Тема «Размножение и воспроизведение растений»
Занятия 8—9. Семена и проростки
Цели
Изучить строение зерновки пшеницы.
Изучить строение семян фасоли.
Познакомиться с многообразием семян растений.
Оборудование
Лисов, Н. Д. Ботаника с основами экологии : практикум : учеб. пособие для вузов / Н. Д. Лисов. — Мн. : Высш. шк., 1991. — 106 с.
Рабочая тетрадь в клетку.
Таблица.
Семена лука, пшеницы, фасоли, овса.
План
Организация.
Обсуждение поставленных вопросов:
В чем заключается биологическая сущность и значение семян?
Какие признаки лежат в основе классификации семян?
В каких тканях семян могут накапливаться запасные питательные вещества?
Из каких элементов состоит зародыш фасоли, овса?
Какие условия необходимы для прорастания семян?
Что такое подземное и надземное пространство?
В какой последовательности развиваются органы фасоли и овса при прорастании?
Какие функции выполняют семядоли?
Теоретический материал. Семя — это орган, выполняющий функции размножения и распространения растений. Развивается оно из семязачатка в результате двойного оплодотворения. В типичном случае семя цветкового растения состоит из зародыша и эндосперма, покрытых семенной кожурой.
Зародыш развивается из зиготы, образующейся вследствие слияния мужской половой клетки с яйцеклеткой, и является зачатком нового растения. В большинстве случаев в зрелом семени он дифференцируется на зародышевый побег и зародышевый корешок.
Зародышевый побег состоит из зародышевого стебелька и семядолей (две у двудольных, одна у однодольных, несколько у хвойных). На верхнем конце зародышевого стебелька из меристемы формируется верхушечный конус нарастания. Иногда на нем закладываются зачатки листьев, образующих почечку зародыша (например, у бобовых).
У некоторых растений зародыш представлен предзародышем (т. е. не дифференцирован на зародышевые органы; у водосбора, василистника, ландыша, майника, любки, ятрышника) или состоит всего из нескольких клеток
(у лилии).
Эндосперм семени — многоклеточное образование, формирующееся из оплодотворенного вторичного зародышевого ядра. Он обеспечивает питание зародыша. На начальных этапах развития семени в эндосперме активно проходят метаболические процессы, в результате которых вещества, поступающие из материнского организма, перерабатываются и передаются в зародыш. Однако у многих растений вскоре эти процессы затухают, и в эндосперме начинается отложение питательных веществ
в запас. В зрелых семенах цветковых растений соотношение размеров зародыша и эндосперма сильно варьирует. У одних растений, например,
у лилейных, зародыш очень мал и эндосперм занимает почти весь объем семени. У других, наоборот, зародыш ко времени созревания семени потребляет почти весь эндосперм и от него остается лишь небольшой слой клеток (у яблони, миндаля).
Одной из важнейших особенностей семян является их способность значительное время находиться в состоянии покоя. При наступлении благоприятных условий семя начинает прорастать (рис. 4). Вначале из семени, разрывая семенную кожуру, выходит корешок, благодаря чему молодой проросток укрепляется в почве и поглощает воду с растворенными
в ней минеральными веществами. Далее стебелек проростка у многих растений петлеобразно изгибается и через почву пробивается вершиной изгиба, поэтому почечка не повреждается при выносе ее из почвы. Позднее стебелек распрямляется.
У проростков некоторых растений (например, у фасоли, подсолнечника и др.) семядоли выносятся на поверхность почвы, зеленеют и временно осуществляют функцию фотосинтеза (надземный тип прорастания). Та часть стебля, которая располагается между семядолями и корневой шейкой, называется надсемядольным коленом или гипокотилем. Участок стебля, располагающийся между семядолями и первой парой листьев, называется надсемядольным коленом или эпикотилем. У других растений (дуб, горох) при прорастании семян семядоли остаются в почве и почечка выносится на поверхность эпикотилем (подземный тип прорастания). При прорастании семян злаков их единственная семядоля остается в семени,
а через почву пробивается колеоптиль (наружный зародышевый лист), защищающий почечку от повреждения.
В зависимости от того, где именно откладываются запасные питательные вещества, различают следующие типы семян: 1) семена с эндоспермом (у моркови, мака, клещевины, пшеницы, ячменя, ржи, кокосовой пальмы, лука, ириса); 2) семена без эндосперма (питательные вещества запасаются главным образом в семядолях; у фасоли, гороха, бобов, дуба, подсолнечника, стрелолиста, частухи, рдеста); 3) семена с периспермом (у гвоздики, канны); 4) семена с эндоспермом и периспермом (у черного перца, имбиря).
3. Самостоятельная работа
Задание 1. Рассмотрите под лупой зерновку пшеницы, опираясь на рис. 30 (Лисов, Н. Д. Ботаника с основами экологии : практикум : учеб. пособие для вузов / Н. Д. Лисов. — Мн. : Высш. шк., 1991. — С. 85). Зарисуйте строение зерновки пшеницы и обозначьте рисунок.
Рис. 4. Схема прорастания семян и строения проростков:
А — злаки; Б, В — двудольные (соответственно подземное и надземное прорастание): 1 — колеоптиль; 2 — мезокотиль; 3 — первичный сложенный лист; 4 — эпикотиль; 5 — верхушечная почка; 6 — листья; 7 — семядоли; 8 — гипокотиль; 9 — главный корень; 10 — боковые
Задание 2. Рассмотрите набухшее семя фасоли. Зарисуйте зародыш
и укажите его составные элементы.
Задание 3. Отберите проростки фасоли и овса в разных фазах развития:
а) начало прорастания;
б) появление всходов;
в) появление первых листьев.
Установите, какой орган первым трогается в рост, каким образом почка пробивается на поверхность почвы.
Задание 4. Зарисуйте процесс прорастания семян фасоли и обозначьте рисунок (Лисов, Н. Д. Ботаника с основами экологии : практикум : учеб. пособие для вузов / Н. Д. Лисов. — Мн. : Высш. шк., 1991. — С. 86).
Задание 5. Выполните тест по теме из приложения 4.
4. Выводы.
Список литературы
А — 4, 6, 7, 14, 16.
В — 13, 19.
Занятия 10—11. Плоды
Цели
Изучить строение плодов различных растений.
Распределить типы плодов, представленные в коллекции.
Изучить способы распространения плодов.
Оборудование
Лисов, Н. Д. Ботаника с основами экологии : практикум : учеб. пособие для вузов / Н. Д. Лисов. — Мн. : Высш. шк., 1991. — 106 с.
Рабочая тетрадь в клетку.
Таблица.
Коллекция плодов.
План
Организация.
Обсуждение поставленных вопросов:
Что собой представляет плод, в чем заключается процесс образования и созревания плодов?
Из каких частей цветка развивается плод?
Каковы функции плодов?
Какие части цветка превращаются в околоплодник, в семена?
Чем сочные плоды отличаются о сухих?
Какие плоды называются дробными, членистыми?
Что такое соплодие? Из чего оно образуется?
Как распространяются плоды? Какие для этого существуют приспособления?
Теоретический материал. Плод — это орган, выполняющий функцию защиты семян от внешних воздействий и нередко способствующий их распространению. Он образуется из цветка после оплодотворения. Главную роль в образовании плода играет гинецей.
Плод состоит из околоплодника (перикарпий) и семян.
Околоплодник служит стенкой плода. Формируется он из стенки завязи, а часто и из других элементов цветка (из оснований тычинок, из околоцветника или цветоложа) и состоит из трех слоев: наружного — внеплодника (экзокарпий), среднего — межплодника (мезокарпий) и внутреннего — внутриплодника (эндокарпий). Околоплодник может быть сочным или сухим, с выростами в виде крыла (крылатка у клена, ясеня, вяза), шипов (у дурмана), прицепок (у череды, липучки), волосков (у тополя, ивы) или без них. Кроме того, у него могут сохраняться и разрастаться некоторые элементы околоцветника, а иногда и верхушечные
листья.
Плоды очень разнообразны по форме, размерам, консистенции и по другим признакам. Все это затрудняет их классификацию. Разработано несколько классификаций плодов. Одна из них (морфологическая) основана на консистенции околоплодника, числе в нем семян и способе вскрывания плодов. Эта классификация достаточно простая и широко применяется.
По консистенции околоплодника различают сочные и сухие плоды (рис. 5, 6).
Сочные плоды имеют более или менее мясистый околоплодник, окружающий одно или несколько семян. Мясистая часть его обычно образуется из межплодника. К сочным плодам относятся ягодовидные и костянковидные.
Ягодовидные объединяют преимущественно многосемянные плоды
с сочным околоплодником. К таковым относятся ягода, тыквина, яблоко, померанец (геслеридий).
Цветок — один из генеративных органов (наряду с плодами и семенами) покрытосеменных растений.
Цветок покрытосеменных фактически является укороченным, невет-вящимся, ограниченно растущим побегом, на котором развиваются органы спороношения (тычинки и плодолистики), образуются споры и гаметы,
а также осуществляется половой процесс с последующим формированием семян и плодов. Он может располагаться непосредственно на вегетативном побеге или иметь цветоножку. В первом случае цветок называется сидячим.
У типичного цветка на укороченной оси — стеблевой части, называемой цветоложем, — располагаются элементы околоцветника, тычинки
и один или несколько пестиков, представляющих собой видоизмененные листья.
Околоцветник — это стерильная (бесплодная, не способная к оплодотворению) часть цветка, выполняющая защитную функцию, а также функцию привлечения опылителей.
Околоцветник, окрашенный в один цвет, называют простым. Он обычно бывает чашечковидным (состоит из листовидных зеленых листочков) или венчиковидным (листочки ярко окрашены).
У некоторых видов околоцветник дифференцирован на различно окрашенные чашечку и венчик. Его называют двойным.
Рис. 5. Сочные плоды:
1 — ягода (у крыжовника обыкновенного); 2 — костянка (у вишни); 3 — ягода
(у томата); 4 — цинородий — сборный орешек (у шиповника); 5 — яблоко
(у яблони домашней); 6 — фрага — сборный орешек (у земляники лесной);
7 — сборная костянка (у малины); 8 — тыквина (у огурца посевного);
9 — померанец (у лимона); 10, 11 — соплодие (соответственно у ананаса,
инжира и шелковицы)
Рис. 6. Сухие плоды:
1 — семянка (у подсолнечника); 2 — крылатка (у ясеня обыкновенного);
3 — сборный орешек (у лютика); 4 — листовка (у живокости полевой);
5 — двукрылатка (у клена остролистного); 6 — орех (у лещины обыкновенной);
7 — зерновка (у пшеницы); 8 — стручок (у капусты); 9 — семянка с хохолком
(у одуванчика); 10 — самозарывающаяся зерновка с летучкой (у ковыля);
11 — боб (у гороха посевного); 12 — стручочек (у ярутки полевой);
13, 14 — коробочки (соответственно у белены черной и мака); 15 — сборная листовка (у водосбора обыкновенного); 16 — семянка с прицепками
(у череды трехраздельной); 17 — членистый стручок (у редьки дикой)
Чашечка, как правило, состоит из зеленых листочков — чашелистиков, свободных (раздельнолистная чашечка) или сросшихся основаниями (сростнолистная чашечка). У отдельных видов чашелистики бывают ярко окрашены, и тогда они выполняют или усиливают роль лепестков в привлечении насекомых-опылителей. У некоторых видов под чашечкой из прицветников либо из сросшихся прилистников формируется подчашие.
Венчик состоит из ярко окрашенных лепестков, свободных (раздельнолепестные венчики) или сросшихся между собой, хотя бы частично (спайнолепестный венчики). В свободнолепестном венчике лепесток
в большинстве случаев состоит из узкого ноготка, которым он прикрепляется к цветоложу, и из более широкого пластинчатого отгиба. В спайнолепестном венчике ноготки, срастаясь между собой, образуют трубку венчика; место перехода трубки в отгиб называется зевом. В зависимости от величины трубки и отгиба, от его формы различают колесовидный, воронковидный, колокольчатый, трубчатый, переходный, а также двугубый, одногубый, язычковый венчики.
У ряда видов околоцветник состоит из пленок и чешуи и называется пленчатым.
Голосеменные — это древесные, преимущественно вечнозеленые растения (деревья и кустарники) с хорошо развитыми корнями, стеблями
и листьями. Листья у многих голосеменных игольчатые, иногда чешуевидные. Стебель у них имеет вторичное утолщение, древесина у большинства состоит только из трахеид, в проводящей системе отсутствуют сосуды.
В процессе эволюции у голосеменных развился новый орган — семя, представляющий собой зачаточное растение. Семена имеют запас питательных веществ и покрыты кожурой. Развиваются они из семязачатков, которые формируются на женских шишках. Основную часть семезачатка составляет нуцеллус (макроспорангий), окруженный покровом, или интегументом. В семязачатке формируются макроспоры, женские заросток
и половые органы, где после оплодотворения развивается зародыш.
Тычинки в совокупности образуют так называемый андроцей. В каждой из них различают цилиндрическую или уплощенную тычиночную нить и пыльник. Последний состоит из двух половинок, соединенных связником и несущих по два гнезда (микроспорангии), где образуются пыльцевые зерна. Тычинки могут срастаться одна с другой либо оставаться свободными или располагаться пучками. В первом случае андроцей называется однобратственным. Если же при этом одна из тычинок остается свободной, андроцей считается двубратственным. Когда тычинки располагаются пучками, андроцей называют многобратственным.
Пестик — это закрытое вместилище семязачатков. Образуется он вследствие срастания краев одного или нескольких плодолистиков. Совокупность плодолистиков (макроспорофиллов) одного цветка, образующих один или несколько пестиков, представляет гинецей. Гинецей, состоящий из одного плодолистика, образующего один пестик, называют одночленным, а из нескольких плодолистиков — многочленным. Последний может быть апокарпным (плодолистики не срастаются между собой и образуют несколько пестиков) и ценокарпным (плодолистики срастаются в один пестик). В пестике обычно различают завязь (нижняя расширенная часть), вытянутый столбик и располагающееся на нем рыльце. У некоторых
видов столбика нет, и рыльце называют сидячим. Столбики, как и тычинки, могут быть сросшимися или свободными. В завязи развиваются семязачатки. Они прикрепляются к стенке завязи семяножкой. Места их прикрепления называют плацентами. Центральную часть семязачатка составляет нуцеллус. Он частично окружен одним или двумя покровами (интегументами) так, что на вершине семязачатка остается узкий канал — пыльцевход, или микропиле. В нуцеллусе формируется зародышевый мешок, который у большинства видов покрытосеменных состоит из яйцеклетки, двух синергид, трех антипод и одной крупной центральной клетки. Ядра яйцеклетки, синергид и антипод гаплоидны. Центральная же клетка либо двуядерна, либо имеет одно диплоидное ядро, называемое вторичным. После опыления цветка спермии по пыльцевой трубке попадают в зародышевый мешок. Один из них сливается с яйцеклеткой, другой — с вторичным зародышевым ядром. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, а из вторичного зародышевого ядра формируется триплоидная питательная ткань — эндосперм. После оплодотворения семязачаток постепенно превращается в семя, а завязь — в плод.
У ряда видов в цветках не формируются отдельные элементы. Такие цветки называются неполными. Если отсутствует околоцветник, цветок называют голым; если нет пестика — тычиночным или мужским; при отсутствии тычинок — соответственно пестичным или женским цветком.
Одиночные цветки на вегетативных побегах формируются лишь у некоторых видов растений (мак, тюльпан, магнолия). У большинства растений они находятся на особых разветвленных побегах, называемых соцветиями. На узлах осей соцветия располагаются так называемые кроющие листья или прицветники, относящиеся чаще всего к верхушечным листьям (соцветие в этом случае называется брактеозным). Иногда кроющие листья не отличаются от ассимилирующих (фрондозные соцветия), а в некоторых случаях вообще отсутствуют (фрондулезные, или эбрактеозные, соцветия). Цветики могут формироваться прямо на оси побегов соцветий в пазухах прицветников либо иметь более или менее длинные цветоножки. Последние часто несут по два маленьких листочка, называемых прицветничками.
Соцветие, как и всякий побег, может ветвиться. В зависимости от способа ветвления соцветия делятся на моноподиальные (ботрические, или рацемозные), симподиальные (цимозные) и тирзоидные, или тирсы.
У ряда видов моноподиальные соцветия имеют сильно вытянутую
основную ось, и цветки начинают распускаться всегда снизу — в акропетальном направлении (верхушечный — конечный распускается последним). У некоторых растений основная ось укорочена и иногда расширена. В таких случаях цветки распускаются в центростремительном направлении — краевые первыми.
Моноподиальные соцветия делятся на простые и сложные.
У простых моноподиальных соцветий на главной оси располагаются одиночные цветки. Например, соцветие кисть имеет удлиненную ось, на боковых ответвлениях которой (одинаковой длины) — цветоножках — поочередно располагаются цветки. Примером могут служить ландыш майский, черемуха обыкновенная, горох посевной, люпин многолетний
и др. Колос, как и кисть, также имеет удлиненную ось, но не имеет цветоножек, т. е. цветки у него сидячие. Такое соцветие, например, у подорожника. Удлиненная ось и у соцветия початок, но она утолщенная и мясистая; цветки у него без цветоножек, т. е. также сидячие (у белокрыльника болотного, аира). Своеобразную кисть представляет собой щиток. Главная ось этого соцветия имеет цветоножки неодинаковой длины, благодаря чему цветки располагаются почти в одной горизонтальной плоскости
(у груши, боярышника колючего). У соцветия головка ось слегка утолщена, как у початка, но сильно укорочена, цветоножки отсутствуют или едва заметны (у букашника горного, некоторых видов клевера). У корзинки ось также укорочена и очень расширена, образует общее цветоложе; цветки сидячие, все верхушечные листья скучены под соцветием и образуют обертку (у василька синего, нивяника обыкновенного и других сложноцветных). Сережка представляет собой колос со слабопоникающей осью. После завершения цветения это соцветие опадает целиком
(у ивы, тополя). У зонтика ось сильно укорочена, одинаковые по размеру цветоножки как бы выходят из одной точки, цветки располагаются почти в одной плоскости или куполообразно (у сусака зонтичного, первоцвета весеннего, вишни).
Сложные моноподиальные соцветия состоят из простых, располагающихся на главной оси. У сложного колоса, например, на главной удлиненной оси располагаются простые колоски (у ржи, пшеницы, ячменя).
У сложного щитка на главной оси располагаются простые щитки (у калины обыкновенной, валерианы лекарственной, рябины обыкновенной).
У сложного зонтика укороченная главная ось несет лучи первого порядка; на них располагаются простые зонтики, а верхушечные листья образуют общую обертку (у моркови посевной, укропа, сныти обыкновенной).
Ягода — многосемянный плод, сочный околоплодник которого, называемый внеплодником, покрыт тонкой кожурой. Плод образуется из нескольких плодолистиков. Типичными ягодами являются плоды черники, брусники, клюквы, картофеля, винограда, крыжовника, смородины, томата. Нередко в быту к ягодам относят и плоды земляники. Однако их мясистая часть представляет собой разросшееся цветоложе и содержит мелкие орешки (плод у земляники называется фрага). Плод шиповника также нельзя назвать ягодой, поскольку он представляет собой бокаловидное мясистое ярко окрашенное цветоложе, к стенкам которого изнутри прикрепляются орешки (такой плод называется цинородий).
У тыквины в плотном околоплоднике сильно развиты проводящие пучки, внеплодник твердый, нередко одревесневает. Тыквина характерна для огурца, тыквы, арбуза.
У яблока мякоть образуется из основания тычинок, околоцветника
и цветоложа, а самая сердцевина — из стенок завязи. Яблоко свойственно некоторым растениям семейства розоцветных (яблоня, груша, айва и др.).
Померанец — это многосемянный плод с плотным кожистым окрашенным внеплодником, богато снабженным эфирными маслами, и с сухим губчатым белым межплодником. Внутриплодник у него пленчатый,
с многочисленными сочными волосками. Сочная мякоть представляет собой разросшиеся мешковидные выросты внутриплодника. Померанец характерен для цитрусовых (апельсин, лимон, мандарин).
Костянковидные объединяют плоды с деревянистым внутриплодником. К ним относятся костянка, сухая костянка, многокостянка. У костянки околоплодник четко разделяется на три части: на кожистый тонкий внеплодник, мясистый межплодник и одревесневший внутриплодник, образующий косточку. Такой плод у вишни, сливы, абрикоса, персика,
а также у миндаля и кокосовой пальмы. Однако у двух последних межплодник зрелого плода становится сухим, волокнистым, поэтому плоды данных растений называются сухой костянкой.
Сухие плоды по числу семян и способу вскрывания околоплодника разделяют на ореховидные (односемянные, как правило, невскрывающиеся) и коробочковидные (многосемянные, большей частью вскрывающиеся).
К ореховидным плодам относят орех, орешек, семянку, крылатку, зерновку.
Орех и орешек — это плоды, имеющие плотный одревесневший
околоплодник, в который заключено единственное семя, легко от него отделяющееся. Орех и орешек различаются размерами. Такие плоды формируются у лютиковых, гречихи, пикульника, шалфея. У лещины плод представляет собой типичный орех, заключенный в плюску (особое образование, развивающееся из разросшихся прицветников).
Семянка — плод с кожистым околоплодником, легко отделяющимся от семени и отличающимся от орешка лишь степенью уплотнения околоплодника. Типичными семянками являются плоды растений из семейства сложноцветных (подсолнечник, василек, одуванчик и др.).
Крылатка — это семянка или орешек, снабженный кожистым или перепончатым крыловидным придатком. Характерна преимущественно для древесных и кустарниковых растений (вяз, ясень, береза и др.).
Зерновка — плод с тонким околоплодником, плотно срастающимся
с семенной кожурой или плотно прилегающим к ней. Характерна для растений семейства злаковых.
Коробочковидные плоды также разнообразны.
Наиболее примитивно из них устроена листовка. Она образуется из одного плодолистика, одногнездна, вскрывается в месте срастания краев плодолистика (по брюшному шву) — как бы развертывается. Плод листовка, например, у живокости полевой.
Боб — одногнездный плод, образованный одним плодолистиком. Вскрывается двумя створками в месте срастания краев плодолистика (брюшной шов) и по средней жилке (спинной шов). Семена прикрепляются вдоль брюшного шва. Бобы характерны для бобовых.
Стручок и стручочек похожи на боб, но образуются они из двух плодолистиков и отличаются наличием между створками ложной перегородки. Вскрываются стручок и стручочек продольно двумя опадающими створками. Семена в них прикрепляются к перегородке. Стручок и стручочек различаются между собой соотношением длины и ширины. У первого длина превышает ширину в 3 и более раз (у горчицы, капусты).
У второго длина ненамного больше ширины или равна ей (у пастушьей сумки, ярутки полевой, икотника серо-зеленого и др.).
Коробочка — сухой, многосемянный, одно- или многогнездный плод. Вскрывается зубцами (у гвоздики, куколя, примулы), дырочками (у мака), крышечкой (у подорожника, белены) или продольными трещинами — створками. Последние могут расходиться в месте срастания плодолистиков (у фиалки), по средней их жилке (у тюльпана, ириса, лилии), стенкоотрывно (перегородки остаются соединенными в центре, а створки отходят от них; у дурмана).
У ряда видов сухие многосемянные плоды при созревании распадаются на части (мерикарпии), соответствующие плодолистикам или их продольным половинкам. Такие плоды называются дробными. Примером может служить вислоплодник зонтичных, плод губоцветных (распадается на четыре орешка), двукрылатка клена.
У некоторых видов плоды разламываются по поперечным (ложным) перегородкам на односемянные членики. Эти плоды называются членистыми. Они характерны для дикой редьки, копеечника.
У отдельных видов плоды образуются из нескольких пестиков одного цветика. Они называются сборными (многолистовка у водосбора, много-орешек у лютиковых, многокостянка у малины).
У ряда видов несколько цветков соцветия срастается вместе. В таких случаях из них в дальнейшем формируется соплодие (у свеклы, шелковицы, ананаса, инжира).
3. Самостоятельная работа
Задание 1. Рассмотрите коллекцию плодов. Найдите среди них сочные, сухие односемянные, многосемянные. Обратите внимание на способ их раскрывания и характер прикрепления семян. Определите, к какому типу относится, каждый плод коллекции. Зарисуйте плоды растений. Обозначьте рисунки.
Задание 2. В коллекции найдите плоды, распространяемые:
ветром,
человеком,
муравьями,
птицами.
Проанализируйте особенности строения данных плодов.
Заполните таблицу.
Типы плодов растений
Задание 3. Выполните тест по теме из приложения 4.
4. Выводы.
Список литературы
А — 4, 6, 7, 10, 16.
В — 13, 14, 19.
|
