Семенные растения. Сравнительная характеристика особенностей размножения

Одна из групп вымерших папоротников дала начало семенным растениям. С появлением этих более совершенно устроенных растений началось вымирание высших споровых растений. Главным приспособлением, существенно улучшившим выживаемость растений, стало появление семени как единицы размножения и расселения. В отличие от споры, семя имеет многоклеточный зародыш, значительный запас питательных веществ и защитную семенную кожуру. Семян на растении образуется меньше, чем спор, но семенные растения, сократив количество генеративных единиц, резко повысили их жизнеспособность. Предшествовали этому эволюционному приобретению другие важные приспособления, такие как опыление и появление пыльцевой трубки как способа доставки мужских гамет к яйцеклетке. Появилось внутреннее оплодотворение и утратилась зависимость процесса оплодотворения от капельно-жидкой среды. Благодаря этому семенные растения смогли распространиться по всей поверхности Земли и занять господствующее положение во всех биоценозах.

Семенные растения представлены двумя отделами: голосеменные и покрытосеменные.

Отдел голосеменные. Из семенных растений это более древняя группа. Наибольшего расцвета голосеменные достигли в мезозойскую эру. Современные голосеменные немногочисленны, среди них встречаются реликты - «живые ископаемые»: саговники, гингко. Сейчас голосеменные, в основном, представлены растениями класса хвойные.

Хвойные, как и все голосеменные, представлены исключительно древесными формами - деревьями и кустарниками. В стволах хвойных - в коре, древесине и часто листьях, расположены смоляные ходы, содержащие эфирные масла, смолы, бальзамы. Стебель имеет мощную древесину и тонкую кору. Древесина состоит в основном из трахеид, в ней заметны годичные кольца. У большинства развивается стержневая корневая система с выраженным главным корнем и длинными боковыми корнями. Хвойные растения имеют видоизмененные игловидные (хвоя) или чешуйчатые листья. Они, как правило, жесткие, кожистые, долговечные. В них ясно выражены ксероморфиые признаки - толстый слой кутина, устьица погруженного типа, заполненные воском. Эти приспособления необходимы для произрастания в условиях резко континентального климата с суровыми зимами.

Органами размножения у хвойных являются шишки (стробилы, рис. 9.25). Дерево, например сосна, является бесполым поколением, спорофитом. Так как все семенные растения разноспоровые, то формируются микро- и мегаспорангии, и они расположены в основании спорофиллов - видоизмененных листьев-чешуй, которые и образуют шишки. Шишка - это укороченный видоизмененный побег, ее ось покрыта многочисленными чешуйчатыми листьями. Весной у основания молодых побегов образуются мужские шишки, на верхушке других побегов - женские. В мужских шишках образуются микроспоры, каждая прорастает в мужской гаметофит - пыльцевое зерно, которое имеет воздушные мешки, облегчающие перенос пыльцы ветром. В пыльце образуются спермин. В женских шишках под покровом чешуй развивается женский гаметофит. При опылении пыльца проникает между чешуями и оседает на семязачатках. После этого чешуи женской шишки склеиваются смолистыми веществами, и пыльца остается до следующего года. Оплодотворение у сосны произойдет только через 12-14 месяцев после опыления. В процессе созревания семян чешуи шишки одревесневают и затем расходятся. Созревшие семена лежат на чешуях открыто, поэтому такие растения и называются голосеменные. Затем семена с крыло- видным придатком распространяются ветром.

Рис. 9.25. Разнообразие хвойных: побеги и шишки

К классу хвойных относятся широко распространенные лесные породы - сосна, ель, пихта, лиственница. На севере Евразии и Америки они формируют тайгу. В Южном полушарии хвойные породы не образуют таежной зоны, но отличаются богатым видовым разнообразием. Там произрастают араукарии, агатисы, каури. К хвойным относятся кипарисы (секвойи из порядка кипарисовых - самые высокие деревья), можжевельники (древовидные можжевельники - арча, образуют горные леса), тисы, кедры. У можжевельника и тиса образуются так называемые шишко-ягоды - это женская шишка, чешуи которой стали сочными и срослись.

Хвойные широко используются человеком в различных отраслях хозяйства (табл. 9.3).

Таблица 93

Распространение и использование хвойных растений

Растение		Использование
Сосна (около 100 видов)	Распространена в умеренной зоне Северного полушария, в субтропиках (главным образом в горах), в европейской части России, в Сибири, доходит до Охотского моря. Светолюбивое, быстрорастущее дерево. Нередко формирует чистые леса (боры) или растет совместно с другими хвойными (елью, пихтой), на юге - с дубом, липой. Образует леса на песчаных почвах, реже - на сфагновых болотах. Живет до 400 лет	Древесину используют в кораблестроении, вагоностроении, в авиационной промышленности, для изготовления мебели. Из живицы получают корабельную смолу, канифоль, скипидар. Хвоя содержит много витамина С. Из молодых побегов изготавливают лекарства. Семена кедровой сосны съедобны
Ель(около 50 видов)	Распространена в Западной Европе, в европейской части России, в Западной Сибири, в Карпатах. Образует чистые леса или с примесью березы, сосны; на юге растет с кленом, липой, дубом. Живет около 300 лет	Древесину используют как строительный материал, топливо, сырье в бумажной промышленности. Уникальное сырье для изготовления музыкальных инструментов - скрипок, пианино и др. При перегонке древесины получают смолу, канифоль, вар, скипидар
Пихта (около 40 видов)	Распространена в Северной Америке, Юго-Восточной Азии, Средиземноморье, Средней Европе, Гималаях, на Кавказе, в Сибири. Теневыносливая, холодостойкая. Нижние ветки легко укореняются. Образует большие леса. Растет на равнинах, в горах	Древесина - строительный, поделочный материал, сырье для изготовления бумаги. Из хвои получают эфирное масло, из молодых веток - камфору, бальзам (для лечения ран). Красивое декоративное дерево (пихта кавказская)

Растение	Распространение, биологические особенности	Использование
Лиственница (свыше 20 видов)	Распространена в Азии, Европе, Северной Америке, в северных и восточных районах европейской части РФ, в Западной Сибири, в Карпатах. Единственное хвойное растение, которое на зиму сбрасывает хвою. Светолюбива, холодостойка	Древесина красноватая, богатая смолой, крепкая, устойчивая к разрушению в воде. Из нее изготавливают шпалы, крепления для шахт, бумагу. Используется также в кораблестроении
Кедр (4 вида)	Распространен в Средиземноморье, Западных Гималаях. Высокое дерево с развесистой кроной	Древесина очень крепкая, используется в кораблестроении
Тис (около 8 видов)	Распространен на Кавказе, в Крыму, Западной Европе, в горах Северной Америки, Малой Азии. Чистых лесов не образует. Древесина желто-красная. Единственное хвойное растение, которое не образует смолу	Древесина ценится за твердость и устойчивость к гниению, используется для строительных, столярных и токарных работ, изготовления мебели, в зеленом строительстве
Кипарис (свыше 15 видов)	Распространен в умеренно теплых областях Европы, Азии, Северной Америки; в культуре - в Крыму и на Кавказе. Деревья с пирамидальной или развесистой кроной	Древесина мягкая, легкая, используется для изготовления мебели и как поделочный материал
Можжевельник (около 60 видов)	Распространен в Северном полушарии (от Арктики до субтропиков). Небольшие деревья или кустарники, образуют светлые леса	Древесина используется для различных изделий. Побеги содержат ядовитое эфирное масло, которое используется в медицине

Отдел покрытосеменные, или цветковые. В этот отдел входят самые высокоорганизованные растения. Это самый большой отдел по числу видов. Именно покрытосеменные определяют вид растительного покрова Земли, произрастая во всех климатических зонах. Важнейшие культурные растения - плодовые растения, хлебные злаки - это покрытосеменные растения.

Покрытосеменные растения освоили самые различные местообитания, вытеснив более древние голосеменные и споровые растения. Они живут в самых экстремальных условиях: высокогорьях, в арктических и аридных пустынях, на солончаках. Некоторые покрытосеменные вернулись к пресноводному и даже солоноводному образу жизни. Под воздействием экологических факторов у покрытосеменных растений сформировались разнообразные жизненные формы. Одной из важнейших форм адаптации стало появление травянистых растений, которые произошли от древесных форм. Разнообразие жизненных форм обеспечило возможность формировать многоярусные сообщества.

У покрытосеменных наблюдаются большое морфологическое разнообразие и многочисленные метаморфозы вегетативных органов. Размеры цветковых растений меняются от гигантских (эвкалипты достигают высоты 100 м) до крохотных растений (ряска малая длиной менее 1 см).

От других растений покрытосеменные отличаются многими прогрессивными чертами организации. К ним относятся следующие.

Совершенная система обеспечения водой. Все цветковые имеют в проводящей системе настоящие сосуды, которые повысили скорость восходящего тока и процессов метаболизма.
Корневая система разветвленная и проникает на большую глубину. Цветковые растения вступают в симбиоз с бактериями, клубеньковыми азотофиксирующими бактериями, микоризными грибами.
Симподиальнос ветвление обеспечивает увеличение фотосинтезирующей поверхности и развитие множества генеративных почек.
Совершенная внутренняя структура листа повышает эффективность фотосинтеза и отток продуктов синтеза.
Одна их самых характерных особенностей покрытосеменных - это появление цветка, органа бесполого (образования спор) и полового (образование семян) размножения.
Наличие в цветке завязи, в которую заключены семязачатки. Из завязи развивается плод, внутри которого находятся семена, т.е. семена защищены от неблагоприятных воздействий среды.
Двойное оплодотворение, в результате которого развивается зародыш и его питательная ткань - эндосперм.
В цветке имеется рыльце, специальный участок пестика для улавливания и удержания пыльцы.
Наличие ярких цветков, аромата, нектара для привлечения насекомых как более надежного фактора опыления.
Распространение у некоторых видов растений явления апо- миксиса, развития семян без оплодотворения.
Семена и плоды имеют разнообразные приспособления для распространения, семена способны к длительному периоду покоя .

Покрытосеменные растения делят на две большие группы - класс однодольных и класс двудольных. По современным представлениям, однодольные - более совершенная группа, вероятно, они произошли от примитивных двудольных. Для различения растений применяется комплекс признаков.

Класс двудольные характеризуется, прежде всего, строением зародыша. Он состоит из двух семядолей, между которыми расположена почка. Прорастает зародыш двумя первыми семядольными листиками, которые выносятся над землей. Листья имеют листовую пластинку и черешок, бывают простые и сложные, жилкование сетчатое, перистое или пальчатое. У растений, выросших из семени, первичный корень сохраняется в виде главного корня, от которого отходят боковые и формируется стержневая корневая система. В строении стебля у двудольных наблюдается сплошное (кольцом) или пучковое расположение проводящей системы. В проводящих пучках есть камбий, который обеспечивает вторичный рост в толщину. Имеются все жизненные формы - деревья, кустарники, однолетние и многолетние травы. В большинстве случаев двудольные растения имеют пятичленные или четырехчленные цветки, с двойным околоцветником. Чаще цветки опыляются насекомыми. Класс состоит из 429 семейств, 10 тысяч родов, 190 тысяч видов растений. Основные и наиболее многочисленные семейства: капустные, розовые, бобовые, сельдерейные, пасленовые, яснотковые, астровые. Приведем краткую характеристику некоторых семейств.

Семейство Розоцветные (около 3,5 тыс. видов). Распространены в странах с субтропическим и умеренным климатом. Очень разнообразны по строению цветка, соцветий, плодов и листьев. Характерная особенность - своеобразное строение гинецея и цветоложа, которое имеет тенденцию к разрастанию. У некоторых видов растений части цветка, которые окружают пестик, срастаются основаниями и образуют с цветоложем мясистую чашу - гипантий. Цветки с двойным пятичленным околоцветником, тычинок много, расположены по кругу (их количество кратно 5), пестик один или несколько. Плоды - костянки, орешки, часто ложные или сборные. Пасекомооиыляемые растения. Хозяйственное значение: шиповник, розы (полиантовые, чайные), малина, земляника, яблоня, груша, рябина, слива, вишня, абрикос, персик, миндаль - культурные декоративные растения, которые используются в пищевой, парфюмерной, фармакологической промышленности.

Семейство Бобовые (около 9 тыс. видов). Многолетние травы, кустарники и деревья распространены по всему миру. Стебли прямостоячие, вьющиеся, стелющиеся. Листья сложные, с прилистниками. Строение цветка типичное: пятизубчатая сросшаяся чашечка, венчик из 5 лепестков (задний - парус, два боковых - весла, два нижних, срастающихся в верхней части, - лодочка). Тычинок 10 (из них 9 срастаются и образуют несомкнутую трубочку). Пестик один. Завязь верхняя, одногнездная. Плод - боб. Опыляются насекомыми. Хозяйственное значение: астрагал, верблюжья колючка, вика, горох, клевер, люцерна, фасоль, бобы, чина, соя, люпин - пищевые, кормовые, медоносные, декоративные растения. Благодаря клубеньковым бактериям - сидераты. Играют заметную роль в формировании растительного покрова.

Семейство Пасленовые (около 2,5 тыс. видов). Распространены по всему миру, но наибольшее разнообразие в Южной Америке. Одно- и многолетние травы, реже полукустарники, кустарники. Листья простые, с цельной или рассеченной пластинкой. Цветки пятичленные правильные. Венчик сростнолепестный. К трубочке венчика прикреплены 5 тычинок. Пестик один с верхней двухгнездной завязью, которая содержит многочисленные семенные зачатки. Цветки обоеполые. Насекомоопыляемые растения, в тропических областях опыляются птицами. Плод - ягода или коробочка (редко костянковидный). Большинство пасленовых содержит ядовитые алкалоиды, которые в малых дозах используются для получения лекарств. Хозяйственное значение: 1. Паслен (паслен черный). Из листьев получают лимонную кислоту, наркотики, из семян табака - табачное масло. 2. Картофель, баклажаны, томаты, перец используются в пищевой промышленности. 3. Белладонна (красавка), скополия, дурман, белена черная - лекарственные растения.

Семейство Капустные (Крестоцветные) (около 3 тыс. видов). Наиболее распространены в умеренных и холодных зонах мира. Одно-, дву-, многолетние травы, реже кустарники и полукустарники с очередными листьями, иногда собранными в прикорневую розетку. Цветки обоеполые, собраны в кистевидные соцветия. Околоцветник двойной, четырехчленный. Чашелистики и лепестки расположены накрест. Тычинок 6, из них 4 длинные, 2 короткие. Пестик один. Плод - стручок или стручочек. В семенах содержится 15-50% масла. Хозяйственное значение: 1. Дикая редька, сурепица, пастушья сумка, горчица полевая, желтушник - сорняки. 2. Капуста, редька, репа, брюква - огородные культуры. 3. Горчица, рапс - масличные культуры. 4. Левкой, ночная красавица, маттиола - декоративные растения.

Семейство Астровые (Сложноцветные) (около 20 тыс. видов). Распространены по всему миру, но более разнообразны в умеренных и субтропических областях. Одно- и многолетние травы,

полукустарники, кустарники, небольшие деревья. Листья очередные или супротивные, без прилистников. Типичный признак - соцветие корзинка. На плоском или выпуклом дне корзинки расположены отдельные цветки. Корзинка имеет общую обертку, состоящую из видоизмененных верхушечных листьев. Типичные цветки обоеполые, с нижней завязью, к которой прикреплена видоизмененная чашечка; венчик язычковый, трубчатый, воронковидный; окраска белая, синяя, желтая, голубая и др. Встречаются цветки однополые (мужские или женские), крайние цветки часто бесплодные. Тычинок 5, они срастаются пылинками в трубочку, через которую проходит столбик, несущий рыльце. Плод - семянка с волосистым хохолком или пленчатой коронкой, распространяются ветром, животными, водой. Хозяйственное значение: 1. Салат, цикорий, артишок - пищевые культуры. 2. Подсолнечник - масличная культура. 3. Топинамбур - кормовая культура. 4. Одуванчик, полынь, череда, тысячелистник, ромашка - лекарственные растения. 5. Георгины, астры, бархатцы, хризантемы - декоративные растения. 6. Осот, молочай, василек синий, горчак ползучий - сорняки.

Класс однодольные: зародыш семени содержит одну семядолю, прорастает одним листом, семядоля при прорастании остается под землей. Листья однодольных чаше простые, цельные, не имеют черешка, с параллельным или дуговым жилкованием. У растений рано отмирает главный корень и развиваются придаточные корни, формируется мочковатая корневая система. В стеблях проводящая система имеет пучковое строение. Проводящие пучки закрытого типа, поэтому вторичного утолщения стебля нет. Среди жизненных форм преобладают многолетние травы, имеются древовидные формы, луковичные растения. Части цветка кратны трем, околоцветник простой. Чаще цветки опыляются ветром. Класс включает 104 семейства, 3 тысячи родов, 63 тысячи видов. Основные семейства: мятликовые, осоковые, лилейные, орхидные. Приведем краткую характеристику некоторых семейств.

Семейство Мятликовые (Злаки) (около 10 тыс. видов). Распространены по всему миру, одно- и многолетние травы (исключение - бамбук). Стебли простые, иногда ветвистые, цилиндрические или сплюснутые, разделенные узлами; у большинства растений полые в междоузлиях, такой стебель называют соломиной. Листья линейные или ланцетные, с влагалищем в основании. Цветки сильно редуцированные, желтовато-зеленые, мелкие, собраны в соцветия колоски, которые образуют колос, кисть, метелку. Злаки - типичные ветрооныляемые растения. У основания каждого колоска прикреплены две колосковые чешуи, прикрываюхцие колосок. В колоске от 1 до 20 цветков. Околоцветник состоит из двух цветочных чешуй, двух пленок. В двуполом цветке содержатся три тычинки и пестик с двумя перистыми рыльцами. Плод - зерновка. Хозяйственное значение: 1. Пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза, рис, просо, сахарный тростник - хлебные, технические культуры (из них получают сахар, спирт, пиво). 2. Овсяница, мятлик, тимофеевка - кормовые травы. 3. Тростник, бамбук - стебли используют в строительстве, для получения бумаги, в качестве топлива. Злаки широко используют для закрепления песков, склонов, в декоративном цветоводстве. 4. Пырей, овсюг, щетинник, ежовник - сорняки.

Семейство Лилейные (около 1300 видов). Распространены в умеренных и субтропических областях. В основном, многолетние травы, для которых характерно наличие луковиц или корневищ. Листья линейные, корневая система мочковатая. Цветки обоеполые, реже однополые. Околоцветник в основном венчиковидный, иногда чашечковидный, из свободных лепестков. Опыление - насекомыми. Цветок трехчленный, количество тычинок соответствует количеству листиков околоцветника. Пестик один. Плод - трехгнездная коробочка или ягода. Хозяйственное значение: 1. Лук, чеснок, спаржа - овощные культуры. 2. Ландыш, алоэ, чемерица - сырье для лекарств. 3. Лилия, ландыш, тюльпан, гиацинт - декоративные культуры.

См.: Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Мулдашев А. А. Высшие растения: краткийкурс систематики с основами наук о растительности. М., 2002. С. 70-72.

План

1. Общая характеристика семенных растений.

4. Общая характеристика отдела Покрытосеменные, или Цветковые (Мадпоііорпуіа).

5. Значение покрытосеменных в природе и жизни человека.

Основные понятия: семена, семядоли, шишка, цветок, гаметофіт, спорофит, антеридії, архегонії, спорофіли, різноспорові растения.

Общая характеристика семенных растений

В семенных растений принадлежат два отдела:

o Покрытосеменные, или Цветочные - имеют цветок и семена, закрытое околоплодника (плод).

Семенах растения по сравнению с споровими представляют собой более высокий уровень организации, поскольку главным зачатком для расселения вида является качественно новое образование - семена. Самое главное эволюционное преимущество семенных растений перед споровими заключается в том, что половой процесс у них не зависит от капельно-жидкой воды. Благодаря такой независимости семенах растения получили возможность расселяться по всей Земле и стали прогрессивной группой растений.

В отличие от высших споровых, в которых споры одноклеточные, в семенных растений семена багатоклітинне и содержит в себе сформированный зародыш и запас питательных веществ для его развития.

В семенных растений наблюдается дальнейшее усовершенствование и еще большее преобладание в цикле развития спорофита и редукция гаметофіта, существование которого полностью зависит от спорофита.

Общая характеристика отдела Голосеменные (Pinophyta)

Голосеменные как современные, так и вымершие - это преимущественно деревья, реже кустарники или одревесневшие лианы. Травянистых растений среди них не обнаружено. Возникли в палеозое от різноспорових папоротников, которые позже исчезли. Современные виды распространены по всему земному шару.

1) різноспорові растения;

2) размножение семенами;

3) развитие в шишках (женских стробілах) обнаженного, непокрытого семян (поэтому отдел растений получил именно такое название);

4) стебель прямой (моноподіальне ветвления) и многолетнее, имеет камбий, способен к вторичному утолщению;

5) сосудов нет, древесина состоит только из трахеїд, из которых весенние, тонкостенные выполняют ведущую функцию, а осенние, толстостенные - механическую;

6) в древесине много смоляных ходов, заполненных смолой, ярко выраженные годичные кольца прироста древесины; паренхимы в древесине очень мало или ее совсем нет;

7) ситоподібні трубки луба не имеют клеток-спутниц;

8) по строению листьев разделяют на две группы:

o растения с крупными листьями (макрофільна линия эволюции);

o растения с мелкими листьями (мікрофільна линия эволюции);

9) вечнозеленые (редко листопадные) растения.

В жизненном цикле развития голосеменных (рис. 54) полностью преобладает бесполое поколение - спорофит (2п). Мужской гаметофіт - пилкове зерно (мікрогаметофіт) и женский гаметофіт - два архегонії с яйцеклетками (мегагаметофіт) развиваются в спорангіях на специальных спороносных побегах - мужских и женских шишках. Вода для оплодотворения не нужна. Спермии проникают в яйцеклетки с помощью пыльцевой трубки, которая развивается во время прорастания пыльцы. Пыльцу переносит ветер. В результате оплодотворения развивается семя с семенной кожурой, зародышем и эндоспермом (п), расположенной открыто на чешуйкам женских шишек.

o Саговникові (саговник - имеет 8-15-метровый ствол, покрытый пірчастими листьями 2-3 м длиной; двудомное растение; мега - и микроспоры образуются в мега - и мікроспорангіях, которые находятся на верхушке ствола; на женских экземплярах после опыления и оплодотворения сперматозоонами образуется оранжево-красное большое семян);

o Гінгові (гинкго двулопастный - дерево до 40 м высотой с своеобразными, напоминающие раскрытый веер, листьями; листья черешковые с дихотомически разветвленными жилками, ежегодно опадают; двудомное растение; на женских деревьях после опыления и оплодотворения сперматозоонами образуются семена с сочным и каким съедобным покровом);

o Гнетові (эфедра, гнетум, вельвичия - их стробилы ветвятся дихотомически; вокруг стробилы есть покров, подобный околоцветника цветочных; в отличие от других голосеменных, имеют сосуды во вторичной древесине, половой процесс немного напоминает двойное оплодотворение покрытосеменных, зародыш имеет две семядоли);

o Хвойные (сосна обыкновенная, тис ягодный, ель обыкновенная, кедр сибирский - ветви размещаются как будто кольцами, причем ежегодно образуется одно кольцо; древесина состоит из трахеїд и ситоподібних трубок; настоящих сосудов нет; листья игольчатые или чешуеобразные; вечнозеленые растения).

Рис. 54. Жизненный цикл сосны обыкновенной (по Яковлевим, Челомбитько, 2001):

I - взрослый спорофит; 2 - женская шишка;

3 - мужская шишка;

4 - мікростробіл с пыльцевыми мешками;

5 - мегастробіл с семенными зачатками;

6 - пилкове зерно (мужской гаметофіт);

7 - мегаспора;

8 - пыльцевая трубка с мужской гаметой;

9 - женский гаметофіт, что превратится в эндосперм;

10 - архегонії из которых сформируется одна яйцеклетка;

12 - молодой спорофит (проросток).

Они являются более прогрессивными:

У них есть семя с запасом питательных веществ;

Оплодотворение не зависит от воды, поэтому они могут произрастать повсеместно.

Эти растения размножаются семенами, но не имеют цветков и не образуют плодов. Очень широко они были распространены в палеозойскую и мезозойскую эры, а затем многие из них вымерли. Сейчас их насчитывается около 720 видов. Выделяют классы: Саговниковые, Гнетовые, Гинкговые, Хвойные. В умеренных широтах наиболее часто встречаются хвойные.

Все хвойные – вечнозеленые, реже листопадные деревья или кустарники с игольчатыми или чешуевидными (у кипариса) листьями. Игловидные листья (хвоя ) плотные, кожистые и жесткие, покрыты толстым слоем кутикулы. Устьица погружены в ткань листа, в особые углубления, заполненные воском. Все эти особенности строения листьев обеспечивают хорошее приспособление хвойных к произрастанию в засушливых, так и холодных местах обитания. У многих из них хвоя опадает постепенно в течение 2-3 лет, а у лиственницы – ежегодно. У хвойных прямостоячие стволы, покрыты чешуйчатой корой. На поперечном срезе хорошо видны развитая древесина и менее развитые кора и сердцевина. В коре и древесине имеются смоляные ходы (каналы), клетки которых выделяют эфирные масла и смолу. Смола защищает растение от проникновения микроорганизмов и насекомых. Древесина содержит мало паренхимы и почти на 90% представлена проводящей тканью – трахеидами. Трахеиды – мертвые клетки с толстыми стенками. На концах этих клеток, в местах их соединения находятся поры, через которые идет фильтрация жидкости.

Корневая система у хвойных обычно стержневая, боковые корни часто образуют микоризу.

Рис. 11.Ель Рис. 12. Гинкго двулопастное

Сосна обыкновенная - светолюбивое нетребовательное к почве растение. Достигает 40 м в высоту, имеет прямой ствол, покрытый красно-бурой корой. Продолжительность жизни – до 350 лет. Сосна – однодомное растение, на ее ветвях образуются видоизмененные побеги – шишки , имеющие ось и многочисленные чешуи. У основания молодых побегов образуются зеленовато-желтые мужские шишки – они более тонкие и удлиненные. На чешуях этих шишек располагается по 2 пыльцевых мешка, где созревает пыльца. Пыльцевое зерно овальной формы, в его наружной оболочке есть два воздушных пузырька – они обеспечивают перенос пыльцы ветром. В каждом пыльцевом зерне развиваются две клетки – вегетативная и генеративная. На верхушках молодых побегов располагаются женские шишки, они красноватого цвета и округлой формы. На их чешуйках развиваются по два семязачатка, где формируются яйцеклетка и гаплоидныйэндосперм – это женский гаметофит. В конце мая – начале июня у сосны происходит опыление: пыльца при помощи ветра попадает на семенные чешуйки женских шишек, после чего они смыкаются и склеиваются смолой. От опыления до оплодотворения у

Сосны проходит 12 месяцев. Весной следующего года пыльца – микроспора прорастает и дает начало мужскому гаметофиту. Его вегетативная клетка образует пыльцевую трубку, а генеративная – 2 спермия. По пыльцевой трубке 2 спермия движутся к яйцеклетке, один из них погибает, а второй оплодотворяет яйцеклетку. Из оплодотворенной яйцеклетки – зиготы образуется зародыш семени, а семязачаток превращается в семя. Семена у сосны созревают к осени следующего года. Зимой одревесневшие семенные чешуи расходятся, и семена, имеющие крыловидные придатки разносятся ветром.

Рис. 13. Сосна обыкновенная Попав в благоприятные условия, семена прорастают и

и ветка с шишками первого дают начало спорофиту – крупному листостебельному

и второго года; а-мужские, растению.

б-женские шишки. Другие представители хвойных.

Сосна сибирская кедровая произрастает в Сибири, семена «орешки» не имеют крылышек. Они служат кормом для животных и употребляются в пищу человеком. У дерева ценная древесина, из семян получают кедровое масло, используемое в оптической промышленности.

Сосна кедровая корейская растет на Дальнем Востоке. Ее хвоинки, шишки и семена значительно крупнее, чем у сибирской кедровой сосны.

Ель – теневыносливое дерево с пирамидальной кроной, любит плодородные и достаточно увлаженные почвы. Корневая система слабее, чем у сосны. Располагается более поверхностно, поэтому ель часто страдает от сильных ветров. Хвоинки короткие, острые, расположены по одной и сохраняются на дереве до 7 – 9 лет. Шишки длиной 10 –12 см развиваются в течение одного года. Размножение у ели происходит так же, как у сосны. Срок жизни 300 – 400 лет.

Лиственница выдерживает суровые морозы в Сибири и Якутии. Ее хвоя на зиму опадает. Высоко ценится древесина, так как очень устойчива к гниению.

Секвойя (мамонтово дерево) достигает высоты до 100 метров, живет 3 – 4 тысячи лет. Особо ценится ее древесина –«красное дерево».

Можжевельник – вечнозеленый кустарник с игольчатыми листьями. Его своеобразные шишки имеют нераскрывающиеся чешуи и напоминают мясистые синеватые ягоды.

Значение хвойных. Как и все зеленые растения, они образуют органические вещества в процессе фотосинтеза, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Хвойные леса задерживают таяние снега, обогащают почву влагой. Сосна выделяет большое количество фитонцидов –летучих веществ, обладающих бактерицидным действием. Человек использует древесину хвойных как ценный строительный и поделочный материал. Древесина ели идет на изготовление бумаги. Из хвойных получают скипидар, канифоль, сургуч, лаки, спирт, пластмассы. Многие хвойные культивируют как декоративные растения.

. План

1. Общая характеристика семенных растений

Основные понятия : семян, семядоли, шишка, цветок, гаметофит, спорофит, антеридии, архегонии, спорофилы, разноспоровые растения

1 Общая характеристика семенных растений

К семенных растений относятся два отдела:

o. Покрытосеменные или. Цветочные - имеют цветок и семена, закрытое околоплодника (плод)

Семенные растения по сравнению с споровыми представляют собой более высокий уровень организации, поскольку главным зачатком для расселения вида является качественно новое образование - семена. Самая эволюционное преимущество а семенных растений перед споровыми заключается в том, что половой процесс у них не зависит от капельно-жидкой воды. Благодаря такой независимости семенах растения получили возможность расселяться на всей. Земл и и стали прогрессивной группой рослиин.

В отличие от высших споровых, в которых споры одноклеточные, в семенных растений семена многоклеточное и содержит в себе сформирован зародыш и запас питательных веществ для его развития

В семенных растений наблюдается дальнейшее усовершенствование и еще большее преимущество в цикле развития спорофита и редукция гаметофита, существование которого полностью зависит от спорофита

2 Общая характеристика отдела Голосеменные (Pinophyta)

Голосеменные как современные, так и вымершие - это преимущественно дерева, реже кустарник или одревесневшие лианы. Травянистый растений среди них не обнаружено. Возникли палеозое от разноспоровых папоротников, которые позже сни иклы. Современные виды распространены по всему земному шаулі.

1) разноспоровые растения;

2) размножение семенами;

3) развитие в шишках (женских стробилах) голого, непокрытого семян (поэтому отдел растений получил именно такое название);

4) стебель прямой (моноподиальное ветвления) и многолетнее, имеет камбий, способное к вторичному утолщению;

5) сосудов не, древесина состоит только из трахеид, из которых весенние, тонкостенные выполняют ведущую функцию, а осенние, толстостенные - механическую;

7) ситовидные трубки луба не имеют клеток-спутниц;

8) по строению листьев разделяют на две группы:

o растения с крупными листьями (макрофильна линия эволюции);

o растения с мелкими листьями (микрофильных линия эволюции);

9) вечнозеленые (реже листопадные) растения

В жизненном цикле развития голосеменных (рис 54) полностью преобладает бесполое поколение - спорофит (2п). Мужской гаметофит - пыльцевая зерно (микрогаметофит) и женский гаметофит - два архегонии с яйцо еклитинамы (мегагаметофит) развиваются в спорангиях на специальных спороносных побегах - мужских и женских шишках. Вода для оплодотворения не требуется. Спермии проникают в яйцеклетки с помощью пыль ковой трубки, которая развивается во время прорастания пыльцы. Пыльца переносит ветер. В результате оплодотворения развивается семя с семенной кожурой, зародышем и эндоспермом (п), расположенной открыто на чешуе женских шишо шишок.

o. Саговниковые (саговник - имеет 8-15-метровый ствол, покрытый перистыми листьями 2-3 м длиной; двудомное растение; мега-и микроспоры образуются в мега-и микроспорангиях, находящихся на верхушке эти ствола, на женских экземплярах после опыления и оплодотворения сперматозоонами образуется оранжево-красное большое семян)

o гинго (гинго двулопастное - дерево до 40 м высотой с своеобразными, напоминающие раскрыто веер, листьями; листья черешковые с дихотомически разветвленными жилками, ежегодно опадают; двудомное растение; н на женских деревьях после опыления и оплодотворения сперматозоонами образуются семена с сочным и мягкие которым съедобным покровом)

o. Гнетовые (эфедра, гнетум, вельвичия - их стробилы ветвятся дихотомически, вокруг стробилы есть покров, подобный околоцветника цветочных, на отличие от других голосеменных, имеют сосуды во вторичной деревьев вине, половой процесс немного напоминает двойное оплодотворение покрытосеменных, зародыш имеет две семядоли)

o. Хвойные (сосна обыкновенная, тис ягодный, ель обыкновенная, кедр сибирский - ветви размещаются будто кольцами, причем ежегодно образуется одно кольцо; древесина состоит из трахеид и ситовидных трубо ок; настоящих сосудов не; листья игольчатые или чешуйчатые; вечнозеленые растения.

Рис 54. Жизненный цикл сосны обыкновенной (за. Яковлевым,. Челомбитько, 2001):

I - взрослый спорофит, 2 - женская шишка;

3 - мужская шишка;

4 -. Микростробилы с пыльцевыми мешками;

5 - мегастробилы с семяпочками;

6 - пыльцевая зерно (мужской гаметофит);

7 - мегаспора;

8 - пыльцевая трубка с мужской гаметой;

9 - женский гаметофит, который преобразуется в эндосперм;

10 - архегонии из которых сформируется одна яйцеклетка;

12 - молодой спорофит (проросток)

Голосеменные (главным образом хвойные; кроме того, тиссовые, саговниковые, гинкговые и др.). Семена не спрятаны в завязи. Плоды не образуются. Обычно образуют шишки, на которых появляются споры. Процесс созревания семян очень длителен (у сосны обыкновенной семена в шишках созревает 3 года). Проводящие ткани примитивные. Среди жизненных форм представлены только деревья и кустарники (травы отсутствуют).

Покрытосеменные или цветковые растения размножаются семенами, которые располагаются в плодах. Ткани высоко дифференцированы.

4. Ткани покрытосеменных растений можно разделить на 4 типа: образовательные, покровные, основные и проводящие.

К образовательным тканям относятся камбий и меристемы.

Основной тип покровной ткани – эпидерма – это тонкая покровная ткань, состоящая из одного слоя клеток. Её основная функция – защита растения от высыхания и проникновения микроорганизмов. Эпидерма снабжена устьицами (специальные образования, регулирующие газообмен и испарение воды листьями (транспирацию)).

К структурным тканям относятся паренхима, колленхима и склеренхима. Клетки паренхимы заполняют основное пространство, и составляют основную массу стеблей и корней. Колленхиму составляют вытянутые в направлении длинной оси органа клетки, в которых содержится большое количество целлюлозы. Эта ткань играет важную роль, обеспечивая органам дополнительную опору; при этом клетки колленхимы, оставаясь живыми , способны растягиваться, не мешая расти другим клеткам. Склеренхима находится, в основном, в коре, сердцевине и плодах. Её мёртвые клетки окружены лигнином – веществом с повышенной прочностью на растяжение и изгиб.

Ксилема и флоэма являются основными типами проводящих тканей. Ксилема (древесина) состоит из мёртвых и живых клеток, выполняет опорную и проводящую функцию – по ней движутся вверх по растению вода и минеральные соли. Из ксилемы формируются древесинные волокна, придающие дополнительную прочность. Флоэма (луб) образована живыми клетками, проводит органические вещества из мест их синтеза.

5. Органы растений

Из тканей слагаются органы растений. У покрытосеменных выделяют вегетативные (корень, стебель, лист) и генеративные (цветок) органы. Вегетативные органы выполняют основные функции питания и взаимодействия со средой обитания. Цветок – орган полового размножения растений.

Корень – осевой вегетативный орган, обладающий неограниченным верхушечным ростом, положительным геотропизмом и имеющий радиальное строение. Совокупность всех корней растения составляет его корневую систему.Главный корень– развивается из зародышевого корешка.Придаточный корень – формируется на стебле или старых корнях.Боковой корень – развивается на других корнях (главных, боковых, придаточных).

Различают два основных типа корневых систем – стержневую (имеет хорошо развитый главный корень, от которого отходят ветвящиеся боковые корни) и мочковатую (отсутствует главный корень или он не выделяется среди многочисленных придаточных корней).

Строение корня:

1. Корневой чехлик;

2. Зона деления и роста;

3. Зона корневых волосков, зона всасывания;

4. Зона проведения.

Основные функции корня:

1. Укрепление растения в почве и удерживание его в вертикальном положении;

2. Поглощение воды и минеральных веществ из почвы.

3. Вегетативное размножение (малина, вишня, слива и др.);

4. Накопление питательных веществ в главном корне с образованием корнеплодов (репа, морковь, свекла) и в придаточных корнях с образованием корневых клубней (георгин, топинамбур);

5. Симбиоз с грибами (микориза) и клубеньковыми бактериями (осуществляют азотфиксацию у бобовых растений).

Стебель – осевой радиальный орган, обладающий верхушечным ростом, несет листья и почки. Служит связующим звеном между корнями и листьями. Рост стебля осуществляется за счет деления верхушечных клеток. Формы стебля: прямостоячие, ползучими, вьющиеся, цепляющиеся. По структуре различают травянистые и деревянистые стебли.

Стебель с листьями и почками, образующийся в течение одного лета, называется побегом . Участок стебля, где возникает лист или почка, называют узлом, а отрезок стебля между двумя узлами – междоузлием.

В месте сочленения листа со стеблем обычно формируется почка , называемая пазушной в отличие от верхушечной почки на верхушке стебля. Верхушечные почки продолжают рост главного стебля; пазушные – дают начало ветвям.

На поперечном срезе древесного стебля можно выделить: кору, луб, камбий, древесину и сердцевину. Кора, луб (лубяные волокна и ситовидные трубки) расположены снаружи от камбия. Под камбием – сосуды древесины и сердцевина. В процессе роста вовнутрь камбий образует хорошо различимые слои древесины – годичные кольца.

Основные функции стебля:

1. Опорная – стебель обеспечивает наиболее благоприятное расположение листьев для фотосинтеза, цветов для опыления;

2. Проводящая – по стеблю осуществляется двустороннее передвижение веществ: от коней к листьям, от листьев к другим органа растений;

3. Накопление питательных веществ и воды (корневища, клубни, луковицы);

4. Вегетативное размножение.

Лист – боковой вегетативный орган стебля, представляющий собой специализированный орган питания.Лист состоит из черешка, которым прикрепляется к стеблю, и листовой пластинки.

Листовые пластинки пронизаны жилками – системами проводящих пучков, которые связывают лист в единое целое, служат опорой мякоти листа и соединяют его со стеблем. Порядок расположения жилок в листовой пластинке называют жилкование (параллельное и сетчатое) листа. Различают листья простые, имеющие одну листовую пластинку, опадающие осенью целиком, и сложные. У сложных листьев имеется несколько листовых пластинок – листочков, прикрепляющихся к основному черешку при помощи собственных черешков.

Основную часть листа составляет фотосинтезирующая ткань (паренхима двух типов: столбчатая и губчатая), клетки которой плотно прилегают друг к другу и содержат большое количество мелких хлоропластов. В толще паренхимы проходят жилки, содержащие ксилему и флоэму. Сверху и снизу паренхима листа покрыта эпидермой с кутикулой. Кутикула может иметь восковой покров или нести специальные железы и волоски.

Основные функции листьев:

1. Фотосинтез;

2. Испарение воды (транспирация);

3. Газообмен.

4. Запас питательных веществ и воды (листья столетника, агавы).

Цветок – это видоизмененный укороченный побег. На разных стадиях своего развития он выполняет разнообразные функции:

Образование женских и мужских половых клеток – гамет;

Опыление;

Оплодотворение;

Формирование зародыша;

Образование семян и плода.

Несмотря на большое разнообразие цветков, они имеют общий план строения. Часть стебля, несущая цветок, образует цветоножку . Верхняя расширенная часть цветоножки называетсяцветоложем . На нем располагаютсяоколоцветник ,тычинки ипестик . Околоцветник включает чашечку и венчик. К центру от венчика на цветоложе находятся тычинки. Тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника, где образуются пыльцевые зерна с мужскими гаметами внутри. В самом центре цветка располагается один или несколько пестиков. Пестик состоит из рыльца, столбика и завязи. Завязь самая важная часть пестика – в ней образуются женские половые клетки, и формируется зародыш. Цветки собраны в соцветия, которые привлекают насекомых.

Опылением называют перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Попав на рыльце пестика, пыльца прорастает. После оплодотворения из семязачатка образуется семя, а из завязи цветка – плод. Сформировавшееся семя состоит из зародыша и запасных питательных веществ, окруженных защитной семенной кожурой.