Разновременность созревания семян и плодов у растений
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 19.09.2024
Оплодотворение – один из важнейших процессов полового размножения. Его можно подразделить на три фазы: опыление, прорастание пыльцы и собственно оплодотворение.
На рыльце попадают несколько пыльцевых зерен, но прорастают лишь совместимые. При попадании несовместимой пыльцы при контакте белков экзины с рыльцем начинает образовываться каллоза, которая изолирует пыльцевое зерно.
Если рыльце и пыльца совместимы, то активируются гидролитические ферменты интины, разрыхляющие стенки клеток рыльца и способствующие росту пыльцевой трубки. Начальные этапы проникновения пыльцевой трубки определяются положительным гидротропизмом, конечные – положительным хемотропизмом на вещества , выделяемые микропиле, синергидами, яйцеклеткой (сахароза, ионы кальция, гиббереллины, аминокислоты).
Пыльцевая трубка, пройдя через микропиле, одну из синергид, проникает в зародышевый мешок. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, второй – с диплоидным ядром, дающим начало эндосперму (двойное оплодотворение, открытое в 1898 г. С.Г.Навашиным).
После оплодотворения из семязачатка формируется семя. А из стенок завязи – стенки плода. У некоторых растений в образовании плодов принимают участие и стерильные части цветка. Ткани плода закладываются при формировании цветка, причем в ряде случаев, плод может развиваться независимо от семян (т.е партенокарпические ). Но обычно, цветки без опыления и оплодотворения опадают.
Развитие плодов происходит в четыре фазы: 1) формирование завязи до опыления; 2) рост за счет деления клеток сразу после опыления и оплодотворения; 3) рост за счет растяжения клеток; 4) созревание.
Резкое усиление деления клеток наблюдается сразу после опыления, затем наступает фаза растяжения клеток. Характер роста зависит от типа плода. Например, у томатов и яблонь характер роста описывается сигмоидной кривой, у костянок – двойной сигмоидной кривой.
Деление клеток будущего плода зависит от веществ, синтезируемых листьями – питательных веществ, фитогормонов. После опыления и оплодотворения рост плода определяется фитогормонами пыльцы и оплодотворенного семязачатка ауксинами, цитокининами и гиббереллинами). Эти вещества делают развивающийся плод аттрагирующим центром.
Процессы созревания начинаются, когда плоды заканчивают свой рост. Этот этап сопровождается усиленным синтезом этилена, который резко ускоряет завершающую фазу их развития. Созревание сочных плодов характеризуется изменением соотношения кислот и сахаров, образованием ароматических веществ, разложением хлорофилла и дубильных веществ, накоплением антоцианов и других вакуолярных пигментов, уменьшением твердости и упругости тканей, благодаря гидролизу пектиновых веществ клеточных стенок. После прохождения периода созревания плод вступает в фазу отмирания.
Плод — это генеративный орган покрытосеменных растений, который служит для формирования, защиты и распространения заключённых в нём семян. Плод является конечным этапом развития цветка, видоизменённого в процессе двойного оплодотворения.
Плод образуется из завязи пестика, при этом в формировании плода могут принимать участие и другие части цветка (например, цветочная трубка, разросшееся цветоложе).
У травянистых растений (особенно у однолетних) практически все синтезируемые органические вещества используются развивающимися семенами и плодами, что ведет к истощению других тканей растений.
Созревание плода начинается с прекращения его роста, разложения хлорофилла и дубильных веществ, накопления в вакуолях пигментов, определяющих характерную для данного вида окраску плодов, разрушение пектинов, содержавшихся в оболочках клеток, что приводит к смягчению стенок плода. В сочных плодах уменьшается содержание кислот и увеличивается содержание сахаров. Поэтому спелые съедобные плоды имеют более приятный вкус, чем незрелые.
Созревший плод начинает отмирать: в плод обычно не поступают новые вещества, не делятся и не растут его клетки, постепенно ткани плода разрушаются и сгнивают. У большинства цветковых растений созревший плод опадает, он отмирает уже на грунте.
В образовании плода принимают участие различные части цветка, но прежде всего завязь. Семена же формируются из семяпочек.
Стенка плода всегда состоит из трех слоёв, эти три слоя могут быть хорошо различимы: к примеру, в плоде персика тонкий кожистый наружный слой — экзокарпий, съедобная сочная мякоть плода — мезокарпий, твёрдая косточка из каменистой ткани, окружающая единственное семя — эндокарпий. Их совокупность называется перикарпием (околоплодником).
У разных растений строение стенок плода имеет свои отличительные особенности.
Производительность семян и плодов разных цветковых неодинакова. Относительное соотношение массы и количества семян к массе родительского растения больше у травянистых растений.
Масса семян и плодов широко варьирует у разных растений. Например, зерновка пшеницы весит меньше одного грамма, а масса одного плода тыквы может достигать сотен килограммов.
Плоды очень разнообразны. Если плод развился из цветка, у которого был один пестик, то он будет считаться простым. Например, простые плоды у пшеницы, гороха и вишни.
При развитии плода из цветка с несколькими пестиками он будет называться сложным или сборным. Как у малины, ежевики и земляники.
Если у растений цветки собраны в соцветия, то у них могут формироваться соплодия. Это происходит из-за срастания нескольких плодов и превращения их в единое целое.
Простые плоды могут быть сухими и сочными, вскрывающимися и невскрывающимися.
К сухим вскрывающимся относятся листовка, боб, стручок, стручочек и коробочка.
Листовка вскрывается и становится похожей на лист, отсюда и название. Если плод включает в себя не одну, а несколько листовок, он называется многолистовкой. Листовка может быть не только сухой, но и сочной.
Боб — сухой одно- или многосеменной плод, одновременно вскрывается по брюшной и спинной сторонам, благодаря чему его створки, раскрываясь, закручиваются, разбрасывая при этом семена в разные стороны, тем самым способствуя их расселению. Такими плодами обладают представители семейства бобовых.
Стручок — сухой, многосеменной плод, его семена расположены двумя рядами по обе стороны от тонкой ложной перегородки.
Коробочка — сухой плод, образованный в результате полного сращения нескольких плодиков.
К сухим невскрывающимся односеменным плодам относят ореховидные плоды: орех, орешек, желудь, семянку, крылатку и зерновку.
Орех — это плод с жестким деревянистым околоплодником. Такие плоды имеет, например, лещина.
Мелкие орехи называют орешками, они формируются, например, у гречихи.
Плод, состоящий из многих орешков, называется многоорешком или сборным орешком (например, у липы), такие плоды относят к сборным плодам.
Желудь отличается от ореха менее жестким околоплодником, который у своего основания окружен чашевидной плюской, образовавшейся из защитного покрова цветка.
Семянка имеет кожистый околоплодник, более мягкий, чем у ореха или желудя. Такие плоды характерны для представителей семейства сложноцветных (например, подсолнечника).
Крылатка представляет собой своеобразный тип плода, околоплодник которого по степени жесткости соответствует семянке, но, в отличие от нее, у крылатки по краям околоплодника имеется тонкий крыловидный кожистый или перепончатый вырост.
Зерновка имеет околоплодник, настолько тесно прилегающий к семенной кожуре, что срастается с ней. Злаковые (пшеница, рожь, ячмень и др.) имеют зерновку.
Сочные плоды — это костянка, ягода, тыквина, яблоко, земляничина.
Костянка и костянковидные плоды имеют околоплодник, дифференцированный на тонкий экзокарпий, толстый мясистый и сочный мезокарпий и многослойный деревянистый эндокарпий, образующий косточку.
Наиболее распространены однокосточковые костянки (персик, слива, вишня и др.), но существуют и многокосточковые костянки, которые называют сборными костянками (например, ежевика, малина и др.), их относят к сборным плодам.
Встречаются костянки не только сочные, но и сухие (например, плоды миндаля, грецкого ореха и кокосовой пальмы являются сухими костянками).
Ягода и ягодообразные плоды, в отличие от костянки, не имеют косточки. Индивидуальные особенности строения ягод различных растений (виноград, смородина, крыжовник и др.) весьма разнообразны.
Плод тыквина — одна из разновидностей ягоды, она характерна для тыквенных (огурец, дыня, арбуз и др.).
Яблоко — разновидность плода, в образовании которого, кроме завязи, участвуют другие части цветка: разросшееся цветоложе, основания чашелистиков, лепестков, нижние части тычинок.
Земляничина — разросшееся сочное цветоложе, на котором располагаются простые плодики — орешки.
К сборным плодам, как мы уже говорили, относится сборная костянка ежевики и малины, многоорешек или сборный орешек липы, плод лотоса, который представляет собой мясистое цветоложе, в которое погружены орешки; земляничина с многочисленными орешками.
В отличие от плодов, соплодия образуются из соцветий (ананас, инжир и др.), нередко соплодие включает в себя и ось соцветия.
Созрев, семена должны попасть в благоприятные условия и прорасти.
Для растения важно, чтобы созревшие семена оказались на большем или меньшем расстоянии от родительского растения и там проросли. Это важно по многим причинам. В первую очередь, этот фактор ограничивает или исключает внутривидовую конкуренцию, которая обычно более жесткая, чем межвидовая, поскольку особи одного вида нуждаются в одинаковых условиях произрастания, на ограниченной территории они мешают друг другу. Кроме того, это облегчает перекрестное опыление. Наконец, именно перенос семян обеспечивает расселение растения, что приводит к освоению ими новых территорий, а также обогащает видовое разнообразие растительных сообществ.
Относительно немногие растения распространяют свои семена самостоятельно. У большинства это осуществляют животные, человек или физические факторы (ветер или вода). Из-за специализированного приспособления к конкретному типу переноса и возникло такое разнообразие различных плодов.
Лишь у относительно небольшого числа покрытосеменных семена прорастают сразу после завершения созревания. Большая часть таких растений произрастает в условиях постоянно тёплого климата без резких температурных скачков.
Однако у подавляющего большинства цветковых растений перед прорастанием следует период покоя. Если условия неблагоприятны для прорастания, семена находятся в состоянии вынужденного покоя, который сопровождается максимальным замедлением физиологических процессов в структурах семени. Вынужденный покой позволяет семени дождаться сочетания благоприятных условий внешней среды и прорасти.
Для того чтобы вывести семена из состояния физиологического покоя, необходимо воздействие низких температур, что происходит при наступлении холодов. Если ранее низкая температура повышается, семена перестают готовиться к прорастанию и впадают в состояние вторичного покоя. Это предотвращает нежелательное преждевременное прорастание семян при кратковременном повышении температуры во время зимней оттепели.
Прорастание семян возможно только при благоприятном сочетании температуры, влажности и аэрации.
Для семян разных растений интенсивность этих факторов может быть различной, и она зависит от условий произрастания растений данного вида.
Период прорастания состоит из последовательных этапов — фаз прорастания. Всего можно выделить пять фаз: 1) фаза водопоглощения; 2) фаза набухания; 3) фаза роста первичных корешков; 4) фаза развития ростка; 5) фаза становления проростка.
Вначале из семени всегда появляется корешок. Вслед за корнем начинает развиваться побег, причем оба эти органа обладают противоположной реакцией на силу тяжести: у корня — положительный геотропизм, у побега — отрицательный. Это обеспечивает правильную ориентацию вегетативных органов в пространстве.
Все время, начиная с проклевывания семени и до формирования фотосинтезирующих вегетативных органов, развивающееся растение питается гетеротрофно за счет питательных веществ, запасенных в семени (гетеротрофный этап). Когда побег достигает поверхности почвы, под действием света в его тканях образуются хлоропласты, в результате чего молодой побег зеленеет и постепенно переходит к автотрофному (фототрофному) питанию.
Читайте также: