Высшие семенные растения. Отдел голосеменные и отдел покрытосеменные. Общая характеристика, разнообразие и значение голосеменных и покрытосеменных

  • Царство: Растения
  • Подцарство: Высшие растения
  • Семенные растения
  • Отдел: Голосеменные
  • Классы:
  • Гинкговые,
  • Гнетовые,
  • Цикадовые,
  • Хвойные.

1000 видов, 88 родов, 14 семейств.

Основные адаптации семенных растений

  • Гаметофит редуцирован и расположен внутри спорофита (у споровых растений гаметофит не защищен и очень легко высыхает).
  • Мужские гаметы семенных растений обычно неподвижны (искл. Гинкговые и Цикадовые) и переносятся ветром или насекомыми вместе с пыльцевыми зёрнами. В отличие от споровых растений, семенным для оплодотворения не нужна вода.
  • Развиваясь внутри семени, зародыш защищён и обеспечен питательными веществами. 
  • Эпидермис наземных органов, и в особенности эпидермис листьев, пронизан устьицами, что способствует лучшему газообмену между растением и атмосферой.

Важнейшим ароморфозом в эволюции растений стало появление семенного размножения. Это произошло путём дальнейшего уменьшения доли гаплоидной стадии (гаметофита) в жизненном цикле.

При этом гаметофит не существует у семенных растений как самостоятельный организм, а развивается внутри специализированных органов диплоидного спорофита.

Происходящее в этих органах оплодотворение яйцеклетки даёт зиготу, развивающуюся на материнском растении в новый организм, снабжённый запасом питательных веществ и окружённый защитной оболочкой. Такая структура называется семя. В настоящее время семенные растения представлены двумя отделами: голосеменные и покрытосеменные (см. рис.).

Высшие семенные растения. Отдел голосеменные и отдел покрытосеменные. Общая характеристика, разнообразие и значение голосеменных и покрытосеменных

У голосеменных семена развиваются на поверхности спорофилла (спороносного листа) и защищаются путём смыкания спорофиллов. У покрытосеменных образуется плод, внутри которого развиваются семена.

Общая характеристика голосеменных

  1. Возникли в позднем карбоне (около 319 млн лет назад). 
  2. Распространены во всех широтах.
  3. В отличие от споровых растений, приспособлены к сухим местообитаниям, так как для оплодотворения не нужна вода.
  4. Размножаются семенами. Поскольку в семени имеется запас питательных веществ, этот способ размножения дает преимущество по сравнению с размножением спорами.

  5. В жизненном цикле преобладает диплоидный спорофит.
  6. Имеются многоклеточные женские половые органы — архегонии, расположенные внутри семязачатка. Мужской гаметофит представлен пыльцевым зерном.

  7. Для голосеменных характерно наличие длительно функционирующего камбия, который формирует ксилему, или древесину, обладающую большой механической прочностью за счет лигнификации (накопления лигнина), и флоэму, или луб. Среди современных голосеменных преобладают древесные формы.

  8. Наличие главного корня и стержневой корневой системы также позволяет существовать крупным древесным формам.
  9. Жизненные формы: в основном деревья и кустарники, у отдельных групп наблюдаются специфические жизненные формы, как, например, у вельвичии удивительной.

  10. У подавляющего большинства голосеменных побеги нарастают моноподиально, то есть являются результатом работы одной и той же верхушечной меристемы.

Высшие семенные растения. Отдел голосеменные и отдел покрытосеменные. Общая характеристика, разнообразие и значение голосеменных и покрытосеменных

Рис. Вельвичия удивительная (Гнетовые): реликтовое растение африканских пустынь 

происхождение голосеменных

В конце палеозоя в ходе массового вымирания биосферы с лица Земли исчезли каменноугольные леса, образованные гигантскими плауновидными и хвощевидными. Крупные изменения в растительном мире планеты, произошедшие на рубеже палеозоя и мезозоя, привели к тому, что леса споровых растений, достигавших иногда больших размеров, отошли на второй план.

Их место заняли голосеменные представители флоры, быстро распространившиеся по всей планете. Более ранние палеозойские виды растений нуждались для своего размножения в воде или хотя бы влажной среде, что серьезно затрудняло их обширное произрастание на Земле. Возникновение же семени и пыльцы позволило растениям утратить столь тесную зависимость от воды.

Бурный расцвет голосеменных растений начался в раннем триасе и продолжался до конца раннемелового периода. Среди голосеменных представителей мезозойской флоры были широко представлены саговниковые, как низкие, с короткими шарообразными или бочковидными стволами, так и высокие древовидные со стройными стволами.

1. класс хвойные

Наиболее распространённой группой голосеменных являются хвойные. Эти растения широко распространены в умеренной и субтропической зоне. Это крупные деревья (ель, сосна, кипарис, секвойя) или кустарники (можжевельник, туя). В древесине у них отсутствуют сосуды, а есть только трахеиды. Для хвойных характерно выделение смолы и наличие смоляных ходов в тканях.

Листья у них претерпели существенные изменения, превратившись в хвоинки. У них уменьшилась в ширину листовая пластинка, её края загнулись вверх, образовав в центре желобок, в котором находятся немногочисленные устьица. У хвоинки толстая восковая кутикула, в которую погружены отверстия устьиц.

Всё это позволяет хвойным экономно испарять воду, что сделало их обитателями сухих субтропиков и северных лесов, где вода значительную часть года недоступна из-за низких температур. У проростков сосны хвоинки расположены спирально по одному.

У взрослых растений они собраны в пучки, каждый из которых содержит строго определённое число хвоинок, специфичное для вида (от 1 до 8). Пучок хвоинок представляет собой укороченный побег.

К хвойным относятся самые высокие растения на Земле — секвойи и секвойядендроны (также веллингтония, или мамонтово дерево). Они могут достигать до 100 м высотой и 10−12 м в диаметре.

Старейшая на данный момент гигантская секвойя имеет возраст 3200 лет, достоверно установленный по годовым кольцам, хотя возраст некоторых из ныне живущих деревьев оценивается в 3500 лет. Недавно считалось, что секвойядендроны могут жить и до 4−6 тыс.

лет, но к настоящему времени эти сведения считаются неподтверждёнными.

Высшие семенные растения. Отдел голосеменные и отдел покрытосеменные. Общая характеристика, разнообразие и значение голосеменных и покрытосеменных

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ХВОЙНЫХ НА ПРИМЕРЕ СОСНЫ

Весной на молодых побегах сосны или ели образуются шишки (см. рис.).

Мужские и женские шишки у сосны образуются на одних и тех же растениях. Мужские шишки обычно  располагаются на нижних ветвях, а женские — на верхних, либо они образуются на одних и тех же ветвях, но женские ближе к концам.

Мужские шишки окрашены в жёлтый цвет. На их чешуях образуются микроспорангии, в которых в результате мейоза образуются микроспоры. Каждая микроспора делится митозом, образуя две неравные клетки. Одна из них, большего размера, называется вегетативной (сифоногенной) клеткой.

Она образует двойную оболочку и две воздушные камеры между оболочками, делающие пыльцевое зерно более лёгким. Вторая клетка, меньшего размера, находится внутри первой и называется генеративной клеткой. Она ещё раз делится митозом, образуя два безжгутиковых спермия.

Так образуется пыльцевое зерно (см. рис.).

Красноватые женские шишки устроены более сложно. Их чешуи представляют собой целые видоизменённые укороченные побеги, где в пазухе стерильной кроющей чешуи находится семенная чешуя с двумя семязачатками на верхней стороне. Семенные чешуи впоследствии одревесневают.  Чешуи расположены спирально вокруг оси шишки. 

Семязачаток имеет покровы с микропиле — отверстием для проникновения пыльцевой трубки, обращённым к основанию чешуи. Внутри семязачатка находится ткань нуцеллуса, в которой материнские клетки делятся мейозом (уже после опыления).

Из 4 образовавшихся гаплоидных клеток три отмирают, а одна несколько раз делится митозом и даёт начало женскому гаметофиту. На каждой чешуе формируется один гаметофит, который образует два архегония (см. рис.) У других более примитивных Хвойных могут быть десятки архегониев (у араукариевых — 25, у кипариса — до 200).

Формирование женского гаметофита у сосны происходит с паузой на период покоя продолжительностью более года и завершается уже после опыления.

Для оплодотворения пыльцевое зерно должно попасть на чешую женской шишки. Это процесс называется опылением. У голосеменных пыльца переносится ветром. Опыление происходит весной. При этом пыльца прилипает к капле жидкости, выделяемой семязачатком в области микропиле. После опыления чешуи шишки смыкаются, защищая развивающийся организм (см. рис.).

Попав на женскую шишку, пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку. Она растёт в направлении архегониев, и по ней перемещаются спермии. Когда пыльцевая трубка достигает архегония, её конец лопается, и спермии выходят в женский гаметофит.

В момент опыления мейоз в семязачатке еще не произошёл. Он завершается примерно через месяц после опыления, и начинается развитие женского гаметофита. Его развитие замедленное и может занимать еще 6−12 месяцев. Только примерно через 15 месяцев после опыления в женском гаметофите формируются архегонии. Теперь наконец всё готово к оплодотворению.

Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, второй погибает. Образовавшаяся зигота развивается в зародыш нового диплоидного растения. Клетки женского гаметофита, разрастаясь, образуют гаплоидный эндосперм, содержащий запас питательных веществ для прорастания семени.

Снаружи семязачаток имеет покровы из клеток материнского организма, и из этих покровов формируется оболочка семени, называемая семенной кожурой. У большинства хвойных семя снабжается крылышком, помогающем ему переноситься ветром на большое расстояние.

Когда семя созревает, шишка раскрывается и семя выпадает. Это происходит обычно к концу второго года после опыления. Шишки устроены так, что раскрываются в сухую погоду, что способствует лучшему распространению семян.

В благоприятных условиях (температура, влажность) семя прорастает, образуя новое растение.

У ряда хвойных шишка в процессе развития семян разрастается, становясь сочной, её чешуи полностью срастаются, и образуется так называемая шишкоягода (можжевельник). 

 К хвойным относится целый ряд других растений, например, тис ягодный (см. рис.), а также ель, пихта, тсуга, псевдотсуга, можжевельник и кипарис.

2. класс гинкговые

В основном это остатки древних групп голосеменных, которые господствовали на Земле в мезозойскую эру. Они пережили своих современников — динозавров, сохранившись в отдельных районах земли.

Гингко двухлопастный — единственный ныне существующий вид этого класса (см. рис.), в природе встречается только в некоторых районах Китая, однако благодаря оригинальной форме листьев широко распространён в садах и парках субтропиков. Другие представители этого рода вымерли в ледниковый период.

3. класс цикадовые, или саговники

Саговники (см. рис.)  встречаются в тропических лесах, сейчас это небольшие редко встречающиеся растения, а 60 млн лет назад их предки образовывали леса по всей Земле.

Читайте также:  Класс планарии, или ресничные черви, биология

По внешнему виду саговники обычно похожи на пальмы. Высота взрослых растений — от 2 до 15 м.

Ствол относительно толстый (например, у саговника поникающего его толщина может достигать одного метра при высоте растения всего три метра), одет в панцирь из оснований отмерших листьев.

Листья перистые или дважды перистые, растут пучком на верхушке ствола. Сегменты листьев этого рода имеют две отличительные особенности:

  • в почке и на первых порах развития они свёрнуты улиткообразно,
  • у них всегда имеется единственная неразветвлённая средняя жилка.

Растения двудомные. Стробилы мужских особей этого рода формируются подобно тому, как это происходит у других представителей отряда Саговниковидные, но у женских особей компактных стробилов не образуется. На верхушке их ствола спирально расположены яркие листовидные мегаспорофиллы (изменённые листья с мегаспорангиями).

Для гинкговых и саговников характерно наличие подвижных сперматозоидов, что считается примитивным признаком.

4. класс гнетовые

К гнетовым относятся семейства Гнетовые, Вельвичиевые и Эфедровые.

1) Гнетум — род голосеменных растений, единственный в семействе Гнетовые и в порядке Гнетовые. Состоит примерно из 40 видов деревьев и лиан, распространённых в тропических регионах по всему миру.

Самым известным из видов гнетума является Gnetum gnemon (гнетум гнемон, или мелинжо), выращиваемый в Юго-Восточной Азии ради съедобных плодов.

Гнетумы — однодомные или двудомные вечнозёленые деревянистые лианы, реже кустарники или деревья. Стебли их членистые, часто со вздутиями у узлов. В отличие от всех других голосеменных, у гнетумов есть сосуды в ксилеме.

Листья сидят супротивно на коротких черешках. Похожи на листья многих двудольных растений: большие, кожистые, эллиптические, с сетчатым жилкованием. Семена заключены в яркую красную, оранжевую или жёлтую сочную (реже пробковую) оболочку. Распространяются чаще всего птицами.

2) Эфедра — растение, распространённое в засушливых областях Евразии, Северной Африки и отдельных областей Америки. Это безлистые кустарники с зелёными ветвистыми стеблями, экстракт которых используется в медицине, так как содержит алкалоид эфедрин.

3) Вельвичия удивительная — единственный вид порядка Вельвичиевые, реликтовое растение, встречающееся исключительно в африканской пустыне Намиб. Она имеет короткий конусовидный древесный стебель и два кожистых листа, которые растут очень медленно.

Вельвичия получает влагу исключительно из туманов (поэтому не встречается дальше 100 км от морского побережья), которую она поглощает через устьица. Данное растение имеет рекордное количество устьиц на единицу площади листа. Возраст вельвичии может достигать 1,5−2 тыс. лет.

Вельвичия — двудомное растение, то есть мужские и женские стробилы возникают на разных экземплярах.

 

Поперечный срез хвоинки cосны. Видны смоляные ходы, устьица, проводящий пучок.

Урок 8: Высшие растения

  • План урока:
  • Особенности голосеменных растений
  • Значение голосеменных
  • Особенности покрытосеменных растений
  • Значение покрытосеменных

Особенности голосеменных растений

Повсюду встречаются на земле растения, относящиеся к отделу голосеменные.

У голосеменных, так же как и у папоротников, хвощей и плаунов, есть стебель, листья и корень.

Отличительным признаком голосеменных растений будут листья в виде хвоинок, из-за чего они и получили другое свое название – хвойные. Размножение голосеменных осуществляется с помощью семян, которые расположены на чешуйках шишек.

Семена этих растений сверху ничем не прикрыты, у них нет плода, поэтому их стали называть голосеменные – от словосочетания «голое семя». В отличие от мхов, оплодотворение у голосеменных не зависит от наличия воды.

Благодаря этому все эти организмы в настоящее время являются завоевателями суши.

  1. Среди голосеменных выделяют несколько классов, однако мы остановимся более подробно на хвойных.
  2. Известно более 500 видов этих существ, которые представлены деревьями и кустарниками.
  3. С биологией голосеменных познакомимся на примере сосны обыкновенной.

Это мощное высокое дерево. Встречались экземпляры высотой до 40 м. Могут жить до 400 лет, а иногда и больше. Заросли этих видов получили название – бор.

Сосна встречается на высохших и бедных веществами почвах, даже на песках. Это указывает на то, что она не взыскательна к влаге. У нее длинный главный корень, им она добывает воду из нижних подпочвенных слоев.

Вместе с тем сосне необходим солнечный свет. И это видно по ее внешнему облику. На опушке леса или поляне, где много света, дерево образует толстый суковатый ствол с большой раскидистой кроной. В чаще леса вырастает высокий тонкий ствол с небольшой кроной на верхушке. Ниже расположенные ветви от затенения засыхают, а затем опадают.

Основным признаком этого дерева, впрочем, как и большинства голосеменных, считается наличие хвои. Внешне они похожи на сине-зеленые иголки, в одном пучке содержится две иглы. Внешне узкие, соответственно испаряющая поверхность мала, тогда сосна будет медленно испарять воду.

Размножение сосны схоже с другими голосеменными растениями и осуществляется семенами. Весной на дереве формируются два типа шишек. У основания молодых растущих побегов появляются мужские шишки, на верхушке побега – женские.

По внешнему виду и строению эти два типа шишек голосеменных различаются. В желтых мужских шишках много пыльников, в которых созревает пыльца.

В женских красноватых шишках есть чешуйки, на которых есть две семяпочки[1]. Легкая, сухая пыльца переносится ветром и попадет на семяпочки, происходит опыление.

После этого чешуя шишек сближается, щели заклеиваются выступающей смолой. Они меняют цвети становятся зелеными.

Лишь на следующий год происходит прорастание пыльцы и оплодотворение. Отличием голосеменных является оплодотворение без присутствия воды.

К концу второго года в разросшихся шишках созревают семена, и они приобретают коричневый цвет. Семена остаются в них до весны.

Весной в ясную сухую погоду шишки на соснах раскрываются с легким треском и из них рассеиваются снабженные крылышками семена.

Вскоре они прорастают. Летом в сосновом лесу на почве, покрытой опавшей хвоей, почти на каждом шагу можно встретить всходы сосны. Молодая поросль по строению похожа на взрослые растения голосеменных.

Еще одним примером голосеменных растений считается ель. В отличие от сосны ее можно встретить на более увлажненных и плодородных почвах. Для этого дерева необходим достаток влаги и соответствующая почва.

Главный корень у ели короткий, поэтому она не способна добывать воду из нижних подпочвенных слоев. Зато у нее сильно развиты боковые корни, которые всасывают влагу и растворенные в ней минеральные соли из поверхностного слоя почвы.

Конечно, и для жизни ели необходим солнечный свет. Но в сравнении с сосной она менее требовательна к нему и выносит такое затенение со стороны соседних деревьев, при котором светолюбивая сосна погибает.

Весной у ели, как у голосеменного растения, начинается размножение. На одних ветках образуются красные шишечки с семяпочками, на других – желтые пыльники.

Перенос пыльцы также происходит посредстве ветра. Но, в отличие от сосны, прорастание пыльцы, оплодотворение и созревание семян у ели происходят в тот же год. В сухую погоду еловые шишки начинают раскрываться и рассеивать семена уже осенью. Из этих семян молодая поросль появится весной.

Всходы ели обыкновенной

Широко распространена в Западной Сибири пихта сибирская, еще один представитель отдела голосеменные. Во многом схожа по своим особенностям с елью. Отличительным признаком пихты от других голосеменных растений, является то, что после высыпания семян, на ветках остаются торчащие стержни.

Среди голосеменных растений встречаются не только вечнозеленые, к примеру, у лиственницы происходит листопад. Широко распространены в нашей стране лиственница сибирская и даурская.

Помимо деревьев к голосеменным относятся и кустарники, к примеру, можжевельник обыкновенный. Встречается он повсеместно на территории России. Растет очень медленно. Для него характерны сочные сладковатые шишкоягоды, используемые в медицине.

Значение голосеменных растений

Значение голосеменных очень велико. Эти организмы образуют обширные лесные массивы – тайгу, а также украшают улицы и парки населенных пунктов. Их древесину широко используют в строительстве, бумажной и мебельной промышленности. К примеру, древесину лиственницы используют в кораблестроительстве, так как она очень стойкая по отношению к воде.

Судостроение

Древесина некоторых голосеменных используется для изготовления музыкальных инструментов, к примеру, пихта сибирская.

Велико практическое значение голосеменных в жизни человека. При переработке получают смолу, а из нее скипидар, канифоль.

В их хвое содержатся фитонциды[2], которые подавляют развитие болезнетворных бактерий. Эти свойства голосеменных растений имеют большое значение в медицине.

Из различных частей хвойных изготавливают мази, чаи, бальзамы, настои, заготавливают сухое сырье, производят масла. Даже простая прогулка в таком лесу положительно влияет на состояние дыхательной и кровеносной системы.

Многие санатории и оздоровительные лечебницы располагают именно в таких местах.

Санаторий «Сосновый бор» в республике Татарстан

Особенности покрытосеменных растений

Покрытосеменные растения появились на Земле после голосеменных и существуют уже более 100 миллионов лет. За это время неоднократно изменялся климат. Вместе с ним менялись и эти организмы. И когда появился разумный человек, он застал на суше и в воде в основном те растения, которые живут и в наше время. Среди них господствующее положение занимают покрытосеменные или цветковые растения.

Какие же растения считаются покрытосеменными? Внешнее строение покрытосеменных схоже с хвойными – у них есть корень, стебель, листья. Однако отличием покрытосеменных является наличие цветка и плода.

Читайте также:  Лейкоциты, их роль в защите организма

Из цветка образуется плод с семенами, все они считаются органами покрытосеменных растений. Плод покрывает семена, защищая их от неблагоприятных условий, поэтому они и получили название покрытосеменные.

Помимо перечисленных признаков для покрытосеменных характерно наличие хорошо развитой проводящей системы, обеспечивающей быстрое передвижение питательных веществ в растении. Как и все зеленые растения, представители отдела покрытосеменные способны создавать органические вещества из углекислого газа и воды.

Размножение покрытосеменных осуществляется так же, как и у голосеменных, то есть семенами. Семена покрытосеменных растений формируются при оплодотворении, которое не связано с водой.

Отличительной особенностью покрытосеменных является двойное оплодотворение, при котором одна мужская клетка сливается с яйцеклеткой, а другая – с вторичной клеткой. В результате образуются семена, в которых зародыш снабжен запасом питательных веществ.

Для покрытосеменных растений характерно и бесполое или вегетативное размножение. В этом случае новый организм формируется из части какого-либо органа взрослой особи, например листа, стебля, корневища. Оба эти типа размножения способствовали быстрому распространению представителей отдела покрытосеменные.

  • Следует обратить внимание на то, что среди этого отряда есть разные формы организмов – деревья, кустарники и травы.

Деревья имеют высокий и толстый стебель – ствол, который ветвится. Верхняя часть ствола и отходящие от него ветви образуют крону. Широко известны береза, осина, дуб, клен.

У кустарников стебли отходят от корня пучком, прямо из-под поверхности почвы. Распространены в России шиповник, малина, смородина и другие.

Травы не имеют одревесневающих стеблей и с приходом холодов надземные побеги отмирают. Новые организмы появляются из корней на будущий год. Эти травы считаются многолетними. Однолетние травянистые виды живут всего один сезон. Зимовать у них остаются только семена.

Травянистые растения

Покрытосеменные – это самая распространенная и многочисленная группа растений. Они приспособились к самым различным условиям внешней среды. Мы встречаем их на севере, юге, в низинах, горах, пустынях, водоемах.

Значение покрытосеменных растений

Велико значение покрытосеменных в жизни человека. Почти все культурные растения, возделываемые человеком, относятся к этому отделу. Примером покрытосеменных являются зерновые культуры, широко используемые в хозяйстве.

Важнейшим видом считается пшеница, из зёрен которой получают муку и выпекают хлеб. Изо ржи получают ржаную муку и черный хлеб. Замечательное растение – кукуруза, которая дает очень высокий урожай зерна и используется на корм скоту.

Зерна кукурузы используются для изготовления всеми любимого попкорна.

Для питания люди используют плоды и другие части покрытосеменных растений. Например, к овощным относят капусту, свеклу, морковь, огурцы и другие.

Всеми любимы плодово-ягодные культуры – яблоня, земляника, виноград, слива и другие. Плоды и ягоды используются для питания, изготовления соков, пюре, консервирования.

Такая группа покрытосеменных как кормовые используются для питания сельскохозяйственных животных.К ним относятся картофель, кормовая и сахарная свекла, клевер и другие.

Кормление скота свеклой

Многие культурные растения дают сырье для переработки на заводах. К примеру, из сахарной свеклы получают сахар, из семян подсолнечника – растительное масло. Хлопчатник и лен дают сырье для изготовления тканей.

Производство растительного масла

Люди используют и дикорастущие виды. Травы идут на корм животным, деревья как строительный материал, для производства бумаги, искусственных волокон. Многие растения используются как лекарственные. Их специально собирают, сушат и изготавливают различные сборы.

Покрытосеменные растения используются для озеленения населенных пунктов и выращиваются как комнатные.

Очень трудно охватить все их значение для человека. Почему покрытосеменные так важны для нашей жизни?

Без них не было бы жизни на нашей планете, так как мы дышим кислородом, вырабатываемым растениями. Они украшают нашу жизнь и приносят радость.

Словарь

1. Семяпочка – орган, развивающийся в шишке голосеменных, являющийся зачатком семени.

2. Фитонциды – летучие вещества, способные тормозить рост бактерий.

Голосеменные растения – общая характеристика и значение в природе

Время на чтение: 11 минут Особое место в природе занимают голосеменные растения. Он включает в себя много классов семейств. Все голосеменные имеют отличительные черты строения и размножения. Отдел имеет важное значение как для природы, так и для хозяйственной деятельности человека. Наукой накоплено немало интересных фактов, касающихся происхождения и жизненного цикла этих растений.

Общая характеристика и отличия

Чтобы узнать, каковы особенности строения голосеменных растений, нужно рассмотреть их структуру в сравнении с покрытосеменными. Главная отличительная черта — растений отдела голосеменных не имеют цветка и плодов. Семена у этой разновидности растений формируются из семязачатков. Вместо цветов и плодов у них имеется шишка.

Ее внешний вид и размер может сильно отличаться у разных видов и семейств. У взрослых экземпляров шишки бывают мужскими и женскими. Отличить их можно по внешнему виду. Мужская шишка напоминает кисточку желтоватого цвета, покрытую пыльцой. Женская имеет красновато-коричневую окраску и больше похожа на обычную древесную почку.

Можно назвать еще одну характерную черту этого отдела — все входящие в него растения вечнозеленые. В основном это кустарники и хвойные деревья, гораздо реже можно встретить лианы и листопадные деревья, травянистые виды встречаются реже. Листья голосеменных могут иметь различную форму:

  • иголки — у можжевельника, ели или сосны;
  • чешуйки — у кипариса или туи;
  • перистые листья — у папоротников;
  • разветвленные листочки;
  • двулопастные.

Внутри листьев-чешуек располагаются семяпочки. Листья всех голосеменных покрыты толстой кутикулой. Устья их обычно запаяны смолистым отделяемым. Среди представителей этого отдела встречаются однодомные (когда на одном дереве растут мужские и женские шишки) и двудомные (шишки разного пола растут на разных деревьях). Корневая система у таких растений стержневая. От главного длинного и толстого корня отходят более короткие боковые ветви. Древесина мощная и хорошо развитая, а сердцевина и кора тонкие и невыраженные, поэтому такие породы высоко ценятся в промышленности. В древесине, листьях и коре содержится большое количество смолы и эфирных масел. Изучить сходства и отличия голосеменных и покрытосеменных позволяют краткие данные таблицы:

признак голосеменные покрытосеменные
форма листьев хвоя, чешуйки, перистые пластинчатые, перистые
цветки нет есть
семена лежат снаружи внутри плода
плоды отсутствуют есть
корни есть есть
деревья и кустарники есть есть
травянистые есть есть

Значение в природе и хозяйстве

Растения отдела голосеменных играют в природе важное значение. Они выполняют следующие функции:

  • выделяют большое количество кислорода и поглощают углекислый газ;
  • выделяют фитонциды, обладающие противомикробным эффектом;
  • влияют на климат той местности, где растут;
  • защищают почвы от эрозии;
  • служат жильем и источником пищи для животных.

Не менее важное значение имеют растения в народном хозяйстве. Их древесину используют для изготовления мебели, бумаги, музыкальных инструментов и других товаров. Содержащиеся в растениях эфирные масла и фитонциды используют в фармацевтике, косметологии как эффективные препараты. Прекрасно зарекомендовали себя хвойные породы в ландшафтном дизайне и при создании рекреационных зон.

Классификация отдела голосеменных

Отдел голосеменных состоит из 4 больших классов. Систематика включает в себя:

  1. Хвойные — подразделяются на 560 видов.
  2. Гнетовые — включает 70 видов.
  3. Саговниковые — около 20 видов.
  4. Гинкговые — 1 вид, от которого получил название весь класс.

Наиболее распространенным является класс хвойные. Многообразие его представителей можно найти на всех материках.

Чтобы узнать, какие растения относятся к хвойным, необходимо рассмотреть 7 семейств этого класса:

  1. Араукариевые — включает род агатис, араукария и воллемия.
  2. Головчатотисовые — включает роды головчатотис, аментотаксус, торрея.
  3. Кипарисовые — можжевельник, кипарис, туя.
  4. Сосновые — подразделяется на 11 родов (в качестве примеров можно привести сосну, ель, кедр, лиственницу и пр).
  5. Подокарповые.
  6. Сциадопитисовые — встречается только в Японии.
  7. Тисовые — в их число входит 6 родов.

Наиболее типичным представителем класса гнетовых является хвойник (из семейства эфедровых). Класс гинкговые включает в себя единственного представителя — дерево гинкго, произрастающее в Китае и Японии.

Особенности размножения и эволюция

Размножение голосеменных растений протекает по довольно простой схеме. В мужских шишках вызревает большое количество пыльцы (гаметофитов). Она разносится ветром на довольно большие расстояния. У каждого зернышка есть особое приспособление, которое называется пыльцевым мешком. Переносясь с потоками воздуха, пылинки попадают на семязачатки женских шишек, и происходит опыление. Обычно этот процесс происходит в теплое время года — в конце весны или начале лета. После завершения процесса чешуйки женских шишек складываются и промежутки заполнит смола. Внутри запускается процесс оплодотворения. В женской шишке находится зародышевый мешок. Он, в свою очередь, тоже проходит несколько стадий развития. Когда 2 половые клетки сливаются, образуется зародыш — зигота. Впервые представители голосеменных возникли еще в Палеозое и быстро стали одними из важнейших представителей флоры того периода. Идиоадаптация произошла по нескольким эволюционным признакам:

  1. Размножение голосеменных осуществлялось вне водной среды, что позволило им быстро распространиться на суше.
  2. Сливающиеся половые клетки и зигота надежно защищены, что дает возможность сохранить будущие растения от негативных внешних факторов.
  3. У зародыша появилась защитная семенная кожура и значительный запас питательных веществ.

Все эти факторы дали возможность голосеменным быстро увеличить свою численность и расселиться по всей планете.

Читайте также:  Человек и биосфера, биология

Семейство сосновые

В отличие от других групп, представители этого семейства произрастают только в северном полушарии. Отдельные виды можно обнаружить даже за полярным кругом. Исключение составляет сосна Меркуза, растущая ниже линии экватора. Наиболее крупными родами семейства являются пихта, ель, сосна обыкновенная и лиственница.

Широкое разнообразие этих деревьев представлено в российских лесах. Чаще всего сосновые — это вечнозеленые деревья, однако встречаются также листопадные и даже стелющиеся кустарники. Длина иголок или чешуек составляет у разных пород от нескольких мм до 35 — 45 см. Хвоя держится на ветвях от 3 до 7 лет. Лишь у лиственницы она меняется ежегодно.

Иголки или листочки могут располагаться на ветках поодиночке или пучками. Между корнями многих сосновых развивается гриб — симбионт микориза. Гифы грибы поставляют деревьям минеральные соли и влагу, а в ответ получают органические питательные вещества. С такими грибами на корнях сосны выживают и размножаются даже на скудной каменистой почве. Большинство сосновых — крупные деревья высотой до 60 м. Отдельные экземпляры достигают 80−90 м. Эти породы отличаются большой скоростью роста. Лишь в условиях заполярья или на высокогорных склонах сосна может быть карликовой или стелиться по земле. Возраст дерева можно определить по годичным кольцам на срезе ствола. Все сосновые отличаются разнообразной фактурой древесины. Из нее во все времена создавались жилые и хозяйственные здания, культовые постройки. В последнее время древесина хвойных особо ценится в производстве бумаги благодаря своим длинным волокнам.

Разновидности кипарисовых

В этом семействе биологи описали более 130 видов вечнозеленых растений — деревьев, кустарников и стелющихся. Встречаются они в Северной Америке, Восточной Азии, а также в южном полушарии. В России кипарисовые представлены можжевельником и туей, в Крыму — кипарисами.

Основная масса пород имеет мелкие листья в форме иголок или чешуевидные, богаты смолой, эфирными маслами и терпенами. Листья расположены супротивно или собраны в мутовки. Древесина отличается прочностью и высокой плотностью. Мужские шишки имеют небольшой размер, растут по отдельности друг от друга.

Тычинки отличаются коротким черешком и широкими чешуйками, зерна пыльцы расположены свободно. Женские шишки имеют деревянистую структуру, располагаются парами или собраны в мутовки. Иногда вместо обычных шишек у растений имеются шишкоягоды.

Семена могут быть крылатыми или бескрылыми, имеют небольшое количество семядолей (от 2 до 6).

Представители тисовых

Первые тисовые появились на земле еще в юрском периоде. В настоящее время насчитывается примерно 24 вида этого семейства. Все представители покрыты листьями-хвоинками, которые бывают широкими или узкими. Шишки по форме напоминают колоски, растут на кончиках побегов или по бокам. Семена имеют красноватую окраску и покрыты толстой мясистой оболочкой.

Растут тисовые преимущественно в северных широтах, однако встречаются в разных климатических поясах. Все виды этого семейства высоко ценятся за красивую древесину. Некоторые разновидности имеют высокие декоративные свойства и применяются в ландшафтном дизайне.

Семенные растения – общая характеристика

Значимым событием в эволюции растительного мира было появление растений, которые размножаются семенами. Более 300 миллионов лет назад, в конце девонского периода, возникла одна из самых древних разновидностей растительного мира — голосеменные.

Первые голосеменные — это вымершие разноспоровые папоротники. В процессе эволюции эти растения приобрели сложное строение и приспособились к жизни на суше. В наши дни существуют уникальные виды семенных, например гинкго билоба. Его используют в медицине с целью улучшения памяти.

Голосеменные растения — наземные организмы. Они представляют из себе промежуточное состояние между папоротниками и цветковыми растениями. Впервые термин «голосеменные» использовал русский ученый Бекетов. Таким образом он подчеркнул главную отличительную черту — их семена лежат открыто на шишке, не имеют замкнутой оболочки.

Теория возникновения семенных растений

Пример голосеменных растений

Давайте рассмотрим каким образом споровые растения превратились в семенные.

Папоротники размножаются спорами. Их бесполые органы называются спорангиями. Спорангии бывают двух видов: микроспорангии (мелкие споры) и мегаспорангии (крупные споры). Группа тесно расположенных спорангий — сорусы. Вайи — это листья папоротника, на них размещаются сорусы со спорами разного размера.

Ученые предполагают, что голосеменные произошли от разноспоровых папоротников, на листьях которых размещались сорусы со спорами разного размера. Созревшие споры высыпаются и разносятся ветром и водой.

Попав в благоприятные условия, спора прорастает в заросток. На нижней стороне заростка образуются половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки. Когда под заростком скапливается вода, сперматозоид может подплыть к яйцеклетке и оплодотворить ее.

Половая стадия без воды невозможна.

Из спор, которые не выпадали на землю образовался мужской гаметофит, под его оболочкой формировались половые мужские гаметы (пыльца).

Пыльцевые зерна были небольшого размера и легкие, чтоб ветер мог их свободно разносить. Таким образом вода уже не играла важную роль для полового размножения папоротника.

Из макроспор образовался женский гаметофит (семязачаток), из которого сформировалась яйцеклетка. Вайи со спорами стали сгущаться и появилась шишка. В свою очередь и вайи с мегаспорангием тоже образовали шишку. Таким образом у разноспорового папоротника возникло два типа шишек: женская и мужская.

Общая характеристика

Известно 1000 видов отдела голосеменных. Они разделены на четыре класса:

  • хвойные;
  • гинкговые;
  • саговниковые;
  • гнетовые.

Наиболее распространенные хвойные деревья. Они образуют тайгу Сибири, леса Евразии, Америки. Другие классы выращивают как декоративные растения. Жизненные формы представлены деревьями и кустами.

Корневая система хвойных стержневого типа. Она состоит из главного (длинный) и боковых (короткие и ветвятся) корней. Хорошо развита древесина, состоящая из трахеид.

Слабо развита кора и сердцевина. В коре, древесине и листьях образуются смоляные ходы, а в них смола и эфирное масло. Если повредить ствол дерева, то на нем выступят капли смолы.

Она затянет рану и предупредит попадание микроорганизмов.

Корневая система хвойных растений

Листья голосеменных игловидные (сосна, ель, можжевельник) и чешуйчатые (кипарис, туя). Они располагаются поодиночке и группами.

Структура листья сохраняет влагу благодаря форме листка, толстой кутикуле, устьям запаянных смолой. Размножаются семенами.

  • Чаще встречаются однодомные (мужская и женская особи на одном дереве), реже двудомные (мужская и женская особи на разных деревьях) представители вида.
  • Примеры листьев голосеменных растений

Среди хвойных попадаются гиганты растительного мира. Например, мамонтовое дерево имеет толщину ствола 11 — 13м, секвойя вечнозеленая вырастает 117м в высоту, 11м в толщину.

Размножение голосеменных

Современные голосеменные преимущественно хвойные растения. Рассмотрим размножение голосеменных в современных условиях на примере сосны.

Сосна — однодомное растение. Ее семена формируются на 12–15м году жизни. В шишках находятся пыльца и семязачатки. Пыльца мужской шишки с помощью ветра попадает на липкую область женской шишки. На ее чешуйках расположены яйцеклетки.

Летом первого года происходит только опыление. Через год спермии по пыльцевой трубке достигают яйцеклетки. Пыльцевая трубка разрывается и происходит оплодотворение. Формируется зигота, потом зародыш. Остатки семязачатка и зародыш формируют семя.

Весной на третий год семена созревают. Шишка стает сухой. Она раскрывается и выпадают зрелые семена. Благодаря наличию пленчатых «крылышек», семя разносится ветром на большие расстояния. На протяжении трех лет длится цикл размножения сосны обыкновенной. У других голосеменных этот процесс происходит на протяжении года.

Размножение голосеменных растений на примере сосны

Тис ягодный — ядовитое растение. Он не образует женских шишек. Черные семена находятся в центре чашевидного, сочного, ярко-красного придатка.Своим видом дерево привлекает птиц, которые разносят семена на большие расстояния.

Отличие голосеменных от покрытосеменных

Не только голосеменные эволюционировали в своем развитии. Покрытосеменные — это отдел высших растений, которые тоже размножаются семенами. Главное отличие этих растений — семена защищены оболочкой (околоплодником). Такое строение позволяет лучше сохраняться и распространяться. Давайте сравним голосеменные и покрытосеменные растения.

Таблица сравнение голосеменных и покрытосеменных растений

Характеристика Голосеменные Покрытосеменные
Период зарождения Середина палеозоя Конец мезозоя
Цветок +
Листья Узкие, в виде иглы или чешуйки Разные
Формы Деревья и кусты Деревья, кустарники, травы
Опыление Ветер Самоопыление, ветер, животные
Завязь +
Плод +
Пестики +
Куда попадает пыльца На самозачаток На рыльце пестика
Древесина Трахеиды Трахеиды, сосуды
Оплотодотворение Внутри семязачатка Двойное
Околоплодник +
Нахождение зачатков Лежат открыто на чешуе В полости завязи пестика

Голосеменные — прародители покрытосеменных. Однако последние имеют более совершенное строение. Наличие цветка позволяет увеличить шансы на оплодотворения и опыления. Плод защищает семена от неблагоприятных условий среды и приманивает птиц. Птицы в свою очередь разносят семена на большие расстояния.

Цветковые сделали большой шаг и в опылении. В отличие от голосеменных их разносит не только ветер, но и птицы, насекомые. Покрытосеменные — это высшая ступень эволюции царства растений.

Значение в природе голосеменных

  • Хвойные леса обогащают воздух кислородом;
  • уменьшают силу ветра, регулируют уровень воды, таяние снега;
  • изготавливают бумагу высокого качества, лекарства (активированный уголь), эфирные масла, духи;
  • важный источник древесины (мебель, лаки, краски, строительный материал);
  • фитонциды помогают в лечении дыхательных путей;
  • из смолы хвойных изготавливают мази для лечения ран, ожогов. Камфорное масло применяется для лечения заболеваний сердца.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (3 5,00

Ссылка на основную публикацию