К каким растениям относятся водоросли к низшим к высшим к покрытосеменным к голосеменным
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 19.09.2024
Цель урока – формирование системы знаний о низших и высших растениях. Учащиеся рассмотрят признаки, общие для всех видов растений. Сформируют знания о высших растениях как наиболее сложноустроенных эукариотических автотрофных организмах, имеющих тканевое строение, вегетативные и генеративные органы. Заканчивается видеоурок рассмотрением жизненного цикла растений на примере папоротниковидных.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Общая характеристика растений. Низшие и высшие растения"
Растения – это многоклеточные фотосинтезирующие эукариотические организмы.
Все растения входят в отдельное биологическое царство Растения. Вспомним, что в настоящее время большинство учёных выделяют ещё три царства живых организмов: Животные, Грибы и Бактерии. К каждому царству относятся организмы, которые имеют общие особенности внешнего и внутреннего строения.
К растениям относятся мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные и покрытосеменные растения. Нередко к растениям относят также водоросли.
По данным Международного союза охраны природы, было описано около 320 тысяч видов растений, из них около 280 тысяч видов покрытосеменных. Однако это число увеличивается, так как постоянно открываются новые виды. Разные растения характерны для лугов, лесов, безводных пустынь и топких болот.
Растения являются объектом исследования науки ботаники. Ботаника – это комплексная наука, включающая несколько разделов:
· Анатомия растений изучает их внешнее и внутреннее строение.
· Физиология растений изучает процессы их жизнедеятельности.
· Систематика растений – классификацию.
· Геоботаника – распространение растений по материкам и континентам.
· Экология растений – их связь друг с другом и окружающей природой.
Несмотря на огромное разнообразие растений, для них характерны общие признаки. Рассмотрим их.
· Клетки растений имеют плотные клеточные стенки, содержащие целлюлозу.
· В клетках находятся зелёные пластиды – хлоропласты, содержащие зелёный пигмент хлорофилл. Благодаря им большинство растений имеет зелёный цвет. Но есть и исключения. Заразиха (или петров крест) имеет светло-бурую или желтоватую окраску.
· Растения ведут прикреплённый образ жизни.
· Запасное питательное вещество в клетках – крахмал.
· Растут в течение всей жизни.
Все растения в зависимости от строения делят на две большие группы – низшие растения и высшие растения. Рассмотрим эти группы.
К низшим растениям относятся водоросли. Тело наиболее примитивных водорослей может состоять из одной клетки, например, хлорелла и хламидомонада. К многоклеточным водорослям относятся, например, ульва и анфельция.
В ходе эволюции низшие растения появились раньше высших. Однако в настоящее время они широко распространены по всему земному шару. Для низших растений характерна огромная биомасса и высокая способность к размножению. В водных сообществах они являются первым звеном цепей питания (их основой). Поэтому они очень важны для нормального течения энергетических процессов в живой природе.
Ранее учёные относили к растениям бактерии, сине-зелёные водоросли (или цианобактерии), миксомицеты (или слизевики), грибы и лишайники. Однако это отдельные царства и группы в живой природе. Грибы и слизевики, в отличие от растений, питаются готовыми органическими веществами и не осуществляют фотосинтез. Лишайники – это симбиоз гриба и водоросли. Они выделены в отдельную систематическую группу. Бактерии и цианобактерии – прокариоты. Они не имеют оформленного ядра и тоже не могут считаться растениями.
К высшим растениям относятся мхи, хвощи, плауны, папоротники, голосеменные и покрытосеменные растения.
Среди высших растений выделяют две большие группы: споровые и семенные растения. К споровым растениям относятся мхи, хвощи, плауны и папоротники. Они размножаются с помощью спор. К семенным растениям относятся голосеменные и покрытосеменные (или цветковые) растения. Они размножаются с помощью семян.
Семена голосеменных растений лежат открыто на чешуевидных листьях, образующих шишку. Эти растения не образуют цветков и плодов.
Покрытосеменные – наиболее высокоорганизованные растения. Их главная особенность – наличие органа полового размножения (цветка).
Растения (в первую очередь, покрытосеменные) представлены разными жизненными формами – среди них есть деревья, кустарники и травы. Деревья – это обычно крупные растения с многолетними деревянистыми стволами. Кустарники отличаются от деревьев тем, что имеют не один ствол, а несколько стволиков, отходящих от общего основания. Травы (или травянистые растения) имеют зелёные сочные стебли, они почти всегда ниже деревьев и кустарников. Но есть и исключения. Банан растёт в высоту от 2 до 7 метров. Существуют и крошечные травянистые растения. На поверхности водоёмов живёт ряска, размер каждого растения – несколько миллиметров.
Высшие растения имеют чётко дифференцированные ткани, которые выполняют специализированные функции. Это является важной отличительной особенностью высших растений. В теле растений выделяют образовательные, основные, проводящие, механические и покровные ткани.
У высших растений из тканей образуются органы – корень, стебель и листья. Исключение составляют мхи. Они имеют стебель и листья, но не имеют корней. В почве они закрепляются с помощью ризоидов.
Выделяют две группы органов. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) участвуют в процессах жизнедеятельности и в бесполом размножении. Генеративные органы (или репродуктивные) – цветок и плод с семенами – обеспечивают половое размножение.
Высшие растения имеют многоклеточные органы полового и бесполого размножения. Органы полового размножения – гаметангии. В них образуются половые клетки – гаметы. Это отличает половые органы высших растений от низших растений, у которых все клетки способны преобразовываться в гаметы.
Рассмотрим жизненный цикл высших растений на примере папоротниковидных. В жизненном цикле существует две фазы: гаметофит и спорофит. Они закономерно сменяют друг друга. Гаметофит – гаплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле. Гаметофит развивается из спор и образует половые клетки (гаметы), осуществляет половое размножение. Гаплоидные гаметы сливаются и образуют диплоидную зиготу. Она даёт начало зародышу. Необходимо сказать, что у низших растений образовавшиеся в результате деления зиготы клетки сразу же используются для построения слоевища и в последующем мало изменяются.
У высших растений гаметы всегда образуются в результате митоза. Это принципиально отличает их от половых клеток животных, которые образуются в результате мейоза. Фазу гаметофита ещё называют гаметофазой или гаплофазой. Гаметофит бывает однодомным или двудомным. На однодомном гаметофите происходит одновременное развитие яйцеклетки и сперматозоидов. У двудомных растений гаметофиты формируют либо только мужские органы, либо только женские.
В ходе эволюции растений происходит постепенная редукция гаметофита. Чем выше уровень организации гаметофита, тем лучше развиты органы полового размножения (гаметангии). У мхов они многочисленны, у папоротниковидных их меньше, у голосеменных они подвергаются редукции, у всех цветковых вовсе не образуются.
Вернёмся к жизненному циклу папоротниковидных. Из зиготы развивается спорофит. Это диплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле растений. Так как спорофит образован диплоидными клетками, то его другое название – диплофаза. Спорофит не образует гаметы, на нём формируются споры. Он образован диплоидными клетками, но его споры гаплоидные, так как образуются в процессе мейоза. Споры растений, грибов, некоторых других организмов развиваются в особых многоклеточных органах бесполого размножения – спорангиях.
Количество образовавшихся при этом спор зависит от того, какое это растение – равноспоровое или разноспоровое. У равноспоровых в результате мейоза возникают четыре споры (тетрада). Они имеют одинаковое строение и размеры. В зависимости от внешних условий из неотличимых с виду спор развиваются гаметофиты, на которых формируются как мужские, так и женские половые органы. У разноспоровых растений образуется два вида спор: женские мегаспоры и мужские микроспоры. При мейозе образуется только одна мегаспора, три меньшие клетки погибают. По традиции мегаспоры называют женскими спорами, но употребление этого термина в прямом смысле некорректно, так как спорофит представляет собой бесполое поколение. Следовательно, отдельные особи изначально нельзя делить на мужские и женские.
На формирующихся далее гаметофитах образуются только женские половые органы (архегонии). Также в результате мейоза образуются четыре микроспоры, имеющие более мелкие размеры, чем макроспоры. Микроспоры традиционно считают мужскими спорами, так как на развивающихся из них гаметофитах формируются только мужские половые органы (антеридии).
Вы уже знаете, что гаметофит равноспоровых растений (плаунов, хвощей и части папоротников) хорошо развит. Он способен к фотосинтезу и обеспечивает половые органы органическими веществами. В дальнейшем у разноспоровых растений, к которым относятся голосеменные и покрытосеменные, происходит редукция гаметофита. Часто он не выходит за пределы споры и не осуществляет фотосинтез. Органические вещества, которые необходимы для его развития, изначально запасаются в споре.
В зависимости от преобладания гаплоидной или диплоидной фазы высшие растения делят на две группы. Первая – растения, у которых преобладает гаметофит, а спорофит развит слабо (моховидные). Плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные относятся ко второй группе.
У этих растений преобладает спорофит, гаметофит при этом в большей или меньшей степени редуцируется.
Значение растений в природе велико. Они обогащают воздух кислородом и поглощают углекислый газ. Растения служат пищей растительноядным животным, которыми в свою очередь питаются хищники.
Люди тоже питаются растениями и продуктами их переработки. Используют растения как сырьё для различных отраслей промышленности, для приготовления лекарств, как строительный материал и топливо. Горох, фасоль выращивают для получения семян. Яблони, груши, вишни, томаты дают сочные плоды. Морковь, свёклу, петрушку выращивают ради корней. Розы, астры, жасмин, сирень разводят ради красивых цветков. Из плодов пшеницы готовят хлеб, макароны и кондитерские изделия.
По внешнему виду, по своему строению и биологическим особенностям высшие растения очень разнообразны. К ним, помимо цветковых и голосеменных, относятся также папоротники, хвощи, плауны и мхи. Главным отличием голосеменных от высших споровых растений является семенное размножение. Количество видов достигает 300 тыс., а, по мнению некоторых ботаников, — не менее 500 тысяч.
Общая характеристика
У высших растений выработалось много различных приспособлений и свойств для жизни в разнообразных условиях суши. Наибольшего развития и приспособленности к наземному образу жизни достигли покрытосеменные.
Признаки, характерные для высших растений:
- Дифференцировка на органы и ткани;
- проводящая система, состоящая из ксилемы и флоэмы;
- правильная смена поколений;
- органы полового размножения: антеридии и архегонии;
- для тела растений характерно листостеблевое строение.
Основания для разделения растений на высшие и низшие
Все представители растительного мира в зависимости от строения делятся на 2 группы — низшие и высшие.
Основным критерием, по которому растения относят к высшим, является наличие сложной тканевой структуры. Она представлена проводящими и механическими тканями. Также отличительным признаком является наличие трахей, трахеид и ситовидных трубок, которые быстро доставляют питательные вещества от корня к листьям, соцветиям, стеблям.
Низшие в свою очередь имеют примитивное строение, состоят из одной клетки, есть многоклеточные организмы, тело которых называют талломом. Они лишены корней, стеблей, и листьев.
Отсутствие мышечной и нервной тканей
Высшие растения — это группа живых организмов, занимающих особое место в природе. Представители растительного мира способны к фотосинтезу, они преобразуют энергию солнечного света в органические вещества и кислород. Питание они получают из почвы и окружающей их среды, таким образом, им не нужно перемещаться в поисках пищи. Оплодотворение осуществляется с помощью грызунов, насекомых, ветра, поэтому мышечная и нервная ткань у них не развита. В отличие от животных, которые преодолевают огромные расстояния для добычи пищи, и поиска благоприятных мест размножения и выращивания потомства.
Значение в природе и жизни человека
- Обогащение кислородом атмосферного воздуха.
- Неотъемлемое звено пищевых цепочек.
- Используются в качестве строительного материала, сырья для изготовления бумаги, мебели и д.т.
- Применение полезных свойств в медицине.
- Производство натуральных тканей (лен, хлопок).
- Очищают воздух от пылевых загрязнений.
Жизненный цикл
Для высших растений характерно наличие ясно выраженного чередования двух поколений: полового (гаметофита) и бесполого (спорофита). Спорофит у них постепенно занял доминирующее положение над гаметофитом. Только мохообразные представляют исключение, так как у них большего развития достигает гаметофит, а спорофит, наоборот, значительно редуцирован.
В процессе эволюции половой процесс усложнился, развились многоклеточные половые органы, которые хорошо защищают яйцеклетку от высыхания. Женская гамета — яйцеклетка — неподвижна. Постепенно произошли значительные изменения в строении и физиологии мужских половых клеток.
Жизненный цикл и смена поколений
Подвижные, обладающие жгутиками сперматозоиды превратились у более совершенных типов высших растений (покрытосеменных) в спермии без жгутиков, потерявшие способность к самостоятельному передвижению. И если у более древних наземных представителей (мхов, плаунов, хвощей и папоротников) наблюдается еще зависимость акта оплодотворения от водной среды, то у более организованных типов (большинства голосеменных и всех покрытосеменных) наблюдается уже полная независимость полового размножения от капельно-жидкой воды.
Спорофит — бесполое диплоидное поколение, на котором образуются органы бесполого размножения — спорангии. В них после редукционного деления образуются гаплоидные споры. Из них развивается гаплоидный гаметофит.
Происхождение
Около 400 млн. лет назад появились первые формы растений, приспособленные к жизни на суше. Выход из воды привел к адаптационным изменениям в строении отдельных видов, которым для выживания были необходимы новые структурные элементы.
Это переходная форма жизни между низшими растениями (водорослями) и высшими. В строении ринофитов много сходного с водорослями: не прослеживались настоящие стебли, листья, корневая система. Прикреплялись к почве с помощью ризоидов, через которые получали питательные вещества и воду. Ринофиты обладали покровными тканями, которые защищали их от высыхания. Размножались при помощи спор.
Риниофитовые в дальнейшем видоизменялись и дали начало для развития плаунов, хвощей, папоротников, которые уже имели стебли, листья, корни. Это были предки современных споровых растений.
Почему мхи и цветковые относят к высшим споровым?
Мхи — это высшие растения, которые имеют наиболее примитивное строение. Корневая система отсутствует. От водорослей их отличает наличие ризоидов, тело дифференцировано на органы и ткани. Размножаются мхи, как и высшие растения, спорами.
Цветковые представители имеют тело, разделенное на органы. Вегетативные органы — корень с побегом, которые обеспечивают рост и развитие. А также репродуктивные органы – плод, семена, цветок, отвечающие за распространение.
Цветковые растения
Спешу обрадовать, мы добрались до изучения семенных растений! К ним относятся голосеменные и покрытосеменные (цветковые). До этого размножение шло только с помощью спор: у мхов, папоротников, хвощей и плаунов - высших споровых растений. Настало время открыть новую интересную главу этой книги, посвященную растениям, которые размножаются с помощью удивительного изобретения природы - семени.
Голосеменные - распространенная древняя группа растений, включающая небольшое число видов. Главной особенностью данной группы являются "голо" (то есть открыто) лежащие семяпочки и, в дальнейшем, развивающиеся из них семена. Иными словами, у голосеменных растений отсутствуют замкнутые вместилища для семян.
На примере типичного представителя - сосны обыкновенной, относящейся к классу хвойных, поговорим о характерных чертах данного класса и голосеменных растений в целом.
Общие признаки
Все голосеменные представлены древесными формами: деревьями и кустарниками. Травы отсутствуют.
Хвоинки (хвоя) - игольчатые видоизменения листьев. Сохраняются долгие годы, у некоторых сосен до 45 лет. Хвоя лиственниц опадает ежегодно.
Древесина голосеменных обладает большим запасом механической прочности. Это связано с ее особенностями: она состоит из трахеид с окаймленными порами, паренхима развита слабо. Либриформ (древесные волокна) и настоящие сосуды отсутствуют (исключение - гнетовые, имеют сосуды). Клетки-спутницы во флоэме также отсутствуют.
В древесине и коре имеются каналы, заполненные смолой. Однако, есть исключения - у гинкго смола не образуется вовсе.
Несколько веков назад в России целенаправленно создавались и охранялись, так называемые, корабельные рощи. Это, прежде всего, требовалось для флота, так как мачты кораблей изготавливали из сосен, отвечающих всем требованиям - корабельных (гладкий, твердый и прочный прямой ствол с минимальным количеством сучков и смолы).
Семяпочки и развивающиеся из них семена лежат "голо", открыто, для них нет закрытых вместилищ, отсутствует завязь. В сравнении с высшими споровыми растениями, размножение семенами ставит голосеменных на более высокий уровень организации.
Голосеменным растениям для размножения не требуется вода, опыление у них происходит с помощью ветра. Этот процесс перестал быть зависимым от капельно-жидкой среды, как было у мхов и у папоротников. Благодаря этому голосеменные получили большое преимущество и смогли расселиться по всей Земле, в том числе в засушливых районах. Они господствовали в юрском периоде, когда климат стал более сухим и жарким.
Обитают голосеменные в местах с холодным климатом и достаточным количеством влаги. Имеются виды, обитающие в жарких странах: растение вельвичия удивительная обитает в пустынях южной Африки.
Строение и жизненный цикл
Жизненный цикл голосеменных состоит из чередования бесполого поколения - спорофита (диплоиден, 2n), и полового поколения - гаметофита (гаплоиден, n). Господствует (доминирует) в цикле спорофит (2n) - это взрослое растение сосны.
Голосеменные относятся к разноспоровым, как и все семенные растения. Они образуют разные споры: крупные женские (мегаспоры) и мелкие мужские (микроспоры). Образуются они в спорангиях, расположенных на спорофиллах, которые собраны в стробилы (шишки) - от лат. strobilus - сосновая шишка.
Мужские шишки (стробилы)
К концу весны у основания молодых побегов образуются мужские шишки (стробилы) - мелкие, собранные в тесные группы, желтого цвета. Чешуи мужских шишек представляют собой микроспорофиллы. Микроспорофиллы - гомологи тычинок, которые крепятся к оси каждой шишки спирально, с нижней стороны, и имеют два пыльцевых мешка - микроспорангия.
Образование мужского гаметофита
Из материнских клеток (2n) в микроспорангии путем мейоза образуются 4 микроспоры (n). Строение микроспоры следующее: она покрыта экзиной (от гр.exo снаружи, вне) - наружная оболочка, изнутри интиной (от лат. intus внутри) - внутренней оболочкой. В составе микроспоры имеются также два воздухоносных мешка, образованных в результате отслоения экзины от интины и возникновения полости между ними.
Микроспора делится, не покидая спорангия, преобразуется в заросток. При делении из ядра микроспоры образуются две клетки. Одна из них превращается в две заростковые клетки (протоллиальные - от греч. проталлиум - заросток) - быстро отмирают и исчезают. Их функция до конца не изучена.
Из другой клетки в ходе митоза также образуются две: антеридиальная, из которой развиваются мужские половые клетки - спермии (неподвижные, без жгутиков в отличие от сперматозоидов), и более крупная вегетативная клетка, из которой в дальнейшем формируется пыльцевая трубка.
Мужской гаметофит сильно упрощен, антеридии отсутствуют. Формируется он прямо внутри микроспоры, которая в итоге превращается в пыльцевое зерно. Совокупность пыльцевых зерен называется пыльца.
При вскрытии (нарушении целостности) микроспорангия, или пыльцевого мешка, пыльца высыпается во внешнюю среду и достигает женской шишки, где, в результате опыления, внутри семязачатка происходит дальнейшее развитие мужского гаметофита.
Образование женского гаметофита
На тех же самых соснах, где расположены мужские шишки, лежат и женские. Весной на верхушке молодого побега появляются мелкие (около 5 мм) красноватые шишки - это женские шишки (стробилы). Состоят они из оси (стержня) , на котором располагаются две чешуи: кроющая и семенная. На верхней стороне у основания семенной чешуи лежат два семязачатка.
Кроющая чешуя представляет собой видоизмененный лист, в его пазухе находится семенная чешуя. Семенная чешуя - видоизмененный боковой побег.
Женские шишки (стробилы)
Именно открыто расположенные семязачатки (семяпочки) служат причиной, по которой этот отдел растений называется - голосеменные.
В женских шишках, в отличие от мужских, каждая чешуя гомологична целой мужской шишке (стробилу). То есть одна чешуя - целой мужской шишке, а не отдельным ее микроспорофиллам (чешуям)!
Молодой семязачаток состоит из нуцеллуса, интегумента и фуникулуса. Нуцеллус (от лат. nucella - орешек) - центральная часть семяпочки, соответствующая мегаспорангию. Интегумент (от лат. integumentum покрывало) - покров семяпочки, вырастающий из ее центральной части - нуцеллуса. В зрелом семени интегумент преобразуется в семенную кожуру. Фуникулус (от лат. funiculus канатик, верёвка) или семяножка - часть семязачатка, соединяющая его с мегаспорофиллом (семенным чешуями).
На интегументе около вершины располагается микропиле (пыльцевход) - через него после опыления пыльцевая трубка проникает в нуцеллус. Между интегументом и нуцеллусом имеется густая жидкость, выступающая из микропиле. Подсыхая, она втягивается внутрь семязачатка и затягивает вместе с собой пыльцу, осевшую на ней.
Образование женского гаметофита
В средней части обособляется спорогенная клетка (2n) (археспориальная - от греч. arche начало и sporá семя). В результате ее митотического деления образуются материнские клетки спор - спороциты (2n), однако и сама археспориальная клетка может выступать в роле спороцита, минуя стадию митоза. Спороциты (2n) делятся мейозом на четыре гаплоидные (n) мегаспоры.
Три мегаспоры отмирают, остается одна, которая многократно делится митозом и формирует эндосперм - запасное питательное вещество. Обратите на этот факт особое внимание: у голосеменных эндосперм гаплоидный (n) и образуется до оплодотворения. Такой эндосперм называется - первичный, он соответствует женскому гаметофиту.
Как и мужской, женский гаметофит весьма упрощен и заключен внутри мегаспоры. На верхушке женского гаметофита (мегагаметофита) образуется архегоний с яйцеклеткой (n). У гнетовых архегонии отсутствуют.
Жизненный цикл
На спорофите (2n) в микроспорангиях из материнских клеток (2n) путем мейоза образуются микроспоры (n). Из микроспоры формируется пыльцевое зерно. Пыльца (пыльцевые зерна (n)) с помощью ветра попадает в женские шишки, где улавливается густой жидкостью между интегументом и нуцеллусом, выступающей из микропиле. Жидкость засасывает пыльцу внутрь семязачатка на нуцеллус (в пыльцевую камеру). После того, как опыление произошло, микропиле зарастает. Чешуи шишки смыкаются и склеиваются смолой.
Семязачатки в этот момент еще не готовы к оплодотворению, так что от момента опыления до оплодотворения проходит около 13 месяцев. За это время в семязачатке формируется эндосперм, женская шишка увеличивается до 3-4 см и приобретает зеленую окраску.
Оказавшись на мегаспорангии, наружная оболочка пыльцевого зерна (экзина) разрывается, из вегетативной клетки в направлении архегония начинает расти пыльцевая трубка. Антеридиальная клетка делится на генеративную (спермагенную) и клетку-ножку антеридия (функция последней до сих пор не изучена). Спермагенная клетка попадает в пыльцевую трубку, а из нее - в архегоний.
Непосредственно перед оплодотворением спермагенная клетка делится на два спермия (n), один из которых отмирает, а другой сливается с яйцеклеткой (n). Образуется зигота (2n), из которой формируется и растет зародыш благодаря эндосперму - запасу питательных веществ.
Окончательно созревают семена к осени на второй год после опыления, к этому моменту женские шишки увеличиваются в размерах до 6 см. Зеленая окраска меняется на серую, чешуйки расходятся, и семена, образовавшиеся из семязачатков, высыпаются. Из семени прорастает взрослое растение - спорофит (2n). Цикл замыкается.
Строение семени
Семенная кожура, защищающая семя от пересыхания и неблагоприятных факторов внешней среды, образована разросшимся интегументом.
Зародыш (2n) формируется в результате митотического деления образовавшейся зиготы. Состоит из зародышевого корешка, стебелька и почечки.
Число семядолей у голосеменных различается - от 2 до 15. Семядоли имеют доступ к запасным питательным вещества (эндосперму).
Запасные питательные вещества накапливаются в эндосперме (n). Особенностью в строении семени голосеменных, по сравнению с семенем покрытосеменных (цветковых) является наличие гаплоидного эндосперма (n). Не забывайте, что эндосперм у голосеменных это производное мегагаметофита (n), исходя из этого становится понятно, почему ткань гаплоидна. У цветковых, в отличие от голосеменных, эндосперм триплоиден (3n).
Фитонциды
Фитонциды (от греч. phyton - растение и лат. caedo - убиваю) - образуемые растениями, биологически активные вещества, убивающие или приостанавливающие размножение других организмов, главным образом - микробов. Обычно выделяются растениями в газообразном виде, к примеру, аллицин у лука и чеснока. Наличие фитонцидов играет крайне важную роль в формировании устойчивости растения к грибным заболеваниям.
Фитонциды имеют медицинское значение, из них изготавливаются некоторые препараты. За лето гектар лиственного леса выделят 2 кг фитонцидов, хвойного - 5 кг, можжевельника - 30 кг! Санатории часто располагаются в сосновых борах, где наблюдается повышенная концентрация фитонцидов. Вдыхание такого воздуха очень полезно при заболеваниях дыхательной системы инфекционной природы (когда возбудителями являются бактерии, грибы).
Значение голосеменных
Трудно переоценить значение голосеменных для человека, они очень важны. Голосеменные - источники высококачественной древесины, продуктов ее переработки. Являются звеном в цепи питания (продуцентами), основой многих биоценозов. Хвойные растения в больших количествах выделяют фитонциды, имеющие медицинское значение. Из смолы хвойных получают канифоль, скипидар, лаки. Кедровых орехи - это семена нескольких видов растений из рода сосна, которые употребляют в пищу.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
47.387. Царство Растения (мхи, папоротники, голосеменные)
Общая схема жизненного цикла высших растений
Отдел Моховидные
Как мы уже сказали, мхи – тупиковая ветвь в развитии растений на Земле. Они являются одними из самых примитивных растений, однако распространены достаточно широко в регионах с влажными почвами. Зачем им нужна влага? Сейчас мы ответим на этот вопрос.
У этих растений отсутствуют корни. Функцию прикрепления к субстрату и всасывания необходимых веществ выполняют ризоиды (выросты эпидермиса). Тело мхов часто (однако не всегда) разделено на стебель и листья. Ткани у мхов развиты гораздо меньше, чем у других высших растений, а ксилема и флоэма (компоненты проводящей ткани) в принципе отсутствуют.
Ниже представлено изображение одного из самых знаменитых представителей моховидных – кукушкиного льна. Цифрой 1 обозначено мужское растение, 2 – женское, под цифрой 3 скрыта коробочка, которая несет в себе споры.
Спорофит мхов представлен коробочкой на ножке, которая внедряется в ткань гаметофита (взрослого мха) и доставляет спорофиту воду и питательные вещества. Таким образом, спорофит мха полностью зависим от гаметофита и не способен к самостоятельному существованию. На спорофите образуются споры, которые способны прорастать лишь в благоприятных условиях. Из них развивается протонема (зеленая нить), которая дает начало гаметофиту.
Важно отметить, что для размножения мхам необходима вода. Их сперматозоиды переносятся к яйцеклеткам только в капельно-жидкой среде. Именно этот факт ограничивает распространение мхов (и других споровых растений) по Земле.
Экология моховидных
Моховидные - одни из первых наземных растений, мало изменившиеся за время своего существования. Они обитают во влажных местах, часто под пологом леса, а также на болотах и на полях с кислыми почвами. В настоящее время в этом отделе выделяют около 15 тысяч видов.
Они способны впитывать и удерживать большое количество влаги, и поэтому способствуют поддержанию водного режима местности. Также они часто обеспечивают условия для сохранения и прорастания спор голо- и покрытосеменных растений.
Способность мхов всасывать и удерживать в себе жидкость ранее использовалась при наложении гемостатических повязок в случае отсутствия более надежных средств.
Сфагнум – один из самых известных представителей отдела – не гниет в толще отложений, поэтому в течение многих лет участвует в формировании торфа, который широко используется в качестве топлива и источника органических удобрений.
Также из мхов выделяют некоторые химические вещества, используемые как в домашнем хозяйстве, так и в промышленности.
Папоротниковидные
Папоротниковидные – более развитые споровые растения по сравнению со мхами. Этот отдел растений возник очень давно, еще в период Девона. К настоящему виду отдел насчитывает около 12 тысяч видов. Папоротники широко распространены во влажных тропических лесах, где до сих пор встречаются их древовидные формы.
Как и мхи, папоротники чувствительны к наличию влаги в окружающей среде, так как от нее зависит их размножение и распространение.
На обратной стороне листа расположены сорусы – скопления спорангиев.
В жизненном цикле папоротников преобладает спорофит. Он представлен взрослым растением, которое мы можем видеть в лесах. Гаплоидные споры у папоротников формируются на обратной стороне листа и распространяются на большие территории при помощи ветра, из них в благоприятных условиях вырастает гаметофит – заросток. Это небольшое (обычно около полусантиметра) зеленое растение, живущее недолго и формирующее гаметы. Заросток часто имеет сердцевидную форму. Гаметофиты обычно двуполые. При слиянии гамет (в водной среде!) формируется новое растение – диплоидный спорофит, развивающийся из зиготы.
Экология папоротниковидных
Папоротники, как и мхи, способны существовать в основном только во влажной среде обитания, это ограничивает их распространение по земному шару. Однако число видов этих растений достаточно велико.
Папоротники являются важными компонентами многих растительных сообществ, особенно в тропических и субтропических лесах.
Человек использует папоротники в различных сферах: некоторые папоротники выращиваются в декоративных целях, некоторые употребляются в пищу, из отдельных видов получают экстракты лекарственных веществ.
Голосеменные
Голосеменные – потомки древних папоротниковидных, впервые возникшие около 350 млн лет назад (в конце девонского периода). Своего расцвета эта группа растений достигла в мезозойскую эру. Этот период был связан с образованием гор, поднятием материков над уровнем мирового океана и, следовательно, иссушением климата. Позже, с приходом покрытосеменных, голосеменные утратили свое господство.
Ранее в отделе выделяли 6 классов, однако 2 из них (семенные папоротники и бенннетиговые) полностью вымерли. В настоящее время класс включает в себя всего 900 видов, но, несмотря на малое разнообразие, эти виды очень широко распространены по Земле. В частности, в умеренных широтах Северного полушария они формируют огромные хвойные леса – тайгу.
Внешний вид голосеменных достаточно характерен: в основном это деревья, реже – кустарники. Листья у них имеют специфическую форму – в основном они представлены иглами, расположенными попарно и поодиночке, эти листья называются хвоей. Однако иногда встречаются и чешуевидные листья, значительно различающиеся по форме и размерам.
Важным шагом в эволюции семенных растений стало появление возможности размножаться при помощи семян, которые развиваются из семязачатков. У голосеменных семязачатки расположены открыто (голо) на семенных чешуях. Семенные чешуи обычно собраны в шишки, которые бывают мужскими и женскими. Хотим обратить ваше внимание, что хоть в шишках и происходит оплодотворение, они являются частью спорофита. Гаметофит, образующийся на семенных чешуях (из споры), настолько редуцирован, что не различим глазом. Редукция гаметофита также привела к тому, что для развития мужских гамет не нужны половые органы, поэтому антеридий (мужской половой орган) у голосеменных также редуцирован.
Перед вами строение молодой и зрелой женской шишки, а также внешний вид зрелого семени, расположенного на поверхности семенной чешуи.
На курсе нам предстоит изучить особенности цикла развития голосеменных, более сложного, чем циклы споровых растений.
Экология голосеменных
Голосеменным для размножения не нужна вода, поэтому их среда обитания более разнообразна по сравнению со споровыми растениями. Некоторые виды встречаются даже в пустынях, существуют тропические виды, но наибольшего распространения получила группа растений из класса Хвойные.
По своему значению в биосфере и в хозяйственной деятельности человека Хвойные уступают только Покрытосеменным. В настоящее время насчитывается более 500 видов хвойных растений, которые образуют леса на обширных территориях Северной Евразии и Северной Америки, также они распространены вдоль побережья Тихого океана.
Хвойные леса – среда обитания для многих животных из самых разных систематических групп. Деревья дают им пищу, защиту, являются местом для выведения и выращивания потомства. Залежи каменного угля, занимающие обширные территории Сибири, образовались в результате жизнедеятельности древних голосеменных.
Человек активно использует хвойные растения в своей хозяйственной деятельности. В частности, он заготавливает древесину, получает сырье для изготовления канифоли, скипидара, различных эфирных масел для парфюмерной промышленности, использует хвою в процессе заготовки лекарственных препаратов, в пищу идут семена некоторых хвойных – кедра, сибирской, итальянской сосен, из этих семян также делают масло. Некоторые Хвойные выращиваются как декоративные.
Такое активное использование лесов ведет к стремительному уменьшению их количества. Истреблению Хвойных также способствует строительство железных и шоссейных дорог, промышленных предприятий, городов, добыча полезных ископаемых (угля, нефти). Хвойные очень плохо переносят загазованность воздуха, копоть: многолетние хвоинки накапливают в себе ядовитые вещества, из-за чего отмирают раньше положенного им срока на 1-2 года. Также эти деревья очень чувствительны к пожарам, даже низовым (когда горит только подложка – мех, кустарники, а сами деревья не затрагиваются), так как их корневая система расположена в значительной мере поверхностно. Угнетение Хвойных растений – одна из серьезных экологических проблем современности.
Хуже всего освоена тема размножения растений и чередования поколений спорофита и гаметофита, поэтому на ней мы остановимся более подробно.
Развитие растений
Самое сложное для понимания, и в тоже время ключ для решения проблемы, заключено в представленной ниже схеме:
Основные понятия по данной теме:
Гаметофит – заросток, гаплоидное половое поколение в цикле развития растения, дающее споры. У споровых растений заростки формируются из спор, выпадающих из спорангия на почву, и живут самостоятельно, на них имеются архегонии и антеридии. Обычно эти заростки обоеполые. У семенных растений споры не выпадают из спорангиев и раздельнополые заростки развиваются внутри них. У голосеменных женский заросток – первичный эндосперм с двумя архегониями, у покрытосеменных – восьмиядерный зародышевый мешок (без архегониев). Мужской заросток у семенных растений – пыльца (не имеет антеридиев).
Оплодотворение – слияние сперматозоида (спермия) с яйцеклеткой. У споровых растений для оплодотворения нужна воды, которая переносит сперматозоиды, у семенных растений спермии (обычно их два) доставляются по пыльцевой трубке. У голосеменных в оплодотворении принимает участие один из спермиев. Для покрытосеменных характерно двойное оплодотворение.
Семя – орган размножения и расселения голосеменных и покрытосеменных. Образуется из семязачатка в результате оплодотворения. Состоит из кожуры, зародыша и запасающей ткани – эндосперма.
Семязачаток – видоизмененный мегаспорангий семенных растений, в котором происходит образование мегаспор, развитие женскоро гаметофита и оплодотворение, в результате чего образуется семя. Семязачатки голосеменных открыто лежат на чешуе шишек, у покрытосеменных – внутри завязи.
Спорофит – бесполое диплоидное поколение в цикле развития растения, которое чередуется с гаплоидным поколением – гаметофитом. Спорофит развивается из зиготы, на нем образуются спорангии со спорами. У бурых водорослей, папоротников, хвощей, плаунов спорофит и гаметофит представляют собой разные особи, при этом гаметофит микроскопически мал. У мхов оба эти поколения находятся на одной особи и гаметофитявляется листостебельным растением, а спорофит – коробочка на ножке. У голо- и покрытосеменных оба поколения также находятся на одном растении, но преобладает спорофит, а гаметофиты редуцированы и микроскопически малы.
Запомните, что споры образуются путем мейоза, а гаметы – путем митоза. Это характерно не только для растений, но и для некоторых простейших, имеющих сходство с растениями (например, для хламидомонады).
Чтобы окончательно разобраться в циклах развития растений, стоит посмотреть на следующие схемы:
Читайте также: