Строение плода.
Плод состоит из околоплодника (перикарпа) и плодоножки.
Перикарп, внутри которого лежат семена, включает (рис. 1):
эпикарп — наружный слой плода;
мезокарп — средний слой плода;
эндокарп — внутренний слой плода.
Разнообразие плодов.
Сухие плоды при созревании обезвоживаются, клетки в них отмирают.
Сочные плоды состоят в основном из живых клеток и сохраняют высокое содержание воды
Плоды:
односемянные плоды образуются, если в завязи пестика только один семязачаток;
многосемянные плоды образуются, если в завязи пестика несколько семязачатков.
Семена могут оставаться внутри плода до его разрушения и прорастать в нём.
Вскрывающиеся плоды при созревании лопаются, и семена высыпаются и распространяются самостоятельно.
СУХИЕ МНОГОСЕМЯННЫЕ ПЛОДЫ
Листовка и многолистовка — разновидность плода с кожистым сухим околоплодником, раскрывающимся вдоль шва при созревании семян.
Примеры, некоторые лютиковые (живокость, калужница и др.), пионовые, магнолиевые, толстянковые.
Коробочка — сухой плод, состоящий из двух и более плодолистиков, которые при созревании разделяются (раскрываются), чтобы освободить семена.
Примеры: мак, лилия, орхидеи, хлопчатник, дурман
Боб - плод, состоящий из двух длинных тонких створок, соединённых краями. Внутри плода содержится небольшое количество семян, расположенных в одну линию. Семена крепятся к брюшному шву коротенькими семяножками. Созревший боб обычно высыхает и раскрывается, из него высыпаются семена. Однако, у многих растений боб падает на землю нераскрытым.
В ботанике словом «боб» обозначается плод растений семейства бобовых.
Стручок — сухой многосемянный плод, вскрывающийся двумя створками, так как по спинному и брюшному шву каждой створки появляются продольно-кольцевые трещины; когда створки разделяются, семена остаются на перегородке. Вскрываются стручки снизу вверх.
Если длина стручка превышает его ширину не более, чем в 1,5, то такой стручок называется стручочком.
Стручок и стручочек — плоды семейства Крестоцветные.
СУХИЕ ОДНОСЕМЯННЫЕ ПЛОДЫ
Семянка — простой сухой односемянный невскрывающийся плод с кожистым околоплодником.
Между семенем и перикарпием обычно имеется полость.
Семянки нередко имеют различные образования для распространения ветром или животными: хохолки, крыловидные выросты, крючочки и шипы.
Примеры: растения семейства Астровые, или Сложноцветные.
Крылатка — разновидность семянки с кожистым сухим околоплодником, имеющим плоский волокнистый крыловидный вырост.
Форма крылатки способствует распространению семян с помощью ветра. Семя может располагаться как в центре крыла (вяз), так и на краю крыла (клён, ясень), что позволяет крылатке вращаться в воздухе по спирали.
Жёлудь — сухой односемянный с жестким кожистым околоплодником, частично или полностью заключенный в плюске. Предполагают, что плюска образуется из сросшихся осей и прицветников редуцированного соцветия.
Плод желудь характерен для растений семейства Буковые: дуба, бука, каштана.
Орех — сухой невскрывающийся плод с деревянистым околоплодником, внутри которого помещено одно (редко два) свободно лежащее семя. Орех окружён одним или несколькими прицветничками, образующими обёртку.
Плод орех имеют лещина и фундук.
Зерновка - простой сухой односемянный нераскрывающийся плод, у которого семенная кожура семени срастается с кожистым плёнчатым околоплодником.
У многих видов злаков плод охвачен сухими цветковыми чешуями, играющими важную роль в их распространении.
Плод зерновка характерен для растений семейства Злаки, или Мятликовые.
СОЧНЫЕ ПЛОДЫ
Ягода — многосемянный плод с тонким кожистым эпикарпом, сочным мезокарпом и твёрдым эндокарпом.
Ягода развивается как из верхней завязи, так и из нижней; в последнем случае она несёт на своей верхушке высохший околоцветник, например, у крыжовника, смородины.
Плод ягода развивается в семействе пасленовых, вересковых и многих других.
Тыквина — многосемянный плод с сочным внутренним слоем, мясистым средним и твёрдым наружным. Иногда достигает довольно больших размеров, наружный слой иногда сплошь мясистый (огурец, дыня), иногда деревянистый (тыква).
Плод тыквина характерен для растений семейства Тыквенные: тыквы, арбуза, дыни, огурца и др.
Померанец — нераскрывающийся многогнездный и многосемянный плод, покрытый толстой и мягкой кожей. Характеризуется железистым экзокарпием, губчатым мезокарпием и разросшимся эндокарпием, имеющим вид соковых мешочков.
В наружном слое кожи содержится много эфирных масел.
Плод померанец характерен для растений подсемейства Цитрусовые (лимон, апельсин, померанец и др.).
Яблоко — многосемянный нераскрывающийся ложный плод многолистовка, погруженная в мякоть расширенного цветоложа (гипантия).
Мелкие плоды яблоневых, обычно собранные в соцветия, имеют название яблочко (например, рябина).
Плод яблоко характерен для растений подсемейства Яблоневые семейства Розовые: яблоня, груша, кизильник, боярышник, айва.
Костянка — сочный плод растений с резкой дифференциацией слоёв околоплодника: тонким кожистым эпикарпом, мясистым мезокарпом и одревесневшим эндокарпом. Эндокарп образует твёрдую (каменистую или кожистую) косточку.
Плод костянка развивается у представителей семейства розоцветные (вишни, сливы, персика, абрикоса и др.). Известны сухие костянки с кожистым (грецкий орех) или волокнистым (кокосовая пальма ) мезокарпом.
Многокостянка — плод, состоящий из двух или многих плодиков-костянок.
Пример: растения семейства розоцветные: малина, ежевика, морошка.
ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН
надземное прорастание;
Первым начинает расти зародышевый корешок. Он разрывает семенную кожуру и выходит наружу. Так как он обладает положительным геотропизмом (направленный рост вниз), он растёт вниз и внедряется в почву. После этого он распрямляется и выносит вверх семя. Семенная кожура разрывается, и семядоли оказываются на свету. Они зеленеют и начинают фотосинтезировать. Растёт и зародышевый стебелёк, начинают образовываться настоящие листья, образуется новое растение (рис. 1).
Надземное прорастание характерно для двудольных растений.
подземное прорастание;
При подземном прорастании семядоли не выносятся на поверхность (рис. 2). За счёт роста зародышевого стебелька на поверхности оказывается зародышевая почка, которая даёт начало листьям.
Такое прорастание наблюдается у однодольных, у которых при прорастании не образуется сильного главного корня, а образуется много мелких придаточных. Подземное прорастание так же наблюдается у растений с крупными тяжёлыми семядолями, например, у дуба.
УСЛОВИЯ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН
определенная температура;
Многие тропические растения прорастают при температурах не выше 25оС (например, кофе, многие кактусы и орхидеи).
Растения субтропических областей прорастают, как правило, при температурах 10-15оС (например, огурец, помидор, баклажан).
Растения умеренной зоны прорастают при разных температурах. Одни прорастают при положительных температурах, другие — при температуре, превышающей определённую величину.
наличие воды;
Так как семена при созревании обезвоживаются, запуск процессов обмена веществ, необходимого для роста, требует поглощения воды. Вода проникает в семена через семявход (микропиле). Семена набухают, при этом их масса и объём увеличиваются в несколько раз. Затем начинается развитие зародыша семени во взрослое растение.
наличие кислорода;
Зародыш внутри семени лишён возможности фотосинтезировать и питается гетеротрофно готовыми органическими веществами эндосперма. Для получения энергии он использует дыхание, которое невозможно в отсутствии кислорода.
Опыление
Опыление — процесс переноса пыльцевого зерна на рыльце пестика.
Способы опыления (рис. 3):
самоопыление — опыление собственной пыльцой данного цветка;
перекрестное опыление — опыление пыльцой другого цветка.
Рис. 3. Способы опыления
Существует несколько механизмов переноса пыльцы с одного растения на другое:
с помощью ветра опыляются анемофильные растения;
с помощью насекомых опыляются энтомофильные растения;
с помощью животных (например, колибри и летучих мышей) опыляются многочисленные тропические зоофильные растения;
с помощью воды опыляются некоторые водные растения.
Пыльца большинства растений в воде лопается из-за высокого осмотического давления, поэтому даже если растение растёт под водой, его цветы в большинстве случаев поднимаются над водой и опыляются насекомыми.
Двойное оплодотворение
Гаметофиты вырабатывают разнообразные фитогормоны и ферменты, участвующие в оплодотворении.
В рыльце пестика содержится большое количество аминокислоты триптофана, а в пыльцевых зернах — фермент, превращающий ее в фитогормон ауксин (гормон роста).
При попадании пыльцевых зерен на рыльце пестика запускаются химические процессы, стимулирующие прорастание пыльцевого зерна: из вегетативной клетки образуется пыльцевая трубка.
В начале образования пыльцевой трубки происходит деление генеративной клетки, в результате чего образуется два спермия. Они перемещаются по пыльцевой трубке по мере её роста, находясь около её растущего конца.
Пыльцевая трубка обладает ярко выраженным хемотропизмом в сторону возрастания концентрации ионов Ca2+Ca2+. Концентрация ионов Ca2+Ca2+ увеличивается от рыльца к завязи пестика. Еще большая концентрация отмечена в семязачатке и наивысшая — в зародышевом мешке.
Достигнув завязи, пыльцевая трубка растет по особой ткани и через пыльцевой вход (микропиле) проникает в семязачаток, а затем в зародышевый мешок.
После того как пыльцевая трубка внедрилась в зародышевый мешок, ее головка разрывается под действием ферментов и разницы в осмотическом давлении между пыльцевой трубкой и зародышевым мешком.
А далее происходит двойное оплодотворение (рис. 9). В зародышевый мешок попадают два спермия:
один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу(2n);
второй спермий сливается с центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку (3n).
Рис. 9. Двойное оплодотворение
Клетки-спутницы и антиподы отмирают, а зигота, центральная клетка и клетки стенки семязачатка участвуют в образовании семени.
Зигота митотически делится и превращается в многоклеточный зародыш, а триплоидная клетка, митотически делясь, превращается в триплоидное многоклеточное образование — эндосперм, питательную ткань для зародыша. В паренхиме эндосперма накапливаются крахмал, белки и жиры, для гетеротрофного питания зародыша.
В процессе оплодотворения происходит повышение синтеза ауксина в тканях цветка, что стимулирует разрастание завязи и других частей для формирования семени и плода.
Между опылением и оплодотворением проходит определенный промежуток времени: у некоторых растений 15 мин, у других — часы, недели и даже месяцы.
Процесс двойного оплодотворения у покрытосеменных растений открыл в 1898 году русский ботаник академик Сергей Гаврилович Навашин (рис. 10).
Рис. 10. Академик Сергей Гаврилович Навашин
ЗНАЧЕНИЕ ДВОЙНОГО ОПЛОДОТВОРЕНИЯ
Возникновение в процессе эволюции механизма двойного оплодотворения имело большое значение:
одновременное формирование запасающей ткани (эндосперма) и зиготы обеспечивает питание зародыша на самых ранних этапах его развития;
семяпочка не запасает питательные вещества, а все ресурсы тратит на развитие зародыша;
триплоидный эндосперм развивается быстрее, чем гаплоидный (у голосеменных);
эндосперм развивается только при развитии семени (экономия ресурсов), в отличие от голосеменных, у которых развитие эндосперма происходит даже в отсутствии зародыша.