектара, часто крупные цветки с яркими околоцветниками, липкая пыльца (ландыш, рябина, яблоня, липа).

При выведении новых сортов человеком используется искусственное опыление растений, когда берется пыльца одного цветка и переносится на пестик другого цветка вручную.

Оплодотворение. При опылении пыльца попадает на рыльце пестика и начинает прорастать: вегетативная клетка разрастается в направлении завязи и образует пыльцевую трубку, по которой начинает двигаться генеративная клетка. Генеративная клетка делится митозом с образованием двух спермиев. Пыльцевая трубка входит в зародышевый мешок, и один спермий сливается с яйцеклеткой с образованием зиготы, из которой в дальнейшем развивается зародыш семени, а другой спермий сливается с центральной клеткой, в результате чего образуется триплоидная клетка, из которой в дальнейшем формируется эндосперм семени (запасающая ткань). Из покровов семязачатка развивается семенная кожура, а из завязи в целом развивается плод. Таким образом, для цветковых растений характерно двойное оплодотворение (открыто С.Г. Навашиным в 1898г).

ПЛОДЫ

Плоды образуются только у покрытосеменных растений. Развиваются из цветка; в образовании плодов обязательно участвуетзавязь. Из стенки завязи развивается околоплодник, из семязачатка – семя. Также в образовании плода может принимать участие цветоложе (земляника).

Сочные плоды

1. Костянка – односемянный плод с сочным околоплодником (вишня, слива, абрикос).
2. Многокостянка – плод состоит из нескольких костянок на общем цветоложе (малина, ежевика, костяника).
3. Ягода – многосемянной сочный плод, в его формировании участвует только завязь (томат, картофель, виноград).
4. Яблоко – многосемянной плод, семена расположены по одному (каждый в своей камере) ближе к центру плода. В формировании плода помимо завязи участвуют другие части цветка (яблоня, груша, рябина).

Сухие плоды

1. Боб – многосемянной вскрывающийся плод, не имеющий перегородки; семена расположены на створках (горох, фасоль, клевер).
2. Стручок – длина превышает ширину в 4 и более раз. Состоит из двух створок, семена расположены на перегородке между ними (капуста, редис, репа).
3. Стручечек – длина превышает ширину не более чем в 3-4 раза или равна ей (пастушья сумка, ярутка).
4. Коробочка – возникает при полном срастании плодолистиков цветка и содержит несколько гнезд, число которых соответствует числу плодолистиков цветка (мак, тюльпан, белена).
5. Зерновка – односемянный плод; околоплодник срастается с семенной кожурой (пшеница, кукуруза, овес).
6. Семянка – односемянной плод; околоплодник не срастается с семенной кожурой (подсолнечник, астра).
7. Орех – односемянной плод, имеющий жесткий одревесневший околоплодник (лещина).

Для некоторых растений характерны соплодия – совокупность плодов, развившихся из всех цветков одного соцветия. В соплодии плоды срастаются друг с другом в единое целое (шелковица, ананас) или остаются самостоятельными (рогоз).

Распространение плодов и семян