Анатомическое строение

Стебель арбуза имеет крупные проводящие сосуды, более широкие у столового арбуза, чем у других видов, что позволяет ему питать очень крупные плоды и обеспечивать интенсивное испарение этого растения.

Листья арбуза имеют сизоватый оттенок, так как покрыты слоем бесцветных клеток на поверхности. Эти клетки служат защитным приспособлением от перегревания. Сильная изрезанность листьев указывает на ксерофильность растения.

Плод арбуза состоит из коры, мякоти и плацент с семенами. Кора у арбуза имеет сложное строение: однослойный эпидермис покрыт сплошной кутикулой, под эпидермисом расположен пояс хлорофиллоносных или бесцветных клеток из 8-10 слоев (Б. Т. Матиенко (1954) первые 1-3 ряда от эпидермиса выделяет в особый слой, называя его колленхимным и приписывая ему механические свойства, но эта дифференциация ошибочная, все клетки между эпидермисом и панцирем плода относятся к одному типу ткани). Ниже этого пояса лежит механический панцирь, состоящий из толстостенных одревесневших клеток склеренхимы. По толщине этот панцирь в среднем равен вышележащему поясу субэпидермальной паренхимы. Ниже панциря расположен пояс бесцветных клеток коровой паренхимы толщиной 0,3-2 см, граничащий со сладкой мякотью плода.

Мякоть, являясь довольно однородной, слагается %из окрашенной части коровой паренхимы и разросшихся, заполняющих всю середину плода плацент, на поверхности которых расположены семена.

Толщина кутикулы у зрелых плодов различных сортов колеблется от 7 до 14 микрон (И. Бойко, 1940), что, по нашим данным, связано с экологией растения. Эпидермис состоит из квадратных или слегка вытянутых клеток без окрашенного содержимого. Его толщина, по Бойко, от 32 до 90 микрон. У сортов с более толстым эпидермисом наблюдается и большая толщина кутикулы.

В эпидермисе плода имеются устьица, которые располагаются неравномерно. На зеленых полосах плода их меньше, чем на светлых участках фона. Это объясняется удалением их от зоны коровых сосудов, которые расположены строго под зелеными полосами рисунка. Белоплодные или зеленоплодные сорта без полосатого рисунка также имеют увеличенное количество устьиц в зоне между сосудами и уменьшенное над ними.

Интенсивность зеленой окраски плода или его рисунков в виде полос, пятен, сетки обусловлена наличием хлорофиллоносных клеток субэпидермиального пояса, расположенных слоями, участками, полосами различной толщины, находящихся на различной глубине и окрашенных в различной степени. Между этими слоями и полосами хлорофиллоносных клеток находятся слои и полосы бесцветных клеток.

Наиболее интересным слоем коры у арбуза является механический панцирь плода. Он появляется с возрастом плода вследствие одревеснения сначала отдельных участков коровой паренхимы (И. Бойко, 1940; К. П. Старчевая, 1940; А. И. Филов, 1952), в дальнейшем расширяющихся и сливающихся в сплошной панцирь. Этот панцирь является важным признаком плода, так как от него в значительной мере зависит прочность, транспортабельность и лежкость сорта. Механический панцирь однороден по своему строению.

По степени одревеснения (толщина одревесневшего слоя, прерывистость его) механического пациря существуют значительные различия между сортами, отмеченные в работах 3. Н. Поповой (1937), И. Бойко (1940), К. П. Старчевой (1940). Ими выделяется группа сортов с тонким панцирем: Мурашка, Белосемячко, Быковский 15, Запорожский белосемянный, Туман, Акчинны (мало транспортабельные); со средней толщины панцирем: Астраханский полосатый, Черный ростун, Поповка, Ажиновский; с толстым панцирем: Мелитопольский 143, Мелитопольский 142, Бирючекутский 775, Красавчик, Багаевский мурашка; с тонким и прерывистым панцирем: Клеклей, Гольберт и другие длинноплодные сорта.

Рис. 3. Строение коры плода арбуза: 1 - у сорта Мурашка камышинский; а - кутикула; б - эпидермис; в - хлорофиллоносный слой; г - панцирь; д - основная паренхима мякоти плода; 2 - Американский белый; 3 - Любимец хутора Пятигорска; 4 - Шантеклер (по Старчевой)

По данным лаборатории ВИР (Т. Б. Фурса), все сорта арбузов можно разделить на три группы по степени прерывистости панциря. Первая группа с сильно прерывистым панцирем; островки панциря на тангентальном срезе отчетливо отделяются друг от друга неодревесневшими границами. Сюда относятся сорта: Поповка, Кахетинский длинный, Мухианский, Том Ватсон, Американский белый и др. Вторая группа сортов с непрерывным панцирем; островки его слиты между собой в сплошную одревесневшую ткань. К этой группе принадлежат сорта: Любимец хутора Пятигорска, Северный, Кара-Гарбуз, кормовые сорта и некоторые другие. Третья группа - промежуточная; островки панциря (по 3-4 штуки) соединены в сложные островки непрерывной одревесневшей тканью, а между этими сложными островками находятся узкие полоски той же неодревесневшей ткани, как и в первой группе. Сюда относятся сорта: Быковский 15, Богатырь и др.

Рис. 4. Типы прерывистости панциря: А - прерывистый у сорта Поповка; Б - полунепрерывный у сорта Богатырь (островки панциря соединены между собой по 3-4 в группе; В - непрерывный у сорта Северный (1 - в тангентальном разрезе, увеличение в 56 раз; 2 - в радиальном разрезе, увеличение в 120 раз) (ориг.)

Нами (1952) было установлено, что хлорофиллоносные клетки субэпидермиального слоя группируются над наиболее утолщенными участками панциря. То же впоследствии было подтверждено Б. Т. Матиенко (1954). Исходя из этого, становится ясным, что к тонкопанцирной группе относятся белокорые сорта, а наиболее транспортабельные сорта, как Мелитопольский 143, Мелитопольский 142 и др., более темно окрашены или интенсивно полосатые.

Панцирность встречается и у других тыквенных, как правило, у кормового арбуза и колоцинта, у тыквы С. реро, у горлянки Lagenaria vulgaris, как исключение у тыкв С. maxima и С. moschata. У тыквы С. реро панцирь в 5-20 раз толще, чем у арбуза, а у горлянки - в 100-150 раз, отчего плоды этих культур еще до сих пор используются как посуда.

Размеры клеток паренхимы мякоти плода постепенно увеличиваются к его центру. Наиболее крупные клетки из центра зрелого плода достигают 300-500 микрон и видны простым глазом. Такое увеличение размера клеток происходит вследствие растягивания их стенок раствором Сахаров в клеточном соке, повышающих осмотическое давление в клетках.

При дальнейшем увеличении концентрации клеточного сока стенки клеток разрываются и в арбузе образуется пустота (плод перезревает). Необходимо вывести сорта с прочными клетками мякоти или сорта, у которых процесс распадения клеток при созревании плода был бы незначительный. Все это дало бы возможность повысить осмотическое давление клеток их мякоти, то есть увеличить сахаристость арбуза.

Плаценты плода, тесно срастаясь с коровой паренхимой, образуют со значительной ее частью единую съедобную сахаристую мякоть, в которой как бы разбросаны семена. На самом деле они в мякоти располагаются на боковых ответвлениях плацент.

Каждое семя плода получает питательные вещества из особого входящего в него сосудистого пучка. Сплетение этих пучков и составляет основной скелет плацентарной мякоти плода. Началом этой системы являются 3-5 крупных сосудов (по числу плацент), расположенных в центре плода, питающих своими ответвлениями центральную часть мякоти и семена. Эти 3-5 сосудов раньше питали лопасти рыльца пестика.

Коровая часть мякоти получает питательные вещества из системы так называемых сосудов корового кольца. Этих сосудов у арбуза 10 или 15, отклонения наблюдаются крайне редко. Вначале эти сосуды подавали питательные вещества в чашелистики, лепестки, а иногда и в андроцей пятичленного женского цветка. После отцветания они утолщаются и питают коровую паренхиму. Эти сосуды образуют вокруг себя очень водоносную зону, что способствует развитию хлорофиллоносной ткани. Поэтому у полосатых арбузов хлорофиллоносные полосы располагаются строго над сосудистыми пучками и в строгом соответствии с их числом.

Строение сосудистых пучков мякоти неоднородно. У некоторых сортов такие пучки содержат относительно большее количество ксилемных элементов, в связи с чем их мякоть приобретает грубоволокнистый характер.

Вокруг семян арбуза концентрируются первые запасы Сахаров мякоти, происходит первое окрашивание ее и созревание и перезревание клеток. Пластические вещества растения направляются преимущественно в эту зону в связи с более интенсивными процессами развития и роста зародышей. Образование бессемянных плодов, но с нормальной мякотью является исключением. Такой случай имел место в Японии от скрещивания обыкновенного арбуза с тетраплоидным (Джонстон, 1953).

Оболочка семени арбуза состоит из трех основных слоев тканей. Наружный слой имеет только один ряд тонкопалисадных, очень длинных, не спаянных между собой клеток, пигменты которых и создают разнообразие окрасок семян. Эти окраски - черная, коричневая, красная, серая - обусловлены не различными пигментами, а различной концентрацией одного и того же красного пигмента, растворенного в клеточном соке наружного слоя оболочки семян. У черноокрашенных семян этот пигмент достигает наивысшей концентрации. Пестрая окраска семян, пятнистость, крапчатость и т. д. зависят от неравномерного распределения пигмента в кожуре семени. Белые семена не содержат красного пигмента, но также имеют, вопреки мнению С. В. Рутковской (1948), столбчатую паренхиму, стенки клеток которой окрашены в слабый желтовато-лимонный цвет. Зеленая окраска семян кормового арбуза также обусловлена наличием желтовато-зеленоватой окраски у клеточных оболочек кожуры.

Рис. 5. Строение кожицы разноокрашенных семян арбузов: 1 - черных; 2 - красных; 3 - белых (ориг.)

Между наиболее распространенной красной пигментацией семени арбуза и красным пигментом мякоти, очевидно, имеется какая-то зависимость. Дело в том, что окрашивание того и другого начинается одновременно, семена окрашиваются с носика, то есть с того конца, которым они соединяются с сосудистой системой мякоти. Кроме того, на эту зависимость указывает то обстоятельство, что черных или красных семян ни у дынь, ни у культурных тыкв не встречается, так же как у них не встречается и арбузоподобной красной окраски мякоти.

Ниже палисадных клеток в кожуре семени лежит слой губчатой ткани, состоящий из неправильной формы клеток с включением больших межклеточных пространств. Этот слой подразделяется некоторыми на два и большее число слоев.

Третий слой кожуры семени состоит из клеток с очень толстыми одревесневшими стенками. Этот слой и обусловливает твердость кожуры семени.

Ниже указанных трех слоев помещается эндосперм, отделенный от кожуры или тонкой бесформенной рыхлой паренхимой, или пустым пространством, образующимся в результате высыхания и отмирания клеток паренхимы.

Цельность названных слоев сохраняется у сырых семян. При сильном и резком высыхании последних верхний слой иногда сплющивается или разрывается. Трещины видны простым глазом на семенах с растрескавшейся поверхностью, приобретающей от этого серый цвет.