Оплодотворение происходит в присутствии капельно жидкой влаги взрослое растение или заросток
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 18.09.2024
Деление клеток. Способы размножения организмов. Онтогенез
Предлагаемое пособие представляет собой подробное и полное описание процессов деления клетки, размножения и индивидуального развития организмов. Оно написано в соответствии с примерной программой курса общей биологии и программой для поступающих в вузы. Пособие адресовано учащимся 10–11 классов, изучающим общую биологию, абитуриентам, поступающим на факультеты биологического и медицинского профиля.
Книга будет полезна тем учащимся, которые хотели бы разобраться в сложных процессах воспроизведения клеток и организмов. Пособие не подменяет учебник, а дополняет, поясняет его, систематизирует учебный материал, поможет разобраться в том, что осталось не совсем понятным после изучения темы. В пособии на доступном уровне подробно рассматриваются вопросы, которые вызывают наибольшие затруднения у учащихся. Это жизненный цикл клетки, митоз и мейоз, особенности образования половых клеток у растений и животных; размножение и эмбриональное развитие животных; жизненные циклы растений всех изучаемых в школе типов. Рисунки и схемы, сопровождающие текст, облегчат понимание и усвоение учебного материала.
После каждой темы даны вопросы для самопроверки и задания различного уровня сложности. Любой ученик, ознакомившись с приведенным в пособии теоретическим материалом и ответивший на предлагаемые вопросы, может считать, что он вполне освоил данную тему.
Пособие будет полезным при подготовке к выпускным и вступительным экзаменам.
Пособие будет интересно и учителям биологии.
Желаем всем успешной работы с предлагаемым учебным пособием и надеемся, что книга окажет помощь в овладении биологическими знаниями.
1. Жизненный цикл клетки
Непрерывность жизни на Земле обеспечивается размножением организмов — одним из важнейших проявлений жизни. Размножение обеспечивает передачу наследственной информации, преемственность поколений, увеличение численности организмов. Индивидуальное развитие организмов — онтогенез — охватывает все этапы развития особи от момента образования оплодотворенной яйцеклетки — зиготы до старения и естественной смерти.
Рис. 1. Клеточный цикл: А — интерфаза; Б — деление клетки
В основе размножения лежит деление клеток. Период жизнедеятельности клетки от момента ее возникновения до момента ее деления на две дочерние называется клеточным циклом. В этот период происходит ряд событий, обеспечивающих рост, развитие и размножение клетки.
Длительность клеточных циклов в разных тканях даже у одного и того же организма различна и широко варьирует. Она может быть меньше одного часа в дробящихся клетках эмбрионов позвоночных животных, а может составлять и целый год, как, например, в клетках печени взрослого человека. Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления.
Продолжительность клеточного цикла в клетках различных тканей
Интерфаза — это фаза жизненного цикла между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, накоплением клеткой питательных веществ, увеличением количества всех его органелл, ростом и увеличением объема.
В интерфазе различают три последовательные фазы: предсинтетическую — G, синтетическую — S и пост-синтетическую — G2.
Предсинтетическая фаза G, характеризуется интенсивными процессами обмена веществ. В этот период клетка активно синтезирует органические вещества, в ней увеличивается количество всех органоидов: хлоропластов, митохондрий, лизосом, вакуолей с клеточным соком и т. д. Увеличивается в размерах эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи. В ядре активно синтезируются все виды РНК, в ядрышке образуются и собираются рибосомы. Происходит интенсивный рост клетки.
Синтетическая фаза S наступает в середине интерфазы и характеризуется удвоением ДНК — редупликацией. В результате в клетке образуется удвоенное количество молекул ДНК. До начала S-фазы каждой хромосоме соответствует одна молекула ДНК, а после редупликации одна хромосома состоит уже из двух ДНК.
Далее клетка вступает в непродолжительную пост-синтетическую фазу G2. Здесь также продолжается интенсивный биосинтез веществ, увеличивается энергетический запас клетки за счет синтеза АТФ. В это время удваиваются центриоли клеточного центра. Клетка подготавливается к делению.
Продолжительность интерфазы зависит от типа клеток и в среднем составляет не менее 90 % от общего времени клеточного цикла. Это время чаще всего зависит от фазы G, длительность которой варьирует в очень широких пределах. Она может практически отсутствовать, когда клетки быстро делятся, например при дроблении зиготы. Но может составлять очень большую величину — практически всю жизнь организма. Так, например, нервные клетки взрослого человека находятся в фазе G, интерфазы всю жизнь и более не делятся.
Интерфаза заканчивается, и клетка вступает в следующий период клеточного цикла — в стадию деления.
1. Назовите основные периоды клеточного цикла.
2. Что такое интерфаза? Какие процессы протекают в этот период?
3. На какие фазы подразделяется интерфаза? Охарактеризуйте процессы, протекающие в каждую из этих фаз.
4. В какой период интерфазы происходит главное событие в клетке? Почему его считают основным?
5. Сравните данные, приведенные в таблице, и сделайте вывод о длительности клеточного цикла. От чего он зависит?
6. Общая масса всех молекул ДНК в соматической клетке человека составляет 6 х 10 -9 мг. Чему равна масса всех молекул ДНК в предсинтетический период и в постсинтетический период? За счет чего она изменилась?
2. Хромосомный набор клетки
Важная роль в клеточном цикле принадлежит хромосомам. Хромосомы — носители наследственной информации клетки и организма, содержащиеся в ядре. Они не только осуществляют регуляцию всех обменных процессов в клетке, но и обеспечивают передачу наследственной информации от одного поколения клеток и организмов другому. Число хромосом соответствует числу молекул ДНК в клетке. Увеличение числа многих органоидов не требует точного контроля. Все содержимое клетки при делении распределяется более или менее равномерно между двумя дочерними клетками. Исключением являются хромосомы и молекулы ДНК: они должны удвоиться и совершенно точно распределиться между вновь образуемыми клетками.
Изучение хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят из молекул ДНК и белка. Комплекс ДНК с белком называется хроматином. В прокариотной клетке содержится только одна кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками. Поэтому, строго говоря, ее нельзя назвать хромосомой. Это нуклеоид.
Если бы удалось растянуть нить ДНК каждой хромосомы, то ее длина значительно превысила бы размер ядра. Важную роль в упаковке гигантских молекул ДНК играют ядерные белки — гистоны. Последние исследования структуры хромосом показали, что каждая молекула ДНК соединяется с группами ядерных белков, образуя множество повторяющихся структур — нуклеосом (рис. 2). Нуклеосомы являются структурными единицами хроматина, они плотно упакованы вместе и образуют единую структуру в виде спирали толщиной 36 нм.
Рис. 2. Строение интерфазной хромосомы: А — электронная фотография хроматиновых нитей; Б — нуклеосома, состоящая из белков — гистонов, вокруг которых располагается спирально закрученная молекула ДНК
Оборудование: рисунки, таблицы, фотографии, натуральные и гербарные образцы плаунов, хвощей, папоротников.
Этапы проведения урока
I. Введение
II. Проверка знаний.
Задание 1
Вставьте пропущенные слова:
“Жизненный цикл мха сложный: в нем происходит чередование двух поколений – … и …. На женских гаметофитах в особых органах – … -образуются яйцеклетки, в мужских – … – сперматозоиды. Оплодотворение возможно только при наличии …”.
Ответ: спорофит, гаметофит, архегонии, антеридии, вода.
Задание 2
Ответьте на вопросы.
1. Перечислите выраженные ткани мхов. Ответ: Основная, проводящая, механическая, запасающая, покровная.
2.Чем необычен рост мха сфагнума? Ответ: Бесконечный рост и образование торфа из отмершей части растений.
3. Каково строение ризоидов мхов? Ответ: Нитевидные одноклеточные или многоклеточные выросты в нижней части стебля. Они образованы одинаковыми клетками и лишены проводящей ткани.
4. Как устроены коробочки мхов? Ответ: На женских растениях на верхушке образуются коробочки на длинных ножках, покрытые колпачками. В коробочках образуются споры. На верхушке женских растений находятся половые органы с женской половой клеткой.
5. Чем представлено бесполое поколение моховидных? Ответ: Спорофит, растение на котором образуется споры.
6. Чем представлено половое поколение моховидных? Ответ: Гаметофит, стебель с листьями и половыми клетками.
Задание 3
Карточка-задание для индивидуальной работы:
– в природе: накопители влаги и регуляторы водного баланса лесов;
– в жизни человека: торфообразующая роль, антибиотические свойства мхов.
III. Проблемная ситуация и совместное открытие знаний
Учитель: О каких растениях идет речь в моих загадках:
| А) | Змея лежит колючая, Змея лежит ползучая. Брюхом в землю упирается, Головками к небу устремляется. В чешуе-то, в чешуе! А головки ровно две! |
| Б) | Есть колос, но не пшеница, Стройна и высока, но не свеча, Без воды и кремнезема не проживет и дня. Осенью и зимой прокормит и оленя, и кабана! |
| В) | Он и в пищу пригож, и в медицине хорош! Листья красивые, перистые. Стебли маленькие, крепенькие, А цветет только в легендах и поверьях! |
(Обычно учащиеся затрудняются ответить.)
Учитель: Найти ответы на данные загадки вы сможете после изучения новой темы!
Опасно через меру пристраститься
К давно налаженному обиходу:
Лишь тот, кто в путь готов пуститься,
Выигрывает бодрость и свободу.
Г.Гессе “Игра в бисер”
– Предлагаю работу в группах – совместное открытие знаний! Каждая группа учащихся получает 3 карточки:
карточка №1 содержит информацию о плаунах;
карточка №2 содержит информацию о хвощах;
карточка №3 содержит информацию о папоротниках.
Также учащиеся используют текст и иллюстрации учебника, таблицы, схемы размножения плаунов, хвощей и папоротников. В случае возникновения каких-либо вопросов, контакт учителя с группой осуществляется через организатора группы.
Карточка 1
Отдел Плауновидные
Эти растения, как и моховидные, произошли, возможно, от псилофитов. Ныне сохранилось около 1000 видов плауновидных, относимых к четырем родам, трем порядкам, двум классам. В настоящее время плауновидные чаще встречаются в хвойных и смешанных лесах.
| Строение | Размножение | Значение |
| Это травянистые, многолетние, обычно вечнозеленые растения, живущие на земле или стволах деревьев. Плауны имеют прямостоячие, полегающие, свисающие или стелющиеся побеги. Длина прямостоячих побегов у наземных растений – до 1-1,5м., у стелющихся – до 10м. |
У стелющихся видов от главного стебля отходят боковые, а также придаточные корни.
Верхушечная меристема со временем теряет свою активность, поэтому плауновидные ограничены в росте.
Верхушечные побеги заканчиваются спороносными колосками из стержня, покрытого мелкими и тонкими листочками. У основания листочков развиваются спорангии, в которых созревают в зависимости от вида в течение нескольких месяцев или лет. Зрелые споры, прорастая, образуют мелкие (от 1 до 5 мм) обоеполые гаметофиты (заростки). Мужские и женские половые органы созревают неодновременно, что повышает вероятность перекрестного оплодотворения. Из образовавшейся в результате оплодотворения зиготы развивается спорофит.
Плаунам свойственно также вегетативное размножение – почками, побегами.
Карточка 2
Отдел Хвощевидные
В настоящее время сохранилось около 30 видов; распространены они, преимущественно, во влажных местах. Хвощевидные также произошли от псилофитов.
Характерно особое строение побегов, состоящих из члеников (междоузлий) и узлов с мутовчато расположенными листьями. Листья – сильно измененные боковые веточки.
Другая особенность хвощей – накопление кремнезема в стенках клеток всего растения, играющего механическую и защитную роль. Подземный стебель (корневище) располагается на разной глубине. Бывают горизонтальные и вертикальные корневища. Горизонтальные корневища толще, с более длинными междоузлиями, чем у вертикальных. На корневищах образуются клубни – утолщенное и видоизмененное междоузлие ветви. Клетки клубней очень крупные и заполнены крахмальными зернами.
Функцию фотосинтеза несет более или менее разветвленный зеленый стебель.
Весной на корневищах вырастают побеги, на которых располагаются спороносные колоски. Колоски содержат спорангии, в которых путем митоза формируются гаплоидные споры. После раскрытия спорангия споры высыпаются и разносятся ветром. Из спор развиваются гаметофиты (заростки) в виде пластинок диаметром от нескольких мм до 3 см. На нижней стороне гаметофита возникают бесцветные ризоиды длиной до 1 см, с помощью которых он прикрепляется к почве и всасывает воду с растворенными в ней минеральными солями. У хвощей имеются три типа гаметофитов: мужские, женские и обоеполые, при этом женские гаметофиты крупнее мужских
Оплодотворение у хвощей осуществляется в присутствии капельно-жидкой влаги на поверхности гаметофита. Зигота прорастает в спорофит.
Почти все они злостные
трудноискоренимые сорняки. Осенью и зимой служат кормом для оленей и кабанов. Молодые вегетативные побеги хвоща полевого применяют в медицине как мочегонное средство, но в целом значение хвощей невелико.
Карточка 3
Отдел папоротниковидные или папоротники.
Папоротники широко распространены по всему зеленому шару и встречаются в самых разных местообитаниях.
Как и у большинства высших растений, спорофит в жизненном цикле развития папоротников занимает господствующее положение по сравнению с половым поколением и является, как правило, многолетним растением.
Папоротники умеренного пояса в большинстве – многолетние наземные травянистые растения. Жизненные формы тропических папоротников более разнообразны: древовидные формы, лиановидные папоротники, эпифитные папоротники и др.
Листья папоротников, называемые вайями, произошли в результате уплощения крупных ветвей. Листья папоротников длительное время продолжают верхушечный рост, образуя при этом характерную разворачивающуюся “улитку”. В большинстве случаев фотосинтезирующие листья расчленены на черешок и пластинку. У большинства папоротников листья перистые – однократно, дважды или многократно. Пластинка перистого листа имеет ось, или рахис, представляющий собой продолжение черешка. Рахис соответствует главной жилке цельного листа. По массе и размерам они, как правило, значительно преобладают над стеблем. У некоторых папоротников листья дифференцированы на стерильные (фотосинтезирующие) и фертильные (несущие спорангии). Стебель папоротников обычно не бывает сильно развит. Только у древовидных папоротников он представлен прямостоячим стволом, несущим на верхушке крону листьев. У большинства же папоротников короткий горизонтально расположенный стебель представлен корневищем. Корневище бывает радиальным, т.е. придаточные корни и листья покрывают его равномерно, или дорсивентральным, листья которого сидят на верхней спинной стороне, а корни главным образом на нижней – брюшной.
Спорангии развиваются на обыкновенных зеленых листьях или на специализированных листьях. Располагаться они могут одиночно или группами – сорусами. Сорусы расположены с нижней, лучше защищенной стороны листьев (спорофиллов).
При созревании спорангии вскрываются и споры высыпаются. Споры папоротника гаплоидны, гаплоиден и гаметофит.
Большинство папоротников – равноспоровые растения. Гаметофиты (заростки) обитают обычно на поверхности почвы. Они обоеполые, зеленые, маленькие, разные по форме, питаются самостоятельно, реже – лишены хлорофилла и развиваются под землей. К почве гаметофит прикреплен многочисленными ризоидами. На нижней, брюшной стороне гаметофита развиваются архегонии. Антеридии, которые обычно развиваются раньше, также сосредоточены на нижней поверхности гаметофита. Каждый антеридий содержит сперматозоиды. В архегониях созревают яйцеклетки. Оплодотворение происходит только в капельно-жидкой среде, обеспечивающей активное движение сперматозоидов к архегонию. Зигота, возникающая из оплодотворенной яйцеклетки, дает начало диплоидному зародышу, развивающему в диплоидный спорофит.
Учитель: Следующим этапом урока является выполнение лабораторной работы.
(Инструкция по выполнению работы выдается организаторам групп).
Лабораторная работа “Строение папоротника и хвоща”
Цель: изучить строение папоротника и хвоща.
Оборудование: натуральные и гербарные образцы папоротника мужского и хвоща полевого, спороносные колоски хвоща полевого, препаровальная игла.
Задание
- Рассмотрите папоротник мужской. Найдите корневище с отходящими от него корнями. Рассмотрите лист. Отметьте его особенности.
- На нижней поверхности листа папоротника найдите бурые бугорки, в них находятся спорангии со спорами.
- Рассмотрите внешнее строение весеннего побега хвоща полевого. Найдите корневище. Стебель и пленчатые листья, прижатые к стеблю. На верхушке побега рассмотрите спороносный колосок. На его оси расположены спороносные листья, состоящие из ножки и многогранной пластинки. На нижней части пластинки находятся спорангии. Аккуратно отделите спороносный лист и рассмотрите его.
- Рассмотрите летний побег хвоща полевого. Найдите корневище, стебель и боковые побеги. Рассмотрите мутовки листьев, которые расположены на боковых побегах.
- Сравните хвощ и папоротник. Отметьте черты сходства и различия.
Учитель: Предлагаю отдельным учащимся озвучить основные выводы по работе.
- У папоротника крупные листья, спороносные колоски отсутствуют, группы спорангиев расположены на нижней стороне листа.
- У хвоща листья мелкие. Развиты спороносные колоски.
- Папоротники и хвощи – спороносные растения.
IV. Проверка усвоенных на уроке знаний
Учитель: Используя полученные знания по отделам спороносных, заполните таблицу (работа проводится по вариантам).
Плауны Побег Стебель Листья Корни Вегетативное размножение Бесполое размножение Половое размножение
Плауны Побег Нет деления на весенний и летний Стебель Прямостоячий или стелющийся Листья Мелкие, различной формы Корни Придаточные корни отходят от стелющегося побега Вегетативное размножение Побегами Бесполое размножение Спорофит Половое размножение Гаметофит
Хвощи Побег Стебель Листья Корни Вегетативное размножение Бесполое размножение Половое размножение
Хвощи Побег Весенний и летний Стебель Жесткий прямостоячий Листья Мелкие Чешуевидные Корни Корневище, придаточные корни Вегетативное размножение Корневищами Бесполое размножение Спорофит Половое размножение Гаметофит
Папоротники Побег Стебель Листья Корни Вегетативное размножение Бесполое размножение Половое размножение
Папоротники Побег Нет деления на весенний и летний Стебель Короткий, жесткий Листья Вайи Корни Корневище, придаточные Вегетативное размножение Почками на корневищах Бесполое размножение Спорофит Половое размножение Гаметофит
Учитель сообщает правильные ответы. Учащиеся оценивают свою работу.
Учитель: Найдите ошибку в предложенном тексте: “…папоротник цветет в глухую, июньскую ночь, накануне религиозного праздника Ивана Купалы. В старину люди ходили искать чудесный цветок, считая, что он наделен волшебной силой – помогает найти клады, скрытые в земле”.
Ответ учащихся: у папоротников нет цветков.
Учитель: А сейчас вернемся к загадкам, на которые не было получено ответа в начале урока.
| А) | Змея лежит колючая, Змея лежит ползучая. Брюхом в землю упирается, Головками к небу устремляется. В чешуе-то, в чешуе! А головки ровно две! |
Ответ учащихся: плаун.
| Б) | Есть колос, но не пшеница, Стройна и высока, но не свеча, Без воды и кремнезема не проживет и дня. Осенью и зимой прокормит и оленя, и кабана! |
Ответ учащихся: хвощ.
| В) | Он и в пищу пригож, и в медицине хорош! Листья красивые, перистые. Стебли маленькие, крепенькие, А цветет только в легендах и поверьях! |
Ответ учащихся: папоротник
V. Рефлексивно-оценочный этап
Учитель: Что вы сегодня узнали на уроке?
Ответы учащихся: …
VI. Домашнее задание.
- Чтение текста учебника стр.56-67.
- Составить логико-структурные схемы (опорные конспекты) жизненных циклов плауна, хвоща и папоротника.
Задания выполняются учащимися по желанию:
- Составить список наиболее известных представителей хвощей и папоротников, а также схематично зарисовать данных представителей.
- Напишите мини-сочинение на тему: “Путешествие в лес каменноугольного периода”.
- Составить кроссворд, с ключевым словом – папоротник.
Хотите получать уведомления о возможности бесплатной публикации в журналах из списка ВАК и РИНЦ?
Опубликовать статью в журнале из списка ВАК - бесплатно без регистрации
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:
Плауновидные — один из наиболее древних отделов высших споровых растений. В настоящее время представлены сравнительно небольшим числом родов и видов, участие которых в растительном покрове обычно незначительно. Многолетние травянистые растения, обычно вечнозеленые, напоминающие по внешнему виду зеленые мхи. Встречаются главным образом в лесах, особенно хвойных.
Насчитывают около 400 видов, но на территории России распространены всего 14 (плаун булавовидный, плаун-баранец, плаун двуострый и др.).
Строение плаунов
Для плауновидных характерно наличие побегов со спирально, реже супротивно и мутовчато расположенными листьями. Подземные части побегов у одних плауновидных имеют вид типичного корневища с видоизмененными листьями и придаточными корнями , у других образуют своеобразный орган , несущий расположенные по спирали корни и называемый ризофором (корненосцем). Корни плауновидных придаточные.
Питание и размножение плаунов
Спорофиллы могут быть похожи на обычные вегетативные листья , иногда отличаются от них. Среди плауновидных есть равно- и разноспоровые растения. Гаметофиты равноспоровых подземные или полуподземные, мясистые, длиной 2-20 мм. Они обоеполые, сапрофиты или полусапрофиты, созревают в течение 1-15 лет. Гаметофиты разноспоровых однополые, незеленые, развиваются обычно в течение нескольких недель за счет питательных веществ, содержащихся в споре, и при созревании не выступают или слегка выступают наружу за пределы оболочки споры. Половые органы представлены антеридиями и архегониями: в первых развиваются дву- или многожгутиковые сперматозоиды, в архегониях — яйцеклетки. Оплодотворение происходит при наличии капельно-жидкой воды, из зиготы вырастает спорофит .
Спорофит плаунов — многолетнее вечнозеленое растение. Стебель ползущий, ветвистый, дает вертикальные ветвистые побеги высотой около 25 см, густо покрыт листиками, похожими на удлиненные заостренные чешуйки. Вертикальные побеги оканчиваются спороносными колосками или верхушечными почками. На стержне спороносного колоска сидят спорофиллы со спорангиями на верхней стороне. Споры одинаковые, содержат до 50% невысыхающего масла, прорастают очень медленно. Гаметофит развивается в почве в симбиозе с грибом ( микориза ), который получая от сосудистого растения углеводы, аминокислоты и фитогормоны сам делает доступным для поглощения и всасывания растением воду и минеральные вещества, прежде всего соединения фосфора. Кроме того, гриб обеспечивает растение большей поверхностью всасывания, что особенно важно, когда оно растёт на бедной почве. Гаметофит развивается в течение 12-20 лет, имеет ризоиды , хлоропластов не имеет. Однако у некоторых видов он развивается на поверхности почвы, тогда в его клетках возникают хлоропласты.
Гаметофит обоеполый, формой напоминает луковицу, по мере развития приобретает блюдцеобразную форму, несет многочисленные антеридии и архегонии. Зрелые антеридии почти полностью погружены в ткань гаметофита или слегка выступают над его поверхностью. Архегоний состоит из узкого, погруженного в ткань гаметофита брюшка и выступающей над его поверхностью длинной или короткой шейки. Антеридии обычно созревают раньше архегониев. Зигота без периода покоя прорастает и дает начало зародышу. Вегетативно размножается частями стебля и корневища. У некоторых плаунов есть и специализированные органы вегетативного размножения : выводковые клубеньки на корнях, выводковые луковички или почки на верхушках побегов.
Цикл развития плауна булавовидного: А — спорофит; Б — гаметофит ; 1 — ползучий побег с придаточными корнями; 2 — восходящие побеги; 3 — ножка спороносных колосков; 4 — листочки: восходящего побега (а) и ножки спороносных колосков (б); 5 — спороносные колоски; 6 — споролистики: вид с брюшной (в) и спинной (г) сторон; 7 — спорангии; 8 — споры; 9 — прорастающая спора; 10 — архегоний ; 11 — антеридий ; 12 — оплодотворение ; 13 — оплодотворенная яйцеклетка ; 14 — развитие нового спорофита на гаметофите.
Хвощевидные (Хвощи)
Ныне живущие виды исключительно травянистые растения высотой от нескольких сантиметров до нескольких метров.
У всех видов хвоща стебли обладают правильным чередованием узлов и междоузлий.
Листья редуцированы до чешуй и располагаются мутовками в узлах. Здесь же образуются и боковые ветви.
Подземная часть хвощей представлена сильно развитым корневищем, в узлах которого формируются придаточные корни . У некоторых видов (хвощ полевой) боковые ветви корневища превращаются в клубни, которые служат местом отложения запасных продуктов, а также органами вегетативного размножения.
Строение хвощей
Хвощи представляют собой травянистые растения, имеющее однолетние надземные побеги. Небольшое количество видов вечнозеленые. Размеры стеблей хвощей сильно варьируют: встречается карликовые растения со стеблем высотой 5-15 см и диаметром 0,5-1 мм и растения со стеблем длиной в несколько метров (у хвоща многощетинкового стебель достигает длины 9 м). Хвощи тропических лесов достигают высоты 12 м. Подземная часть — корневище , ползущее, ветвистое, в котором могут откладываться питательные вещества (образуются клубни) и которое служит органом вегетативного размножения. Надземные побеги нарастают верхушкой. Летние побеги — вегетативные, ветвистые, ассимилирующие, состоят из члеников, с хорошо развитыми междоузлиями. От узлов ответвляются мутовчато расположенные и также расчлененные ветви. Листья малозаметные, срастаются в зубчатые влагалища, которые одевают нижнюю часть междоузлия. В клетках эпидермы стебля часто откладывается кремнезем, поэтому хвощи — плохой корм.
Весенние побеги — спороносные, неассимилирующие, неветвистые, на их верхушке образуются спороносные колоски. После созревания спор побеги отмирают. Споры шаровидные, с четырьмя пружинистыми лентами, зеленоватые, прорастают в заростки, однополые — мужские или женские. Бывают случаи, когда антеридии и архегонии зозникают на одном заростке. Из оплодотворенной яйцеклетки вырастает предросток, а затем — взрослый хвощ.
Хвощи часто составляют значительный процент травостоя лугов и заболоченных мест; распространены на кислой почве. Наиболее часто, встречается у нас хвощ полевой, хвощ луговой, хвощ болотный, хвощ топяной и хвощ лесной.
Размножение хвощей
Хвощи размножаются половым путем. Половое поколение — гаметофит ( заросток ). На гаметофитах образуются антеридии и архегонии. В антеридиях развиваются многожгутиковые сперматозоиды, а архегониях — яйцеклетки. Оплодотворение совершается при наличии капельно-жидкой воды, и из зиготы без периода покоя вырастает спорофит.
Перед вами список вещей из определенных материалов, в состав которых либо входят сами живые организмы и их части, либо продукт приготовлен при помощи живых организмов (обозначены буквами). Во втором столбце даны зашифрованные описания этих живых организмов (обозначены цифрами).
- Описания каких организмов даны цифрами? Как их используют при приготовлении материалов? Одному организму могут соответствовать несколько описаний!
- Установите соответствие между пунктами первого и второго столбца. Обратите внимание на то, что одной вещи может соответствовать несколько организмов и наоборот.
Организмы, которые могут случайно попасть в материал, не указывайте!
При выполнении задания важно сразу соотнести живые объекты, из которых приготовляют определенные вещи и материалы, и их зашифрованные описания.
Венчик - совокупность лепестков цветка, составляющих внутреннюю часть двойного околоцветника.
Цветок - сложный орган семенного размножения цветковых (покрытосеменных) растений.
Цветок - сложный орган семенного размножения цветковых (покрытосеменных) растений.
'>цветок пятичленный. Из всех представленных материалов только льняная олифа приготовляется из семян льна — растения с голубыми цветками. Правильный ответ – Лён. Соответствие: 1 – Ж.
2. Эти вымершие автотрофы были споровыми. Из всех предметов и материалов только мел и графит могут быть продуктом, полученным из вымерших организмов. Из них только графит определённого происхождения является продуктом метаморфизации остатков фотосинтезирующих споровых организмов: папоротников, хвощей и плаунов. Соответствие: 2 – Е.
3. Глаза этих организмов состоят из отдельных фасеток (омматидиев). Этот признак характерен для насекомых. В левом столбце есть два материала, получаемых от насекомых: шёлк и проволис. Таким образом, в описании зашифрованы тутовый шелкопряд и пчела. Соответствие: 3 – А, И.
4. Эти гетеротрофные организмы имеют четырёхкамерный желудок, три из пяти пальцев конечности у них недоразвиты. Строение сердце позволяет сказать, что это – либо птицы, либо млекопитающие. Четырёхкамерный желудок характерен для некоторых представителей Парнокопытных. Он состоит следующих отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга. Строение конечностей также соответствует Парнокопытным. Наиболее вероятно, что дано описание коровы. Из соединительных тканей получают желатин, который используется для производства желатиновых фотографических пластинок. Соответствие: 4 – Г.
5. Это тропическое растение содержит во всех своих частях млечный сок. Из млечного сока получают натуральный каучук. Поэтому может быть зашифровано самое распространённое каучуконосное растение – гевея бразильская. Правильным может быть также ответ фикус эластичный [его используют как каучуконос в Индии]. Соответствие: 5 – Б.
6. Это растение имеет
Плод (в ботанике)- конечный этап развития цветка, видоизменённого в процессе двойного оплодотворения; генеративный орган покрытосеменных растений, который служит для формирования, защиты и распространения заключённых в нём семян.
">плод – коробочку с семенами, покрытыми густыми волосками. Таким троением обладает коробочка хлопчатника, а волоски, развивающиеся на семенах, используют для производства хлопачтобумажной ткани. Соответствие: 6 – В.
7. Это автотрофные организмы, в жизненном цикле которых преобладает
Спорофит — диплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле растений и водорослей, развивающаяся из оплодотворённой яйцеклетки или зиготы и производящая споры.
Гаметофит - гаплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле высших растений и водорослей.
'>гаметофит можно разглядеть только под микроскопом. Под это описание подходит довольно большой спектр растений. Это Цветковые (Покрытосеменные) и Голосеменные растения. Перечислим цветковые расетния, участвующие в производстве материалов. Тутовое дерево (шелковица) — пища для тутового шелкопряда. Гевея бразильская –каучуконос. Хлопчатник – источник ваты и хлопчатобумажных тканей. Осина – источник мягкой древесины, удобной для отачивания карандашей. Лён – источник льнаяной олифы и льняных тканей. Тополь, берёза и другие деревья, дающие смолистые выделения – с них пчёлы собирают материал, который перерабатывается в прополис. Из Голосеменных ель используют в производстве бумаги. Соответствие: 7 – А, Б,В, Д, Е, Ж, И.
Организм - живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи, в том числе обменом веществ, самоподдерживанием своего строения и организации, способностью воспроизводить их при размножении, сохраняя наследственные признаки.
'>организм в личиночной стадии имеет грызущий ротовой аппарат. Такой ротовой аппарат характерен для гусениц, который у
Имаго - взрослая стадия индивидуального развития насекомых и некоторых других членистоногих животных со сложным жизненным циклом.
Метаморфоз - видоизменение, превращение, переход в другую форму развития с приобретением нового внешнего вида и функций.
'>метаморфоз . У пчёл – грызуще-лижущий аппарат, сохраняющийся во взрослом состоянии. Таким образом, был зашифрован тутовый шелкопряд. Соответствие: 8 – А.
Простейшие (Protozoa) - тип одноклеточных животных.
'>одноклеточные гетеротрофы имеют раковины и ловчую сеть из специализированных ложноножек. Речь идёт о фораминиферах, раковины которых образовали залежи мела. Соответствие: 9 – З.
Читайте также: