stringtranslate.com

Эндосперм

Семена пшеницы
Семена пшеницы

Эндосперм — это ткань, образующаяся внутри семян большинства цветковых растений после двойного оплодотворения . У большинства видов он триплоидный (что означает три набора хромосом на ядро), [1] который может управляться ауксином . [2] Он окружает эмбрион и обеспечивает питание в виде крахмала , хотя также может содержать масла и белки . Это может сделать эндосперм источником питания в рационе животных. Например, эндосперм пшеницы перемалывается в муку для хлеба (остальное зерно также входит в цельнозерновую муку ), а эндосперм ячменя является основным источником сахаров для производства пива . Другими примерами эндосперма, составляющего основную часть съедобной части, являются «мясо» кокоса и «вода» кокоса [3] и кукуруза . У некоторых растений, например орхидей , в семенах отсутствует эндосперм .

Происхождение эндосперма

У предковых цветковых растений семена с мелкими зародышами и обильным эндоспермом. Эволюционное развитие цветковых растений имеет тенденцию к развитию растений со зрелыми семенами с небольшим количеством эндосперма или без него. У более производных цветковых растений зародыш занимает большую часть семени, а эндосперм не развивается или потребляется до того, как семя созреет. [4] [5]

Двойное оплодотворение

Эндосперм образуется, когда два ядра сперматозоидов внутри пыльцевого зерна достигают внутренней части женского гаметофита (иногда называемого зародышевым мешком ). Одно ядро ​​спермия оплодотворяет яйцеклетку , образуя зиготу , тогда как другое ядро ​​спермия обычно сливается с двуядерной центральной клеткой, образуя первичную клетку эндосперма (ее ядро ​​часто называют ядром тройного слияния ). Эта клетка, созданная в процессе двойного оплодотворения, развивается в эндосперм. Поскольку эндосперм образуется в результате отдельного оплодотворения, он представляет собой организм, отдельный от растущего зародыша.

Около 70% видов покрытосеменных имеют полиплоидные клетки эндосперма . [6] Обычно они триплоидны (содержат три набора хромосом ), но могут широко варьироваться от диплоидного (2n) до 15n. [7]

Одно цветковое растение, Nuphar polysepala , имеет диплоидный эндосперм, образующийся в результате слияния ядра пыльцы с одним, а не с двумя материнскими ядрами. То же самое предполагается и для некоторых других базальных покрытосеменных. [8] Считается, что на ранних этапах развития линий покрытосеменных произошло дупликация этого способа размножения, в результате чего образовались семиклеточные/восьмиядерные женские гаметофиты и триплоидные эндоспермы с соотношением материнского и отцовского генома 2:1. [9]

Двойное оплодотворение — характерная особенность покрытосеменных растений .

Формирование эндосперма

Различают три типа развития эндосперма:

Образование ядерного эндосперма - где происходят повторные свободно-ядерные деления; если клеточная стенка образуется, она образуется после свободно-ядерных делений. Обычно его называют жидким эндоспермом. Кокосовая вода является примером этого.

Образование клеточного эндосперма – когда образование клеточной стенки совпадает с делением ядра. Мякоть кокоса представляет собой клеточный эндосперм. У Acoraceae развит клеточный эндосперм, тогда как у других однодольных растения гелобиальные.

Формирование гелобиального эндосперма - когда между первыми двумя ядрами закладывается клеточная стенка, после чего одна половина развивается эндосперма по клеточному рисунку, а другая половина - по ядерному.

Эволюционное происхождение

Эволюционное происхождение двойного оплодотворения и эндосперма неясно, что привлекает внимание исследователей уже более века. Существуют две основные гипотезы: [7]

Триплоидный переход и образование антиподальных клеток могли произойти из-за сдвига в развитии гаметофитов, который привел к новому взаимодействию с ауксин-зависимым механизмом, возникшему у самых ранних покрытосеменных растений. [2]

Роль эндосперма в развитии семян.

В некоторых группах (например, зерна семейства Poaceae ) эндосперм сохраняется до стадии зрелого семени в качестве запасающей ткани, и в этом случае семена называются «белковыми» или «эндоспермными», а в других он поглощается во время развития зародыша ( например, большинство представителей семейства Fabaceae , в том числе фасоль обыкновенная , Phaseolus vulgaris ), в этом случае семена называются «экстрабелковыми» или «семядольными», а функцию запасающей ткани выполняют увеличенные семядоли («семенные листья»). У некоторых видов (например, кукурузы, Zea mays ); запасающая функция распределена как между эндоспермом, так и зародышем. Некоторые зрелые ткани эндосперма хранят жиры (например, клещевина , Ricinus communis ), а другие (включая зерна, такие как пшеница и кукуруза) хранят в основном крахмалы.

Пылевидные семена орхидей не имеют эндосперма. Саженцы орхидей на раннем этапе развития микогетеротрофны . У некоторых других видов, например у кофе , эндосперм также не развивается. [11] Вместо этого нуцеллус производит питательную ткань, называемую «перисперм». Эндосперм некоторых видов отвечает за покой семян . [12] Ткань эндосперма также обеспечивает передачу питательных веществ от материнского растения к эмбриону, она действует как место импринтинга генов и отвечает за абортирование семян, полученных от генетически несовпадающих родителей. [6] Эндосперм покрытосеменных растений содержит такие гормоны, как цитокинины , которые регулируют клеточную дифференцировку и формирование эмбриональных органов. [13]

Зерновые злаки

Зерновые культуры выращивают ради съедобных плодов (зерен или зерновок ), которые в основном представляют собой эндосперм. У зерновки тонкая стенка плода сращена с семенной кожурой. Следовательно, питательной частью зерна являются семя и его эндосперм. В некоторых случаях (например, пшеница, рис) эндосперм выборочно сохраняется при переработке пищевых продуктов (обычно называемый белой мукой ), а зародыш ( зародыш ) и семенная оболочка ( отруби ) удаляются. Переработанное зерно имеет более низкую питательную ценность. Таким образом, эндосперм играет важную роль в рационе человека во всем мире.

Алейрон — это внешний слой клеток эндосперма, присутствующий во всех мелких зернах и сохраняющийся во многих двудольных растениях с временным эндоспермом . Алейрон злаков выполняет функции как хранения, так и пищеварения. Во время прорастания он выделяет фермент амилазу , который расщепляет крахмал эндосперма на сахара, чтобы питать растущий росток. [14] [15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стюарт-Кокс Дж. А., Бриттон Н. Ф., Моги М. (август 2004 г.). «Триплоидия эндосперма имеет селективное преимущество во время продолжающегося родительского конфликта за счет импринтинга». Слушания. Биологические науки . 271 (1549): 1737–43. дои :10.1098/rspb.2004.2783. ПМЦ  1691787 . ПМИД  15306295.
  2. ^ Аб Фридман, МЫ (25 июня 2009 г.). «Ауксин на перекрестке Эво-Дево». Наука . Американская ассоциация содействия развитию науки . 324 (5935): 1652–1653. Бибкод : 2009Sci...324.1652F. дои : 10.1126/science.1176526. ISSN  0036-8075. PMID  19556491. S2CID  206521265.
  3. ^ «Съедобные пальмовые плоды». Слово Уэйна: онлайн-учебник естествознания . Архивировано из оригинала 2 сентября 2017 года . Проверено 14 июля 2010 г.
  4. ^ "Место семенной биологии - Покой семян" . Seedbiology.de . Проверено 5 февраля 2014 г.
  5. ^ Фридман В.Е. (1998), «Эволюция двойного оплодотворения и эндосперма: «историческая» перспектива», Половое размножение растений , 11 : 6, doi : 10.1007/s004970050114, S2CID  19785565
  6. ^ аб Олсен О (2007). Эндосперм: биология развития и молекулярная биология. Спрингер. ISBN 9783540712350.
  7. ^ ab Baroux C, Spillane C, Grossniklaus U (август 2002 г.). «Эволюционное происхождение эндосперма цветковых растений». Геномная биология . 3 (9): отзывов 1026. doi : 10.1186/gb-2002-3-9-reviews1026 . ПМК 139410 . ПМИД  12225592. 
  8. ^ Уильямс Дж. Х., Фридман МЫ (январь 2002 г.). «Идентификация диплоидного эндосперма в ранней линии покрытосеменных». Природа . 415 (6871): 522–6. Бибкод : 2002Natur.415..522W. дои : 10.1038/415522a. PMID  11823859. S2CID  4396197.
  9. ^ Фридман В.Е., Уильямс Дж.Х. (февраль 2003 г.). «Модульность женского гаметофита покрытосеменных и ее влияние на раннюю эволюцию эндосперма у цветковых растений». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 57 (2): 216–30. дои : 10.1111/j.0014-3820.2003.tb00257.x . PMID  12683519. S2CID  24303275.
  10. ^ Фридман МЫ (апрель 1995 г.). «Дупликация организмов, инклюзивная теория приспособленности и альтруизм: понимание эволюции эндосперма и репродуктивного синдрома покрытосеменных». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 92 (9): 3913–7. Бибкод : 1995PNAS...92.3913F. дои : 10.1073/pnas.92.9.3913 . ПМК 42072 . ПМИД  11607532. 
  11. ^ Хоук WG (1938). «Эндосперм и перисперм кофе с заметками о морфологии семязачатка и развитии семян». Американский журнал ботаники . 25 (1): 56–61. дои : 10.2307/2436631. JSTOR  2436631.
  12. ^ Басра А.С. (1994). Механизмы роста растений и повышение продуктивности: современные подходы . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN 978-0-8247-9192-6.
  13. ^ Пирсон LC (1995). Разнообразие и эволюция растений . Бока-Ратон: CRC Press. п. 547. ИСБН 978-0-8493-2483-3.
  14. ^ Becraft PW, Йи Г (март 2011 г.). «Регуляция развития алейронов в зерне злаков». Журнал экспериментальной ботаники . 62 (5): 1669–75. дои : 10.1093/jxb/erq372 . ПМИД  21109580.
  15. ^ Becraft PW, Гутьеррес-Маркос Дж (2012). «Развитие эндосперма: динамические процессы и клеточные инновации, лежащие в основе альтруизма братьев и сестер». Междисциплинарные обзоры Wiley: Биология развития . 1 (4): 579–93. дои : 10.1002/wdev.31. PMID  23801534. S2CID  5752973.

Внешние ссылки