Эмбриогенез растений и развитие семян

После оплодотворения из одной клетки формируется зародыш, который вместе с запасенными питательными веществами и защитной оболочкой образует семя — покоящуюся, способную к рассеиванию капсулу, дающую начало следующему поколению.

Definition

Эмбриогенез растений — это развитие зародыша из оплодотворенной яйцеклетки посредством упорядоченных клеточных делений, которые формируют план строения тела, а развитие семени — это параллельное образование окружающих питательных и защитных тканей в зрелое семя.

Scope

Эта тема охватывает двойное оплодотворение у цветковых растений, формирование зародыша, образование эндосперма и семенной кожуры, накопление запасных веществ, а также установление, поддержание и прекращение покоя семян при прорастании.

Core questions

• Как двойное оплодотворение инициирует развитие зародыша и его пищевых запасов?
• Как устанавливается основной план строения растения во время эмбриогенеза?
• Что контролирует покой семян и время прорастания?

Key theories

Двойное оплодотворение

У цветковых растений одна спермия оплодотворяет яйцеклетку, образуя зародыш, в то время как вторая сливается с ядрами центральной клетки, образуя питательный эндосперм, связывая зародыш с его пищевыми запасами.

Апикально-базальное формирование зародыша

Асимметричное деление зиготы и последующие упорядоченные деления, направляемые градиентами ауксина, устанавливают ось побег-корень и первичные меристемы растения.

Mechanisms

После опыления пыльцевая трубка доставляет две спермии в зародышевый мешок; одна оплодотворяет яйцеклетку (образуя диплоидную зиготу), а другая сливается с центральной клеткой, образуя обычно триплоидный эндосперм. Зигота делится асимметрично, и упорядоченные клеточные деления, организованные отчасти направленным транспортом ауксина, закладывают апикально-базальную и радиальную оси, а также меристемы побега и корня. По мере созревания семя накапливает запасные вещества и обезвоживается; гормоны абсцизовая кислота и гиббереллин регулируют баланс между наложением покоя и его прекращением при прорастании.

Clinical relevance

Семена являются основой сельского хозяйства и глобального продовольственного снабжения; понимание накопления запасных веществ, покоя и прорастания лежит в основе качества семян, их хранения, селекции и равномерного формирования всходов, необходимого для сельскохозяйственных культур.

History

Двойное оплодотворение у цветковых растений было открыто Навашиным и Гиньяром около 1898 года, а эмбриология XX века, а затем молекулярная генетика на модельных видах прояснили, как формируется зародыш и как семена созревают и прорастают.

Key figures

• Sergei Nawaschin
• Eduard Strasburger

Seminal works

• raven2013
• taiz2015

Frequently asked questions

Что такое двойное оплодотворение?

Уникальное для цветковых растений двойное оплодотворение — это слияние одной спермии с яйцеклеткой для образования зародыша и второй спермии с ядрами центральной клетки для образования эндосперма, ткани, которая питает развивающийся зародыш.

Почему многим семенам необходим период покоя перед прорастанием?

Покой предотвращает немедленное прорастание семян или прорастание в неблагоприятных условиях; он нарушается такими сигналами, как холод, свет или дозревание, что гарантирует совпадение прорастания с условиями, подходящими для выживания всходов.