Отдел Голосеменные

Голосеменные — это высшие семенные растения, которые не имеют цветков и не образуют плодов. Семена их располагаются открыто на внутренней стороне чешуевидных листьев, которые образуют шишку. Голосеменные – первые истинно сухопутные растения, так как для их оплодотворения не нужна вода.

Расцвет голосеменных растений относится к палеозойской и мезозойской эрам. В процессе эволюции голосеменные произошли от папоротников. Вымершая переходная форма – семенные папоротники. По внешнему облику эти растения были близки к папоротникам, но имели семязачатки, которые располагались прямо на листьях, что и дало повод назвать эту группу Семенными папоротниками.

В настоящее время голосеменных растений насчитывают около 720 видов. Наиболее обширную группу составляют хвойные, к которым относятся сосна, кедр, ель, можжевельник, лиственница, кипарис и др.

Голосеменные представлены деревьями или кустарниками. В северном полушарии они образуют крупные лесные массивы. Сосна и ель наиболее часто встречаются в умеренной зоне.

 

Строение голосеменных (на примере сосны).

Преобладающая стадия – спорофит.

Стебель (у большинства) хорошо развит, одревесневает. Стебель включает кору, древесину и слабо выраженную сердцевину. Проводящая ткань представлена трахеидами (эволюционно более древняя структура, чем трахеи). В коре и древесине хвойных имеются смоляные ходы — межклеточные пространства, заполненные эфирными маслами и смолой, которые выделяются клетками, выстилающими канал. Смола защищает растение от проникновения микроорганизмов и насекомых. Ветвление стебля моноподиальное, т.е. верхушечный побег сохраняется всю жизнь. При удалении верхушечного побега рост растения в высоту прекращается.

Листья хвойных мелкие, чешуйчатые или игловидные называются хвоей. Обычно они держатся на дереве 2—3 года. Хвоя покрыта кутикулой. Устьица глубоко погружены в ткань листа, что уменьшает испарение воды.

Корневая система стержневая обычно стержневая. Главный корень хорошо выражен, глубоко проникает в почву. Короткие боковые корни часто содержат микоризу.

Голосеменные приспособлены к жизни на суше во многих отношениях лучше, чем споровые растения. Их размножение не связано с наличием влаги, так как пыльца переносится ветром с мужского спорофита на женский. Оплодотворение совершается при помощи пыльцевой трубки. Благодаря развитию камбия и вторичной древесины многие голосеменные растения достигают больших размеров.

Голосеменные – разноспоровые растения, т.е. у них образуются мужские и женские шишки. Шишки – видоизмененные побеги.

Мужские шишки располагаются среди хвои у основания молодых побегов. Они образованы микроспорофиллами (чешуйками), которые несут по 2 микроспорангия (пыльцевых мешка), в которых развиваются споры. Мужские шишки имеют зеленовато-желтый цвет.

 

Женские шишки располагаются на верхушках других молодых побегов. Имеют коричневый или красно-коричневый цвет. Женские шишки состоят из семенной чешуи (мегаспорофиллов) с 2 семязачатками и кроющей стерильной чешуи. Семязачатки (семяпочки) – образования, из которых развиваются семена. Располагаются на поверхности семенной чешуи открыто

· 2 – женская шишка

· 3 – семенная чешуя с 2 семезачатками (вид сверху)

· 4 – кроющая и семенная чешуя (вид снизу)

 

Жизненный цикл хвойных (на примере сосны).

Сосна — однодомное растение. Весной на некоторых ее побегах образуются шишки — мужские и женские. Микроспорании мужских шишек заполнены микроспороцитами (2n), которые после мейоза образуют по 4 гаплоидные микроспоры. Микроспоры покрываются споровой оболочкой и формируют пыльцевое зерно, в котором формируется мужской гаметофит, включающий 1 вегетативную и 1 генеративную клетки. Споровая оболочка образует два воздушных мешка, что облегчает перенос пыльцы ветром на большие расстояния.

· А – мужская шишка;

· Б - микроспорофилл (1) с микроспорангиями (2);

· В - пыльца: 3 - вегетативная клетка; 4 – генеративная клетка; 5 - два воздушных мешка

 

После разрыва стенки микроспорангия, пыльцевые зерна рассеиваются ветром и попадают на женские шишки.

Мегаспорангий – это часть семязачатка, покрытый интегументом (покровом) и с помощью ножки крепящийся к семенной чешуе (мегаспорофиллам).

 

А – женская шишка

а – кроющая чешуя

б – семенная чешуя

в – семязачатки на семенной чешуе

1 – семенная кожура снизу

2 – семенная чешуя сверху,

3 – семезачаток в разрезе (внутри мегаспорангий, внутри которого архегонии, снаружи покрыт интегументом)

 

Мегаспорангий включает только один мегаспороцит (2n), который после мейоза образует 4 гаплоидные споры, три из которых редуцируются. Оставшаяся мегаспора образует женский гаметофит, который не покидает пределов мегаспорангия. На гаметофите образуются архегонии, содержащие яйцеклетки.

 

Опыление у сосны происходит в конце мая — начале июня. Попав на семязачаток, пыльцевое зерно приклеивается к липкой жидкости, которая, испаряясь, втягивает его внутрь семязачатка. Пыльцевое зерно прорастает: из вегетативной клетки образуется пыльцевая трубка, из генеративной – 2 спермия (путем митоза). Спермии пассивно переносятся к архегониям по пыльцевой трубке. Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, второй погибает.

Образовавшаяся после слияния половых клеток зигота дает начало зародышу, а семязачаток — семени. Семя состоит из:

· зародыша (2n)

· семенной кожуры (2n) – образуется из интегумента

· запаса питательных веществ – эндосперма (n) – образуется из тела гаметофита.

Развивающийся зародыш содержит корешок, стебелек, несколько семядолей (зародышевые листья) и почечки. Семена у сосны созревают к осени следующего года. Обычно зимой одревесневшие семенные чешуи расходятся, и семена, имеющие крыловидные придатки, разносятся ветром. Попав в благоприятные условия, семена прорастают, давая начало спорофиту — крупному листостебель-ному растению.

 

 

Сосна — светолюбивое растение, нетребовательное к почве. Она растет на песках, на скалах, на болотах. В зависимости от места произрастания у нее развивается преимущественно либо главный корень, либо система боковых корней. Хорошо укореняется, что способствует закреплению почвы. Растущая в лесу сосна может достигать до 40 м в высоту. Она имеет прямой ствол, покрытый красно-бурой корой. Низкий тонкий ствол встречается у сосны, растущей на болоте. Срок жизни сосны — 350—400 лет.

Ель в отличие от сосны теневыносливое растение. Ель развивает густую пирамидальную крону. Нижние ее ветви обычно не отмирают, а сохраняются, поэтому еловые леса темные. Ель более требовательна к окружающим условиям и растет на более плодородных и достаточно увлажненных почвах. Ее корневая система меньше развита, чем у сосны, и расположена более поверхностно, поэтому сильные ветры могут «вырвать» дерево с корнями. Листья ели — хвоя — игольчатые, расположены поодиночке на побегах и сохраняются на дереве 7—9 лет. Если шишки сосны имеют длину 4—5 см, то у ели они 10— 15 см длиной и развиваются в течение одного года. Размножение у ели происходит так же, как у сосны. Срок ее жизни 300—500 лет.

К хвойным относится также лиственница. Она выдерживает суровые морозы в Сибири и Якутии. Ее хвоя на зиму опадает, с чем и связано ее название.

Исключительной долговечностью отличается секвойя, или мамонтово дерево. Длительность ее жизни — 3—4 тыс. лет.

В сосновых и смешанных лесах, на сухих холмах встречается можжевельник обыкновенный — 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, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Хвойные леса задерживают таяние снега и обогащают почву влагой. Сосна выделяет фитонциды — летучие вещества, обладающие антибактериальным действием. Сохраняют структуру почвы и защищают ее от разрушения (сосна).

Человек использует хвойные как ценный строительный и поделочный материал («корабельные сосны», «красное дерево» — древесина секвойи, устойчивая к гниению древесина лиственницы). Древесина ели идет на изготовление бумаги. Из хвойных получают скипидар, канифоль, сургуч, лаки, спирт, пластмассы. Из семян сибирской кедровой сосны вырабатывают пищевое масло. Семена кедровой сосны съедобны. Семенами хвойных питаются некоторые обитатели леса. Шишки можжевельника применяют в качестве лекарственного средства. Многие хвойные культивируют как декоративные растения

 

### Задание на дом

1. Семена сибирской сосны называют кедровыми орешками. Объясните, справедливо ли такое название с научной точки зрения.

 

2. Учёные установили, что хвойные деревья (ель, сосна) менее устойчивы к загрязнению воздуха промышленными газами, чем лиственные деревья. Объясните, в чём причина этого явления.

Ответ:

· На листьях оседают различные вредные вещества.

· У лиственных растений листья опадают ежегодно, а с ними удаляются вредные вещества, у хвойных растений листья живут 3—5 и более лет, поэтому вредные вещества не удаляются и ведут к отравлению организма.

 

3. Дайте развёрнутый ответ на вопрос. Какие признаки характерны для хвойных растений?

 

4. Почему в августе в хвойном лесу под деревьями можно увидеть много опавшей хвои, а в лиственном лесу прошлогодних опавших листьев почти нет? Как это отражается на плодородии почвы?

Ответ:

· Хвоя содержит много смолистых веществ, затрудняющих их разложение микроорганизмами.

· Кроме того, в хвойном лесу в условиях тени температура более низкая и скорость разложения низкая.

· Из-за медленного разложения и вымывания органических веществ почва в хвойном лесу содержит мало перегноя.

 

5. Какой хромосомный набор характерен для клеток пыльцевого зерна и спермиев сосны? Объясните, их каких исходных клеток и в результате какого деления образуются эти клетки?

 

6. Почему вредители обитают больше на старых, больных деревьях сосны?

Ответ:

· На молодых деревьях выделяется много смолы,

· в составе смолы есть скипидар, отпугивающий вредителей.

· Старые деревья являются более удобным убежищем.

 

7. В чем преимущества размножения растений семенами по сравнению со спорами?

 

8. Чем отличается семя сосны от споры папоротника и в чём их сходство?