Ботаника высших растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Что такое вакуоли и клеточный сок? Состав клеточного сока, его значение в жизни человека. Использование клеточного сока растений человека

Клеточный сок - играет чрезвычайно важную роль в жизни растительных организмов. Клеточным соком называют водянистую жидкость, включенную в виде более или менее крупных капель внутрь протоплазмы клеточек. В самых молодых растительных клеточках, например, в клеточках точки роста корня или стебля, клеточного сока нет. Затем он появляется в виде отдельных капелек, "вакуолей клеточного сока", которые постепенно растут, сливаются друг с другом и дают, в конце концов, сплошную "соковую полость", одетую лишь тонким слоем протоплазмы, образующей род мешка или пузыря. Накопление клеточного сока внутри протоплазмы есть чисто физический процесс, могущий быть воспроизведенным искусственно. Состав клеточного сока в различных случаях очень различен. По большей части реакция его оказывается кислой; это зависит от присутствия свободных органических кислот, каковы щавелевая, виннокаменная, яблочная, лимонная и прочие. Кроме кислот в состав клеточного сока входят в большинстве случаев углеводы. Из них чаще всего встречаются глюкозы, далее, тростниковый сахар, а в некоторых случаях инулин и другие, более редкие углеводы. К сахарам примыкают различные глюкозиды, дубильные вещества, эпидермисы и прочие. Далее следуют алкалоиды, а также аспарагин, глютамин, тирозин, лейцин; изредка в растворе в клеточном соке находятся белковые вещества; всегда встречаются различные минеральные соли. Клеточный сок часто бывает окрашен в красный, синий или фиолетовый, а также в желтый цвет. Желтая окраска зависит от антохлора; остальные оттенки обусловлены присутствием способного изменять свой цвет антоциана. Значение клеточного сока в жизни растительных организмов многообразно. Прежде всего, он является вместилищем питательных веществ как органических, так и неорганических; в К. соке, далее, растворены многие продукты отброса, растворены и различные защитные вещества, которыми растение защищается от животных. Наиболее важную роль играют, однако, осмотические свойства клеточного сока. Благодаря им растение всасывает воду из окружающей среды. Значительное осмотическое давление, наблюдающееся внутри клеток (от 3 до 20 атмосфер) утилизируется растением, как механическая сила. Придавая клеточкам напряженное состояние (тургор), клеточный сок обусловливает прочность и упругость растительных тканей. Клеточный же сок своим давлением растягивает оболочки клеточек, делая возможным рост их. Обыкновенно клеточки благодаря такому растягиванию раздуваются до сравнительно громадных размеров, во много раз превышающих исходную величину зародышевых клеточек. Увеличение объема, а, следовательно, и рост происходит, таким образом, почти исключительно на счет воды, и драгоценный строительный материал - протоплазма - тратится в сравнительно ничтожном количестве. Проявление большинства этих свойств клеточного сока связано с присутствием прочной клеточной оболочки. Клеточный сок и оболочка представляют собой в совокупности своеобразное приспособление, наличность которого обусловливает целый ряд характерных особенностей растительной клетки.

2. Покровные ткани растений. Классификация, особенности строения

Покровные ткани располагаются на границе с внешней средой. Большинство из них состоит из плотно сомкнутых живых, реже мертвых клеток. Они выполняют барьерную роль, защищая внутренние ткани от высыхания и повреждения. Одна из функций покровных тканей - регуляция газообмена и транспирации. Некоторые из них способны к всасыванию и выделению, активно регулируя скорость и избирательность проникновения веществ. Покровные ткани - барьер для проникновения патогенных микроорганизмов. Это очень древнее образование, возникшее в момент выхода растений из водной среды на сушу. Подобно прочим постоянным тканям, покровные ткани возникают в процессе онтогенеза из меристем.

Принято различать первичные покровные ткани, образующиеся в результате дифференциации клеток первичных меристем, эпидерму и эпиблему. Вторичная покровная ткань - перидерма - образуется из вторичной меристемы-феллогена

3. Метаморфозы листа. Приведите примеры

растение гаметофит клеточный сок

У многих растений можно наблюдать различные метаморфозы листьев. Усики -- это нитевидные органы, чувствительные к прикосновению и приспособленные для лазания. У многих лазающих лиан часть листа или весь лист превращены в усики.

Колючки свойственны растениям, обитающим в сухом и жарком климате, хотя нередки они и у растений других климатических зон. Они выполняют две основные функции: уменьшают испаряющую поверхность надземной части растений и защищают стебли, стволы и молодые листья от поедания животными. Кроме того, некоторые пальмы-ротанги с их помощью прикрепляются к опоре.

Метаморфоз всего листа или какой-либо его части в колючку свойствен видам многих семейств. Листья, полностью метаморфизованные в колючку, типичны, например, для кактусов, широко распространенных в пустынях, полупустынях, картинге и саванне Центральной и Южной Америки. Почти все кактусы -- стеблевые суккуленты с метаморфизованными листьями. У опунции они представлены крошечными (длиной. 0,2...0,5 си) сочными шиловидными образованиями, которые появляются в период дождей, а затем засыхают и опадают. У видов подсемейства кактусовых, самого обширного в семействе, у листьев, развивающихся на стебле, формируются только основания, подобные сосочкам (пластинка редуцировал), в пазухах которых развиваются ареолы -- пазушные почки с очень короткими междоузлиями и колючками, являющимися метаморфизованными почечными чешуями. Длина колючек 0,1…25 см.

Колючки кактусов в ночные часы выполняют еще одну функцию -- они конденсируют водяные пары из воздуха. Происходит это следующим образом. На одревесневших колючках и волосках кактусов в ветреную погоду накапливаются электрические заряды, которые притягивают к себе из воздуха капельки воды. Таким образом, колючки способствуют конденсации водяного пара в атмосфере. В тех климатических зонах, в которых по ночам отмечается образование туманов (например, в прибрежных пустынях Чили), кактусы, на 95 % состоящие из воды, в состоянии успешно развиваться, даже если годами не выпадают дожди.

Колючкой может становиться рахис сложных листьев после опадения листочков. Таково происхождение колючек, например, у эспарцетов, трагакантов астрагалов, некоторых сибирских карраген. Колючки некоторых листопадных растений образуются из прилистников (например, у представителей видов акации, молочаев, диоскорей, а также робинии, ухабе, держи-дерева и др.). Ко времени опадения черешка прилистники-колючки одревесневают и впоследствии защищают растения от животных. Иногда колючки одревесневают раньше. Так, у робинии колючки становятся твердыми еще при зеленом листе (у третьего листа сверху). При опадении листа между колючками-прилистниками четко виден листовой рубец.

Крупные (длиной до 5 см) полые, острые колючки некоторых растений тропиков (акации-корни Гера, акации-флейты и др.) служат жилищем для муравьев, которые активно защищают листья растения от муравьев-листорезов. Благодаря небольшому отверстию на верхушке колючки акации-флейты при порывах ветра возникает свистящий звук, что и получило отражение в названии растения.

4. Строение андроцея цветка

Сравнительно-морфологическое изучение тычинок, в совокупности составляющих андроцей, показывает, что они произошли из довольно широких листовидных микроспорофиллов с 3 жилками, на верхних сторонах которых между средней и 2 боковыми жилками располагались по 2 линейных микроспорангия, впоследствии срастающихся в синении, частично погруженные в ткань пластинки. Такие тычинки встречаются у наиболее примитивных современных покрытосеменных, в частности у дегенерии и некоторых видов магнолии. Их эволюционные преобразования шли по пути редукции стерильных частей микроспорофиллов, обусловившей постепенный переход сеногноев в краевое положение, их сближение и последующее срастание, приведшее к образованию четырехгнёздного пыльника. Нижняя часть микроспорофилла дала начало тычиночной нити, средняя, соединяющая половинки пыльника, превратились в связник с проводящим пучком внутри, а самая верхняя, выступающая над пыльником,- в придаток (над связник), впоследствии редуцировавшийся. Из современных растений придатки имеют пыльники некоторых сложноцветных, олеандра, барвинка. Пыльник может быть неподвижным (если по длине он почти равен связнику и тычиночная нить в месте перехода в связник имеет ту же ширину, что и в основании или слегка расширена) и качающимся (если по длине он значительно превышает связник и место отхождения сильно утонченной тычиночной нити находится почти посередине пыльника). У большинства растений пыльники четырёх гнездные, при этом гнёзда располагаются вдоль связника, по всей его длине. Тычиночные нити у большинства растений тонкие, цилиндрические, но они могут быть и широкими, плоскими, как у кубышки, кувшинки, стрелолиста. Число тычинок варьирует от одной, как у некоторых орхидных, до весьма многочисленных, как у магнолии, лютика. Тычинки имеют либо одинаковые, либо разные по длине нити. Дифференциация тычиночных нитей на длинные и короткие чаще всего свойственна тычинкам разных кругов андроцея, реже-одному и тому же кругу. У крестоцветных 2 тычинки наружного круга короче 4 тычинок вн. Такие тычинки называют четырёхжильными. У губоцветных тычинки двужильные, они расположены в одном круге, но 2 из них длинные, а 2 короткие. Тычинки могут срастаться между собой. Андроцей, состоящий из свободных тычинок, называютмногобратственным, а если все тычинки срослись между собой нитями-однобратственным, как у кислицы, герани, люпина. Если сросшиеся тычинки составляют 2 группы, то независимо от числа тычинок в каждой из них, андроцей называют двубратственными. Усложноцветных слипаются пыльники, образуятрубку, окружающую столбик пестика, однако нередко в период цветения пыльники расходятся (мальва). Тесная сближенность тычинок и лепестков в процессе развития цветка определяет возможность их срастания у некоторых растений. Тычинки участвуют и в формировании гипантия. Основная функция тычинок-образование пыльцевых зёрен, развивающихся в гнездах пыльника. Однако некоторые тычинки не имеют пыльников. Такие стерильные тычинки называют стаминодиями. Тычинки закладываются в цветоложе в виде бугорков после появления на нём зачатков будущего околоцветника. Из бугорка формируется пыльник, а тычиночная нить развивается путём интеркалярного роста перед распусканием цветка.

5. Типы соцветий. Нарисуйте схемы, приведите примеры

Соцветие - это годичный побег растения (называемый «главная ось»), на котором вырастает группа цветков. Простые соцветияхарактерны тем, что цветки расположены только на единственной главной оси. Они могут вырастать непосредственно на побеге (в таком случае их называют сидячими), или на веточках различной длины - цветоножках. В сложных соцветиях главная ось ветвится на вторичные побеги (оси), на которых уже образуются соцветия второго порядка -- их называют частные, или парциальные (также встречаются частные соцветия третьего и более порядка).

Среди огромного разнообразия соцветий в природе можно выделить несколько основных, наиболее распространенных типов:

Простые соцветия

Кисть характерна удлиненной главной осью, вдоль которой равномерно вырастают цветки на цветоножках примерно одинаковой длины. Цветки начинают развиваться от основания соцветия к его верхушке. Кисти бывают прямостоячими (растущими вертикально вверх), поникающими (склоненными под углом к земле), встречаются среди большого количества трав и деревьев: черемуха, большинство видов горошка, вероника колосистая, колокольчик крап иволистный и др.

Колос строением похож на кисть, но цветки в таком соцветии сидячие (не имеют цветоножек). Колос характерен для многих видов подорожника, злаковых, осок и других растений (Ятрышник болотный, Дербенник прутовидный, Вербена лекарственная и пр.)

Сережка - так называют, как правило, повислые (поникающие) соцветия с более-менее длинной главной осью и плотно растущими на ней цветками. По строению они могут быть колосьями, простыми кистями и тирсами. Особенно характерны для деревьев: берез, тополей, ив и других.

Початок строением похож на колос, но его главная ось толстая, мясистая, с тесно расположенными на ней сидячими цветками. Часто под початком вырастает один или несколько крупных листьев, покрывающих собой соцветие. Примеры: кукуруза, аир болотный.

Щитковидное соцветие. В этом распространенном типе соцветия все цветоножки такой длины, что все цветки вырастают практически на одной плоскости, образуя подобие блюдца. Цветки начинают распускаться от краев соцветия к середине. (Герань лесная, Земляника лесная, Бессмертник песчаный) Щитковидное соцветие нужно отличать от зонтика.

Зонтик имеет очень укороченную главную ось, из верхушки которой выходят цветоножки одинаковой длины, т.е. соцветие в виде сбоку напоминает веер. (Лук угловатый, Вязель пестрый, Примула)

Внешне (но не по строению) на зонтик похож полузонтик. В полузонтике главная ось заканчивается одним цветком, под которым развиваются еще две боковые ветви, заканчивающиеся цветками. (Полевой салат, Горицвет кукушкин, Селезеночник очереднолистный)

Головка. Это легко узнаваемое соцветие имеет короткую толстую главную ось овальной или почти шаровидной формы, на которой снизу вверх развиваются цветки на коротких цветоножках. (Клевер, Колокольчик скученный, Буквица аптечная)

Корзинка внешне часто выглядит как единичный цветок с множеством лепестков, на самом же деле это соцветие. Как и головка, имеет сильно измененную главную ось - толстую, мясистую или полую внутри, сплющенную в форме блюдца, конусовидную или почти шаровидную. Отличительная особенность: нижняя часть главной оси покрыта листочками - оберткой, сверху вырастают цветки одного или сразу нескольких типов: язычковые, трубчатые (воронковидные), ложно язычковые. Соцветие наиболее типично для семейства астровых (сложноцветных).

Мутовка - так называют группу цветков, вырастающими в ряд вокруг стебля, как правило, на коротких цветоножка над листьями. (Пустырник обыкновенный, Яснотка стеблеобъемлющая)

Сложные соцветия

Сложный зонтик по строению подобен простому зонтику, но из короткой главной оси выходят не цветоножки, а веточки (оси) второго порядка, называемые лучами. На лучах вырастают мелкие цветки на цветоножках одинаковой длины, образуя зонтики. (Борщевик,Жабрица однолетняя, Гвоздика турецкая)

Сложный колос состоит из длинной главной оси, на которой вырастают соцветия второго порядка - колоски, аналогичные по строению простому колосу.

Метёлка - так часто называют сильно ветвящиеся соцветия, имеющие длинную главную ось и соцветия второго порядка, нижние из которых более ветвистые и сильнее развиты, чем верхние, что придает всему соцветию пирамидальную форму. (Частуха подорожниковая, Подмаренник северный, Коровяк метельчатый) Парциальные соцветия в метелке могут иметь различное строение, в том числе похожее на некоторые упомянутые простые соцветия.

Завиток строится так: из главной оси с одним цветком вырастает другая ось с одним цветком, из нее - третья, и тоже с цветком, и так далее, и все они обращены в одну сторону. (Незабудка лесная,Окопник шершавый, Медуница лекарственная)

Вильчатое соцветие (развилку) описывают тогда, когда главная ось через определенные промежутки разветвляется на пару супротивных веточек второго порядка (Смолевка обыкновенная, Оксибафусночецветный, Звездчатка дубравная)

Шишка. В основном это соцветие (и плод) хвойных растений. Оно образуется чешуями, расположенными в виде колоса, деревенеющими со временем. В мужских шишках развиваются споры, в женских происходит оплодотворение и созревание семян. Формы шишек различны - от почти круглой до цилиндрической. У цветковых (покрытосеменных) растений шишками называют головчатое соцветие, кроющие листья которого сильно разрастаются и придают соцветию форму шишки. Настоящих шишек (стробилов) у цветковых растений нет.

6. Жизненные формы растений

Термин «жизненная форма растений» впервые предложил датский ботаник Е. Варинг в 1884 г. Этот термин означает форму, в которой вегетативное тело растения (индивида) находится в гармонии с внешней средой в течение всей его жизни.

И.Г. Серебряков (1962) понимает жизненную форму как своеобразный исторически сложившийся в определенных условиях внешней среды габитус (внешний облик) групп растений, возникающих в онтогенезе в результате роста и развития,* как выражение приспособленности к условиям среды. По И.Г. Серебрякову, все жизненные формы деревянистых растений относятся к двум отделам -- древесные (деревья, кустарники, кустарнички, древовидные и кустарниковые лианы, растения-подушки) и полу древесные растения (полукустарники, полукустарнички, полукустарниковые и полукустарничковые лианы). Таким образом, дендрология изучает не только древесные растения, а частично и полу древесные -- полукустарники и полукустарниковые лианы.

Дерево -- эволюционно наиболее древний тип жизненной формы семенных растений, возникший около 400 млн. лет назад. Деревья всегда обладают достаточно развитым одревесневшим стволом, разветвленным или неветвящимся, сохраняющимся в течение всей жизни растения -- от десятков до тысячи лет. Высота деревьев может составлять от 2--5 до 100 м и более. Деревья включают в себя разные группы жизненных форм. Образователями древесной растительности России являются деревья лесного, кустовидного, лесостепного, сезонно-суккулентного типов и деревья-стланцы.

Деревья лесного типа -- главные образователи лесов. Их ствол, единственный в течение всего онтогенеза, длительное время сохраняет резкое преобладание по длине и толщине над боковыми ветвями (явление апикального доминирования). Даже в кроне главная ось заметно выделяется по толщине среди боковых ветвей (виды ели, пихты, лиственницы, сосны, дуба, тополя). После рубки или отмирания ствола у многих древесных пород этого типа (секвойя, дуб, бук, вяз, береза) из спящих почек могут вырастать два или несколько вторичных (порослевых) стволов.

Деревья кустовидного типа во взрослом состоянии имеют несколько стволов, развивающихся из спящих (или придаточных) почек у основания материнского ствола. Но в отличие от деревьев лесного типа боковые стволы здесь возникают не в результате удаления материнского ствола, а в связи с его естественным старением. Деревья этого типа (ольха серая, рябина обыкновенная, береза извилистая) представляют собой переходные формы от деревьев к кустарникам.

Деревья лесостепного, или плодового, типа характеризуются стволом, рано теряющим преобладание в росте над боковыми ветвями. Поэтому крона начинается близ поверхности почвы, а в самой кроне главная ось не выделяется среди сильных боковых ветвей (виды яблони, абрикоса, сливы, айва обыкновенная, клены татарский и приречный).

Сезонно-суккулентные деревья (например, саксаул) -- обитатели засушливых (аридных) областей России и сопредельных государств. Из-за сильной редукции листьев они практически безлистны (афильные растения). Функции органов ассимиляции у сезонно-суккулентных деревьев выполняют зеленые суккулентные однолетние побеги, опадающие в течение жаркого и сухого лета или осенью. Образователями же кроны являются побеги другого типа: многолетние несуккулентные одревесневающие.

У деревьев-стланцев главный ствол довольно рано полегает на землю и укореняется. Укореняться, способны и скелетные ветви. Деревья этого типа (сосна кедровая стланиковая, можжевельник туркестанский и др.) распространены в субальпийском поясе гор, близ северных границ леса, а иногда на торфяниках и песках в таежной зоне.

У кустарников главный ствол выражен только в первые годы жизни растения. Затем он теряется среди равных ему или даже более мощных надземных стеблей (скелетных осей), последовательно возникающих из спящих почек; позже ствол отмирает. Большинство видов кустарников несет полностью одревесневающие удлиненные побеги. Но есть и суккулентно-стеблевые (виды кактусов), а также розеточные виды (кустарниковидные пальмы). Среди кустарников с полностью одревесневающими удлиненными побегами различают прямостоячие (виды лещины, барбариса, розы, сирени, жимолости), полупростратные и стелющиеся, у которых главная ось и боковые ветви лежачие, укореняющиеся, но приподнимающиеся у верхушки. Такие кустарники (сосна горная стланиковая, ольховник кустарниковый, горные заросли ивняков и кустарниковых видов можжевельника) широко распространены в субальпийских и субарктических областях, образуют криволесье. В отличие от деревьев длительность жизни надземных скелетных ветвей кустарников в большинстве случаев невелика: 10--20 лет (от 2--3 до 40 лет и более). Высота кустарников от 0.8--1 до 5-- 6 м, диаметр надземных скелетных осей от 1--2 до 5--8 см.

Кустарники широко распространены от экваториальных областей до холодных зон.

Кустарнички -- древесные растения, у которых главная ось имеется лишь в начале онтогенеза. Затем она сменяется боковыми надземными осями, образующимися из спящих почек базальной части материнской оси. Поэтому во взрослом состоянии кустарнички имеют большое число ветвящихся скелетных осей, связанных друг с другом надземно и подземно и последовательно сменяющихся в течение онтогенеза растений. Длительность жизни прямостоячих надземных осей у кустарничков обычно не превышает 5--10 лет, а высота растений колеблется от 5--7 до 50--60 см. Среди кустарничков преобладают вечнозеленые (вереск, брусника, клюква, толокнянка, водяника, линнея), но есть и листопадные (голубика) или такие, как черника -- до 10--12 лет она вечнозеленая, а позже становится листопадной. Кустарнички широко распространены в тундре, лесотундре, тайге и высокогорных областях.

Полукустарники -- полудревесные растения, у которых удлиненные побеги на значительной части их длины ежегодно остаются травянистыми и отмирают. Сохраняются и одревесневают лишь базальные части надземных осей. В отличие "от деревьев и кустарников у полукустарников почки возобновления располагаются только близ поверхности почвы. Обитают они - преимущественно в засушливых областях (виды полыни, астрагала, тмина, шлемника, дрока). К полукустарникам также принято относить многолетние растения типа малины, ежевики и малиноклена. У них побеги обычно одревесневают полностью, но живут только два года. В первый год побеги несут листья и почки возобновления, во второй -- листья, цветки и плоды. После созревания плодов побеги отмирают, а на смену им вырастают новые побеги, опять-таки с двухлетним циклом/развития.

Лианы -- растения с гибкими неустойчивыми стеблями, которые для своего роста в высоту нуждаются в опоре. Лианы могут быть древовидными (виды гнетума, ротанговых пальм, винограда, актинидии), кустарниковыми со стеблями не толще 10 см (виды древогубца, лимонника, виноградовика), кустарничковыми (плющ обыкновенный), полукустарниковыми (паслен сладко-горький). Некоторые древовидные лианы являются самыми длинными растениями на Земле, например, отдельные виды ротанговой пальмы способны достигать 300 м в длину.

Древесные растения-подушки -- жизненная форма, возникающая в крайне жестких условиях существования (пустыня, тундра, высокогорье). Для растений-подушек (виды руты, астрагала, волчеягодника, молочая) характерны ничтожно малый прирост, сильная редукция листьев, выровненная поверхность подушки высотой от 0.1 до 1 м.

7. Эволюция гаметофитов высших растений (показать на примере растений различных отделов)

Эволюция гаметофитов высших растений. От мхов к семенным растения наблюдается редукция гаметофитов. Если у мхов гаметофит представляется собой самостоятельное листостебельное растение, то у папоротников и хвощей он представлен небольшими заростками, а у разноспоровых папоротников гаметофит имеет почти микроскопические размеры. У голосеменных женский гаметофит представлен эндоспермом. Упокрытосеменных трудно провести границу и отличить друг от друга поколения. Упокрытосеменных женский гаметофит-зародышевый мешок с 8 ядрами.

Содержимое споры представляет собой первую клетку гаметофазы, и из нее в результате ряда митотических делений развивается гаметофит. Каждая изоспора дает начало обоеполому многоклеточному гаметофиту, на котором развиваются многоклеточные половые органы (гаметангии) -- антеридии и архегонии. Из гетероспор также развиваются гаметофиты, но содержимое микроспор дает начало только мужским гаметофитам, а содержимое мегаспор -- женским гаметофитам. В отличие от обоеполых гаметофитов однополые гаметофиты, особенно мужские, состоят из гораздо меньшего числа клеток и характеризуются возрастающей в процессе эволюции высших растений редукцией гаметангиев. Происхождение многоклеточных гаметангиев высших растений, защищенных слоем стерильных клеток, было связано с условиями наземного существования. В то время как в воде нет необходимости в защите гамет от высыхания, на суше эта задача является одной из важнейших. Не удивительно поэтому, что даже у наиболее примитивных из известных нам высших растений их нежные половые клетки развиваются в особых вместилищах, защищающих их от высыхания. Каково же происхождение этих вместилищ? Многоклеточные антеридии и архегонии высших растений произошли, скорее всего, из многоклеточных же половых органов, которые имеются у некоторых водорослей, в частности у зеленых. Но в многоклеточных гаметангиях водорослей все клетки половых органов фертильны и лишены защитной стенки. Очевидно, такие гаметангии не могли удовлетворить потребностям наземного существования. С переходом водорослевого предка высших растений к наземному образу жизни возникла, прежде всего, потребность в защите гамет от высыхания. Как в мужских, так и в женских гаметангиях самые наружные клетки должны были в этих условиях стерилизоваться, т. е. потерять способность производить гаметы, и после соответствующих видоизменений превратиться в защитный слой. Предполагают, что именно таким путем, т. е. путем стерилизации наружного слоя клеток, развилась стенка антеридиев и архегониев. У водорослевого предка высших растений мужские и женские гаметы отличались друг от друга, вероятно, очень слабо и были все снабжены жгутиками. Но у высших растений половая дифференциация усилилась и привела к резкому диморфизму гамет. Женские гаметы (яйцеклетки) накапливают питательные вещества и поэтому более крупны и неподвижны. Мужские гаметы (сперматозоиды) почти совершенно лишены запасных питательных веществ. У низших групп высших растений они сохраняют свою подвижность. Мужские гаметы потеряли свои жгутики у большинства голосеменных и у всех цветковых растений, но здесь это компенсировалось специальным приспособлением для их доставки -- пыльцевой трубкой. Такое неравномерное распределение питательного материала между женскими и мужскими гаметами обеспечивает большее число копуляций (слияний) при одной и той же массе, чем, если бы эта масса питательных веществ была распределена равномерно между гаметами. Таким образом, диморфизм гамет имеет большое биологическое значение и усиливался в процессе естественного отбора. С усилением половой дифференциации количество мужских гамет в гаметангии возрастало. Так получился антеридий высших растений с его многочисленными мелкими сперматозоидами. Количество женских гамет, напротив, уменьшилось. Таким путем возник, в конце концов, архегонии с одной большой и неподвижной яйцеклеткой. В эволюции архегония стерилизация сказалась весьма сильно, а сама женская гамета лишилась жгутиков и стала неподвижной. Шейковая и брюшная канальцевые клетки архегония также были когда-то гаметами, но в процессе эволюции стерилизовались. У разноспоровых растений в связи с редукцией их гаметофитов редуцируются и видоизменяются также аптеридии и архегонии, а у голосеменных родов вельвичия и гнетум и у всех цветковых растений они уже вовсе не образуются.

8. Температура, как экологический фактор. Типы растений по отношению к этому фактору

Растения - пойкилотермные организмы, т. е. их собственная температура, уравнивается с температурой окружающей их среды. Однако это соответствие неполное. Конечно, тепло, выделяемое при дыхании и используемое при синтезах, вряд ли играет какую-либо экологическую роль, но все же температура надземных частей растения может значительно отличаться от температуры воздуха в результате энергообмена с окружающей средой. Благодаря этому, например, растения Арктики и высокогорий, которые заселяют места, защищенные от ветра, или растут вплотную к почве, имеют более благоприятный тепловой режим и могут достаточно активно поддерживать обмен веществ и рост, несмотря на постоянно низкие температуры воздуха. Не только отдельные растения и их части, но и целые фитоценозы обнаруживают иногда характерные отклонения от температуры воздуха. В один жаркий летний день в Центральной Европе температура на поверхности крон в лесах была на 4°С, а лугов - на 6. °С выше температуры воздуха и на 8. °С (лес) или 6 °С (луг) ниже, чем температура поверхности почвы, лишенной растительности.

Чтобы охарактеризовать тепловые условия местообитания растений, необходимо знать закономерности распределения тепла в пространстве и его динамику во времени как в отношении общеклиматических характеристик, так и конкретных условий произрастания растений.

Общее представление об обеспеченности того или иного района теплом дают такие общеклиматические показатели, как среднегодовая температура для данной местности, абсолютный максимум и абсолютный минимум (т. е. наиболее высокая и наиболее низкая температура, зарегистрированная в этом районе), средняя температура самого теплого месяца (на большей части северного полушария это июль, южного полушария - январь, на островах и в прибрежных районах - август и февраль); средняя температура самого холодного месяца (в континентальных областях северного полушария - январь, южного - июль, в прибрежных районах - февраль и август).

Для характеристики тепловых условий жизни растений важно знать не только общее количество тепла, но и его распределение во времени, от которого зависят возможности вегетационного периода. Годовую динамику тепла хорошо отражает ход среднемесячных (или среднесуточных) температур, неодинаковый на разных широтах и при разных типах климата, а также динамика максимальных и минимальных температур. Границы вегетационного сезона определяются продолжительностью безморозного периода, частотой и степенью вероятности весенних и осенних заморозков. Естественно, порог вегетации не может быть одинаковым для растений с разным отношением к теплу; для холодостойких культурных видов условно принимают 5.°С, для большинства культур умеренной зоны 10.°С, для теплолюбивых 15°С. Считают, что для естественной растительности умеренных широт пороговая температура начала весенних явлений составляет 5°С.

В общих чертах скорость сезонного развития пропорциональна накопленной сумме температур (стоит, например, сравнить медленное развитие растений в холодную и затяжную весну или «взрывное» начало весны при сильной волне тепла). От этой общей закономерности есть ряд отступлений: так, например, слишком высокие суммы температур уже не ускоряют, а тормозят развитие.

9. Жизненный цикл сосны обыкновенной. Приведите рисунки семяпочки и пыльцевого зерна

Дерево высотой 25-40 м и диаметром ствола 0,5-1,2 м. Ствол прямой (изогнутый лишь, если побег повреждён, часто побег вьюном зимующим (Rhyacionia buoliana)). Крона высоко поднятая, конусовидная, а затем округлая широкая с горизонтально расположенными в мутовках ветвями.

Кора в нижней части ствола толстая, чешуйчатая, серо-коричневая, с глубокими трещинами. Чешуйки коры образуют пластины неправильной формы. В верхней части ствола и на ветвях кора тонкая, в виде хлопьев (шелушится), оранжево-красная.

Разветвление одномутовчатое. Побеги вначале зелёные, затем к концу первого лета становятся серо-светло-коричневыми

Почки яйцевидно-конусообразные, оранжево-коричневые, покрыты белой смолой чаще тонким, реже более толстым слоем.

Хвоинки расположены по два в пучке, (2,5-) 4-6 (-9) см длиной, 1,5-2 мм толщиной, серо - либо сизовато-зелёные, как правило, слегка изогнутые, края мелкозубчатые, живут 2-6 (-9) лет (в Средней России 2-3 года). Верхняя сторона хвоинок выпуклая, нижняя желобчатая, плотная, с хорошо заметными голубовато-белыми устричными линиями. У молодых деревьев хвоинки длиннее (5-9 см), у старых короче (2,5-5). Влагалище листа плёнчатое, серое, 5-8 мм, с возрастом медленно разъедается до 3-4 мм.

Мужские шишки 8-12 мм, жёлтые или розовые. Женские шишки (2,5-) 3-6 (-7,5) см длиной, конусообразные, симметричные или почти симметричные, одиночные или по 2-3 шт., при созревании матовые от серо-светло-коричневого до серо-зелёного; созревают в ноябре -декабре, спустя 20 месяцев после опыления; открываются с февраля по апрель и вскоре опадают. Чешуйки шишек почти ромбические, плоские или слабовыпуклые с небольшим пупком, редко крючковатые, с заострённой верхушкой. Семена чёрные, 4-5 мм, с 12-20 мм перепончатым крылом

10. Семейство осоковое. Основные представители. Формула и диаграмма цветка

Это обширное семейство, включающее около 100 родов и свыше 4000 видов, широко распространено по всему земному шару от высокоширотных областей обоих полушарий до экватора включительно. Подавляющее большинство представителей семейства является гигрофитами, произрастающими в избыточно влажных местообитаниях. Многие осоковые, встречаясь в массовом количестве, играют очень существенную роль в формировании растительного покрова преимущественно сырых и болотистых территорий всех климатических поясов, но одни роды, например осока (Сагех), пушица (Eriophorum), характерны для умеренных и холодных областей, другие, например сыть (Cyperus), склерия (Scleria), мапания (Mapania), -- для тропических и субтропических.

Осоковые -- это большей частью многолетние, корневищные, нередко очень крупные, высотой до 1,5-4 м, травы, иногда почти древовидные (например, микродракоидес -- Microdracoides) или кустарничковидные (виды цефалокарпуса -- Cephalocarpus) формы, но без вторичного роста, редко лианы (виды склерии); сравнительно немногие представители являются однолетниками. Стебли трехгранные, реже более или менее цилиндрические или почти плоские, обычно выполненные, с узлами, обычно сильно сближенными при самом основании стебля или реже расположенными по всей длине, как, например, у склерой и меч-травы (Cladium). Листья часто только прикорневые (базальные) и кроющие, реже имеются и стеблевые, отходящие от узлов, расположенных выше основания стебля. Они очередные, трехрядные, редко двурядные, состоящие обычно из линейной злаковидной, иногда очень широкой (до 6 см), реже ланцетной пластинки и обычно длинного, замкнутого, редко открытого (например, у родов ореоболус -- Oreobolus и колеохлоа -- Coleochloa) влагалища; нередко самые нижние из базальных листьев или все редуцированы до чешуевидных влагалищ. Листовая пластинка иногда сужена в более или менее длинный черешок, который затем расширяется во влагалище (например, у видов мазании). У большинства осоковых пластинки листьев имеют сильно шероховатые, остро режущие края из-за очень мелких, крепких, обращенных вниз зубчиков. Такие же зубчики имеются и на стеблях.

У многих осоковых листовые пластинки унифациальные, т. е. имеющие только одну поверхность. Они бывают билатеральными, как у ириса, трехгранными, почти цилиндрическими, а иногда ложно дорсивентральными. В последнем случае у пластинок как бы две поверхности, верхняя и нижняя, но, как показывают анатомические исследования, фактически они имеют одну поверхность. Сосудистые пучки в унифациальных листьях расположены: в 2 ряда. В месте перехода влагалища в пластинку у некоторых родов, например у осоки и колеохлоа, имеется язычок в виде очень узкой пленчатой каемки или ресничек. Характерной особенностью семейства является наличие в эпидермальных клетках преимущественно стеблей и листьев кремнеземных, обычно конических тел.

Цветки осоковых собраны в разнообразно устроенные колоски, в которых они сидят по одному в пазухах спирально или двурядное расположенных прицветников, называемых кроющими чешуями. Колоски образуют сложные соцветия -- колосовидное, метельчатое, зонтиковидное, кистевидное или головчатое; у довольно многих видов соцветие состоит из одного верхушечного колоска. Зонтиковидное соцветие осоковых обычно представляет собой соцветие особого типа: главная ось соцветия и каждая из его ветвей несет верхушечный колосок или пучок колосков, над которыми сильно возвышаются отходящие немного ниже их ветви следующего порядка. Этот тип соцветия характерен для многих представителей родов сыть, камыш (Scirpus), фимбристилис (Fimbristylis). У представителей этого семейства ветви соцветия всех порядков выходят из пазух более или менее видоизмененных кроющих листьев. У большинства осоковых близ основания каждой ветви имеется обычно влагалищеобразная двуглавая чешуя, расположенная на вентральной (брюшной) стороне ветви и гомологичная предлисту вегетативного побега.

Цветки у осоковых мелкие, невзрачные, обоеполые или однополые (в последнем случае растения однодомные или очень редко двудомные), обычно анемофильные. Довольно часто у обоеполых цветков, а иногда и у женских имеется околоцветник, состоящий из 6 (редко 3) чешуй, 3-14, но обычно 6 мелкозубчатых, волосистых или бахромчатых щетинок или 6 -- многочисленных шелковистых волосков. Мужские цветки состоят из тычинок, женские -- большей частью только из гинецея. Тычинок в обоеполых и мужских цветках обычно 3, реже 1-2 и очень редко до 6 (род каустис -- Caustis) или 12 (род эфедра -- Evandra). Они имеют длинные поникающие нити и обычно удлиненные линейные, вскрывающиеся продольной щелью пыльники, прикрепленные к нитям своим основанием; связник часто продолжен в короткое острие. Пыльцевые зерна осоковых образуют так называемые псевдомонады, представляющие собой, редуцированные до одного пыльцевого зерна тетради, а оболочка зерна -- оболочку материнской клетки тетради. Гинецей у осоковых состоит из 2-3 (редко 4) сросшихся плодолистиков. Завязь верхняя, 1-гнездная, с одним базальным антропным семязачатком. Столбик обычно длинный, с 2-3, часто тоже длинными рыльцевыми ветвями. Плод ореховидный, нераскрывающийся, обычно трехгранный, слегка двояковыпуклый или шаровидный, с более или менее твердым перикарпием и очень редко (род сцирподендрон -- Scirpodendron) с мясистым, позднее губчатым экзокарпием. Семена с маленьким, реже среднего размера зародышем и обильным крахмалистым или маслянистым эндоспермом.

Формула и диаграмма цветка

Характеристику цветка можно дать сокращенно, в виде Формулы, при составлении которой пользуются следующими обозначениями его частей: Са - чашечка (calyx), Co - венчик (corolla), P - простой околоцветник (perigonium), А - андроцей (androeceum), G - гинецей (gynoeceum). Типы цветков также имеют условные обозначения: +>- обоеполый цветок; + - пестичный цветок, > - тычиночный цветок; * - актиноморфный цветок, ^ - зигоморфный цветок. Число членов отдельных частей цветка обозначают цифрами, если их число больше 12 - значком ?. В случае срастания членов цветка между собой цифру, указывающую на их число, заключают в скобки. Если члены чашечки, венчика или простого околоцветника расположены несколькими кругами, то цифры, указывающие на число их в каждом круге, соединяют значком +.Верхнюю завязь обозначают чертой снизу, а нижнюю - чертой сверху. Диаграмма, которая является проекцией цветка на плоскость, перпендикулярную к его оси. Диаграмма показывает не только число, но и расположение частей цветка и их членов по отношению друг к другу. Ради удобства принят единый способ ориентации диаграммы: ось соцветия вверху, а кроющий лист внизу, ось соцветия - маленьким кружком, если цветок верхушечный, то такой кружок не изображают; кроющий лист, прицветники и чашелистики - серповидными дугами с килем ; лепестки - серповидными дугами без киля ; тычинки - почковидными фигурами, более или менее отражающими очертания поперечного разреза пыльника; гинецей - кругами или овалами, похожими на поперечный разрез завязи, внутри завязи показывают семязачатки маленькими кружками на соответствующих частях плодолистиков. В случае срастания между собой членов цветка значки, обозначающие их на диаграмме, соединяют линиями.

Например: Камыш озерный (Scirpuslacustris) (рис. 1) распространен повсеместно в воде, по илистым берегам рек, озер и по болотам, где растет, образуя заросли.

Крупные стебли камыша озерного (достигающие 100 - 250 см высоты) обычно погружены своими основаниями в воду, а верхняя часть их возвышается над ее поверхностью.

На поперечном срезе стебля даже при 10Х лупе хорошо видны многочисленные крупные воздухоносные полости, пронизывающие всю площадь среза: камыш озерный - типичное воздушно-водное растение.

Срединные листья у камыша озерного не развиты. При основании округлого стебля находятся влагалища листьев, а близ соцветия - прицветный лист.

Сложное щитковидное соцветие камыша озерного, занимая верхушечное положение, кажется боковым, так как прицветный лист направлен вверх, превышает соцветие и при беглом осмотре ошибочно принимается за стебель.

Рассмотрим элементарное соцветие - колосок (рис. 1, 2). На поверхности его видны плотно прилегающие друг к другу красно-бурые чешуи. В пазухе каждой из них лежит по одному цветку. Отделим от колоска препаровальной иглой несколько чешуи с лежащими в их пазухах цветками, постепенно отделяя лишние, вычленим отдельный цветок.

Семейство Осоковые. Камыш озерный (Scirpuslacustris): 1 - внешний вид; 2 - отдельный колосок; 3 - цветок;видны шесть редуцированных листочков околоцветника, три тычинки и длинный столбик с тремя рыльцами. Пушица многоколосковая (Eriophorurripolystachia): 4 - внешний вид во время плодоношения; - цветок; виден прицветный лист, множество волосков при основании цветка, три тычинкии пестик с длинными столбиком и рыльцами; 6 - отдельный плодик, окруженный разросшимися волосками; 7 - плод (сильно увеличен)

Цветки камыша мелкие. Вынем хорошо развитый цветок из пазухи чешуйки и рассмотрим при увеличении 20X лупы или при малом увеличении микроскопа. Околоцветник сильно редуцирован и состоит из расположенных в двух кругах шести щетинок, покрытых одноклетными, направленными вниз волосками. Дальше лежат три тычинки с пыльниками, прикрепляющимися к тычиночным нитям своими основаниями. Тычиночные нити до цветения очень короткие, во время цветения вытягивающиеся. В центре цветка расположен пестик, имеющий маленькую завязь и нитевидный столбик, который несет три нитевидных рыльца, покрытых сосочкообразными выростами поверхностных клеток, воспринимающими пыльцу (рис. 1, 3).

Формула цветка камыша озерного: Р3+3А3G(3). Сравним цветки и формулы их у камыша озерного и ожики. Камыш претерпел дальнейшую редукцию околоцветника и потерял один круг тычинок. После цветения развивается сжатотрехгранный гладкий плод - орешек.

Достаточно прочные стебли камыша используются для плетения матов, циновок, корзин.

Пушица узколистная (Eriophorumangustifolium) (рис. 1) широко распространена на торфяных болотах. Это многолетнее растение, образующее плотный дерн и крупные кочки. Развиваясь в больших количествах, она во время плодоношения придает болоту своеобразный вид, так как при плодах образует белые пуховки,

Пушица имеет цветоносные побеги, снизу округлые, вверху трехгранные, достигающие 30 - 100 см высоты. На верхушке цветоносного стебля находятся колоски, в период цветения имеющие серую окраску. Цветоносные побеги закладываются осенью и бывают заключены в дерновинке. В апреле эти побеги, находясь еще под снегом, начинают расти, и к моменту стаивания снега растения уже несут вытянутые цветоносные побеги.

Стеблевых листьев два-три, они лишены листовой пластинки и состоят из замкнутых вздутых влагалищ.

Края листовых пластинок прикорневых листьев завернуты на верхнюю поверхность.

Колоски в период цветения продолговатые, до 1 - 3 см в длину. Чтобы выделить отдельный цветок из колоска, отделим препаровальной иглой группу цветков и, постепенно отчленяя лишние, изолируем цветок, лежащий в пазухе серого, пленчатого, опушенного прицветника. Цветок пушицы обоеполый и, как у камыша, содержит три тычинки и пестик. Снаружи он одет рассеченным на множество волосков рудиментом околоцветника. Волоски очень короткие на ранних стадиях развития цветка, при плодах же сильно разрастаются, образуя венец длинных белых волосков, составляющих в массе пуховку, о которой мы упоминали выше. Если цветки, взятые нами для препарировки, находятся на ранней стадии развития, то тычинки имеют едва заметные тычиночные нити; позднее они сильно удлиняются и выносят пыльники из цветка (рис. 1, 5).

Пестик имеет небольшую завязь и длинный нитевидный столбик с трехраздельным рыльцем. Таким образом, формула цветка пушицы: P0A3G(3). Цветки пушицы по сравнению с камышом претерпели дальнейшую редукцию.

Плодоносящие колоски имеют шарообразную форму и достигают 4 - 4,5 см в поперечнике.

Из зрелого колоска выделим и рассмотрим трехгранный плод. Вскрыв его, находим в нем одно семя, следовательно, плод так же, как у камыша,- орешек.

Вместо пушицы узколистной можно взять пушицу влагалищную (Е. vaginatum), распространенную в тех же условиях. Пушица эта отличается наличием одного колоска яйцевидной формы; она образует на болотах массивные кочки, развивая большое число цветоносных побегов, пучком восходящих от корневищ.

Список использованной литературы

1. Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника. - 2- е изд, перераб. и доп. -М.: Колос, 2009.- 488с.6 ил.

2. Ботаника: в 4 т. Систематика высших растений: учебник для студ. высш. учебн. Заведений. В 2 кн. / под. ред. А.К. Тимонина /А.К. Тимонин, В.Р. Филин. -М.: Издательский центр «Академия», 2009. -320 с.

3. Белая Г.А., Морозов В.Г. Учебная практика по ботанике: Методическое пособие по систематике высших растений. - Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003.- 27 с.

4. Еленевский А.Г. Ботаника: Систематика высших, или наземных растений: Учеб.для студ. высш. пед. учеб. заведений / А.Г. Еленевский, М.П. Соловьева, В.Н. Тихомиров. - 3- е изд. испр. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. -432 с.

5. Зернов А.С. Флора Северо-Западного Кавказа. - Товарищество научных изданий КМК. 2006. 664 с. с ил.

6. Классификация высших растений: Метод. Указания по ботанике / Авт. - сост. Г.И. Зубкевич, Т.А. Сауткина, В.В,Черняк. -Мн.: БГУ, 2002. - 34с.

7. Краткое руководство по определению родов пресноводных водорослей / сост. А.К. Храмцов. -Мн.: БГУ, 2004. -49с.

8. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Мулдашев А.А. Высшие растения: краткий курс науки о растительности: Учебник. - М.: Логос, 2001.- 264с.: ил.

9. Практикум по анатомии и морфологии растений: Учеб.пособие / Г.А. Бавтуто, Л.М. Ерей. -- Мн.: Новое знание, 2002. -- 464 с.: ил

Размещено на Allbest.ru