Растения образующие семена. Семенные растения

Высшие растения - это такие виды растений, которые вышли на сушу и приспособились к своей новой среде обитания. Их насчитывается более 300 тысяч видов. Высшие растения отличаются наличием вегетативных органов, таких как корень и побег, и имеют одинаковые фотосинтетические пигменты: хлорофил и каротиноиды.

Высшие растения в своем большинстве имеют сложную транспортную систему веществ, могут регулировать с помощью листьев. Клетки высших растений образуют ткани. Спорофит преобладает в жизненном цикле (кроме мохообразных).

Гаметофит постпенно редуцируется на несколько клеток. Органы полового и многоклеточны. Оплодотворение с усложнением видов перестает зависеть от воды. Зигота дает начало многоклеточному зародышу.

Высшие наземные растения составляют основную часть биомассы Земли - около 90%.

Систематика высших растений

К высшим растениям относятся высшие споровые и высшие семенные растения.

Высшие споровые: риниеобразные (исключительно ископаемые), псилотообразные (сохранилось около 20 видов), мохообразные (23-27 тысяч видов), плаунообразные (около 1300 видов), хвощеобразные (около 30 видов), папоротникообразные (порядка 12000 видов).

Высшие растения, которые размножаются спорами, ботаники объединяют общим названием - высшие споровые. К ним относятся как ныне существующие, так и вымершие виды. Тело высших споровых делится на надземную и подземную части, развиты вегетативные органы. состоит из чередования поколений: спорофита и гаметофита. Спорофит хорошо развит, живет продолжительное время (исключение составляют мохообразные). На нем развиваются многоклеточные спорангии, из которых после мейоза образуются недвижимые гаплоидные споры. Они одноклеточные, маленьких размеров, распространяются преимущественно ветром и прорастают в гаметофит.

Оплодотворение высших споровых происходит лишь при наличии воды. По размножения различают двуполые растения (у которых есть и мужские, и женские клетки) и однополые (имеются или мужские, или женские клетки).

Споры могут быть разными и одинаковыми по размеру. Высшие споровые растения, которые имеют одинаковые споры, называют равноспоровыми, а те, у которых споры разные - разноспоровыми. В зависимости от размеров различают микроспоры (маленькие по размеру) и мегаспоры (большие).

Считается, что семенные растения произошли непосредственно от споровых, в частности от папоротников.

Высшие семенные растения: пинофиты (голосеменные) - порядка 800 видов, магнолиофиты (покрытосеменные) - 300 тысяч видов.

Высшие семенные растения достигли своего расцвета в когда климат стал более засушливым и холодным, появилась смена сезонов. В настоящее время наиболее распространены покрытосеменные виды.

Семенные растения имеют ряд преимуществ перед высшими споровыми. Они состоят из одинаковых органов: корня, побега, семени. Ствол значительно крепче, чем у споровых, так как на нем разрастаются клетки древесины. При это основная часть клеток древесины - мертвая.

Семенные растения являются исключительно разноспоровыми. Гаметофит развивается на спорофите и питается за его счет.

Размножение происходит с помощью семян, которые представляют собой многоклеточные сформированные зародыши, которые включают в себя запас питательных веществ. Оплодотворению высших семенных предшествует опыление - перенесение пыльцевых зерен в семенные зачатки с яйцеклеткой. Опыление осуществляется с помощью ветра, воды, животных, насекомых. Оплодотворение перестает зависеть только от воды, как у высших споровых. Оно происходит благодаря вегетативной клетке пыльцы, которая прорастает в пыльцевую трубку.

Они являются более прогрессивными:

У них есть семя с запасом питательных веществ;

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

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

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

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

Рис. 11.Ель Рис. 12. Гинкго двулопастное

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

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

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

и ветка с шишками первого дают начало спорофиту – крупному листостебельному

и второго года; а-мужские, растению.

б-женские шишки. Другие представители хвойных.

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

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

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

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

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

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

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

Можно разделить на две группы: низшие, и высшие, или листостеблевые растения. Такое разделение предложил английский ботаник Р. Броун в 1827 году. До средины ХХ ст. низшими растениями считались бактерии, водоросли, слизневики, грибы и лишайники. Согласно современной систематике бактерии, грибы и грибоподобные организмы выделены в самостоятельные царства, а к низшим растениям относят водоросли. Их вегетативное тело (слоевище, или таллом) не дифференцировано на органы и не имеет сложного строения тканей. У примитивных форм всё тело состоит из одной клетки. У высших растений тело дифференцировано на вегетативные и генеративные органы и имеет тканевое строение. К ним относятся мохообразные, плаунообразные, хвощеобразные, папоротникообразные, голосеменные и покрытосеменные (цветковые).

Замечание 1

К семенным растениям относятся два отдела:

• Голосеменные - размножаются семенами, но плодов не образуют;
• Покрытосеменные, или Цветковые - имеют цветок и семена, закрытые околоплодником (плод).

Семенные растения в ходе эволюции приобрели ряд адаптационных особенностей в развитии, которые позволили им занять господствующее положение в царстве растений:

• внутреннее оплодотворение ,
• развитие зародыша внутри семенного зачатка,
• наличие семени.

Появление высших семенных растений - это новый этап в эволюционном развитии растительного мира. Организм расте6ий смог выработать много разнообразных свойств и приспособлений к жизни в разнообразных условиях суши. Покрытосеменные растения достигли наибольшего развития и лучше всего приспособились к наземному образу жизни.

В процессе длительной эволюции у растений сформировались специальные вегетативные органы: корень, изменённые и приспособленные к наземной среде органы размножения. Увеличилась поверхность соприкасания с внешней средой благодаря большему ветвлению надземных и подземных органов. Усложнилось анатомическое строение, формируются ткани. Развивается покровная ткань, защищающая растение от лишнего испарения. В результате необходимости подачи воды и минеральных солей к надземным органам и обратного оттока органических веществ из листьев в другие органы растений сформировалась проводящая ткань. А с увеличением фотосинтезирующих органов (листьев) больше стал объём ассимиляционная ткань. Формируются так же запасающая, механические и другие ткани.

В процессе эволюции половой процесс усложнился, потому образовались многоклеточные половые органы, защищающие яйцеклетку от высыхания.

Семя стало одним из важнейших приобретений в эволюции растений.

Развитие семенных растений в процессе эволюции шло путём всё большей редукции гаметофита.

Отличительные признаки семенных растений

Семенные растения в сравнении со споровыми представляют более высоко организованы, поскольку главным элементом для распространения определённого вида является качественно новое образование - семя.

Замечание 2

Главным преимуществом семенных растений перед споровыми, которое возникло в процессе эволюции, - независимость оплодотворения от наличия воды. Благодаря этому семенные растения получили возможность распространяться по земной поверхности и стали господствующей прогрессивной группой растений.

Большим прогрессом стало то, что споры одноклеточные, а семена - многоклеточные и содержат уже сформированный зародыш и запас питательных веществ для его развития.

У семенных растений происходит дальнейшее развитие и ещё большее доминирование в цикле развития спорофита и редукция гаметофита, полностью зависящего от спорофита.

Внешний вид, строение и биологические особенности высших семенных растений очень разнообразны.

Для высших семенных растений характерным есть чёткое чередование в жизненном цикле двух поколений: полового (гаметофита) и бесполого (спорофита). Замечание Спорофит у высших растений постепенно занял доминирующее состояние над гаметофитом.

Подвижные, со жгутиками сперматозооны у более совершенных семенных растений превратились на спермии без жгутиков и потерли способность к самостоятельному движению. И если у более древних наземных споровых растений процесс оплодотворения зависит от воды, то у более высокоорганизованных голо- и покрытосеменных половое размножение уже полностью независимо от её наличия.

Все семенные относятся к разноспоровым растениям, а их крайне редуцированный гаметофит размещён внутри мегаспоры.

Возникновение семени - это крупнейший аромор- фоз в эволюции растений, обеспечивший их развитие и распространение на Земле.

Все семенные растения - разноспоровые. Если у Споровых растений мегаспора падает на землю, то у семенных остается в мегаспорангии.

Здесь из мега­споры вырастает женский заросток и образуется архе- гоний с женской половой клеткой.

Микроспора (пылинка), переносимая ветром или насекомыми, переносится к спорангию, содержаще­му мегаспору. Микроспора прорастает, превращаясь в очень простой мужской заросток, на котором или об­разуются сперматозоиды (у некоторых Голосеменных), или пыльцевая трубка (у Хвойных и всех Покрыто­семенных). В первом случае сперматозоид сливается с яйцеклеткой, а втором - одно из ядер мужского за­ростка впрыскивается в женский. Второй вариант по­зволяет осуществить оплодотворение при отсутствии воды.

Произошли от древнейших папоротниковидных в девонском периоде. В настоящее время насчитыва­ют около 700 видов деревьев и кустарников. Основную группу составляют хвойные деревья: ель, сосна, ли­ственница, кедр, пихта, можжевельник, туя, кипарис и т.д. В жизненном цикле господствует диплоидный спорофит. Ствол с хорошо развитой корой и древеси­ной, пронизанными смоляными ходами. В ходах нака­пливаются смолы, эфирные масла, бальзамы. Листья хвойные или чешуевидные.

Сосна, многолетнее растение, размножающееся се­менами, которые образуются в шишках. Шишки двух типов - мужские и женские. Мужские шишки раз­виваются у основания молодых побегов. Они состо­ят из оси, покрытой чешуйками, которые и являют­ся микроспорофиллами. На нижней стороне каждой чешуйки находятся 2 микро спорангия (пыльцевых мешка). В них после мейотического деления исход­ных клеток развиваются гаплоидные микроспоры. Из микроспор образуются пыльцевые зерна. Пыльцевое зерно сосны является гаметофитом. Оно покрыто двумя оболочками (экзиной и интиной), между кото­рыми находится камера, заполненная воздухом. Воз­дух облегчает вес пыльцы. Внутри каждой микроспо­ры образуется два спермия и клетки, дающие начало пыльцевой трубке.

Женские шишки развиваются на конце молодых побегов. Шишка образована семенными и кроющи­ми чешуйками. На нижней стороне семенных чешуек формируется по два семязачатка. Это мегаспорангии. Каждый мегаспорангий имеет покров (интегумент) и центральную часть (нуцеллус). В семязачатке есть пыльцевход (микропиле). Мегаспора после митотиче­ского деления прорастает в женский гаметофит, обра­зованный гаплоидным эндоспермом и двумя архего- ниями с яйцеклетками.

Опыление у сосны происходит следующим образом: пыльца приклеивается к семязачаткам смолистым ве­ществом. Вегетативная клетка пыльцы образует пыль­цевую трубку, которая проникает в семязачаток. Примерно через 12-14 месяцев происходит оплодотво­рение. Один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, а другой погибает. Из оплодотворенной яйцеклетки об­разуется диплоидный зародыш - спорофит. Из остат­ков нуцеллуса формируется гаплоидный эндосперм, а из интегумента - кожура семени. Покровы чешуи шишки одревесневают и расходятся. Семена, снабжен­ные крылатыми выростами, разлетаются. При попада­нии в почву в благоприятных условиях они дают нача­ло новому растению.

Произошли предположительно в мезозое от Голо­семенных. Насчитывают около 250 тыс. видов. Они господствуют на большей части суши и создают ос­новную часть фитомассы и кислорода. Освоить сушу покрытосеменные смогли благодаря прогрессивным изменениям вегетативных и репродуктивных орга­нов.

К основным ароморфозам, обеспечившим появ­ление и распространение цветковых растений, отно­сятся:

■ формирование сосудистых проводящих тканей - ксилемы и флоэмы;

■ появление цветка, из завязи которого развивает­ся плод, защищающий семена;

■ возникновение двойного оплодотворения, обе­спечивающего формирование триплоидного эндоспер­ма, необходимого для развития диплоидного заро­дыша;

■ редукция женского гаметофита до 8 клеток заро­дышевого мешка.

Женский гаметофит формируется в завязи пести­ка. Одна из диплоидных клеток семязачатка делится мейотически с образованием 4 гаплоидных мегаспор. Три их них отмирают, а оставшаяся клетка претерпе­вает три митотических деления. Образуется зароды­шевый мешок, или женский гаметофит, состоящий из 8 гаплоидных ядер. Затем в зародышевом меш­ке формируются: яйцеклетка, диплоидное централь­ное ядро (образовавшегося в результате слияния двух ядер зародышевого мешка) и несколько дополнитель­ных клеток.

Мужской гаметофит образуется в пыльниках ты­чинок и представляет собой пылинку. Пылинка содер­жит генеративную и вегетативную клетки. Из генера­тивной клетки образуется два спермия.

При попадании на рыльце пестика, пыльца прорас­тает. Из вегетативной клетки образуется пыльцевая трубка, через которую в зародышевый мешок впры­скивается два мужских ядра. Одно из ядер сливается с ядром яйцеклетки, а другое - с диплоидным цен­тральным ядром. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, а из триплоидного ядра - ядра запасающей ткани - эндосперм. Этот способ оплодо­творения был открыт С.Г. Навашиным и получил на­звание двойного оплодотворения.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ №24

а) семенное размножение; б) наличие всех органов растения; в) зависимость оплодотворения от воды; г) отсутствие настоящих проводящих сосудов.

2. Шишка хвойных - это:

а) плод; б) система побегов; в) семязачаток; г) заро­дыш.

3. Что образуется в красноватых шишках сосны?

а) пыльцевые мешки; б) семязачатки; в) споры; г) и пыльцевые мешки, и семязачатки.

а) развитие из спор; б) наличие цветка; в) развитие из семени; г) деление на классы однодольных и дву­дольных.

5 Оплодотворение у цветковых растений называет­ся двойным потому, что:

а) оно происходит в разных местах растения;

б) оплодотворяются ядро яйцеклетки и диплоидное ядро женского гаметофита; в) оно происходит подряд два раза; в) в результате образуются два зародыша; г) в нем участвуют два органа размножения.

6. Околоплодник цветковых образуется из:

а) семязачатка; б) из стенки завязи; в) из цветоло­жа; г) из пыльника.

7. Чем представлены гаметофит и спорофит сосны?

8. Как происходит оплодотворение у сосны?

9. По каким признакам можно отличить мужскую шишку от женской?

10. При двойном оплодотворении из центральной клетки, после ее оплодотворения образуется: а) зиго­та; б) эндосперм; в) околоплодник; г) зародыш.

Цветок и его функции. Соцветия и их биологическое

значение

Цветок - это видоизмененный побег, служащий для семенного размножения. Цветок развивается из генеративной почки. Стеблевая часть цветка представ­лена цветоножкой и цветоложем. Остальные части - чашечка, венчик, тычинки, пестик представляют со­бой видоизмененные листья. Совокупность чашечки и венчика называется околоцветником. Околоцвет­ник, не подразделенный на чашечку и венчик, назы­вается простым. Околоцветник с чашечкой и венчи­ком называется двойным.

Главные части цветка - тычинки и пестик. Ты­чинка состоит из тычиночной нити и пыльника, вну­три которого созревает пыльца (процесс созревания пыльцы называется микроспорогенезом). Совокуп­ность тычинок одного цветка называется андроцеем. Пестик (плодолистик) состоит из рыльца, столбика и завязи. Внутри завязи находится семяпочка (семя­зачаток), из которой после оплодотворения развива­ется семя. Из стенок завязи развивается плод. Сово­купность всех пестиков цветка называется гинецей. Цветки, в которых есть и пестики и тычинки, называ­ются обоеполыми. Однополые цветки содержат либо тычинки, либо пестики. Растения с однополыми цвет­ками делятся на однодомные - те, на которых есть и тычиночные и пестичные цветки, и двудомные - те, на которых развиваются или тычиночные или пе­стичные цветки.

Цветки могут быть одиночными или собранными в соцветия - группы цветков, расположенных в опре­деленном порядке.

Соцветия более заметны для опылителей, легче опыляются ветром. На растениях, несущих соцветия, количество созревающих плодов значительно больше, чем на одиночных цветках.

Соцветия делятся на простые и сложные. У про­стых соцветий на главной оси расположены цветки, у сложных - простые соцветия. Простые соцветия - кисть (люпин), колос (подорожник), початок (кукуру­за), простой зонтик (вишня), головка (клевер), корзин­ка (астры), щиток (рябина).

Сложные соцветия - сложная кисть или метелка (сирень), сложный зонтик (петрушка), сложный колос (пшеница), сложный щиток (пижма).

Семя, плод

Семя - орган, образующийся в результате полово­го размножения цветковых растений и служащий для расселения растений. Развивается из семязачатка. Семя состоит из зародыша, эндосперма и семенной ко­журы. Зародыш состоит из корешка, почечки и одной или двух семядолей. У однодольных семядоля одна, а запас питательных веществ содержится в эндоспер­ме. У двудольных растений две семядоли. Некоторые из Двудольных запас питательных веществ содержат не в эндосперме, а в семядолях. Семенная кожура об­разуется из покровов семяпочки и защищает зародыш от высыхания. Для прорастания семян необходимы определенная температура, влажность, воздух.

Покой семян - важное приспособительное свой­ство, предохраняющее от преждевременного прораста­ния.

Плоды - органы защиты и распространения се­мян. Плод - это конечный этап развития цветка. Раз­вивается из завязи цветка. Стенки завязи образуют околоплодник. В зависимости от типа околоплодника плоды делят на сухие и сочные, многосемянные и од­носемянные.

Сухие односемянные плоды - семянка, зерновка, орех (подсолнух, рожь, лещина^.

Сухие многосемянные плоды - боб, стручок, коро­бочка (соя, капуста, мак).

Сочные односемянные - костянка (вишня, слива, абрикос).

Сочные многосемянные - ягода (виноград, томат).

Особые виды сочных многосемянных плодов:

■ яблоко - завязь погружена в ткань цветоложа (яблоня, груша, айва)

■ тыквина - околоплодник твердый, образован из нижней завязи.

■ померанец - многогнездный плод, образован­ный из верхней завязи (апельсин, лимон, мандарин).

Плоды, образованные из нескольких цветков, назы­ваются соплодиями.

Сложные плоды:

■ многоорешек

■ многокостянка

■ земляничина (мякоть земляники - это цветоло­же, а настоящие плоды - орешки на поверхности зем­ляничины).

Приспособления плодов к распространению связа­ны со способом распространения - животными, ве­тром, водой. Крючки, зацепки, цвет, вкус, летучки, парашютики и др. приспособления обеспечивают рас­селение растений в природе.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ №25

1. Какова роль цветка в жизни растения?

2. Что общего и различного в процессах оплодотво­рения голосеменных и покрытосеменных растений?

3. Приведите примеры растений, обладающих опре­деленным типом соцветия.

4. Расскажите о классификации плодов.

Ткани высших растений

Ткани - это устойчивые комплексы клеток, сход­ные по своему строению, происхождению и функци­ям. У прокариот и примитивных водорослей тканей нет.

Клеточная дифференциация начинается у бурых водорослей и достигает максимума у покрытосемен­ных растений. Различают следующие основные груп­пы тканей:

■ образовательные

■ основные

■ проводящие

■ покровные

■ механические

■ выделительные

1. При сборе бересты у дерева повреждают:

а) камбий, б) ксилему, в) флоэму, г) сердцевину.

2. Образовательная ткань находится в:

а) всасывающей зоне корня, б) верхушке стебля,

в) флоэме, г) сердцевине стебля.

3. Механическая ткань - это:

а) паренхима, б) мензенхима, в) склеренхима,

г) эпидермис.

4. Какие функции выполняет жилка листа?

Вегетативные органы цветковых растений

Орган - это часть тела, состоящая из различных тканей, имеющая определенную форму и выполня­ющая определенные функции. Вегетативные органы обеспечивают обмен веществ и рост растения. К ним относятся корень, стебель, лист.

Корень - орган растения, выполняющий функции закрепления растения в почве, почвенного питания водой и минеральными веществами, запасания орга­нических веществ, вегетативного размножения под­земными частями.

Корень является осевым органом с радиальной сим­метрией. Верхушка корня покрыта корневым чехли- ком, под которым находится верхушечная меристе­ма - образовательная ткань, обеспечивающая рост корня.

Разновидности корней: главные, боковые, прида­точные. Совокупность всех корней одного растения об­разует корневую систему. Корневые системы двудоль­ных растений, как правило, стержневые, корневые системы однодольных растений, как правило, мочко­ватые.

На продольном разрезе молодого корня видны 4 зоны:

■ зона деления, или верхушечная меристема, об­разующая конус нарастания корня. Эта группа кле­ток образует клетки корневого чехлика и слизь, за­щищающие корень и облегчающие его продвижение в почве.

■ зона растяжения образована молодыми, расту­щими клетками. Здесь начинается формирование тка­ней корня: покровной - эпиблемы, проводящей ткани осевого цилиндра, боковой меристемы в виде перицик- ла, расположенного вокруг осевого цилиндра.

■ зона корневых волосков (зона всасывания) обра­зована выростами клеток эпиблемы (первичной, од­нослойной всасывающей ткани корня, называемой еще ризодермой).

На поперечном срезе молодого корня в этой зоне обнаруживаются: первичная кора, находящаяся под эпиблемой, под ней находится эндодерма, окружаю­щая центральный цилиндр. В центральном цилиндре находятся сосуды ксилемы и флоэмы, сердцевина.

я зона проведения, здесь формируются боковые корни и вторичная структура корня многолетних рас­тений. У однолетних растений сохраняется только пер­вичная структура корня.

Транспорт воды из почвы в корень происходит пас­сивно, благодаря разности осмотических давлений между цитоплазмой клеток эпиблемы и водных рас­творов почвы. А эта разность давлений, в свою оче­редь, создается активно за счет затраты энергии. Из клеток эпиблемы вода поднимается в проводящие эле­менты осевого цилиндра в результате роста осмотиче­ского давления. В сосудах корня давление поднимает­ся до 3 атмосфер. Оно создано за счет затраты энергии растением. Вверх по стеблю вода поднимается за счет испарения воды в листьях.

У многих растений встречаются видоизмененные корни: корнеплоды (у редиса, редьки, свеклы и т.д.), корневые клубни (у георгина, батата). Корни мно­гих растений вступают в симбиоз с грибами, образуя микоризы или грибокорни. Корни бобовых растений вступают в симбиоз с бактериями рода ЛизоЫит. В результате образуются клубеньки. Бактерии фик­сируют атмосферный азот и обеспечивают им расте­ния.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ №27

1. Основную массу корневой системы злаков состав­ляют корни:

а) боковые; б) главные; в) придаточные; г) воздуш­ные.

2. Клетки корневого чехлика образованы:

а) покровной тканью, б) камбием; в) ситовидными трубками; г) всасывающей тканью

3. Корни поглощают воду из почвы путем:

а) активного транспорта; б) осмоса; в) возникнове­ния корневого давления.

4. Расскажите о видоизменениях корней.

Побег - это стебель с расположенными на нем ли­стьями и почками. Расположение почек и листьев на побеге бывает:

■ супротивным

■ очередным

■ мутовчатым

Элементы побега формируются из общей апикаль­ной меристемы и обладают единой проводящей си­стемой. Формирование побега относится к крупней­шим ароморфозам, обусловившим выход растений на сушу.

Укороченный зачаточный побег - почка - со­стоит из зачаточного стебля и листьев (вегетативная почка) или цветков (генеративная почка). Почки, не­сущие в себе и листья, и цветки называются смешан­ными. Верхушечные почки обеспечивают рост побега в длину, боковые (пазушные) - обеспечивают вет­вление побега. «Спящие почки» развиваются после отмирания вышележащих почек. Почки могут быть защищены почечными чешуями, и тогда их называ­ют закрытыми. Почки без чешуй называются откры­тыми.

Стебель - осевой вегетативный орган с радиаль­ной симметрией. Обладает верхушечным ростом. Глав­ный стебель развивается из почечки зародыша семени.

Функции стебля:

■ опорная

■ проводящая

■ запасающая

■ фотосинтезирующая

■ рост и ветвление растения

■ вегетативное размножение

Строение стебля. Стебель травянистых растений со­стоит из эпидермы и основной ткани - ассимиляци­онной паренхимы. В ней располагаются проводящие сосудисто-волокнистые пучки, содержащие элемен­ты ксилемы и флоэмы. В стеблях древесных растений ксилема и флоэма разделены камбием. На поперечном срезе такого стебля видны: сердцевина, древесина с го­дичными кольцами, камбий, кора. Кора это весь слой, расположенный кнаружи от камбия. Внутренний слой коры, прилегающий к камбию, образован лубом, или флоэмой.

По характеру роста стебли делятся на прямостоя­чие (сосна), ползучие (огурец), цепляющиеся, лазаю­щие (лианы), вьющиеся (вьюнок).

Видоизмененные стебли образуют корневища, клуб­ни, луковицы.

Лист - это боковой орган растения, обладающий двусторонней симметрией и обеспечивающий функ­ции фотосинтеза, транспирации и газообмена. Лист состоит из листовой пластинки и черешка. В зависи­мости от количества листовых пластинок листья бы­вают простыми (с одной листовой пластинкой на черешке) и сложными (с несколькими листовыми пла­стинками, имеющими собственные черешки). Форма листьев и их расположение на стебле, тип жилкования являются важными систематическими признаками. Листья, не имеющие черешка, называются сидячими. Листья с черешками - черешковыми.

Лист с обеих сторон покрыт эпидермисом. На ниж­ней стороне листа находятся устьица, обеспечиваю­щие газообмен и транспирацию. У водных растений устьица расположены на верхней стороне листа. Мя­коть листа называется мезофиллом. Скелет листа об­разован сосудисто-волокнистыми пучками и механи­ческой тканью. Через черешок проводящие элементы листа связаны со стеблем. По характеру расположения жилок встречаются листья с сетчатым, дуговым и па­раллельным жилкованием. Сетчатое жилкование наи­более характерно для двудольных растений, дуговое и параллельное - для однодольных.

Фотосинтез происходит в столбчатой и губча­той тканях паренхимы. Столбчатая ткань примыкает к верхней кожице, а губчатая к нижней.

В зависимости от среды обитания у листьев воз­никли различные адаптации. У растений засушливых мест адаптации связаны с уменьшением испарения и накоплением запасов влаги. У растений влажных мест обитания адаптации связаны с увеличением транспирации.

В зависимости от характера адаптаций возникли видоизменения листьев: колючки (барбарис, кактус), усики (горох), ловчий аппарат (непентес), мясистые чешуи (лук), плотная кутикула (столетник).

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ №28

1. Из каких почек развиваются яблоки:

а) из вегетативных; б) из пазушных; в) из придаточ­ных; г) из генеративных.

2. Если в одном узле побега развивается более 2 ли­стьев, то расположение листьев на этом побеге:

а) супротивное; б) очередное; в) мутовчатое.

3. Если у растения параллельное или дуговое жил­кование листьев, то у этого растения, скорее всего:

а) стержневая корневая система;

б) мочковатая корневая система;

в) с равной вероятностью может быть любая корне­вая система.

4. Простыми называют листья:

а) с сетчатым жилкованием;

б) с одним черешком и одной листовой пластинкой;

в) с одним черешком и несколькими листовыми пластинками;

г) с несколькими черешками и несколькими листо­выми пластинками.

5. Расскажите о видоизменениях побега.

Однодольные и двудольные растения

Цветковые растения делятся на два класса - дву­дольные и однодольные. Основными признаками клас­са Двудольные являются следующие:

■ в зародыше семени две семядоли

■ корневая система, как правило, стержневая

■ рост стебля в толщину обеспечивается камбием (боковой меристемой)

■ листья обычно с сетчатым жилкованием. Исклю­чение - подорожник

■ цветки имеют двойной околоцветник. Число ком­понентов цветка кратно 5, иногда 4.

■ основные жизненные формы - деревья, травы, кустарники.

Самая процветающая группа растений образует семена. Эти растения, по-видимому, произошли от вымерших семенных представителей папо­ротников и их близких родичей. Систематика и основные признаки семенных растений сумми­рованы в табл. 2.10.

* Диагностический признак

В табл. 2.10 рассматриваются две основные группы семенных растений – голосеменные и покрытосеменные . Последние чаше называют цветковыми растениями . У голосеменных семяза­чатки (и впоследствии семена) располагаются на поверхности особых чешуйчатых листьев, назы­ваемых мегаспорофиллами или семенными че­шуями. Эти чешуи собраны в шишки. У покры­тосеменных семязачатки, а следовательно, и се­мена, заключены в особые структуры, т.е. лучше защищены.

2.7.4. Отдел Coniferophyta (хвойные)

Основные признаки Coniferophyta суммированы в табл. 2.10.

Хвойные (голосеменные) – процветающая группа растений, распространенных по всему земному шару; на их долю приходится пример­но одна треть всех лесов планеты. Это деревья и кустарники, в основном вечнозеленые с игло­видными листьями. Подавляющее число видов обитают в высоких широтах и распространяют­ся на север дальше всех других деревьев. Хвойные имеют большое хозяйственное значение в качестве «мягкой древесины», используемой не только для получения лесо- и пиломатериалов, но и для получения смолы, скипидара и древес­ной мезги. К хвойным относятся сосны, лист­венницы (с опадающей на зиму листвой), пих­ты, ели и кедры. Типичный представитель хвойных – сосна обыкновенная (Pinus sylvestris ).

Этот вид распространен на всей территории центральной и северной Европы, бывшего СССР и Северной Америки. Он был интродуцирован и в Великобританию, но в природных условиях растет только в Шотландии. Это кра­сивое величественное дерево высотой до 36 м с характерной отслаивающейся корой розовато-или желтовато-коричневого цвета выращивают и для декоративных целей, и для получения пи­ло- и лесоматериалов. Сосны чаще всего растут на песчаных или бедных горных почвах, и поэ­тому корневая система у них обычно расстила­ется в поверхностных слоях почвы и сильно ветвится. Внешний вид сосны показан на рис. 2.39.

Рис. 2.39. Внешний вид и характерные признаки споро­фитного поколения сосны обыкновенной (Pinus syl­vestris).

Каждый год из мутовки боковых почек на верхушке ствола вырастает новая мутовка ветвей. Характерный заостренный на конус облик сосны и других хвойных обусловлен тем, что му­товки более коротких (более молодых) веток на верхушке книзу постепенно сменяются все более длинными (более старыми). С возрастом ниж­ние ветви отмирают и отпадают; поэтому крона у старых деревьев обычно сохраняется только на верхушке (рис. 2.39).

Главные ветви и ствол продолжают расти из года в год в результате роста верхушечной поч­ки. Поэтому говорят, что для хвойных характе­рен неограниченный рост . Чешуевидные листья расположены спирально; в пазухах таких листь­ев находятся почки, из которых развиваются короткие веточки (длиной 2–3 мм), называе­мые укороченными побегами . Это – стебли с ограниченным ростом , на верхушке которых растет по два листа. Как только побег вырастает, чешу­евидный лист у основания отпадает и на его ме­сте остается рубец. Листья похожи на иголки, что уменьшает площадь их поверхности, а сле­довательно, и потери воды. Кроме того, листья покрыты толстой восковой кутикулой, а устьи­ца погружены глубоко в ткань листа – еще одна адаптация для сохранения воды. Эти ксеромор­фные черты позволяют сводить к минимуму по­тери воды из вечнозеленых листьев во время хо­лодных сезонов, когда вода может замерзнуть, или когда ее трудно извлечь из почвы. Через два-три года укороченные побеги отпадают вместе с листьями и на их месте остается еще один рубец.

Дерево представляет собой спорофитное по­коление. Весной на одном и том же дереве обра­зуются мужские и женские шишки. Диаметр мужских шишек составляет около 0,5 см; они ок­руглые и располагаются группами у основания новых побегов под верхушечной почкой. Развиваются они в пазухах чешуевидных листьев вместо укороченных побегов. Женские шишки появляются в пазухах чешуевидных листьев на конце новых сильных побегов на некотором рас­стоянии от мужских шишек и располагаются бо­лее беспорядочно. Поскольку полное развитие шишки занимает три года, шишки очень разли­чаются по размерам, и на одном дереве можно обнаружить шишки от 0,5 до 6 см величиной. Молодые шишки имеют зеленый цвет, но на второй год они становятся коричневыми или красновато-коричневыми. И мужские, и жен­ские шишки состоят из плотно прижатых друг к другу спорофиллов (модифицированных листьев), расположенных спирально вокруг централь­ной оси (рис. 2.39).

На нижней поверхности каждого спорофил­ла мужской шишки находятся два микроспорангия , или пыльцевых мешка . Внутри каждого пыльцевого мешка происходит мейотическое де­ление, приводящее к образованию гаплоидных пыльцевых зерен , или микроспор . В них находят­ся мужские гаметы. У пыльцевых зерен имеется по два больших воздушных мешка, облегчающих их распространение ветром. В мае шишки стано­вятся совсем желтыми из-за пыльцы, которая целым облаком вылетает из них. В конце лета они увядают и отпадают.

Каждый спорофилл женской шишки состо­ит из нижней кроющей чешуйки и более круп­ной верхней чешуи, несущей семязачатки. На верхней поверхности крупной чешуи бок о бок расположены два семязачатка, внутри которых происходит образование женских гамет. Опы­ление происходит уже на первом году развития шишки, но оплодотворение задерживается до следующей весны, когда вырастут пыльцевые трубки. Из оплодотворенных семязачатков об­разуются крылатые семена. Созревание семян продолжается в течение второго года, и лишь на третий год они высыпаются. К этому време­ни шишка становится относительно крупной и одревесневает, а чешуи отгибаются наружу, обнажая семена перед тем как их развеет ветром.

2.7.5. Отдел Angiospermophytae (покрытосеменные, или цветковые растения)

Основные признаки покрытосеменных перечис­лены в табл. 2.10.

Таблица 2.10. Систематика и основные признаки семенных растений

* Диагностический признак

Покрытосеменные лучше других растений адаптированы к жизни на суше. Появившись в меловом периоде примерно 135 млн. лет назад, они быстро вытеснили хвойные, заняв главенст­вующее положение среди растительности плане­ты и освоив самые разнообразные местообита­ния. Некоторые из покрытосеменных вернулись к пресноводному, а несколько видов – солоно­ватоводному образу жизни.

Одна из самых характерных особенностей покрытосеменных, помимо закрытых семян, о которых уже говорилось, это – появление цветков вместо шишек. Наличие цветков позволило этим растениям привлечь для опыления насеко­мых, а иногда даже птиц и летучих мышей. Яр­кая окраска цветков, аромат, съедобная пыльца и нектар – все это средства для привлечения животных-опылителей. В некоторых случаях эволюция опылителей и цветков шла параллель­но, что привело к возникновению многих высо­коспециализированных и взаимовыгодных от­ношений. Адаптации цветка, как правило, были направлены на максимальное увеличение шан­сов для переноса пыльцы насекомыми, и поэтому этот процесс более надежен, чем опыление ветром. Растениям, опыляемым насекомыми, не нужны такие большие количества пыльцы, как при опылении ветром. Тем не менее многие цветковые растения приспособились к опыле­нию ветром.

Двудольные и однодольные

Покрытосеменные растения делятся на две боль­шие группы, которым можно дать статус классов.

Таблица 2.11. Основные различия между двудольными и однодольными

Рис. 2.40. Строение листа однодольных (А) и двудоль­ных (Б).

Чаще всего эти две группы называют однодоль­ными и двудольными . В табл. 2.11 перечислены ос­новные признаки, по которым они различаются (см. также рис. 2.40). Согласно современным представлениям, однодольные, вероятно, про­изошли от двудольных.

Покрытосеменные бывают травянистые (т.е. не одревесневшие) и деревянистые . К по­следним относятся кустарники и деревья. У этих растений образуется большое количество вторичной ксилемы (древесины), которая выполняет опорную функцию и, кроме того, слу­жит проводящей тканью. Ксилема возникает в результате активности проводящих пучков камбия . Этот камбий представляет собой слой клеток, расположенных между ксилемой и флоэмой в стеблях и корнях. Клетки камбия сохраняют способность к делению. Образую­щаяся при этом новая ксилема называется вто­ричной ксилемой или древесиной .

Травянистые растения, или травы, полагают­ся для опоры только на тургесцентность клеток и на большое количество механических тканей, таких как колленхима, склеренхима и ксилема; неудивительно поэтому, что и сами они не очень велики. У травянистых растений либо совсем нет камбия, либо, если он и имеется, его активность незначительна.

Многие травянистые растения однолетние , т.е. весь цикл развития от семени до семени у них завершается за один год. У некоторых тра­вянистых растений образуются многолетние органы типа луковиц, клубнелуковиц или клубней, благодаря которым растение перезимовывает или же переживает периоды небла­гоприятных условий, например засуху (гл. 20). Такие травянистые растения могут быть двулетними или многолетними . В первом случае они и образуют семена, и отмирают на второй год, во втором – живут много лет. Кустарники и деревья – растения многолетние. Они могут быть либо вечнозелеными , либо листопадными . Вечнозеленые растения образуют и сбрасыва­ют листву круглый год, поэтому на растениях всегда есть листья. Листопадные полностью сбрасывают листья в холодное или засушливое время года.

Разнообразие покрытосеменных проиллю­стрировано на рис. 2.41–2.44 на примере типичных представителей этой группы расте­ний.

Рис. 2.41. Строение цветка и вегетативных органов однодольного травянистого растения овсяницы луговой (Festuca pratensis ). Вторые листья обозначены на рисунке серым цветом. Листья обычно расположены двумя ря­дами попеременно то на одной, то на противоположной стороне стебля. А. Строение вегетативных органов. Б. Строение соцветия. В. Детали строения одиночного открытого цветка, или цветочка; пленочки, или лоди­кулы, – две небольшие лепестковидные структуры, покрывающие завязь, на рисунке не показаны.

Рис. 2.42. Строение цветка и вегетативных органов двудольного травянистого растения лютика ползучего (Ranunculus repens ). Это обычное многолетнее растение встречается на мокрых лугах, в сырых лесах, садах и на брошенных пастбищах по всей Великобритании.

Рис. 2.43. Строение цветка и вегетативных органов дикого рододендрона (Rhododendron ponticum ) – вечнозелено­го двудольного кустарника. Исходно интродуцированное, это растение успешно акклиматизировалось и хорошо растет на кислых почвах (песчаных и торфяных), на пустошах и в лесах.

Рис. 2.44. Строение цветка и вегетативных органов конского каштана (Aesculus hippocastanum ), двудольного ли­стопадного дерева, достигающего в высоту 30 м и более.