Размножение голосеменных и покрытосеменных растений

Характерные свойства

В большинстве случаев голосеменные представители флоры произрастают в северных широтах, где преобладает влажный климат, но встречаются и отдельные представители, приспособившиеся к жизни на южных территориях Африки, в жарких пустынях. Общие черты, позиции:

• наличие хвои;
• голосеменные представлены только кустарниками и деревьями;
• довольно развитая древесина;
• идентичный метод размножения.

Некоторые сосновые сорта способны сохранять хвою несколько десятков лет, лиственница же сбрасывает ее ежегодно. В сравнении с папоротниками и мхами, процесс размножения представлен созреванием семян, не нуждающихся во влаге. Опыление осуществляется в природных условиях посредством ветра, для чего не нужна вода.

Многие разновидности смогли выжить и акклиматизировались в засушливых регионах. Семена развиваются из семяпочек открытым способом, чем и объясняется их повышенный организационный уровень в сравнении со споровыми высшими организмами.

Древесина довольно прочная в отношении внешних негативных факторов, отличается особенным строением. Структурно она представлена омертвелыми и мелкими клетками ксилемы. Внутренняя часть с корой изрезана многочисленными каналами, по которым перемещается смола.

Биология

Вспомните

1. Что такое семя?
2. Каково значение цветка?

Высшие семенные растения: голосеменные и покрытосеменные. Голосеменные — исключительно наземные вечнозеленые, реже листопадные деревья, кустарники или лианы. Голосеменные имеют корень, стебель и листья. Они образуют семена, с помощью которых размножаются и распространяются. Свое название голосеменные получили потому, что их семена открыто лежат на поверхности чешуи шишек. Из современных голосеменных наиболее известны хвойные. К ним относятся ель, сосна, пихта, лиственница, кедр, можжевельник, кипарис и др. (рис. 29).

Рис. 29. Хвойное растение — сосна

Листья у большинства хвойных узкие, игольчатые — так называемая хвоя. У некоторых видов, например у кипариса, листья чешуйчатые. Хвоя имеет плотную кожицу, покрытую восковидным веществом, поэтому растения испаряют мало воды и хорошо приспособлены к неблагоприятным условиям. Хвойные растения широко распространены на территории нашей страны.

Покрытосеменные растения, или цветковые, — самая молодая и в то же время самая многочисленная группа царства Растения. Она включает около 250 тыс. видов, произрастающих во всех климатических зонах. Покрытосеменные растут в воде (элодея, кувшинки) и в безводных пустынях (саксаул, верблюжья колючка), образуют леса (дуб, береза) и ковром разнотравья покрывают степи (тюльпан, ковыль).

Покрытосеменные растения, как и голосеменные, имеют корень, стебель, листья, но у них есть и орган семенного размножения — цветок, отсюда происходит их второе название — цветковые растения. После завершения цветения образуется плод, в котором находятся семена, содержащие, как правило, запас питательных веществ (рис. 30). У покрытосеменных семена развиваются внутри плода, то есть они защищены (покрыты), что позволяет им лучше переносить неблагоприятные условия. Среди покрытосеменных есть деревья, кустарники и травы.

Рис. 30. Покрытосеменное растение — шиповник

Одни из покрытосеменных живут очень недолго, всего несколько месяцев. За это время они вырастают из семян, зацветают и дают новые семена, после чего погибают. Такие растения называют однолетними. Двулетние растения зацветают, дают семена на второй год и погибают. Многолетние растения цветут и образуют семена многократно. Продолжительность их жизни может исчисляться десятками и даже сотнями лет. У большинства покрытосеменных стебли прямостоящие. Но есть растения с вьющимися, лазающими и ползучими стеблями. Форма и строение листьев, а также строение корневых систем у разных цветковых растений тоже очень разнообразны.

Среди покрытосеменных много культурных растений, например овощные, хлебные, плодово-ягодные, масличные, лекарственные, кормовые, технические, декоративные.

Ответьте на вопросы

1. Какие растения называют голосеменными?
2. Чем покрытосеменные растения отличаются от голосеменных?
3. Почему голосеменные и покрытосеменные относят к высшим семенным растениям?

Моя лаборатория

Побегом называют стебель с расположенными на нем листьями и почками.

Цветок — это видоизмененный побег, на месте которого созревает плод с одним или несколькими семенами.

Семя, в отличие от споры, — многоклеточное образование, состоящее из зародыша и запаса питательных веществ.

Внешнее строение цветкового растения

1. Рассмотрите выданные вам растения.
2. Сравните эти растения с растением на рисунке 30.
3. Зарисуйте в тетради одно растение и подпишите его органы.

Хвойные растения (рис. 31) выделяют особые летучие вещества — фитонциды (от греч. фитон — растение и лат. цидо — убиваю), которые подавляют развитие многих бактерий не только в лесу, но и в его окрестностях.

Рис. 31. Многообразие хвойных

Можжевельник выделяет фитонцидов в шесть раз больше, чем другие хвойные растения, и в 15 раз больше, чем лиственные. Поэтому там, где растет можжевельник, воздух всегда чище. В нашей стране встречается более 20 видов можжевельника. Все они нуждаются в охране.

Хвойные леса, называемые тайгой, занимают огромные пространства в нашей стране. В них обитают многие виды животных и растений. Хвойные леса дают основную массу строительной и поделочной древесины. Древесина хвойных широко используется для производства бумаги. Хвойные служат сырьем для получения бальзамов и смол, камфары, спирта, целлюлозы, медицинских препаратов и многих других продуктов. Семена некоторых хвойных содержат масло, используемое в пищу. Например, сосна сибирская (так называемый сибирский кедр) дает не только ценную древесину, но и съедобные семена — кедровые орешки. Древесина лиственницы твердая, смолистая, долговечная, так как практически не поддается гниению. Поэтому древесина лиственницы всегда ценилась и продолжает цениться в настоящее время.

Развитие половых клеток у цветковых растений

У растений наблюдается регулярная смена ядерных фаз (гаплоидной и диплоидной). Особого внимания заслуживают цветковые растения – самые распространенные на Земле. В жизненном цикле высших растений выделяют смену двух поколений: гаметофита и спорофита. Гаметофит – небольшое растеньице полового поколения, на котором формируются половые органы, продуцирующие гаметы. На нем развиваются как женские, так и мужские гаметы. У семенных растений гаметофиты практически утратили способность к самостоятельному существованию. Преобладающим поколением является спорофит (большинство клеток диплоидны), обычно представляющий собой крупное листостебельное растение, существующее достаточно длительный срок. Спорофит образуется после слияния мужских и женских гаплоидных гамет.

Цветок – основной орган размножения покрытосеменных цветковых растений. Цветок можно считать как спорофитом, органом бесполого размножения (так как он производит микроспоры и мегаспоры), так и гаметофитом – органом полового размножения (так как из микроспор развиваются мужские гаметы– спермии, а из мегаспор – женские – яйцеклетки).

Развитие пыльцевых зерен происходит в пыльцевых гнездах – микроспорангияхпыльников – в два этапа.

Этап первый – микроспорогенез спорогенной ткани делятся митозом, образуя клетки микроспор – микроспороциты(2n). Микроспороциты делятся мейозом, образуя микроспоры(n). Каждая материнская клетка дает четыре микроспоры (тетрада микроспор).

Этап второй – микрогаметогенез – развитие микрогаметофита. Каждая микроспора (n) делится митозом, образуя микрогаметофит – мужской гаметофит, илипыльцевое зерно. Сначала осуществляется процесс бесполого размножения спорофита, для чего и используются мелкие споры. Затем внутри пыльцевого мешка из прорастающей (делящейся) споры формируется микроскопический мужской гаметофит, являющийся уже новым половым поколением.

Развитие зародышевого мешка происходит в семязачатке (мегаспорангии) в два этапа. Первый этап –мегаспорогенез– развитие мегаспор. Спорогенные клетки (2n) делятся митозом, образуя клетки мегаспор – мегаспороциты(2n). Мегаспороциты делятся мейозом, образуямегаспоры(n). Каждая материнская клетка дает четыре мегаспоры. В мегагаметофите развивается только одна из микроспор (обычно нижняя), остальные дегенерируют. Второй этап – метагаметогенез – развитие мегагаметофита (зародышевого мешка). Оставшаяся из четырех однамегаспора(n) последовательно делится тремя митозами без цитокинеза (делятся только ядра). Образуется по четыре ядра на полюсах зародышевого мешка –восьмиядерный зародышевый мешок.

Два ядра от полюсов отходят к центру и сливаются вместе, образуя центральные (вторичные) ядра (2n). Остающиеся на полюсах ядра превращаются в клетки: антиподы(n), яйцеклетку(n),синергиды(n). Формируется мегагаметофит (зародышевый мешок).

Необходимо обратить внимание на тот факт, что у высших растений (в отличие от животных) процесс образования половых клеток осуществляется с помощью митоза. У всех многоклеточных животных и человека для этого используется мейоз

Мужской гаметофит у цветковых растений состоит из 3 клеток, при этом один спермий оплодотворяет яйцеклетку зародышевого мешка, а другой – центральную яйцеклетку. Происходит «двойное оплодотворение» (его открыл русский цитолог и эмбриолог растений С.Г. Навашин

первый спермий (n) + яйцеклетка (n) = зигота (2n);

второй спермий (n) + центральное ядро (2n) = первичное ядро эндосперма (Зn).

Результатом полового размножения гаметофита цветкового растения является образование диплоидной зиготы и крупной триплоидной клетки. Их деление путем митоза в конечном итоге приводит к формированию зародыша и эндосперма семени (запасы питательных веществ). Семя – это важный этап в развитии нового поколения спорофита.

Механизмы размножения голосеменных и покрытосеменных растений

Половое размножение — основной способ для обеих групп. Он позволяет растениям передавать наследственные признаки и приобретать новые свойства. Новый организм несет в себе свойства обоих родителей, так как образуется в результате слияния женских и мужских половых клеток (гамет). Несмотря на единый механизм, размножение голосеменных и цветковых имеет свои особенности.

Схема, с помощью чего происходит

Основную часть группы голосеменных составляют хвойные деревья, поэтому их размножение рассматривают на примере сосны обыкновенной.

Большинство видов имеют на одном дереве шишки обоих полов: мужские и женские. Первые растут группами у основания веток. Вторые — по одной на концах. Размножения происходит в несколько этапов:

1. В пыльце мужских шишек созревает мужской гаметофит со спермиями, в пыльце женских — женский гаметофит с яйцеклетками.
2. В конце весны мужские пыльцевые зерна сосны созревают и высыпаются. Ветер разносит пыльцу, и она оседает на женских шишках.
3. На чешуях женских шишек находятся семязачатки. Когда пыльца попадает на них, чешуи смыкаются. Происходит опыление.
4. На следующий год происходит оплодотворение. В мужской пыльце образуется два спермия, в женской — яйцеклетка. Она сливается с одним спермием — образуется зигота. Второй спермий погибает.
5. Зигота развивается в зародыш. Он формируется за счет питательных веществ материнского растения.
6. Зародыш вместе с питательными веществами и защитными оболочками образует семя.
7. Примерно через год семена созревают. Женские шишки раскрываются. Семена выпадают наружу.

Размножение покрытосеменных происходит в следующей последовательности:

1. Мужской гаметофит (пыльцевое зерно) созревает в пыльце тычинок, женский — в пестике.
2. Пыльцевое зерно попадает на пестик и прикрепляется к его рыльцу.
3. Оно развивается в пыльцевую трубку, которая прорастает внутрь завязи.
4. Мужской гаметофит делится и образует два спермия.
5. Один из них сливается с яйцеклеткой. Происходит оплодотворение и образуется зигота.
6. Второй спермий сливается с ядром крупной центральной клетки зародышевого мешка. Они образуют эндосперм.
7. Зигота делится и превращается в зародыш. Эндосперм служит для него источником питательных веществ. Зародыш и эндосперм вместе образуют семя.
8. Семя созревает, завязь пестика разрастается и превращается в плод.

Таким образом, в отличие от голосеменных, у цветковых растений оплодотворение сопровождается двумя слияниями, поэтому такой способ называют двойным оплодотворением.

Антеридии и архегонии

Как известно, все органы растений объединяются в две группы: вегетативные и генеративные. Первые выполняют функции почвенного питания, фотосинтеза и роста растения. Они также осуществляют процесс вегетативного размножения. Это корень, стебель, лист и почка.

Генеративный орган обеспечивает половое размножение. У покрытосеменных растений это цветок. В завязи его пестика созревает женская гамета — яйцеклетка, а в пыльниках тычинок — неподвижные спермии.

Покрытосеменные, споровые растения также формируют органы полового размножения — гаметангии. Женские называются архегониями. Их составными частями являются: брюшко, в котором созревает яйцеклетка, и шейка. Мужские гаметангии — это антеридии. В них формируются спермии.

Голосеменные

Общая характеристика. Голосеменные — это семенные растения, имеющие незащищенные семяпочки, расположенные открыто на семенной чешуе шишки; семена защищены только семенной кожурой. Голосеменные не имеют настоящих цветков и не образуют плодов. Они являются наиболее древними из семенных растений; произошли от семенных папоротников в начале мезозойской эры (около 350 млн. лет назад). В настоящее время насчитывают около 650 видов.

В жизненном цикле происходит правильное чередование полового и бесполого поколений. Основная жизненная форма — диплом идный спорофит (само растение), гаметофит редуцирован, утратил самостоятельность и живет на спорофите. Мужской гаметофит не имеет антеридиев. Растения опыляются в основном ветром.

Особенности строения. Спорофит голосеменных — это одно-или двудомное растение с хорошо развитыми стеблем (имеющим моноподиальное ветвление) и стержневой корневой системой с выраженными главным и боковыми корнями. Представлен в основном древесными вечнозелеными формами, реже встречаются листопадные деревья (лиственница), имеются кустарники (можжевельник) и лианы (эфедра); травянистых растений нет. Листья игловидные (хвоя) или чешуевидные; располагаются поодиночке, по два или несколько в пучках. В древесине большинства голосеменных нет настоящих сосудов и древесных волокон; трахеиды выполняют водопроводящую и опорную (механическую) функции.

Важнейшие ароморфозы: появление семени и пыльцевой трубки, что обеспечило опыление и оплодотворение без воды.

Характерные особенности образования семян: оплодотворение — простое (в нем участвует один спермий из двух, имеющихся в пыльцевом зерне), эндосперм образуется в семязачатке до оплодотворения, а семена покрыты только семенной кожурой.

Голосеменные широко распространены во всех частях света; составляют большинство и доминируют в растительном покрове в умеренном климатическом поясе. Подразделяются на четыре класса: Хвойные, Гнетовые, Саговниковые, Гинкговые.

Класс Хвойные — вечнозеленые растения, имеющие видоизмененные игольчатые листья. Листья игловидные, покрыты кутикулой или восковым налетом; устьиц мало, глубоко посажены (это обеспечивает жизнестойкость растений в засушливые и зимние периоды). У хвойных стебель прямостоячий, покрыт корой, содержащей ситовидные клетки, механическую ткань, паренхиму, смоляные ходы, камбий. Древесина на 90-95% состоит из трахеид и не содержит механической ткани. Трахеиды имеют плотные од-ревесневевшие стенки. Сердцевина представлена основной тканью.

Сосна обыкновенная — это однодомное светолюбивое растение, у которого весной формируется раздельнополые мужские и женские шишки (стробилы). Мужские шишки формируются у основания побега, имеют зеленовато-желтый цвет и длину около 5 мм. На осях таких шишек расположены слои мелких чешуек -микроспорофилл. На нижней поверхности каждой из чешуек расположены два микроспорангия (пыльцевых мешка), в которых образуется пыльца (мужской гаметофит). Каждое пыльцевое зерно содержит вегетативную клетку, два спермия и имеет два воздушных мешка, облегчающих перенос пыльцы ветром,

Женские шишки имеют красноватый цвет и содержат крупную, толстую семенную чешую (с двумя семязачатками на поверхности каждой чешуйки) и мелкую прозрачную кроющую чешую. В каждом семязачатке формируется женский гаметофит, который содержит гаплоидный эндосперм (особую питательную ткань) и два архегония с крупной яйцеклеткой в каждом. Семязачаток снаружи покрыт интегументом и имеет пыльцевход (микропиле), через который пыльца втягивается внутрь, где прорастает с формированием пыльцевой трубки. По ней созревшие спер-мии проникают к архегониям. Оплодотворение простое и не требует присутствия воды; в нем участвует только один из спермиев, сливающийся с одной из яйцеклеток, второй спермий погибает. Образовавшаяся зигота делится, из нее формируется зародыш семени, а вся семяпочка превращается в семя.

У сосны обыкновенной семена созревают на второй год, разносятся ветром и в благоприятных условиях прорастают.

Знамение голосеменных: выделяют в атмосферу кислород и фитонциды, являются источником сырья для строительной, деревообрабатывающей и целлюлозной промышленности, получения скипидара, канифоли, спирта, лекарств; многие используются в декоративных целях (ели, туя, саговниковые); семенами многих хвойных питаются птицы (клесты, синицы, дятлы) и млекопитающие; семена кедровой сосны и пинии используются в пищу человеком.

Женский гаметофит

Женские споры не вылетают из шишек, а прорастают там, где образовались, внутри спорангиев.

ТОП-4 статьикоторые читают вместе с этой

Проросшая женская спора образует заросток с двумя архегониями (органами, в которых развиваются яйцеклетки). Таким образом, заросток, – это гаметофит.

Заросток находится внутри спорангия (семязачатка), и является новым поколением сосны. Для будущего зародыша сосны он является материнским организмом.

Мужской гаметофит сосны, – это пыльца, так как из её антеридиальной клетки образуются спермии (мужские гаметы). Про такой гаметофит, сокращённый до одной клетки, говорят, что он сильно редуцирован.

Характерные черты

Современные голосеменные представлены только кустарниками и древесными формами. Одним из признаков принадлежности растения к этому виду являются видоизмененные листочки — хвоинки. У некоторых голосеменных они сохраняются на протяжении длительного времени. Например, хвоинки сосны обыкновенной живут до 45 лет. Некоторые голосеменные обновляют их ежегодно — лиственница.

Древесина хвойных растений отличается высоким показателем механической прочности. Этот факт связан с двумя особенностями ее строения:

• основу древесины составляют трахеиды;
• паренхима развита очень слабо.

В коре и древесине присутствуют каналы со смолой. Однако некоторые голосеменные не способны производить это вещество, например, гингко. О значении хвойных для человека говорит тот факт, что несколько столетий назад на территории Российской империи создавались и охранялись корабельные рощи. Из древесины сосны в те времена делали мачты для судов.

Свое название голосеменные получила из-за особенностей расположения семян. Они располагаются открыто. У этих растений нет специальных вместилищ для семечек, а также отсутствует завязь. Благодаря этому они занимают более высокий уровень в иерархии растительных организмов в сравнении с высшими споровыми.