Семя

Се́мя— особая многоклеточная структура сложного строения, служащая дляразмноженияирасселениясеменных растений, обычно развивающаяся послеоплодотворенияизсемязачатка(видоизменённый женскийспорангий) и содержащаязародыш.
Хотя семя нередко описывают (в том числе и в авторитетных источниках) как «орган семенного размножения растений» (реже — «орган полового размножения растений»), семя не являетсяорганомв обычном значении этого термина, так как в нём объединены структуры двух (уголосеменных— трёх) разных поколенийжизненного цикла. Органы полового размножения (половые органы,гаметангии) у голосеменных растений представленыархегониями, а у цветковых редуцированы. Более оправданно определение семени как «зачаточного растения» (его дают многие школьные учебники ботаники); это определение подчеркивает, что из семени разовьётся новое поколение (спорофит) растения. При этом остальные части семени, кроме зародыша, можно считать добавочными структурами (органами), которые обеспечивают развитие зародыша.
В природе существует чрезвычайно огромное разнообразие семян, которое представлено разнообразием строения семенной кожуры и прилегающей к ней запасающей ткани, степенью развития, формой и положением в семени зародыша, а также внешним видом — формой, размерами, окраской, типом их поверхности, наличием разного рода выростов (волосков, летучек и т. п.). Минимальные размеры имеют семенаорхидныхизаразиховых; их масса составляет 0,001—0,003 мг. Максимального размера достигают семенасейшельской пальмыLodoicea maldivica— нескольких десятков сантиметров в диаметре и масса около 20 кг.
Разнообразие форм семян необычайно. Преобладающее большинство семян имеют шаровидную или эллипсоидальную форму, часто встречаются семена бочковидные, веретеновидные, кеглевидные, ладьевидные и т. д. В зависимости от типа поверхности семена могут быть голыми, опушенными, волосатыми, а также гладкими или морщинистыми, складчатыми и т. д. Цвет семян также весьма различен.
Семя развивается на поверхности семенной чешуи. Оно представляет собой многоклеточную структуру, объединяющую запасающую ткань — эндосперм, зародыш и специальный защитный покров (семенную кожуру). До оплодотворения в центральной части семязачатка имеетсянуцеллус, который постепенно вытесняется эндоспермом. Эндосперм гаплоидный и образуется из тканей женского гаметофита.
Усаговниковигинкгонаружный слой семенной кожуры (саркотеста) мягкий и мясистый, средний слой (склеротеста) твёрдый, а внутренний слой (эндотеста) к моменту созревания семени плёнчатый. Семена распространяются различными животными, которые поедают саркотесту, не повреждая склеротесты.
Утисаиподокарпусасемена окружены мясистымариллусом— сильно видоизменённой чешуёй женской шишки. Сочный и ярко окрашенный ариллус привлекает птиц и некоторых насекомых, которые распространяют семена этих хвойных. Ариллусы многих видов подокарпуса съедобны и для человека.
Снаружи семя покрытосеменной кожурой, которая защищает внутренние части семени от высыхания и механических повреждений. Семенная кожура развивается из покровов (интегумента)семяпочки. Структура кожуры зрелых семян, ее толщина, прочность и твердость в значительной мере связаны с типомоколоплодника. Фаза созревания является завершающим преобразованием, главным образом, покровных тканей и окончательным обезвоживанием плодов.
Эндосперм — ткань, содержащаяся внутри семени, обычно окружающая зародыш и снабжающая его питательными веществами в ходе развития.
У голосеменных эндосперм представляет собой ткань женскогогаметофита. Часто на ранних стадиях развития он имеетсинцитиальноестроение, позднее в нём формируются клеточные стенки. Клетки эндосперма исходно гаплоидные, но могут становиться полиплоидными.
У цветковых эндосперм обычно образуется в ходедвойного оплодотворенияв результате слиянияцентральной клетки(центрального ядра)зародышевого мешкас одним изспермиев. У многих цветковых клетки эндосперма триплоидны. У кувшинки эндосперм образуется при слиянии спермия с гаплоидной клеткой зародышевого мешка, так что его ядра диплоидны. У многих цветковых ядра эндосперма имеют набор хромосом более чем 3n (до 15 n).
Перисперм схож по функциям сэндоспермом, но имеет диплоидный набор хромосом, содержит малое количество белковых веществ, в основном крахмал, а иногда и жиры. Может выполнять роль основной запасающей ткани как самостоятельно, так и наряду с эндоспермом.
Под кожурой находитсязародыш— маленькое будущее растение. Зародыш у многих цветковых состоит иззародышевого корешка,зародышевого стебелька,зародышевой почечкиисемядолей. У других групп (например, у подавляющего большинстваорхидных) зародыш до прорастания семени не имеет дифференцированных органов.
Уоднодольных растенийв семени однасемядоля, удвудольных— обычно две, уголосеменных— от 2 до 24 (при этом у голосеменных число семядолей в семени может варьировать даже в пределах одноговида).
Основная особенность химического состава зрелых семян — очень низкое содержание воды, обычно всего 10—15 % (по разным источникам, от 5 до 20 %).
Химический состав семян сильно зависит от условий созреванияи от сорта растения. Семена одних растений содержат большебелков(фасоль,соя), других — большеуглеводов(пшеница,рожь), третьих — большежиров(подсолнечник,орех).Ферменты(мальтаза,липаза,фосфатаза,протеолитические) необходимы для преобразования запасных питательных веществ в усвояемую для зародыша форму.
После созревания семена находятся в состоянии покоя (семя перестает расти и развиваться на определенный период времени). Из состояния покоя семена выводятся воздействием тепла и воды или требуетсястратификация.
Науке известны случаи прорастания семян, находившихся в покое на протяжении сотен и даже тысяч лет. Так в Израиле была выращенафиниковая пальмаиз семени, найденного на развалинах крепостиМасада, разрушенной в I веке н. э.
Всхожесть семян— это их способность давать за определённый срок нормальные проростки (в лаборатории) или всходы (в полевых условиях). Всхожесть сильно зависит от условий проращивания и от условий хранения семян. Обычно всхожесть выражают в процентах (это процент семян, которые дали всходы, от общего числа семян).
При длительном хранении семян со временем их всхожесть падает. Семена некоторых растений теряют всхожесть уже через 2—3 недели (например, семена большинства видовивполностью теряют всхожесть при температуре 18—20 °C в течение месяца). Всхожесть семян большинства культурных растений заметно снижается через 2—3 года. Семена лотоса в торфе сохраняют всхожесть не менее 250 лет (по некоторым данным, более тысячи лет). Сохранившиеся в вечной мерзлоте семена люпина арктического удалось прорастить через 10—12 тыс. лет.
Семенам для прорастания требуется кислород, влага, температура выше 0 С, а также некоторые другие факторы, в зависимости от вида растения. Некоторые семена при набухании поглощают значительные объёмы воды.
Семена растений прорастают при положительной температуре. Температура начала прорастания широко варьирует у растений разных таксономических групп и географических регионов. В среднем семена растений полярных и умеренных широт прорастают при более низкой температуре, чем семена субтропических и тропических видов. Различаются также оптимальная температура прорастания, при которой наблюдается наибольшая всхожесть и максимальная.
Семена некоторых растений выдерживают периоды кратковременного воздействия высокой температуры во время лесных пожаров, после которых создаются благоприятные условия для прорастания выживших семян. Кроме того, огонь способствует вскрыванию плодов некоторых видов растений, обладающих устойчивостью к воздействию огня. Так, только после пожаров вскрываются «поздние» шишкисосны скрученной, шишкисеквойядендронаи др., плоды некоторых видов родабанксия.
Стратификация — выдерживание семян при низких положительных температурах.
Скарификация— повреждение механическим или химическим воздействием оболочки семян, необходимое для их прорастания. Она обычно требуется семенам с толстой и прочной семенной кожурой (многиебобовые) илиэндокарпом(например, малина, черёмуха).
В природе скарифицирующим агентом может служить воздействие бактерий и гуминовых кислот почвы, а также прохождение через желудочно-кишечный тракт различных животных.
Предполагается, что семена некоторых растений (например, кальварииSideroxylon grandiflorum) не могут прорасти в природе без прохождения через кишечник птиц. Так, семена кальварии удавалось проращивать только после их прохождения через кишечник домашних индеек или обработки полировочной пастой.
Некоторым семенам требуются одновременно и скарификация, и стратификация. А иногда (боярышник) большинство семян прорастают после скарификации и двойной стратификации, то есть после двух зимних периодов покоя.
Разнообразие форм и особенностей строения семян и плодов является важным фактором распространения семян (диссеминации). Распространение семян является основным средством расширения ареалов видов, обогащает наследственную основу вида, часто позволяет избегать неблагоприятных условий существования.
Семена многих растений падают на землю рядом с материнским растением после вскрытия плодов. Крупные семена обычно осыпаются под действием силы тяжести вблизи материнского растения. У многих осыпание семян происходит под воздействием любого раскачивания растения или плодоножки. Иногда при вскрытии плодов семена с силой выбрасываются, разлетаясь на некоторое расстояние. Саморазбрасывание семян характерно для таких растений, какбешеный огурец,недотрога мелкоцветковая,кислица обыкновенная.
Семена многих растений распространяются ветром. Обычно это мелкие семена и семена с волосками или различными крыловидными образованиями, благодаря чему они могут разноситься ветром на большие расстояния. Это, например, семенасосны обыкновенной, снабжённые крылышком, семена растений родовТопольиИва, покрытые волосками («тополиный пух»), мелкие пылевидные семенаорхидных.
Водой распространяются плоды и семена не только водных, но и некоторых наземных растений.Ольхачасто растет по берегам рек; её плоды, попадая в воду, не тонут. Течение уносит их далеко от материнских растений. Плоды кокосовойпальмыс одного острова на другой переносятся морским течением.
Семена растений могут распространяться животными на теле (обычно вместе с плодами), при прохождении через кишечный тракт и при растаскивании с потерей семян. Пассивно разносятся животными семена благодаря различным образованиям на их поверхности - шероховатости, шипы, слизь и др. На теле разносят семена и односемянные плоды обычно птицы и млекопитающие. Так, млекопитающие могут разносить на шерсти плодыгравилата,череды,репешка,репейникаи многих других растений, обладающих крючками, волосками и прицепками. Также на теле птиц и млекопитающих могут распространяться клейкие семенаомелы,кувшинкии др. Через кишечники птиц и млекопитающих после поедания ими плодов проходят, не теряя всхожести, семена таких растений, какбересклет бородавчатый,боярышник,малинаи многих других. Пройдя через кишечный тракт, часть семян сохраняет всхожесть. Делая запасы в кладовых, белки, бурундуки, сойки и кедровки теряют часть семян или не находят часть кладовых, способствуя распространению семянсосны сибирскойидуба.
Особый способ распространения семян животными —мирмекохория. Мирмекохория — распространение семянмуравьями. Семена некоторых растений обладают привлекательными для муравьёв питательными придатками —элайосомами. Мирмекохорные растения средней полосы России —фиалка душистая,копытень европейский,ожика волосистаяи многие другие; некоторые из них распространяются исключительно муравьями.
Многие организмы (от грибов и бактерий до птиц и млекопитающих) питаются в значительной степени, а иногда и исключительно семенами. Семена составляют основу пищи таких животных, как некоторые насекомые и их личинки (например,муравьи-жнецы), зерноядныептицы, грызуны (бурундуки,белки,хомякии др.).
Основу рациона человека со времён возникновенияземледелияв большинстве регионов мира также составляют семена, в первую очередь, культурных злаков (пшеницы, риса, кукурузы и др.). Главное питательное вещество, с которым человечество получает наибольшее число калорий, —крахмал, содержащийся в семенах злаков. Важным источником белков для человечества служат также семена бобовых растений —сои,фасолии др. Семена являются основным источникомрастительных масел, которые добывают из семянподсолнечника,рапса,кукурузы,льна, хлопка и многих другихмасличных культур.