Внешнее строение семени однодольного растения
Цветковое растение начинает свою жизнь с семени. Семена растений различаются по форме, окраске, размерам, весу, но все они имеют сходное строение.
Зерновка пшеницы является не семенем, а плодом. Ткани плода в зерновке представлены лишь плёнчатым наружным слоем, получившим название плодовой оболочки. Вся остальная часть зерновки — семя.
Строение семени однодольных хорошо можно рассмотреть на примере пшеницы. У пшеницы зёрна представляют собой плоды — зерновки, содержащие только одно семя. Большую часть в зерне занимает эндосперм — особая запасающая ткань, содержащая органические вещества. Сбоку от эндосперма расположен зародыш. В нём различают зародышевый корешок, зародышевый стебелёк, зародышевую почечку и видоизменённую семядолю, расположенную на границе с эндоспермом. Эта семядоля при проращивании семени содействует поступлению питательных веществ из эндосперма к зародышу.
Строение семени однодольного растения (пшеница)
Строение семени двудольного растения
Строение семени двудольного растения легче рассматривать на примере фасоли состоящее из зародыша и семенной кожуры. После снятия семенной кожуры обнажается зародыш, который состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька, двух массивных семядолей и заключённой между ними почечки. Семядоли — это первые видоизменённые листья зародыша. У фасоли и многих других растений они содержат запас питательных веществ, которые затем расходуются на питание проростка, а также выполняют защитную функцию по отношению к почечке.
Строение семени двудольного растения (фасоль)
Определение неорганических веществ в семени
Цель: выявить неорганические вещества в семени.
Что делаем: положим на дно пробирки немного сухих семян (пшеница) и нагреем их над огнём. Условие: держать пробирку над огнём необходимо горизонтально, чтобы её верхняя часть оставалась холодной.
Что наблюдаем: вскоре на внутренних стенках в холодной части пробирки можно заметить капли воды.
Результат: капли воды — это результат охлаждения водяных паров, выделившихся из семян.
Что делаем: продолжаем нагревать пробирку.
Что наблюдаем: появляются бурые газы. Семена обуглились.
Результат: при полном сгорании семян остаётся лишь немного золы. Её в семенах не много — от 1,5 до 5 % сухой массы.
Вывод: семена содержат горючие органические и негорючие минеральные (золу).
Определение органических веществ в семени
Известно, что муку получают, размалывая на мельнице зёрна пшеницы.
Цель: выясним состав органических веществ входящих в семена пшеницы.
Что делаем: возьмём немного пшеничной муки, добавим в неё воды и сделаем небольшой комочек теста. Завернём комочек теста в марлю и тщательно промоем в сосуде с водой.
Что наблюдаем: вода в сосуде стала мутной, а в марле остался небольшой клейкий комочек.
Что делаем: капнем 1-2 капли раствора йода в стакан с водой.
Что наблюдаем: жидкость в сосуде посинела.
Результат: испытуемая воды посинела — значит, там есть крахмал.
На марле, в которой было тесто, осталась тягучая клейкая масса — клейковина, или растительный белок.
Вывод: в семенах содержатся растительный белок и крахмал — это органические вещества. В семенах в основном откладываются органические вещества. У разных растений они имеются в разных количествах.
Определение растительных жиров в семенах растений
Кроме белка и крахмала из органических веществ в семенах есть ещё растительные жиры.
Цель: доказать, что в семенах содержатся растительные жиры.
Что делаем: семя подсолнечника положить между двумя листами белой бумаги (рис. 1). Затем надавить на семя тупым концом карандашом (рис. 2).
Что наблюдаем: на бумаге появилось жирное пятно (рис.3).
Общий вывод: органические вещества образуются в организме и при нагревании обугливаются, а затем сгорают, превращаясь в газообразные вещества. Неорганические вещества, входящие в состав семени, не горят и не обугливаются.
Жизненные процессы прорастающего семени
Всхожесть семян
Всхожесть семян — важный показатель их качества самих семян. Определить её не сложно.
Цель: научиться определять всхожесть семян.
Что делают: отсчитывают, из семенного материала, 100 семян подряд, без выбора, раскладывают их на мокрой фильтровальной бумаге или на смоченном песке (можно на мокрой тряпочке).
Что наблюдаем: через 3-4 дня подсчитывают число проросших семян и смотрят, насколько дружно прорастают семена.
Через 7-10 дней вновь подсчитывают число проросших семян и смотрят окончательную всхожесть.
Всхожесть оценивают в процентах, подсчитывая количество проросших процентов из 100 посеянных.
Вывод: чем выше число проросших семян, тем качественнее данный семенной материал.
Прорастание семян
Есть семена, которые при прорастании выносят семядольные листья на поверхность почвы (фасоль, огурец, тыква, свекла, берёза, клён, астра, бархатцы) — это надземное прорастание семени.
У других растений при прорастании семядоли не выходят на поверхность почвы (горох, настурция, конские бобы, дуб, каштан), их относят к растениям с подземным прорастанием.
Условия необходимые для прорастания семян
Для этого можно провести небольшой опыт.
Цель: какие же условия необходимы, чтобы семена начали прорастать?
Что делаем: возьмём три стакана и положим на дно каждого по нескольку зёрен пшеницы. В первом — оставим семена, как есть (в нём будет только воздух). Во второй — нальём воды столько, чтобы она только смачивала семена, но не покрывала их полностью. Третий стакан наполним до половины. Все три стакана накроем стеклом и оставим на свету. Это начало нашего опыта.
Примерно через 4-5 дней проанализируем полученный результат.
Что наблюдаем: в первом — семена остались без изменения, во втором набухли и проросли, а в третьем только набухли, но не проросли.
Результат: опыт показывает, что семена легко впитывают воду и набухают, увеличиваясь в объёме. При этом органические вещества (белки и крахмал) становятся растворимыми. Таким образом, семя из покоящегося состояния приступает к активной жизни. Однако если, как это в третьем стакане, воздух не имеет доступа к семенам, то они хотя и набухли, но не проросли. Семена проросли только во втором стакане, где к ним был доступ и воды и воздуха. В первом стакане не было изменений, так как к семенам не поступила влага.
Вывод: для прорастания семян необходима влага и воздух.
Влияние температуры на прорастание семени
Цель: подтвердим опытным путём, что помимо влаги и кислорода на прорастание семян влияют и температурные условия.
Что делаем: в два стакана положим несколько семян фасоли (равное количество) и нальём воды, чтобы она только смачивала семена, но не покрывала их полностью. Накроем стаканы стеклом. Один стакан оставим в комнате при температуре +18-19ºС, а другой выставим на холод (холодильник), где температура не выше +3-4ºС.
Через 4-5 дней, проверим результаты.
Результат: семена проросли только в том стакане, который стоял в комнате.
Вывод: следовательно, для прорастания семян необходима ещё и определённая температура окружающей среды.
Дыхание семян
Необходимость воздуха объясняется тем, что семена дышат, то есть они поглощают кислород из воздуха, а в окружающую среду выделяют углекислый газ.
Цель: опытным путём доказать, что растения поглощают кислород из воздуха, а выделяют углекислый газ.
Что делаем: возьмём две стеклянных колбы. В одну поместим небольшое количество набухших семян гороха, а другую оставим пустой. Обе колбы закроем стеклом.
Через сутки, возьмём горящую лучинку и внесём её в пустую колбу.
Что наблюдаем: лучинка продолжает гореть. Опустим в колбу с семенами. Лучинка погасла.
Научно доказано, что кислород воздуха поддерживает горение и поглощается при дыхании. Углекислый же газ — не поддерживает горение и выделяется при дыхании.
Вывод: опыт показал, что прорастающие семена (как живой организм) поглотили кислород (O2) из воздуха, который был в колбе, а выделили углекислый газ (CO2). Убедились, что семена дышат.
Сухие семена, если они живые, тоже дышат, но у них этот процесс идёт очень слабо.
Превращение веществ в прорастающем семени
Прорастание семян сопровождается сложными биохимическими и анатомо-физиологическими процессами. Как только в семена начинает поступать вода, в них резко усиливается дыхание и активизируются ферменты. Под их влиянием запасные питательные вещества гидролизуются, превращаясь в подвижную, легко усвояемую форму. Жиры и крахмал превращаются в органические кислоты и сахара, белки — в аминокислоты. Перемещаясь в зародыш из запасающих органов, питательные вещества становятся субстратом для начинающихся в нём процессов синтеза, в первую очередь новых нуклеиновых кислот и ферментативных белков, необходимых для начала роста. Общее количество азотных веществ остаётся на одном уровне даже тогда, когда происходит энергетический распад белков, потому что при этом накапливаются аминокислоты и аспаргин.
Резко уменьшается содержание крахмала, но количество растворимых сахаров не повышается. Сахар расходуется на процесс дыхания, который в прорастающем семени происходит очень энергично. В результате дыхания образуются богатые энергией соединения — АДФ и АТФ, выделяются углекислый газ, вода и тепловая энергия. Часть сахаров расходуется на образование клетчатки и гемицеллюлоз, необходимых для построения оболочек новых клеток.
Значительное количество минеральных веществ, имеющихся в семени, при прорастании остаётся постоянным. Находящиеся в семенах катионы регулируют коллоидно-химические процессы и осмотическое давление в новых клетках.
Влияние запасов питательных веществ в семени на развитие проростков
Рост зародыша и превращение его в проросток происходит за счёт деления и роста его клеток. Чем крупнее семена, тем больше в них запасных веществ и тем лучше растут проростки.
Цель: определить опытным путем влияет ли размер семян на рост проростков.
Что делаем: в одну ёмкость с землёй посеять самые крупные семена гороха, а в другую — мелкие. Через некоторое время сравнить проростки.
Результат очевиден.
Вывод: из крупных семян развиваются более мощные растения, которые дают наиболее высокий урожай. Клеток становится всё больше и больше, так как они получают питательные вещества, растут и снова делятся.
Цель: опытным путём проверим утверждение, что для роста, особенно в первое время, проростки используют вещества, запасённые в самих семенах.
Что делаем: берём одинаковые по величине набухшие семена фасоли и удаляем у одного семени одну семядолю (1), у другого — 1,5 семядоли (2), а у третьего оставить обе семядоли (3) для контроля.
Все их помещаем в ёмкости, как показано на рисунке.
Через 8-10 дней.
Что наблюдаем: заметно, что проросток семени с двумя семядолями оказался более крупным, сильным, чем проросток с одной семядолей или проросток с половинкой семядоли.
Вывод: таким образом, высокое качество семян — необходимое условие для получения хорошего урожая.
Период покоя растения
Период покоя — необходимое условие для прорастания семян. Покой может быть вынужденный, связанный с отсутствием необходимых для прорастания условий (температуры, влажности). Пример покоя семян — сухие семена.
Органический покой определяется свойствами самого семени. Термин «покой» при этом имеет условное значение. В большинстве случаев в таких семенах протекают метаболические процессы (дыхание, иногда рост зародыша), но прорастание заторможено. Семена, находящиеся в органическом покое, даже в условиях, благоприятных для прорастания, не прорастают совсем или прорастают плохо.
Способность семян находиться в вынужденном или органическом покое выработалась у растений в процессе эволюции как средство переживания неблагоприятного для роста проростка времени года. Таким путём создаётся запас семян в почве.
Основные причины, препятствующие прорастанию семян:
- водонепроницаемость кожуры, обусловленная наличием в ней палисадного слоя толстостенных клеток, кутикулы (водонепроницаемой воскообразной плёнки);
- наличие в околоплоднике веществ, ингибирующих (затормаживающих) прорастание;
- недоразвитие зародыша;
- физиологический механизм торможения прорастания.
Время посева и глубина заделки семян
Глубина заделки семян зависит от их размера. Чем семена крупнее, тем их сеют глубже. У крупных семян больше запасных питательных веществ и их хватает для развития и роста проростков, пока они пробиваются с большой глубины.
Мелкие семена сеют на глубину от — до 2 см, средние — от 2 до 4 см, а крупные семена — от 4 до 6 см.
Глубина заделки семян зависит и от свойств почвы. В песчаные почвы семена заделывают глубже, чем в глинистые. Верхние слои рыхлых песчаных почв быстро пересыхают, и при мелкой посадке семена не получают достаточно влаги. На плотных глинистых почвах влаги в верхних слоях достаточно, но зато в нижних слоях мало воздуха. При глубокой посадке — семена задыхаются, так как им не хватает кислорода.
* * *
