Біологія. Довідник школяра та абітурієнта
Насіння
Насінина — це орган, за допомогою якого розмножуються й поширюються насінні рослини. Вона складається із зародка та запасальної тканини, вкритих насінною шкіркою. За несприятливих для проростання умов (холод, посуха) насіння може певний час перебувати у стані спокою.
Будова насінини
Схема будова насіння квасолі (а), об’ємне зображення внутрішньої будови зернівки пшениці (б) та частина поперечного зрізу зернівки жита (в): 1 — насінна шкірка; 2 — брунька зародка; 3 — стеблинка; 4 — корінець; 5 — сім’ядоля; 6 — всисні волоски; 7 — оплодень; 8 — шкірка; 9 — алейроновий шар ендосперму; 10 — ендосперм; 11 — плодова оболонка; 12 — насінна оболонка; 13 — клітини алейронового шару; 14 — крохмаленосна паренхіма
З настанням сприятливих умов (температури й вологості) насіння поглинає воду й при достатній кількості повітря проростає.
Залежно від того, де відкладаються запасні продукти, розрізняють п’ять типів насіння:
- 1) насіння з розвинутим ендоспермом і периспермом (чорний перець, мускатний горіх);
- 2) насіння з розвинутим ендоспермом (злаки, лілійні, пасльонові, зонтичні);
- 3) насіння з розвинутим периспермом (лободові, гвоздикові, перцеві);
- 4) без ендосперму й перисперму (бобові, складноцвіті, гарбузові, розоцвіті);
- 5) у насінні запасні поживні речовини містяться у самому зародку.
Усі рослини, які мають у насінні дві сім’ядолі, об’єднані у клас Дводольні. Насінина дводольної рослини, наприклад, квасолі, вкрита товстою шкірочкою. На вузькій увігнутій поверхні насінини розташований рубчик — місце прикріплення насінини до насіннєвої ніжки. Поряд з рубчиком є мікропіле, через яке до насінини надходить зародок у вигляді двох добре розвинутих сім’ядолей, зародкового коріння, зародкового стебельця і брунечки. Ендосперму в насінині квасолі немає. Усі поживні речовини містяться в сім’ядолях, які є першою парою видозмінених листків зародка.
Типи насіння: I, II — з ендоспермом; III — без ендосперму; IV — з ендоспермом і периспермом; V — з периспермом; 1 — насінна шкірка (спермодерма); 2 — спермодерма, зросла з перикарпом; 3 — перисперм; 4 — ендосперм; 5 — зародок; 6 — зародкова брунька; 7 — зародковий корінь; 8 — сім’ядолі
Насінина однодольної рослини, наприклад, зернівки пшениці, вкрита оплоднем, що зрісся зі шкірочкою насінини, а під нею містяться зародок та ендосперм. Зародок має сформовані вегетативні органи майбутньої рослини: зародковий корінець з кореневим чохликом, зародкове стебельце і брунечку.
У центрі брунечки добре помітний конус наростання, вкритий зародковими листочками. Верхній зародковий листок — колеоптиле — захищає проросток під час проходження його крізь ґрунт. Частина зародка, що прилягає до ендосперму, є редукованою сім’ядолею і має назву щиток. Через який зародок дістає поживні речовини й воду з ендосперму. На протилежному від щитка боці міститься епібласт, який вважають за редуковану другу сім’ядолю.
Умови, необхідні для проростання насіння
Для проростання насіння потрібний цілий ряд умов. Необхідно, щоб насіння мало схожість. Деяке насіння зберігає схожість протягом 5-6 днів (верба, тополя), багато овочевих рослини — 4-5 років, хлібні злаки — 8-12 років, бур’яни — до 25-40 років. Щоб насіння не втратило схожості, його слід зберігати в сухому, провітрюваному приміщенні за температури 4-5°С.
Насіння плодових і багатьох інших дерев потребує передпосівної стратифікації, тобто висівання восени в ґрунт на глибину 20-25 см. Навесні таке насіння переносять на постійне місце, і воно дає дружні сходи.
За наявності води, тепла і повітря доброякісне насіння починає проростати. Кількість води, потрібної для проростання різного насіння, різна: для посівного матеріалу жита — 60 % до маси насіння, пшениці — 46 %, вівса — 60 %, кукурудзи — 44 %, проса — 25 %, конюшини червоної — 45 %, вики — 75,4 %.
Більшість оліїстого насіння вбирає 30-40 % води. Від вбирання води насіння набухає і шкірка лопається. Клітини починають рости, утворюються проростки. Насіння конюшини, люцерни та деяке інше має слабопроникну шкірку. Для кращого доступу води його слід скарифікувати (порушити цілісність шкірки). Цього досягають перетиранням насіння з піском або наждачним склом.
Температура, яка потрібна для проростання насіння, також неоднакова. Для жита, пшениці, ячменю потрібна температура від 0° до 4,5 °С, соняшника — 4,5°-10,5 °С, проса й кукурудзи — 8°-10 °С, огірка — 15°—18 °С. Найкраща температура для проростання більшості насіння — 25°-30 °С.
Насіння як живий організм дихає Оксигеном повітря. Під час проростання насіння потреба в Оксигені збільшується, клітини починають дихати інтенсивніше. Насіння деяких рослин потребує для проростання світла (жовтець отруйний, омела). Більшість насіння краще проростає в темряві.
Перетворення речовин під час проростання насіння
Щоб зародки насіння почали рости, потрібно, щоб запасні речовини насіння під впливом ферментів перетворилися у легкозасвоювані сполуки.
Крохмаль — нерозчинна у воді речовина — під час проростання насіння під впливом ферменту амілази перетворюється у дисахарид мальтозу. Під час гідролізу вона розпадається на дві молекули глюкози, а глюкоза легко переходить з клітини в клітину йі використовується рослиною в процесі росту. Розчинення іншого полісахариду (геміцелюлози) під час проростання насіння відбувається дуже легко. Вона під впливом ферменту цитози розпадається на прості цукри (пентози й гексози).
Жирні олії під впливом ферменту ліпази розкладаються на складові частини: гліцерин і жирні кислоти. Подальше розщеплення жирних кислот призводить до утворення глюкози.
Запасні білкові речовини відкладаються в насінні у вигляді алейронових зерен. Під впливом протеаз вони розкладаються на амінокислоти, а останні можуть проникати крізь стінки клітин і завдяки цьому пересуватися із сім’ядолей або алейронового шару в ростучі частини рослини, де з них знову будуть побудовані потрібні рослинні білкові сполуки. Невикористані амінокислоти далі можуть бути розщеплені на аміак та беззазотисті речовини під впливом ферменту дезамінази.
Проростання насіння
За сприятливих умов після періоду спокою починається ріст зародка. При цьому відбувається адсорбція води крізь мікропіле та насіннєві оболонки за рахунок колоїдів, якими є білки, крохмаль, геміцелюлози, пектинові речовини. Набухання цих речовин створює силу, яка достатня для розриву оболонки. Під час набухання вода шляхом осмосу пересувається від клітини до клітини і в процесі транспортування активує низки біохімічних процесів. Насамперед вода бере участь в гідролізі запасних поживних речовин. Фізіологія проростання пов’язана із функціонуванням двох зон активності: зони запасних речовин та зони зародка. Енергія, необхідна для синтетичних процесів, надходить за рахунок дихання. Усе це призводить до різкого зменшення сухої маси насінини і цей процес продовжується доти, доки в паростку не з’являться зелені листки і не розпочнеться автотрофне живлення. Ріст зародка відбувається шляхом поділу клітин та їх диференціювання. Перша ознака росту — це поява зародкового кореня, який характеризується позитивним геотропізмом, а тому росте вниз, цим самим закріплюючи насінину в ґрунті. Після кореня з’являється пагін-плюмула, або брунечка, яка має від’ємний геотропізм — тому пагін росте вгору. Залежно від того, залишаються сім’ядолі під землею чи виносяться на поверхню ґрунту, розрізняють два типи проростання. Якщо під час проростання сім’ядолі виносяться на поверхню, то має місце надземний тип проростання (квасоля, гарбуз, клен), а якщо залишаються у ґрунті — підземний (горох, дуб, пшениця).
У дводольних у процесі витягування гіпокотиля (міжвузля, яке міститься безпосередньо під сім’ядолями) сім’ядолі виносяться на поверхню. Таке проростання називають епігеальним.
Якщо перше міжвузля стебла, що міститься над сім’ядолями (епікотиль), витягується, то сім’ядолі залишаються під землею і такий тип проростання називають гіпогеальним.
В обох випадках зігнута частина міжвузля захищає сім’ядолю від руйнування, а з’явившись на світло, ця ділянка відразу ж випрямляється. Цей процес контролюється фітохромом. У злакових рослин, які також належать до однодольних, брунечка захищена чохликом — колеоптилем, який характеризується позитивним фототропізмом і від’ємним геотропізмом. Перший листок з’являється через колеоптиль і швидко розпускається під впливом світла.
Світло спричиняє реакції, що контролюються фітохромом і мають назву фотоморфогенез. Ці зміни зумовлюють перехід від етиольованого (позбавленого світла) росту до нормального. Сім’ядолі, винесені на поверхню, перетворюються на справжні листки. Відбувається синтез хлорофілів. Паросток переходить до автотрофного живлення. Як тільки з’являються перші зелені листочки, розпочинається фотосинтез. На цьому фаза паростка закінчується і рослина переходить у ювенільну фазу. Проростання насіння залежить від багатьох екологічних умов. У природі вони рідко бувають оптимальними, тому проростання насіння, навіть одного й того ж виду може затягнутися на роки. Це дає змогу зберегти життєдіяльність певної кількості насіння навіть тоді, коли несприятливі умови зумовлюють загибель пророслого насіння. Проростання насіння є одним із критичних етапів у житті рослинного організму, від якого значною мірою залежить виживання певного виду.
Хімічний склад насіння
До складу насіння входять вода, органічні та мінеральні речовини. У повітряно-сухому насінні води може бути 12-14 %. Якщо насіння спалити, то при цьому випаровується вода і згоряють органічні сполуки. Ці речовини називають органогенами, вони утворюють клітковину, білки, вуглеводи, жири. Кількість органічних сполук різна. У більшості випадків це залежить від виду рослин (напр., у зернівках їх вміст становить 84,1 %, у насінні квасолі — 82,4 %, льону — 84,3 %).
Співвідношення окремих речовин у насінні різних рослин неоднакове. У зв’язку із цими особливостями насіння можна поділити на крохмалисте, білкове, олійне.
Насіння злакових культур містить багато вуглеводів у вигляді крохмалю (наприклад, у пшениці їх 66,4 %, жита — 67 %), насіння бобових має менше вуглеводів, але багато білків. В окремих випадках білковість насіння цих рослин сягає у гороху 22-34%, у квасолі — 23 %, у сої — 34-45 % і більше). Група олійних культур характеризується високим вмістом жирів (олії). Насіння льону містить 37 % олії, соняшнику — більше 45 %, маку — 41 %, кунжуту — понад 60 %, рицини — до 70 %. Запасальна клітковина є в насінні пальм, кавового дерева. У насінні дикорослих рослин (у 90 %) поживною запасальною речовиною зазвичай є жирна олія. Іноді насіння буває отруйне (блекота, дурман).
Зола, яка залишається після спалювання, містить у собі цілий комплекс мінеральних сполук. Виявлено, що зольність у рослин, у тому числі й у насінні, незначна. Кількість зольних речовин становить від 15 % (кукурудза) до 5,3 % (мак). До складу золи входять такі сполуки: К2О, СаО, Р2О5, SiO2 та інші.
Хімічний склад насіння залежить також від родючості ґрунту, системи удобрення, кліматичних умов, сортових особливостей, агротехніки, вирощування та інших причин.
