Оплодотворение

Наиболее сложно устроенная часть цветка – пестик. Он состоит из одного или нескольких плодолистиков, на стенках которых находятся зачатки семян – семяпочки. Семяпочки сосредоточены в нижней вздутой части пестика, называемой завязью, а верхняя его часть образует более или менее обширную и липкую «посадочную площадку» для пыльцы – рыльце. Часто оно поднимается над завязью на стержневидном столбике. Попав на рыльце, пыльцевое зерно получает из него воду и питательные вещества и прорастает пыльцевой трубкой, которая проникает в завязь и, в конечном итоге, в семяпочку. Там она прорывается и высвобождает две мужские гаметы. Одна из них сливается с находящейся в семяпочке яйцеклеткой – происходит оплодотворение и возникает зигота, дающая начало новому растению. Из зиготы развивается зародыш, а из окружающих его тканей запас питательных веществ для него (во многих случаях это эндосперм) и защитная оболочка – семяпочка превращается в семя. Таким образом, оплодотворение и развитие семян происходят внутри завязи. Именно этой структуре цветковые растения, называемые также покрытосеменными, в основном и обязаны своим эволюционным успехом. Зародыш внутри семени может находиться в состоянии покоя многие недели, месяцы и даже годы: он защищен от внешних воздействий семенной кожурой и снабжен запасом пищи; при благоприятных условиях он начнет расти, за счет внутренних резервов быстро увеличивая в размерах свои зачаточные структуры, и превратится в проросток. Этот процесс называется прорастанием семени. Размеры семян у цветковых весьма разнообразны – от микроскопических у орхидей до огромных у кокосовой пальмы. Одно растение может образовывать колоссальные их количества: подорожник и пастушья сумка – более пяти тысяч в год, полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris) – более миллиона. Некоторые семена съедобны, некоторые ядовиты, некоторые настолько тверды, что их не разрезать и ножом. Форма и окраска их самые разнообразные, они бывают гладкими и морщинистыми, липкими и волосистыми.

То, что семена содержат запас питательных веществ, широко используется человеком. Пшеничную муку, касторовое масло или, например, сахар, содержащийся в зернах сладкой кукурузы, – все это мы получаем из эндосперма семян. В других случаях запасные вещества находятся внутри самого зародыша, в его мясистых съедобных семядолях. Так, например, обстоит дело у сои, арахиса, фасоли и гороха, семена которых лишены эндосперма.

ПЛОДЫ

Пока семена внутри завязи созревают, сама она также изменяется и превращается, иногда вместе с другими частями цветка, в плод. Стенка его, называемая околоплодником, может быть сочной, сухой, состоять из слоев различной консистенции и нести различные придатки. Разнообразие плодов настолько велико, а их происхождение и составные части так неоднородны, что не существует не только общепризнанной классификации, но даже и единого определения слова «плод».

Разнообразие плодов. Плод апельсина, называемый гесперидием или померанцем, и плод винограда – ягода – образуются только из завязи; плод вишни – костянка – тоже. В последнем случае и сочная съедобная часть, и твердая косточка – различные слои околоплодника, окружающие семя. Яблоко образовано завязью, погруженной в основание цветка – цветоложе – и сросшейся с ним. Сочной части этого плода соответствует именно цветоложе, а собственно завязи – только кожистый «огрызок». То, что принято называть плодом у шиповника, также цветоложе, разросшееся в мясистую кувшинчатую структуру, внутри которой находятся не семена (как принято считать), а множество орешков, сравнимых по природе с виноградинами или померанцами и содержащих по одному семени. Таким образом, здесь можно говорить о сложном, или сборном, плоде – многоорешке. В образовании каждого орешка шиповника участвует один плодолистик, а каждого плода яблони и апельсина – несколько плодолистиков, сросшихся между собой в один пестик с многогнездной завязью. Съедобная часть «земляничины» также не соответствует завязи: это тоже разросшееся цветоложе, выпуклая поверхность которого покрыта не семенами, а развивающимися из отдельных плодолистиков орешками с семенами внутри. Опять перед нами многоорешек. В цветке малины, как и земляники, множество не сросшихся друг с другом плодолистиков, а значит, и завязей. Каждая из них дает начало маленькой сочной костянке, как у вишни, а все вместе они срастаются между собой в сборный, или сложный, плод – многокостянку. Плоды малины внешне очень похожи на соплодия шелковицы: разница в терминологии объясняется тем, что последние развиваются из завязей не одного цветка, а многих цветков, собранных в компактную кисть. Соплодие ананаса образуется аналогичным образом, однако съедобная его часть состоит не только из плотно упакованных производных многих цветков, но и из сросшихся с ними и ставших мясистыми вегетативных частей соцветия. Из соцветий лопуха и дурнишника тоже образуются соплодия (многосемянки): они не сочные, а сухие, окруженные листочками обертки с цепкими крючками на верхушке каждого. Многие плоды мелкие и несъедобные, поэтому в просторечье их часто называют «семечками», хотя по происхождению они соответствуют целому апельсину или яблоку, а не только находящимся внутри них семенам. Более того, каждое «семечко», скажем, подсолнечника или одуванчика образовано не только семенами и завязью, но и другими частями мелких цветков этих растений. В частности, «парашютик» одуванчика по своей природе соответствует чашелистикам. Плоды грецкого ореха также неоднородны по происхождению: в их развитии участвует не только завязь, но и другие части цветка. Собственно говоря, это не орехи, а костянки, как у вишни или персика, только наружная мясистая часть плода при созревании высыхает и отваливается от косточки.

Эти примеры демонстрируют сложности, с которыми сталкиваются ботаники, пытаясь выработать классификацию плодов, учитывающую не только их окончательное строение, но и особенности формирования. Часто встречающееся в обиходе разделение плодов на овощи и фрукты вообще не имеет научного смысла. Более того, если «фрукт» в общепринятом понимании еще соответствует плоду, то к «овощам» относят не только плоды, но и другие съедобные части растений.

Семя. Важность всех описанных выше структур для вида можно понять, только если помнить, что внутри семени находится зародыш – зачаток нового поколения. Этому крошечному растению зачастую приходится долго пребывать в состоянии покоя, дожидаясь благоприятных для прорастания условий. Оно должно располагать запасом пищи, чтобы быстро пройти начальные стадии развития, которое, в свою очередь, возможно только там, где конкуренция со стороны растений его собственного и других видов не слишком велика. Твердая консистенция семенной кожуры, а иногда и околоплодника защищает зародыш в период покоя. Некоторые семена покрыты длинными волосками, как, например, у хлопчатника и ваточника, – это придает им летучесть, благодаря чему они могут разноситься ветром на большие расстояния. Другие несут на себе упругие выросты, позволяющие им «выпрыгивать» из плода. Способствуют рассеиванию семян и особенности строения некоторых плодов: крыловидные выросты, как у клена и ясеня, пушистые придатки, как у одуванчика и бодяка, или крючочки, цепляющиеся за покровы животных, как у череды или репейника. Сочные плоды часто склевываются птицами. Семена благодаря своим твердым оболочкам не перевариваются в их желудочно-кишечном тракте и попадают на землю с экскрементами иногда за многие километры от родительского растения. Даже если сочные плоды никто не съедает, они, разлагаясь, обогащают почву водой и питательными элементами, необходимыми для прорастания содержащихся внутри семян.

Зародыш. При всем многообразии размеров и форм семян цветковых растений строение зародыша в них следует единой принципиальной схеме. На одном конце его стеблевидной оси находится зачаточный корешок, на другом – почечка с прилежащими к ней одним или двумя зародышевыми листочками – семядолями. Строение последних широко варьирует в зависимости от вида. У бобовых они занимают большую часть семени и в ходе его развития поглощают питательные вещества из эндосперма, который в конце концов исчезает. У грецкого ореха они очень морщинистые и соединены тонкой перемычкой. У злаков, лилейных, пальм и многих других семейств семядоля всего одна: иногда она образует широкий щиток, отгораживающий зародыш от эндосперма, иногда представляет собой лишь выступающий над почечкой шипик. Мясистые семядоли бобовых содержат запас пищи; семядоля-щиток злаков выделяет ферменты, которые переваривают эндосперм и снабжают развивающийся зародыш питательными веществами. Многие семядоли плоские, листовидные, различным образом сложенные внутри семени, а после прорастания принимающие форму типичных листьев и некоторое время выполняющие их функции.

Обычно период покоя семян длится несколько месяцев. В это время внутри них часто происходят процессы, называемые «дозреванием» зародыша: без них прорастание невозможно. В других случаях прорастание задерживается из-за непроницаемости семенной кожуры. Чтобы такие семена стали всхожими, их поверхность надо поцарапать или обработать кислотой, – это называется скарификацией. Большинство семян теряет жизнеспособность через несколько месяцев или лет, однако у некоторых видов они могут прорасти и после периода покоя, длившегося больше тысячи лет.