Особенности строения и размножения сосны

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

СОСНА (Pinus) – род семейства Сосновых (Pinaceae), включающий в себя около 100 видов вечнозеленых деревьев (реже прямостоячих или стелющихся кустарников). Cистематическое положение этого рода:

Отдел Голосеменные (Pinophyta или Gymnospermae)

Класс Хвойные (Pinopsida)

Подкласс Хвойные (Pinidae)

Порядок Сосновые (Pinales)

Семейство Сосновые (Pinaceae)

Род Сосна (Pinus)

Естественный ареал сосны практически не выходит за пределы северного полушария, где она распространена в лесах умеренного пояса, а также в горных областях субтропического и тропического поясов.

В южном полушарии до недавнего времени произрастал лишь один вид этого рода – сосна Меркуза (Pinus merkusi), но и этот вид сосны заходил к югу от экватора лишь на 2°. Однако в наше время в Южном полушарии появились искусственно посаженные сосновые леса, для создания которых использовалась преимущественно сосна лучистая (P. radiata). Естественное обитание этой красивой сосны – всего несколько десятков гектаров в Калифорнии и на одном из близлежащих островов. Насаждение этой сосны началось в начале 20 в. в Австралии и Новой Зеландии, и сейчас искусственные сосновые леса занимают здесь большие площади. Несколько меньшую площадь, но все же исчисляемую сотнями тысяч гектаров, занимают искусственные сосновые леса в тропической и южной Африке и на Мадагаскаре.

Род Сосна – один из самых древних родов современных хвойных. Растительные остатки, более или менее уверенно относимые к роду Сосна, известны из юрских отложений (юрский период начался около 185 млн. лет назад и закончился около 132 млн. лет назад). Вероятнее всего, этот род существовал еще до появления цветковых растений (древнейшие ископаемые остатки цветковых относятся к раннему меловому периоду – около 125 млн. лет назад). За время своего существования сосна эволюционировала. Этот род находится (или, по крайней мере, находился в недавнем прошлом) в состоянии интенсивного расо- и видообразования. Речь идет о длительном существовании рода с его характерным комплексом родовых признаков, а не видов, эволюция которых происходит гораздо более быстрыми темпами. Благодаря разнообразию экологических условий и географической изоляции возникло много видов и рас сосны, но общие родовые признаки оставались постоянными в течение, по меньшей мере, 135 млн. лет.

Своеобразие внешнего облика сосен, их удивительная способность при повреждении ствола выделять ароматную смолу, запах просмоленной древесины издавна делали их объектом мифов, религиозных церемоний и поклонений. Например, в Китае и Индокитае эти растения считались волшебными деревьями, приносящими счастье и отводящими беды. А в древнем Вьетнаме вера в магическую силу сосен была настолько сильна, что вошло в традицию сажать их у дворцов императоров как символ долголетия и величия царствующей династии. Жители центральной и северной Европы также создали легенды о добром и могучем дереве, образующем светлые сухие леса.

Сосны (за исключением немногочисленных прямостоячих и стелющихся кустарников) – это стройные вечнозеленые деревья, достигающие в высоту 50 или даже 75 метров и в диаметре 2–4 метров, с ажурной конической кроной, которая с возрастом принимает зонтиковидную форму с собранными в мутовки ветвями. В молодости кора стволов сосен гладкая, слаботрещиноватая, к старости образуется толстый слой темно-серой трещиноватой корки.

У сосны имеет два типа побегов: длинные и короткие. Длинный побег представляет собой деревенеющий стебель, усаженный многочисленными спирально расположенными бурыми чешуевидными быстро засыхающими листьями. В пазухах этих листьев и располагаются сильно укороченные побеги, покрытые такими же чешуйками, но заканчивающиеся наверху зелеными листьями (хвоинками), количество которых у разных видов сосны различно: 2, 3, 5 (реже 4 или 8). На побегах однолетних сосен хвоя расположена не пучками, а одиночно, спирально, это свидетельствует о том, что эволюционными предками сосны были деревья с одиночным расположением хвои.

Соответственно количеству хвоинок в пучке различаются двух-, трех- и пятихвойные сосны. Каждая хвоинка в сечении плоско-выпуклая или трехгранная, имеющая в средней жилке одни или два проводящих пучка. Этот признак наряду с некоторыми другими признаками был положен в основу деления всего рода Сосна (Pinus) на два подрода: Стробус, или Мягкодревесные сосны и Пинус, или Твердодревесные сосны.

Подрод Стробус, или Мягкодревесные сосны характеризуются наличием в хвое одного проводящего пучка. Сосны этого подрода обычно несут на своих укороченных побегах по 5 хвоинок. Древесина подрода Стробус сравнительно мягкая, светлого цвета и содержит сравнительно немого смолы; кора не образует толстого слоя и долго остается гладкой; все побеги в мутовках. Хвоя в поперечном сечении треугольная или секторная, тонкая, 4–20 см длины, внутренние ее грани светлее наружных.

Подрод Пинус – это сосны с двумя проводящими пучками в средней жилке; древесина их твердая, обычно с большим содержанием смолы, чаще всего темноокрашенная. На укороченных побегах, как правило, 2 или 3 хвоинки (двух- и треххвойные виды).

Облиствение (охвоение) сосен происходит значительно позже, чем у других хвойных и лиственных пород – только в начале первой половины лета. Сформировавшаяся хвоя сосны колючая, жесткая, узкая (1–2 мм шириной), различная у разных видов по длине: от 2 до 30 и даже 45 см (например, у сосны болотной – P. palustris). У двухвойных сосен хвоя в поперечном сечении плосковыпуклая, у треххвойных и пятихвойных – треугольная или секторная. У разных видов сосны хвоя живет от 2 до 11 лет, отмирает хвоя чаще всего в конце лета – осенью и опадает целыми пучками вместе с укороченными побегами, на которых растет.

Сосны, как правило, быстро развивающиеся и долгоживущие растения. Представители многих видов живут 350–500 лет, а растущая в горных лесах Невады и Калифорнии (США) сосна остистая или долгоживущая (P. longaeva), является рекордсменом среди деревьев-долгожителей – был найден экземпляр этого вида, возраст которого определяется приблизительно в 4900 лет, т.е. почти пять тысячелетий.

Экологически род неоднороден. Среди видов сосны есть теплолюбивые и мало требовательные к теплу, но все виды сосен светолюбивы и характеризуются низкой дымо- и газоустойчивостью.

Размножаются сосны семенами, развивающимися в женских шишках (представляющих собой собрания мегастробилов) после их опыления пыльцой, формирующейся в мужских шишках (микростробилах) – (см. ХВОЙНЫЕ). Почти все виды этого рода однодомны (мужские и женские шишки развиваются на одном дереве) и лишь в отдельных случаях может проявляться двудомность (женские и мужские шишки развиваются на разных деревьях). В зависимости от вида и условий произрастания сосны вступают в половозрелое состояние в разном возрасте – от 5–10 до 50 лет и старше.

Опыление происходит перед распусканием молодой хвои с помощью ветра, поэтому образуется очень много пыльцы, снабженной двумя воздушными мешками. Женские шишки мелкие, красные, пурпурно-фиолетовые или желтые, во время опыления стоят вертикально, но позже поникают. Оплодотворение у сосен происходит примерно через год после опыления. До оплодотворения мегастробилы растут очень медленно и зимуют в виде мелких зеленых шишек (озимей). После оплодотворения и образования зиготы шишки растут очень быстро, в них интенсивно формируются семена, созревающие к концу вегетации. Таким образом, от опыления до созревания семян у сосен проходит 16–18 месяцев, хотя есть сосны с семенами, созревающими только на третий год.

У разных видов сосен зрелые шишки могут быть яйцевидными, почти шаровидными или цилиндрическими. Размер шишек у разных видов сосен изменяется от 2–3 см до 35 см. Семенные чешуи, как правило, прочные, деревянистые или плотно-кожистые. У одних видов сосен зрелые шишки раскрываются и из них выпадают сравнительно мелкие, снабженные крылом семена. У других видов зрелые шишки несколько разрыхляются и опадают с дерева вместе с семенами. В этом случае крыло семени редуцировано, а семенная кожура превращена в плотную скорлупу (для защиты зародыша от повреждений животными), что придает семени вид орешка (пятихвойные кедровые сосны, двухвойные сосны – пиния (P. pinia), сосна съедобная (P. edulis)).

Сосны имеют большое биосферно-защитное и хозяйственное значение. Они являются ценнейшими образователями хвойных лесов северного полушария, которые выполняют водоохранные, почво- и горно-защитные, климато-регулирующие функции. Велико санитарно-гигиеническое, рекреационное и курортно-оздоровительное значение этих лесов. В сосняках заготавливается большое количество грибов и ягод, а в лесах, образуемых кедровыми соснами (сибирской, корейской, стланиковой), чаще именуемыми кедрами, важными объектами заготовок являются семена – кедровые орехи. Ядро этих орехов содержит до 60% и более питательного и вкусного кедрового масла, используемого в пищевой промышленности. В сосновых лесах живут многие виды промысловых зверей и птиц, а в кедровых лесах, в зарослях кедрового стланика обитает такой ценный пушной зверь, как соболь.

Велико хозяйственное значение сосновой древесины, отличающейся высокими физико-механическими свойствами и прочностью, поэтому она широко используется в жилищном и производственном строительстве, в судо- и вагоностроении, в мебельной промышленности, для изготовления телеграфных столбов, рудничных стоек, железнодорожных шпал. При подсочке сосны добывают живицу, из которой затем получают скипидар и канифоль. Переработка смолья и пней дает скипидар, деготь и древесный уголь, а переработка хвои – витамин С и эфирное масло. Иными словами, все части сосны, начиная от почек и хвои и кончая пнем и корнями, являются ценнейшим сырьем для деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, лесохимической, пищевой, медицинской и других отраслей промышленности.

Разные виды сосен широко используют при создании полезащитных лесных полос, укреплении подвижных песков, облесении берегов рек и овражно-балочных систем (в России для этого используют преимущественно сосну обыкновенную). Сосны отличаются декоративностью, поэтому многие виды этого рода находят применение в лесопарковом хозяйстве и озеленении, хотя низкая стойкость сосен относительно промышленных и транспортных газовых выбросов ограничивает их использование в озеленении крупных городов.

На территории, включающей Корею, Китай, Японию, Тайвань, Индокитай, Северную Индию, Филиппины и часть Индонезии (Суматру), произрастает более 20 видов сосен, как твердых – подрод Pinus, так и мягких – подрод Strobus.

Здесь часто можно встретить пятихвойную сосну мелкоцветковую, или японскую белую сосну (P. parviflora). Именно из этого вида японцы выводят столь любимые ими карликовые растения: сосна, в точности повторяющая облик большого дерева, целиком помещается в небольшом горшке. Технология получения таких карликов не очень сложна, но требует большого терпения. Нормальные японские пятихвойные сосны довольно часты в парках Черноморского побережья Кавказа, где они находят мягкий и влажный климат, который им так необходим.

Китай достаточно богат соснами, и один из самых интересных видов – треххвойная мягкая сосна Бунге (P. bungeana), которая разводится во всем Китае вокруг храмов и дворцов. Сосна эта характеризуется совершенно необычной для рода белой корой, оставляющей неизгладимое впечатление.

Не менее великолепны сосны Гималаев, среди которых надо отметить сосну длиннохвойную (P. roxburghii), достигающую высоты 30 м и более, с толстыми изогнутыми ветвями и темной, черно-бурой корой. Эту треххвойную сосну часто разводят в Закавказье.

В России Федерации естественно растут сосны 9 видов. Кроме того, в нашей стране и ближнем зарубежье культивируют еще свыше 50 видов сосен-экзотов, особенно широко распространены сосны-интродуценты на черноморском побережье Кавказа и Крыма.

Наиболее известна сосна обыкновенная (P. sylvestris), привлекательное дерево высотой до 20–35 м, с прямым высоко очищенным от ветвей стволом, красноватой корой и небольшой конусовидной кроной, она может переносить как суровый климат севера, так и жаркий климат степей, не боится заморозков, светолюбива, но малотребовательна к плодородию и влажности почвы. Этот вид обладает пластичной корневой системой, которая может изменяться в зависимости от условий обитания.

Сосна обыкновенная распространена в Евразии от Шотландии до тихоокеанских берегов и от Северной Норвегии до Испании, Португалии, Италии, Балканского полуострова и Малой Азии. На западе Кольского полуострова сосна образует границу леса с тундрой.

По сравнению со всеми другими видами сосна обыкновенная имеет самое большое значение для народного хозяйства нашей страны, так как дает ценную древесину, применяемую в различных отраслях. В больших масштабах ведется подсочка сосны. Из добываемой живицы получают канифоль и скипидар. Смолье и пни сосны используют для получения скипидара и дегтя, из коры получают дубильные вещества, из хвои – сосновое масло и витамин С. Эту сосну широко применяют в степном и полезащитном лесоразведении, она является главной породой при создании лесных культур на песках. Сосновые леса имеют большое водоохранное и водорегулирующее значение. Кроме того, они выполняют важные санитарно-гигиенические функции, так как сосна выделяет фитонциды, защищающие воздух от болезнетворных микроорганизмов.

Кедр сибирский распространен на Северо-Востоке европейской части России, Урале, Западной Сибири, Алтае, средней и южной части Восточной Сибири. Кедровый стланик растет в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Кедр корейский можно встретить в среднегорьях и низкогорьях Сихотэ-Алиня и на хребтах левобережья р.Амур.

Семена кедровых сосен являются объектом государственных заготовок и самозаготовок. Кедровые орешки используют в пищу в сыром виде и применяют для изготовления различных кондитерских изделий. Кроме того, из них получают кедровое масло приятного вкуса.

Сосны Мексики и гор Центральной Америки отличаются огромным видовым разнообразием – в этой относительно небольшой географической области встречается около сорока видов сосен. Среди них есть и великаны, например сосна Монтесумы (P. montezumae), и карлики, а именно сосна-пальмочка (P. culminicola) – наиболее высокогорная из сосен Нового Света, растущая иногда на высоте до 3700 м. Высота этой сосны обычно не превышает 1 м. Самой южной сосной Америки является сосна яйцеплодная (P. oocarpa), доходящая до Никарагауа.

Однако наиболее примечательные сосны Америки – 10 видов так называемых южных сосен, растущих в естественных древостоях южнее 39 ° 43 ў с.ш. и к востоку от Великих равнин до берега Атлантического океана: сосны болотная (P. palustris), ладанная (P. taeda), вирджинская (P. virginiana), колючая (P. pungens) и др. Эти леса дают в настоящее время от четверти до половины всей лесопродукции США и почти 100% продуктов подсочки.

Голосеменные - это самые древние семенные растения нашей планеты. Они сыграли важную роль в развитии живой природы и продолжают занимать значимую позицию в жизни Земли. Хорошо известные нам ель, сосна, пихта, туя, тис или лиственница и малоизвестные вельвичия, сага или гинкго - все это представители группы, именуемой "Голосеменные растения". Строение и размножение их мы и рассмотрим далее в статье.

Происхождение и возраст

Возраст голосеменных - 350 млн лет. Они появились в верхнем девоне (Палеозой) и к началу мезозойской эры уже достигли расцвета. Предположительно их происхождение связывают с постепенной эволюцией споровых - папоротников. По сравнению с ними, новый вид растений уже имел семяпочки и пыльцевые зерна, непосредственно участвовавшие в формировании семени. Налицо был ряд преимуществ, которыми обладали голосеменные:

размножение происходило без участия воды;
семенная кожура и запас питательных веществ обеспечивали сохранность проростка.

По этим причинам спустя короткое время зеленый покров планеты уже составляли большей частью голосеменные, строение и размножение которых способствовало успешному освоению новых территорий и экологических ниш.

Особенности строения

В основном названные растения произрастают в форме деревьев и кустарников, чаще - вечнозеленых, и редко - листопадных. Иногда они могут достигать огромных размеров (секвойя, кедр). Листья в подавляющем большинстве у них игловидные либо имеют вид чешуек. Они называются хвоей и содержат смоляные ходы.

Древесина составляет большую часть ствола. В ней содержатся полые омертвевшие клетки с перфорированными стенками - трахеиды. Их наличие - признак, специфичный для этой группы растений. Именно по ним осуществляется восходящий ток воды от корня к листьям.

Помимо трахеид, древесина голосеменных содержит также смоляные ходы. Поэтому представителей растений этой группы легко узнать по душистому хвойному запаху. Смола пропитывает древесину, что препятствует ее загниванию. Благодаря этому, среди хвойных деревьев очень много долгожителей. Например, возраст некоторых секвой насчитывает около 3 тыс. лет.

Наиболее важное эволюционное преимущество, которым обладают голосеменные, - размножение без участия капельной влаги и наличие образований, выполняющих роль органов размножения.

Органы размножения голосеменных растений

Отсутствие цветов - ключевая особенность, которой обладают голосеменные. Размножение этих растений происходит при участии шишек, или стробил. Эти образования легко распознать на сосне, ели, пихте, лиственнице и других представителях хвойных. Их можно назвать органами полового размножения.

Обычно шишки разнополые - они могут быть мужскими и женскими и располагаться либо на одном растении (однодомные), либо на разных (двудомные), отличаясь размерами и окраской.

Мужские шишки называют микростробилами, а женские - мегастробилами. Стробила представляет собой укороченный и видоизмененный побег, на котором располагаются спорофиллы - видоизмененные листья. В микростробилах созревает пыльца. В мегастробилах - семязачатки.

Особенности размножения голосеменных

Обычно процесс размножения голосеменных растений рассматривают на примере сосны обыкновенной. Это однодомное растение, т. е. мужские и женские шишки у него развиваются на одном дереве. Первые из них более крупные, красноватой окраски. Вторые - мелкие, зеленоватые или сизые.

Схема размножения голосеменных растений достаточно проста. Когда в микростробилах созревает пыльца, она высыпается, распространяется ветром и может преодолевать большие расстояния. Для этого каждое пыльцевое зерно снабжено специальными приспособлениями - пыльцевыми мешками. Пылинки попадают на семязачатки, развивающиеся на мегастробилах. Так происходит опыление.

Обычно оно приходится на конец весны или начало лета. Опылившиеся женские шишки смыкаются, их чешуйки склеиваются смолой. Оплодотворение происходит в семязачатках внутри сомкнувшихся шишек.

Как происходит процесс оплодотворения

Внутри семязачатка находится женский гаметофит, или зародышевый мешок, который предварительно проходит несколько стадий созревания. Пыльца попадает на пыльцевход семязачатка, она начинает прорастать в пыльцевую трубку по направлению к архегонию (от греческого arche — "начало", gone — "материнская утроба"). Данное образование содержит в себе яйцеклетку. Всего в семязачатке их развивается два, но оплодотворению подвергается только один.

К тому моменту в пыльцевом зерне уже созрели два спермия и начали продвижение по растущей трубке. Когда один из спермиев достигает яйцеклетки, происходит оплодотворение. Второй спермий при этом отмирает. После слияния двух половых клеток образуется зародыш семени - зигота. Сам же семязачаток преобразуется в семя. Прорастая, оно будет пользоваться запасом питательных веществ.

Именно так происходит размножение голосеменных растений. Схема этого процесса приведена на фотографии.

Созревание и распространение семян

После того как произошло оплодотворение, начинается созревание семени. У сосны обыкновенной оба эти процесса длятся в течение 2 лет. Созревая, шишки одревесневают и меняют окраску. Постепенно их чешуйки размыкаются, и из них высыпаются семена.

Голосеменные растения не образуют плодов. Но для того чтобы распространятся на большие расстояния, семена имеют специальные приспособления - крыловидные пленчатые выросты, легко переносимые ветром.

Если внешние условия не благоприятствуют прорастанию, семя может длительное время покоиться до наступления оптимального температурного режима. Именно эти особенности позволили голосеменным достигнуть высокой численности видов и распространиться на больших территориях.

Численность видов и представители

Описываемая группа насчитывает около 600-700 видов. Не все из них сохранились до наших дней, некоторые представители существуют только в ископаемом виде. Например:

кордаитовые;
беннетитовые;
семенные папоротники.

Остальные представители распространены по всему земному шару и произрастают во всех климатических зонах: от южных тропических (саговые пальмы) до холодных северных широт (кедр, лиственница, ель, сосна).

Самый древний представитель голосеменных, существующий по сей день, - Гинкго Билоба (двулопастное). Это растение названо живым ископаемым, так как оно произрастает на планете с мезозойской эры, о чем свидетельствуют многочисленные отпечатки в отложениях древних горных пород.

Эволюционное развитие

Первые голосеменные, возникшие в Палеозойской эре, обладали целым рядом преимуществ, позволявших им в то время занять доминирующую позицию на планете. Эти эволюционно новые признаки носят название ароморфозов и позволяют выйти на новый уровень в освоении новых территорий и экологических ниш. Выделяют несколько таких особенностей, которыми обладают голосеменные:

Размножение осуществляется без участия водной среды. Это позволило заселить большие территории на суше.
Оплодотворение происходит внутри семязачатка и защищено от внешних воздействий - такие особенности размножения голосеменных растений обеспечивают большую сохранность будущего растения.
Появление семени позволило обеспечить будущий зародыш защитными покровами (семенная кожура) и запасом питания (эндосперм), что, в свою очередь, увеличило численность растений этой группы.

Именно эти черты отличали их от предков - папоротникообразных. Следующим, и на сегодняшний день последним, этапом эволюционного развития растительного мира является появление покрытосеменных растений.

Значение голосеменных

Роль голосеменных растений трудно переоценить. Именно они наполняют около трети лесов земного шара, участвующих в очистке воздуха и постоянном обновлении кислорода. Кроме того, появление и широкое распространение на планете растений, продуцирующих большое количество кислорода, привело к появлению других организмов, способных использовать этот газ в процессе своего дыхания.

Хвойные - основные поставщики древесины для различных сфер жизни человека. Это сырье активно используют в изготовлении мебели, строительстве, производстве судов и в других стратегически важных областях хозяйственной деятельности. Волокна древесины ели особенно ценны при изготовлении высококачественных сортов бумаги.

Голосеменные нашли широкое применение в медицине. Особые вещества - фитонциды, выделяемые практически всеми хвойными деревьями, способны очищать воздух от болезнетворных микробов. По этой причине большинство санаториев и здравниц строят на территории хвойных лесов. Такая терапия способна значительно облегчить или устранить многие легочные заболевания.

Сосна обыкновенная является одним из самых известных представителей Голосеменных растений. Существует большое количество различных видов этого дерева, которые встречаются преимущественно на территории России, Европы и Северной Америки, а жизненный цикл сосны состоит из нескольких фаз. Подробная ботаническая характеристика дерева и описание всех этапов его развития представлено далее в статье.

Биологическое описание сосны

Сосна принадлежит к царству Растения, отделу Хвойные и семейству Сосновые. Она обладает характерным ароматом и является вечнозелёным деревом, которое особенно активно растёт в высоту на протяжении одного века.

Знаете ли вы? Древесина сосны используется не только в деревообрабатывающей промышленности. Из неё также изготавливают заменитель натуральной кожи и искусственный шёлк.

Дерево достигает высоты 35–40 м, но некоторые экземпляры могут вырасти и до 50 м.
Сосновые корни отличаются пластичностью. В сухой почве они могут уходить в грунт на глубину до 8 м, а в условиях повышенной влажности располагаются параллельно поверхности земли в радиусе 10 м от ствола дерева.
Диаметр прямого ствола сосны составляет 0,6–1,2 м. Верхняя его часть разветвлённая.
Поверхность нижней части ствола покрыта коричневой корой с мелкими трещинами. На верхней части дерева кора более тонкая и окрашена в светло-коричневый цвет.
Ветки сосны образуют толстую крону, имеющую форму конуса.
Боковые побеги дерева густо усеяны заострёнными зелёными иголками, которые являются заменой листьев. Они плотные и имеют длину до 7 см и располагаются попарно.
Плод сосны — шишка, созревающая на второй год после появления. Она имеет форму конуса, диаметр которого составляет около 2–4 см.

Этапы жизненного цикла

Каждая сосна проходит полный жизненный цикл, который начинается с семян и заканчивается взрослым деревом. В процессе такого развития из семян сначала образуется проросток, который через 2-3 года становится молодым деревом, растущим в высоту на протяжении многих лет.

Чтобы обеспечить дальнейшее размножение, ежегодно на сосне образуются шишки с пыльцой и семенными зачатками. В результате опыления происходит оплодотворение, которое завершается образованием новой порции семенного материала и весь цикл сосны повторяется сначала. Каждый этап этого процесса подробно описан далее в статье.

Семена

Семена сосны находятся внутри женских шишек и созревают на протяжении 20 месяцев после опыления. С их помощью происходит размножение дерева.

Важно! Семенной материал сосны сохраняет всхожесть на протяжении 7 лет. Лучше всего он прорастает на умеренно влажной и плодородной почве.

Проросток

Попадая в почву, созревшие семена прорастают с наступлением весеннего тепла, давая жизнь новому дереву. Сначала из семени образуется проросток.

Знаете ли вы? Самым высокорослым представителем сосновых деревьев является сосна Ламберта. Эти деревья могут достигать высоты 70 м и растут на территории США и Канады.

Попавшее в землю семя сосны активно впитывает воду и набухает.
Внешняя кожура разрывается, а находящийся на нижней части семени зачаток корня направляется в сторону грунта.
Зачаточный побег начинает удлиняться. В результате этого, находящиеся на его верхушке, семядоли приподнимаются над поверхностью почвы.
Оставшийся в семени запас питательных веществ полностью расходуется на рост и развитие молодого проростка.
Формируется вертикальный молодой побег с молодыми игловидными листами, расположенными по спирали.
После достижения двухлетнего возраста на побегах сеянца можно заметить мелкие бесцветные чешуйки. В их пазухах формируются укороченные побеги, на которых растёт по две хвоинки. Такое строение характерно и для взрослых экземпляров сосны.

Шишки

Весной на взрослом дереве образуются шишки: женские и мужские. Они отличаются друг от друга внешним видом и содержат особые органы, производящие споры, — спорангии. Здесь протекает формирование женских и мужских спор, принимающих в дальнейшем участие в процессе оплодотворения. Описание каждого вида сосновых шишек представлено ниже.

1 - ветвь с шишкой и собранием микростробилов; 2 - молодая шишка; 3 - зрелая шишка; 4 - семена; 5 - ветвь с молодыми побегами.

Женские

Второе название женских сосновых шишек — макростробилы. Они растут группами по 2-3 шт. в верхней части веток или по одиночке и содержат женские споры, которые остаются внутри после оплодотворения, образовывая семена.

Форма макростробилы конусовидная, а её длина составляет около 3–7 см.
Каждая шишка имеет ось, вокруг которой находятся чешуйки двух видов — покровные и семенные. Они называются мегаспорофиллами и расположены по спирали.
На наружной поверхности широких семенных чешуек (возле основания) расположена пара семенных зачатков. Сверху они прикрыты более мелкими покровными чешуями.
Каждый семенной зачаток состоит из нуцеллуса (мегаспорогенной ткани) и покровной ткани (интегумента).
На верхнем краю семенного зачатка находится микропиле — небольшое отверстие, предназначенное для прохождения мужской пыльцы.
В течение первого года женские шишки окрашены в красный цвет, а на второй год становятся зелёными. К моменту созревания и выброса семян шишки становятся бурыми и опадают с дерева.

Мужские

Мужские шишки расположены преимущественно возле основания молодых побегов сосны и называются стробилами. Внутри них содержится пыльца, которая используется для оплодотворения.

Важно! Сосна начинает плодоносить с 15-летнего возраста. Обильные урожаи шишек наблюдаются каждые 5–7 лет.

мужской стробил (микростробил — побег со спорангиями) в форме колоска окрашен в жёлтый цвет, его размеры составляют 8–12 мм.
Мужская шишка представляет собой ось, вокруг которой по спирали располагаются микроспорофиллы (спороносные листья).
На нижней части поверхности каждого микроспорофилла находится пара особых камер с пыльцой — микроспорангии.
Внутри пыльцевых камер содержатся микроспоры. В результате процесса митоза (непрямого деления) они образуют пыльцу.
Каждое отдельное пыльцевое зерно состоит из четырёх клеток — вегетативной, генеративной и двух проталлиальных. Последние нужны исключительно для развития вегетативной и генеративной клеток, поэтому исчезают после того, как отдадут свой ресурс.
Клетка пыльцы содержит две оболочки. Внутренняя — более тонкая и называется интиной, а плотный внешний покров выполняет защитную функцию и называется экзиной.
На каждом пыльцевом зерне присутствуют воздушные мешки. Они облегчают перенос пыльцы ветром и представляют собой вздутия, образованные в местах, где экзина клетки отделена от интины.

Опыление и оплодотворение

Процесс опыления протекает в мае. При этом в микроспорангиях мужских шишек созревает пыльца, а чешуи женских шишек широко открываются, готовясь принять её.

Когда пыльца в мужских шишках созрела, микроспорангии лопаются и пыльцевые зёрна высыпаются наружу.
Ветер легко разносит пыльцевые зёрна, в результате чего часть из них попадает между чешуёй женских шишек.
Из микропиле женской шишки выделяется особая клейкая жидкость. Попавшие между чешуями пыльцевые зёрна прилипают к ней и затягиваются в нуцеллус в результате подсыхания жидкости.
Микропиле смыкается, а все чешуи женской шишки плотно прилегают друг к другу. Для обеспечения высокой герметичности поверхность макростробилы при этом заливается смолой.

1 – женская шишка; 2 – семенная чешуя с двумя семязачатками; 3 – микропиле; 4 – мегаспоры; 5 – нуцеллус семязачатка; 6 – интегумент, один листочек; 7 – нуцеллус, образующий перисперм; 8 – архегоний; 9 – первичный эндосперм; 10 – мужская шишка; 11 – микроспорофилл с двумя микроспорангиями; 12 – антеридиальная клетка; 13 – сифоногенная клетка, клетка трубки; 14 – ядро спермагенной клетки; 15 – ядро клетки-ножки; 16 – клетка трубки; 17 – зародыш семени; 18 – первичный эндосперм; 19 – семенная кожура; 20 – шишка, возраст которой один год; 21 – шишка, возраст которой – два года.

После попадания пыльцевого зерна на нуцеллус начинается процесс прорастания вегетативной клетки с образованием пыльцевой трубки. При этом генеративная клетка пыльцы перемещается внутрь вегетативной и медленно врастает в нуцеллус на протяжении одного календарного года.

Через 30 дней после опыления происходит деление археспориальной клетки нуцеллуса.
Образуются 4 мегаспоры, из которых выживает только одна, расположенная на самом большом расстоянии от микропиле.
Оставшаяся мегаспора начинает расти через 6 месяцев после опыления. При этом количество её ядер в результате митотического деления увеличивается до 2 000 штук.
Через 13 месяцев после опыления внутри мегаспоры образуются клеточные стенки. Происходит цитокинез — каждое из образованных ядер локализуется в отдельной клетке.
В результате цитокинеза формируется особая гаплоидная ткань — эндосперм. Ещё через 2 месяца из его клеток, расположенных возле микропиле, формируется 2-3 архегония, которые содержат внутри по одной женской яйцеклетке.
Эндосперм и архегонии образуют заросток (женский гаметофит). К моменту его образования пыльцевая трубка достигает нуцеллуса и проникает в один из архегониев с яйцеклеткой.
Внутри пыльцевой трубки происходит деление генеративной клетки на стерильную и сперматогенную (клетку тела).
Клетка тела делится на пару спермиев, которые в совокупности с пыльцевой трубкой образуют мужской гаметофит.
В результате проникновения пыльцевой трубки внутрь архегония происходит разрушение клеточной стенки. При этом происходит оплодотворение — один из спермиев соединяется с яйцеклеткой и образует зиготу, а второй погибает.

Важно! Продолжительность процесса опыления зависит от погодных условий. При достаточном количестве солнца пыльца полностью разлетается за 3-4 дня, а во время дождя этот процесс занимает не менее недели.

Созревание женской шишки

После оплодотворения начинается процесс созревания женской шишки. Этот процесс заканчивается формированием семени и длится полгода с момента оплодотворения.

В процессе деления оплодотворённой зиготы формируется зародыш, имеющий зачаточные органы — корень и побег. На верхушке последнего расположены мелкие семядоли, являющиеся зачатками будущих листьев.
В качестве питательной оболочки, необходимой для развития зародыша, используется эндосперм.
Происходит формирование внешней оболочки семени из покровной ткани семенного зачатка.
В конце зимы шишки раскрываются и семена свободно высеваются наружу, разносясь на большие расстояния вместе с ветром. Созревшие шишки осыпаются на землю.

Жизнь каждой сосны начинается из мелкого семени, проросшего в почве. После этого дерево растёт на протяжении многих лет, образуя ежегодно новые порции шишек. Сложный процесс оплодотворения и созревания семян длится на протяжении 20 месяцев с момента опыления, обеспечивая дальнейшее распространение сосны по окружающей территории.

Мир растений очень разнообразен. Вы уже познакомились со споровыми растениями, которые размножаются спорами. Теперь перейдем к изучению семенных растений. Размножаются семенные растения с помощью семян, которые являются многоклеточными образованиями, в то время как споры состоят из одной клетки. В семенах содержится много запасных питательных веществ и многоклеточный зародыш. Семена способствуют распространению растений на Земле.

Семенные растения подразделяются на голосеменные (размножаются семенами, но плодов не образуют) и покрытосеменные (семена расположены внутри плода). Свое название голосеменные получили потому, что семена у них образуются не в завязи (цветков и плодов у них нет), а в семяпочках, лежащих на чешуйках шишек (рис. 2). На Земле насчитывается около 600 видов голосеменных растений (рис.1).

Рис.1 Классы голосеменных растений

Особенности строения голосеменных. Размножение семенами является их основным отличием от споровых. Голосеменные растения представлены в основном деревьями и кустарниками, редко — лианы. Травянистых форм нет. Большинство голосеменных растений являются вечнозелеными (покрыты листьями в течение всего года), реже — листопадными (лиственница, гинкго). Основным ныне существующим классом в отделе голосеменных является класс хвойные. Типичные представители класса хвойных: сосна, ель, пихта, можжевельник, лиственница, кипарис и др. Всего их 560 видов. Игловидные листья хвойных растений называют хвоей. Хвоя сохраняется на побегах от 2 до 7 лет. Многие хвойные долговечны, живут сотни лет.

У некоторых листопадных видов (лиственница) хвоя имеет большую площадь и располагается группами. Хвоя секвойи широкая, имеет форму ланцета. У туи довольно широкие чешуйчатые листья. Кедр похож на ель, но его игольчатые листья мелкие, незаостренные, поэтому они не колются. У сосны обыкновенной тонкие заостренные хвоинки располагаются попарно на очень коротких побегах.

Одной из особенностей хвойных растений является то, что в коре, а также в сердцевине ствола у них имеются смоляные канальцы. Клетки и межклеточные пространства коры и сердцевины заполнены смолой и эфирными маслами.

Происхождение голосеменных растений.Голосеменные растения образовались в те далекие времена (около 300 млн. лет назад), когда Земля была покрыта лесами из гигантских папоротников и других споровых растений. В то время образовалась группа папоротников, которые смогли образовывать не только споры, но и семена. Их так и называли семенные папоротники. Сейчас эти растения полностью вымерли. Именно они были предками всех голосеменных.

Сосна обыкновенная — однодомное растение. (Вспомните, что означает этот термин.) Она светолюбива — хорошо растет на освещенных солнцем местах. В лесах сосны растут высокими и стройными, а на открытой местности и в степи у них ствол потолще и высота меньше. Сильно разветвленная корневая система уходит на большую глубину.

Рассмотрим процесс образования семян у сосны. Весной на ее молодых ветках появляются маленькие шишки (рис. 2). Мужские шишки — зеленовато-желтого цвета — собраны тесными грушами у оснований молодых побегов. На чешуях мужских шишек развиваются по два пыльцевых мешочка, в которых созревает пыльца. Красноватые женские шишки расположены одиночно на концах молодых веток тех же деревьев. На чешуйках красноватых шишек развиваются семязачатки, по два на каждой чешуйке.

Рис.2 Ветка сосны обыкновенной с шишками

При разрыве оболочки пыльцевых мешочков созревшая пыльца высыпается, и ее подхватывает ветер. Опыление производят те пылинки, которые попадают па пыльцевходы семязачатков. После опыления семязачатков чешуйки красноватых шишек смыкаются и склеиваются смолой. В пылинках образуются мужские гаметы, а в семязачатках — женские. Оплодотворение происходит в семязачатках. Из зиготы развивается зародыш, из всего семязачатка — семя, после чего размер женских шишек увеличивается, они растут и древеснеют. Сначала они бывают неявными, затем коричневыми. Семена у сосны созревают через полтора года после опыления, а высыпаются из шишек — через два года. Они легко разносятся ветром, потому что оснащены пленчатыми крылышками (рис.3).

Рис.3 Размножение сосны

Зеравшанский можжевельник, или арча, — хвойное вечнозеленое дерево высотой 10-12 м с толстым стволом (рис.4). В Казахстане встречается на юге Каратау и в Таласском Алатау. Арча страдает от пожаров, схода снежных лавин, выпаса скота, в связи с чем занесена в Красную книгу Казахстана. Лучшие арчовые леса охраняются в заповеднике Аксу-Жабагылы. Растет арча очень медленно и в природе живет до 1000 лет.

Рис.4 Можжевельник (арча)

Шишки можжевельника обыкновенного мягкие, шарообразные и похожи на ягоды. Поэтому их называют шишкоягодами. От темно-синего или темно-красного цвета. Мякоть их сладкая и ароматная. Используются в медицине, кулинарии и парфюмерии.

Эфедра (хвойник) тоже относится к голосеменным растениям. По внешнему виду это безлистное растение похоже па хвощ. Достигает высоты 15-40 см. Листья видоизменены в мелкие чешуйки. Фотосинтезируют молодые побеги. Эфедра обладает лечебными свойствами, применяется в медицине.

Стланиковая форма ели Шренка относится к двудомным. Это голосеменной кустарник, является очень медленно растущим горным растением. Ель растет, наклоняясь к земле, поэтому ее называют стелющейся. Толщина основного ствола до 15 см, высота достигает 10 м. Хвоя ели Шренка четырехгранная. Семена не успевают развиваться, поэтому эта ель размножается вегетативным способом. В природе живет до 300 лет.

Значение голосеменных растении. Большинство голосеменных — хвойные растения. Их хорошо развитая, мощная корневая система предотвращает эрозию почв, не допуская смыва ливневыми дождями и сноса ветром плодородного слоя. Хвойные имеют огромное значение как лесообразующие породы. Растущие в лесах ели, сосны, лиственницы, кедры поглощают из воздуха углекислый газ и обогащают его кислородом. Вместе с другими растениями регулируют круговорот воды в природе, образуют органические вещества. Отдых в сосновых или арчовых лесах благотворно влияет на здоровье людей. Ведь хвойные выделяют особые летучие антибактериальные вещества — фитонциды, которые убивают или подавляют рост и развитие других организмов, главным образом — микробов. Ценнейшая древесина хвойных используется в строительстве и служит сырьем для многих отраслей промышленности. Из нее изготавливают бумагу и музыкальные инструменты, получают смолу, дёготь, скипидар, канифоль, древесный уксус, витамин С и мн. др. Семена хвойных употребляют в пищу, получают из них масло.

Отдел голосеменных растений объединяет около 600 видов растений. В отличие от споровых они размножаются семенами. У них не бывает цветков и плодов. Семена располагаются открыто. Большинство голосеменных — хвойные, чаще высокие деревья, редко — кустарники.

В основном голосеменные — вечнозеленые растения, реже листопадные. Их игольчатые листья называют хвоей. У всех хвойных образуется смола. Их шишки бывают мужскими и женскими.

Самое крупное семейство — сосновые. Оно объединяет кроме сосен ель, пихту, кедр, лиственницу и др.

Хвойные имеют огромное значение как лесообразующие породы. Их ценнейшая древесина широко используется, в связи с чем хвойные леса хищнически вырубаются, а восстанавливаются они очень долго. Особенно медленно растет арча. В Казахстане она охраняется в заповеднике Аксу-Жабагылы.

Читайте также: