Семенные растения занимают господствующее положение на суше в отличие от споровых растений
Обновлено: 05.09.2024
Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.
В природе существует несколько способов размножения растительных организмов. Большинство из них связано с образованием специализированных клеток: спор или гамет. При слиянии последних у некоторых групп растений образуется семя. Чем отличается от споры и как оно устроено? На эти и многие другие вопросы современная наука уже знает ответы. Давайте разберемся и мы.
Споры и семена: вопрос эволюции
Жизнь возникла в воде. Многие представители водорослей выживали в нелегких условиях именно благодаря способности к образованию подвижных клеток бесполого размножения - зооспор. Следовательно, отличие семени от споры прослеживается и во временных рамках.
Первыми выходцами на сушу были высшие споровые растения. Мхи, плауны, хвощи и папоротники распространяются при помощи спор - клеток бесполого размножения. В отличие от низших растений - водорослей, у них появились настоящие ткани. Поэтому эта группа организмов и получила такое характерное название.
Далее в процессе эволюции в природе возникли семенные растения. Семя образуется в результате слияния половых клеток - гамет. К этой группе относятся голосеменные хвойные растения и покрытосеменные цветковые, которые занимают господствующее положение в современном растительном мире.
Значение спорообразования
Споры могут образовывать не только растения. Бактерии (одноклеточные прокариотические организмы) также размножаются при участии спор. Кроме того, с помощью клеток бесполого размножения они могут легко переживать неблагоприятные условия. Именно благодаря этому бактерии остаются жизнеспособными при воздействии высоких или низких температур, ионизирующего излучения.
Грибы также способны к спорообразованию. Причем некоторые плесневые представители этого царства живой природы могут выбрасывать их на расстояние более метра.
Чередование поколений
Как происходит жизненный цикл у споровых растений, можно рассмотреть на примере моховидных. Зеленый ковер этих растений называется гаметофитом, или половым поколением. В его особых органах образуются половые клетки. Но при их слиянии не образуется семя. Чем отличается от споры гаметы оно? Это половые клетки, из которых образуется представитель бесполого поколения - спорофит. У мхов он представляет собой сухую ножку с коробочкой, внутри которой созревают споры. Попадая в землю, клетки бесполого размножения прорастают, снова образуя зеленый гаметофит. И так повторяется вновь.
Строение семени
У семенных растений при слиянии мужских и женских гамет образуется орган генеративного размножения - семя. В отличие от споры, оно имеет зародыш (прообраз будущего растения). Его составными частями являются зародышевый корешок, стебелек и почечка. Для развития будущего растения зародыш окружен запасом питательных веществ, который называется эндоспермом, и дополнительно защищен семенной кожурой. Настоящий двойной кокон от неблагоприятных условий окружающей среды!
Семена голосеменных располагаются на чешуйках шишек открыто. А вот покрытосеменные образуют дополнительную защиту в виде плодов.
Чем семена отличаются от спор
Споры представляют собой отдельные клетки. Они могут отличаться размерами, формой, иметь жгутики для передвижения. Но функция у них одна - обеспечение бесполого размножения организмов.
Более прогрессивной частью растения является семя. Чем отличается от споры это образование? Прежде всего тем, что является органом, состоящим из тканей и специализированных клеток.
Для развития и прорастания спор необходима вода, а у семян такой запас уже есть в эндосперме. Не зря мхи и папоротники обитают только во влажных местах.
У большинства растений семена находятся внутри плодов. Они являются приспособлением для дополнительной защиты и распространения семян. Например, череда и лопух имеют специальные прицепки, которые легко прикрепляются к шерсти животных. Крылатка ясеня переносится ветром, а коробочка белены сама разбрасывает семена на приличное расстояние.
Клетки спор прорастают только в определенных условиях. Если влаги, света или тепла недостаточно, они погибают. Семена, благодаря запасу необходимых веществ, могут переждать неблагоприятные факторы. А с наступлением подходящего времени дать начало новому организму.
Еще одним бонусом семян является их способность к приобретению новых признаков, закрепленных в генотипе. Это происходит благодаря тому, что в результате слияния половых клеток возникает новая комбинация генетического материала. Используя это свойство, ученые-селекционеры создают семена с ценными качествами. Всем хорошо известна озимая пшеница, которая прорастает только в холоде и позволяет получать урожай зерновых круглогодично.
Семенные и споровые растения
В современном растительном мире семенные растения занимают господствующее положение, являясь вершиной эволюционного процесса. Если говорить о видовом разнообразии, то только водоросли, моховидные, плауновидные, хвощевидные и папоротникообразные размножаются спорами. Все остальные растения на планете - семенные. Ели и абрикос, дуб и вишня, розы и лилии. Всех растений не перечислить.
Запас веществ, зародыш будущего растительного организма, дополнительная защита, способность к распространению - всеми этими признаками обладает семя, чем отличается от споры, наделяя своих обладателей целым рядом важных преимуществ.
Ключевое слово: болотный мох (расположено по горизонтали).
Правильные ответы выделены жирным шрифтом. Ответ вставить в основу кроссворда, после прочтения вопроса.
3.Изучение нового материала
Сегодня мы приступаем к изучению новой группы растений. Их называют голосеменные. Мы должны ознакомиться с характерными особенностями голосеменных, рассмотреть типичных представителей этой группы растений, видовое разнообразие, значение голосеменных.
Голосеменные - это наземные растения, большинство из них вечнозеленые, но бывают и листопадные. Встречаются огромные, свыше 100м деревья, кустарники, но травянистых растений среди голосеменных нет. У голосеменных хорошо выражены органы: корень, лист, стебель. Для размножения им служат не споры, а семена. Семя содержит запас питательных веществ для зародыша, поэтому голосеменные имеют преимущества перед споровыми растениями. Расцвет голосеменных наблюдался 150 млн. лет назад. Из современных голосеменных наиболее известны хвойные: сосна, ель, лиственница, пихта, можжевельник.
Сосна занимает 25% от общей площади растительности. Сосны- могучие исполины с отливающими медью стволами, кудрявой кроной. 30- 40 м бывает их высота. Сосна- светолюбивое дерево. Ветви у старых сосен начинаются на высоте 10м от земли. На открытом месте сосна толще и ниже, дерево ветвистое, коренастое. По отношению к почве сосны неприхотливы, растут на песках, скалах, болотах, корневая система глубоко проникает в почву.
Игловидные листья сосны- хвоинки, 3-4 см длиной, расположены по 2, держатся на растении 2-3 года, покрыты толстой кожицей, чтобы уменьшить испарение влаги. Весной образуются шишки 2 типов. Мужские собраны у основания побегов, а женские- на вершинах веток. Женские растут, одревесневают, через 2 года их них высыпаются семена. 400 лет может жить сосна.
Елью заняты меньшие площади. Это теневыносливое дерево, нижние ветви сохраняются. Корневая система поверхностная, растет на богатых глинистых почвах, там, где близко залегают грунтовые воды. Хвоинки сидят поодиночке, 5-7 лет держатся на ветвях. Так же на побегах расположены мужские и женские шишки.
А теперь вам предстоит выполнить лабораторную работу. Строение хвои и шишек хвойных.
Лабораторная работа
Лиственницы сбрасывают свою хвою на зиму. Кора у молодых лиственниц гладкая, но с возрастом покрывается трещинами. Хвоинки однолетние, мягкие, узкие, расположены спирально на удлиненных побегах и пучками на укороченных. Леса из лиственницы- светлохвойная тайга- занимают более 40% лесной территории России. Лиственница считается национальным деревом России.
В России давно знали о высоком качестве древесины лиственницы. Петр I, закладывавший основы русского флота, прочил лиственнице роль главного строительного материала для больших и малых судов. История лесного дела засвидетельствовала это появлением на Карельском перешейке в 50 км от Ленинграда знаменитой Линдуловской лиственничной рощи, заложенной в 1738 году на площади 1,76 гектара как одно из начинаний по выращиванию корабельного леса вблизи места его потребления. Руководил посадками немецкий лесничий Фокель, специально приглашенный для этого Петром I из Германии. Теперь прославленная роща считается жемчужиной северного лесоводства, сюда организуются многочисленные экскурсии.
Пихта дерево высотой до 100 метров с прямым стволом. При наличии богатых почв, мягкого климата и высокой влажности воздуха отличаются исключительно высоким приростом. Очень декоративное растение, однако, весьма чувствительно к загрязнению воздуха.
4.Физкультурная минутка
Раз - подняться, потянуться,
Два - нагнуться, разогнуться,
Три - в ладоши, три хлопка,
Головою три кивка.
На четыре - руки шире,
Пять - руками помахать,
Шесть - на место тихо сесть
Эфедра невысокое, сильно ветвистое (иногда лиановидное) растение с чешуевидными листьями. Произрастает в преимущественно в степных, пустынных и горных районах.
Туя относится семейству кипарисовые. Родина ее Восточная Азия и Северная Америка. Благодаря большому количеству высокодекоративных форм, зимостойкости, долговечности и устойчивости к городским условиям, туя широко распространена во многих климатических зонах.
Секвойя самое высокое дерево в мире, славящееся также красивой, прямослойной, стойкой к гниению древесиной. Леса из секвойи вечнозеленой тянутся узкой полосой длиной около 720 км по тихоокеанскому побережью Северной Америки. Секвойя вечнозеленая нуждается в очень влажном климате, поэтому не заходит от берега дальше чем на 32-48 км, оставаясь в полосе влияния морского тумана. Средняя высота секвойи вечнозеленой - порядка 90 м, а рекордная - 117 м. Диаметр ствола часто достигает 6-7,6 м и может увеличиваться в год на 2,5 см. Самому старому представителю насчитывается около 2200 лет. Овальные шишки и короткие побеги с плоскими голубовато-серыми хвоинками придают ей красоту и пышность.
Вельвичия удивительная, своеобразное дерево-карлик с низким и толстым (диаметром до 1,2 м), напоминающим обрубок или пень стволом, почти полностью скрытым в земле и лишь не более чем на 0,5 м выступающим над её поверхностью. На верхушке ствола 2 супротивных кожистых ремневидных листа (дл. 2—3 м, иногда до 8 м, шириной до 1,8 м), растущих в течение всей жизни, которая длится несколько столетий, а у некоторых экземпляров — 2000 лет и более; у взрослого растения листья разрываются на ленты. Семена могут находиться в покое долгие годы. Растет в безводных каменистых приокеанических пустынях Африки (в пустыне Намиб). Влага поглощается через многочисленные. устьица на обеих сторонах листа, которые открываются во время тумана и закрываются при его рассеивании. Редкое реликтовое растение нуждается в охране.
Саговниковые, или цикадовые, появились еще в каменноугольном периоде, расцвет их приходится на эпоху динозавров. Их ошибочно называют саговыми пальмами. Растут они везде, кроме Европы и Антарктиды, в тропических джунглях, реже в сухих степях и саваннах. Они- живые свидетели того времени, когда Африка, Южная Америка и Австралия были единым материком. Внешне это пальмовидные деревья от 1 до 7 (редко до 20 м) в высоту. Иногда наземные стебли не формируются, и перистые, до 5-6 м длиной листья отходят прямо от корневища. На верхушках стеблей или листьев развиваются огромные, иногда метровые, разнополые шишки (стробилы). Семена обычно крупные, сочные, съедобные, нередко желтые, красные и оранжевые. У нас один вид выращивается в парках Черноморского побережья. В стволах многих саговников накапливается крахмал, из которого делают ценный продукт- саго (у нас саго изготовляли из картофельного крахмала).
- Создают органические вещества при фотосинтезе, выделяют кислород.
- Древесину используют в строительстве и как поделочный материал.
- Из древесины ели изготавливают бумагу, из древесины сосны- искусственные волокна.
- Семена кедровой сосны используют в пищу.
- Используют смолу хвойных- живицу, получая скипидар, канифоль.
5.Закрепление знаний
1. Отличие семени от споры заключается в том, что оно:
А. состоит из многих клеток;
Б. имеет запас питательных веществ;
В. имеет плотную кожуру;
Г. образовано одной клеткой.
2. На данный момент господствующее положение на Земле занимают:
А. семенные растения;
Б. низшие споровые;
В. высшие споровые.
3. Семена из шишек высыпаются:
А. в конце зимы;
Б. в начале зимы;
В. в конце лета;
Г. в конце весны.
4. Голосеменные произошли от:
А. покрытосеменных;
Б. семенных хвощей;
В. семенных плаунов;
Г. семенных папоротников.
5. Самое высокое хвойное растение:
А. сосна обыкновенная;
Б. туя;
В. пихта;
Г. секвойя
6. Рефлексия
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.
Читайте также: