Что такое эндосперм зерна
Что такое эндосперм. Характеристика, особенности формирования и функции эндосперма.
Эндосперм — это запасающая ткань семян цветковых и голосеменных растений, необходимая для первоначального питания зародыша. Ее строение и происхождение у этих двух отделов различно и тесно связано с особенностями репродуктивной системы. Развитие и роль эндосперма у покрытосменных растений зависит от типа строения семени.
Что такое эндосперм
Эндосперм цветковых растений представляет собой насыщенную питательными веществами гибридную триплоидную ткань, возникшую в результате двойного оплодотворения. Такая структура не имеет гомологии с женским заростком, в отличие от аналогичного образования у голосеменных растений.
К основным резервным веществам, которые имеет эндосперм, относят крахмал, жиры, белки, гемицеллюлозу и алейроновые зерна. В запасающей ткани семян злаковых и сложноцветных белок алейрон образует сплошной поверхностный слой.
Особенности формирования эндосперма у покрытосеменных
Полное понимание, что такое эндосперм, невозможно без знания особенностей репродуктивной биологии покрытосеменных растений. Триплоидная запасающая ткань развивается из диплоидной центральной клетки зародышевого мешка после ее оплодотворения одним из спермиев.
Существует 2 типа формирования эндосперма:
В нуклеарном эндосперме образование клеточных перегородок происходит по направлению от периферии к центру.
Структура и функции эндосперма
Клетки эндосперма крупные и содержат множество питательных веществ. Оболочки клеток могут быть как тонкими, так и очень толстыми (роговыми). Поверхность эндосперма в большинстве случаев гладкая, однако у ряда семейств в процессе созревания семян становится морщинистой (ластоневые, пальмовые, ореховые). Этот тип запасающей ткани называют руминированным. Установлено, что в таком эндосперме скорость обмена веществ с другими частями семени выше, чем в гладком. Это происходит за счет увеличения площади контакта с окружающими тканями.
В зреющем семени эндосперм выполняет функцию переработки и передачи питательных веществ из материнского организма к зародышу. Этот период характеризуется высокой метаболической активностью, он длится весьма недолго, после чего эндосперм начинает накапливать питательные вещества, превращаясь в запасающую ткань.
Соотношение размеров эндосперма и зародыша
В процессе созревания семени эндосперм может развиваться в большей или меньшей степени, что зависит от семейства, к которому принадлежит растение. Например, у злаковых, лилейных и магнолиевых запасающая ткань занимает большую часть объема, а у яблоневых, наоборот, настолько сильно вытесняется зародышем, что сохраняется лишь в виде тонкого слоя под семенной кожурой.
Запасающая ткань некоторых растений к моменту созревания семени исчезает полностью. Это можно определить по некоторым морфологическим признакам его строения. Например, мясистость семядолей говорит о том, что такой эндосперм быстро расходуется, отдавая питательные вещества в зачатки будущих листьев растения. В данном случае именно семядоли служат основным питательным резервуаром для развития зародыша. Наиболее ярко это можно увидеть у бобовых.
Тем не менее полное отсутствие эндосперма в зрелом семени — довольно редкое явление, которое встречается только у 15% семейств цветковых растений. У остальных покрытосеменных (как двудольных, так и однодольных) эта ткань обязательно присутствует хотя бы в небольшом количестве.
Некоторые семена содержат другой тип запасающей ткани — диплоидный перисперм, который может полностью заменять эндосперм, либо присутствовать наряду с ним. Выделяют несколько типов семян по содержанию запасающих тканей.
Эндосперм у голосменных
Запасающая ткань семян растений отдела Pynophyta сильно отличается от того, что такое эндосперм покрытосеменных растений. В первую очередь, это связано с другим механизмом размножения. У голосеменных эндосперм — это по сути женский заросток, развивающийся из созревшей в нуцеллюсе мегаспоры. Клетки такого эндосперма имеют одинарный набор хромосом.
Запасающая ткань формируется в результате многократного митотического деления ядра гаплоидной мегаспоры, которые завершаются образованием межклеточных перегородок. Сначала развивается периферическая часть, а затем — центральная. После этого в эндосперме начинают формироваться архегонии, которые, претерпеваюя оплодотворение, превращаются в слабодифференцированный зародыш.
Основным запасным веществом эндосперма голосеменных является крахмал, жиры присутствуют в меньшей степени. Питательные компоненты поступают в ткань из нуцеллюса и интегумента.
+7(3854) 555-843
Строение и химический состав зерна
По строению все злаковые культуры примерно схожи, их строение – это последовательные оболочки, первая будет плодовая оболочка, затем алейроновый слой клеток, эндосперм и непосредственно зародыш. Основной состав плодовой оболочки состоит из нескольких рядов полупрозрачных клеток с большим содержанием клетчатки, минералов и витаминных комплексов.
Рис.1 Продольный разрез зерна пшеницы
Эндосперм – это основная питательная часть зерновых культур, состоящая из крахмала, белка, жирных кислот, в совокупности эти вещества при набухании образуют клейковину, она то и будет главной характеристикой упругости и пористости хлеба.
Алейроновый слой, богат жирными кислотами, белковыми фракциями, витаминными комплексами и минералами. Несмотря на свой богатый и питательный состав, алейроновый слой не усваивается в организме, ввиду многочисленных защитных оболочек, в которые он заключён. При сортировке и обработке зерновых культур он отделяется и переходит в отруби вместе с другими ценными оболочками.
Зародыш, так же как и алейроновый слой богат белками ферментами, но особенно богат он жирными кислотами, способствующими быстрому прогорканию муки, поэтому при её получении следует особенно тщательно избавляться от зародышевого слоя. Большое значение имеет соотношение частей зерна. Оболочка и алейроновый слой ухудшают цвет муки и снижают ее пищевую ценность. При получении сортового помола оболочку, алейроновый слой и зародыш удаляют.
Оболочка выполняет защитную функцию, предохраняя зерновку от вредных механических воздействий и попадания ядовитых веществ внутрь зерна. При повреждении оболочки микроорганизмы проникают в зерно, что приводит к его порче.
Химический состав зерна
Содержание в зерне, %
углеводов, кроме клетчатки
Белки состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Они построены из аминокислот. В состав природных белков входит 20 различных аминокислот. Белки, полноценные для питания, содержат незаменимые аминокислоты, которые не могут синтезироваться организмом человека, но имеют важное значение для его жизнедеятельности.
Белки зерна являются неполноценными, так как в них находится недостаточное количество незаменимых аминокислот, а именно лизина,триптофана и метионина.
Основную часть зерна составляет крахмал, содержащийся в клетках эндосперма (около 80 процентов). Чем выше сорт муки, тем больше содержание в ней крахмала.
Нуклеиновые кислоты играют большую роль в процессах жизнедеятельности организма, являясь носителями наследственных признаков.
В зерне содержится много различных ферментов. Большое технологическое значение в производстве хлеба имеют амилолитические и протеолитические ферменты (протеиназы). Протеиназырасщепляют белки. Их активность влияет на физические свойства теста, форму и объем хлеба. Ферменты обладают специфическим действием, высокой каталитической активностью, чувствительностью к температуре и кислотности среды, играют большую роль при созревании и хранении зерна и переработки его в муку.
Витамины регулируют процессы обмена веществ в живых организмах. Они входят в состав ферментов или непосредственно участвуют в обмене веществ.Организм человека не может синтезировать витамины, поэтому они должны поступать с пищей.
Минеральные вещества подразделяются на микроэлементы (натрий, калий, кальций, фосфор, магний) и микроэлементы (медь, кобальт, фтор). Они являются регуляторами многих физиологических процессов в организме человека. В зерне минеральные вещества содержатся в оболочках и зародыше.
Вода является составной частью зерна. Влажность зерна должна быть 14,5..15,5 процентов. Влажность 14,5 процентов называется базисной. Зерно, имеющее большую влажность, при хранении быстро портится, так как в нем усиливается процесс дыхания, активизируются ферменты и развиваются микроорганизмы. Влажность зерна может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от условий хранения.
Зерно: строение, структура и химический состав
Анатомическое строение зерна пшеницы
Вам будет интересно: Хартия Земли: история создания, содержание
Продольный разрез зерна показывает, что оно состоит из:
Важно, что у представителей пленчатых видов строение зерновки немного отличается: она еще покрыта чешуйками, которые прикрывают цветок. У голозерных типов сердцевина достаточно легко отделяется от чешуек.
Оболочки
Вам будет интересно: Хартия Земли: история создания, содержание
Зерно пшеницы имеет несколько оболочек. Они способны хорошо защитить его от непогоды и перепадов температуры. Первая оболочка очень плотная, так как сама состоит из трех слоев, которые объединены перикарпием. Расположение клеток внутри нее выглядит как кирпичная кладка, что и обеспечивает защитную функцию оболочки.
Центральный слой в оболочке содержит пигмент, который и придает окрас зерну. Строение семени включает также наличие почек. Именно их стенки формируют оболочку.
Зерно пшеницы имеет цилиндрическую форму, обладает прочной структурой.
Эндосперм
Эндосперма выглядит как обычное ядро крахмальной структуры. В его центре находятся плотные и неровные клетки, а по мере удаления от центральной части они становятся более ровными, прямоугольными. Внутри этих клеток находятся белки, которые представляют собой цельную систему с крахмальными гранулами.
Алейроновый слой эпидерма представлен иным составом, его клетки больше напоминают куб по форме, структура более плотная и отчетливая.
Пшеничный зародыш
Зародыш пшеницы состоит из корешков (центральных и вторичных), апикальной образующей ткани, стебелька и почечки.
Строение пшеничного зерна и его зародыша можно детально рассмотреть только при помощи специального оборудования. Семядоля зародыша похожа на маленькую пластину. Последняя находится недалеко от эндосперма. Семядоля или щиток состоит из алейроновых клеток. Имеется также специальная линия, которая соединяет щиток с пучком корешковых сосудов.
С внешней стороны семядоля покрыта эпителием. Ему отводится важная роль из-за способности выделять специальные ферменты, которые расщепляют сложные вещества до простых в процессе прорастания зародыша.
Химический состав зародыша
Зародыш зерна содержит следующие полезные химические компоненты:
Зародыш имеет вес примерно 2-3 % от общей массы зерна. Строение и состав зерна обуславливают его высокую полезность для человеческого организма. Пшеница содержит в себе незаменимые аминокислоты и клетчатку. Также в ней присутствуют каротиноиды и стерины.
Вещества, содержащиеся в зерне
Знания о строении и химическом составе зерна помогают правильно вырастить культуру, оказав ей должный уход.
Пшеница очень важна для экономики страны, так как она чрезвычайно урожайна и питательна. В городах России продукты из пшеницы имеют первостепенную важность у населения. Немалый процент содержания эндосперма в пшенице дает возможность получать высшие сорта муки, которая отличается отменным качеством. Для человека важны многие вещества, содержащиеся в зерне пшеницы, особенно белковые соединения и углеводы, без которых правильная работа организма невозможна.
Помимо полезных веществ, в составе зерна присутствует крахмал, который способен набухать. Также в пшенице есть сахароза, которую выводят разными методами из готовой муки. Она способна вызывать и поддерживать процесс ферментации.
В эндосперме присутствует огромное количество крахмала (78-82 %) от его общей массы, также заметно наличие сахарозы в небольшом объеме, и 13-15 % белков. Последние в основном представлены глиадином и глютенином, которые и создают известную всем клейковину. В эндосперме также присутствуют золы, жиры, пентозаны, клетчатка. В разных слоях эндосперма содержится различное количество белка.
Энергетические свойства
Пшеница содержит большое количество питательных веществ, которые в основном содержатся в эндосперме зерна. В строении важную роль играет внешний слой, который содержит алейроны, богатые азотными соединениями. Ниже эндосперма располагаются крахмалосодержащие клетки.
Зерна пшеницы имеют в составе полезные вещества, которые обуславливают важность присутствия продукта в рационе:
Пшеница также богата минеральными соединения, аминокислотами. Она важна для организма, так как снабжает его полезными веществами и необходимой энергией.
Польза пшеницы
Пшеница отличается своими необычными свойствами. Она богата питательными веществами, основная доля приходится на углеводы (крахмал, сахароза), также в составе имеет белок, который необходим организму как строительный материал для новых клеток.
В пшенице содержатся витамины A, B, E, D, а также большое количество аминокислот. В комплексе эти вещества способны улучшать состояние иммунной системы, влиять на метаболические процессы, способствовать быстрому росту здоровых волос и улучшению состояния кожи.
Также в составе зерна пшеницы присутствует фолиевая кислота, минералы и углеводы.
О чудотворном влиянии фолиевой кислоты знают уже давно, она отлично влияет на работу мозга, улучшает состояние нервной системы, а также способствует эффективной работе внутренних органов и систем организма. Она обязательно должна присутствовать в рационе беременных женщин для правильного развития плода.
Зерна пшеницы богаты октакозанолом (маслом зародышей пшеницы), в котором содержится витамин E. Именно это масло выводит из организма «плохой» холестерин и способствует накоплению «хорошего».
Польза присутствия пшеницы в ежедневном рационе подтверждена врачами, которые считают, что она способна улучшать и ускорять обменные процессы. Пища усваивается легче, причем даже тяжелая. Микрофлора кишечника также стабилизируется. Если она была нарушена, то благодаря пшенице способна постепенно восстанавливаться. Организм также становится устойчив к перепадам температуры за счет улучшения качества работы иммунной системы, поэтому болезни обходят организм стороной.
Вещества, содержащиеся в пшенице, способны защищать от инфекций, а также восстанавливать после болезни.
Заключение
Анатомическое строение зерна представлено оболочками различных типов, эндоспермом и зародышем. Плодовой оболочкой называется внешняя часть зерна. Она состоит из двух слоев, под ней находится семенной слой. Зародыш разделен на различные части. Питательными веществами зародыш обеспечивает семядоля, это необходимо для его последующего развития в полноценное растение. В эндосперме есть наружный слой и внутренняя мучнистая часть. На последнюю приходится около 85 % всего веса эндосперма.
Зерно пшеницы богато питательными веществами, витаминами, микроэлементами, аминокислотами и клетчаткой, которые способствуют эффективной работе человеческого организма, укреплению иммунитета, улучшению состояния кожи и волос.
Строение зерна
Зерно является исходным продуктом для получения крупы, муки, макаронных, хлебобулочных изделий.
Зерно хлебных злаков имеет сходное строение.
На продольном разрезе зерна пшеницы (рис.) хорошо различимы (под микроскопом) бородка (опушение), плодовая и семенная оболочка, алейроновый слой, эндосперм, зародыш.
Рис. Строение зерна пшеницы: 1 — зародыш; 2 — эндосперм; 3 — алейроновый слой; 4 — плодовая и семенная оболочки; 5 — бородка
Плодовая оболочка состоит из нескольких слоев полупрозрачных клеток, которые содержат клетчатку, минеральные соли, витамины. Семенная оболочка содержит меньше клетчатки, больше минеральных веществ. Плодовая и семенная оболочки не представляют питательной ценности.
Под оболочками расположен эндосперм. Наружный слой клеток эндосперма называется алейроновым. Алейроновый слой богат жирами, белками, минеральными солями, витаминами. Но эта ценные вещества практически не усваиваются, так как клетки, в которые они заключены, покрыты толстыми оболочками из клетчатки. При переработке зерна оболочки и алейроновый слой удаляют.
Эндосперм — ценная питательная часть зерна. В нем содержатся белки (до 12%), сахара (до 3%), крахмал (до 59%), жиры (1%), минеральные вещества и клетчатка в небольшом количестве. Эндосперм составляет 80—82% массы зерна, используется для получения крупы и муки.
Зародыш составляет в среднем 3% массы зерна. Содержит много жира, белков, сахаров, витаминов, ферментов. Зародыш имеет высокую питательную ценность, но при производстве круп, муки он удаляется. Жир, содержащийся в зародыше, при хранении легко прогоркает, вызывая порчу продуктов.
Из зародыша пшеницы получают витамин Е; из зародыша кукурузы — масло.
Фермерское хозяйство
Семена в которых присутствует эндосперм характерны для большинства злаков и других однодольных культур. Если рассмотреть зерно пшеницы под микроскопом, то в нём можно определить три основные части:
— защитная оболочка семена;
— ядро или эндосперм.
Из зародыша будет развиваться росток, поэтому он находится на острие зерна. Из наружной части зародыш защищён оболочками. В этой части пшеницы содержится много белка, около 40%, а также глобулины, нуклеопротеиды, примерно 15% жира, до 3% клетчатки. Доля микро и макроэлементов составляет 5% натуральных, сахаров не больше 25%. Также в зародыше пшеницы содержится много витаминов, они представлены витаминами группы В, Е.
На зародыше имеется корешок, почка роста, а также семядоля, её иногда называют щитком. Из почечки при прорастании семени будут развиваться листья и стебель культуры, корешок даёт начало формированию корней растения. Зародыш касается до эндосперма лишь одной стороной, но полезные вещества, необходимые для развития и роста поступают в него через щиток.
Общая масса оболочек пшеницы доходит до 2,5% от веса зерна. В их составе присутствует 45% белка, 4,5% микроэлементов, а также натуральный сахар и жиры.
Эндосперм семени пшеницы находится внутри зерна. В его состав входит ядро и алейроновая прослойка. Алейроновый слой немного отличается от ядра. После помола эта составляющая отделяется от эндосперма вместе с отрубями. Замечено, что клетки этого слоя почти не заметны, их толщина уменьшается по мере приближения к зародышу пшеницы.
В алейроновой прослойке присутствует 38-40% белка, до 10% жира. Объёмная доля клетчатки занимает здесь 15%, на золы приходится 10% и 6% на сахар. Средний вес этой составляющей части зерна около 7% от общей массы семени.
Как можно понять эндосперм семени пшеницы находится в средине зерна. Он состоит из огромных клеток, наполненных белками и крахмалом. Стенки этих клеток очень тонки, их почти не видно даже под микроскопом.
Семена пшеницы считают стекловидными если между клетками эндосперма не присутствуют скопления воздуха. Если такие частицы имеют место, то зерно считают мучнистым. Замечено, что стекловидные семена более прочны и твёрды, также в них больше белка.
Как утверждают учёные, на эндосперм пшеницы приходится 80-85% массы зерна. Ядро семени состоит из крахмала – 70-80%, сахарозы – 2%, белка – 12-15%, клейковины, витаминов, жира – до 1%, золы- 0,5% и клетчатки.