Особенности растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности растений

План

1. Особенности растений

2. Общая характеристика споровых растений

3. Общая характеристика семенных растений

4. Отличительные особенности голосеменных и покрытосеменных растений

споровый семенной растение размножение

1. Особенности растений

Растения - многоклеточные дифференцированные на ткани и органы фотосинтезирующие организмы, приспособленные главным образом к жизни в наземной среде.

Царство Растения объединяет не менее 300 000 ныне живущих видов, относящихся к 7 отделам:

Схема 1

Первые наземные растения (риниофиты) появились в начале силурийского периода около 415 - 430 млн. л.н. Несмотря на анатомическую и морфологическую простоту строения, это были уже типичные наземные растения (риния, куксония, астероксилон, хорнеофитон, псилофит и др.).

Большинство первых наземных растений не имело расчленения тела на стебель и листья, у них не было и корней (рис. 1). Тело их было представлено рядом осевых радиально-симметричных участков, обладавших дихотомическим ветвлением (мезомы). На конечных их разветвлениях (теломы) развивались спорангии. В нижней части развивались подземные участки тела, прикреплявшие растение к субстрату (ризомоиды). Они были покрыты ризоидами. У некоторых представителей (астероксилон и др.) уже появляются листья. Многие имели водорослевый облик (тениокрада и др.), другие напоминали уже современные плауны, хвощи и папоротники.

Рис. 1. Схема строения первичного высшего растения (типа ринии). 1 - мезом, 2 - телом, 3 - спорангий, 4 - ризомоид, 5 - ризоиды, 6 - проводящий пучок.

Это были земноводные растения. Их нижняя часть была погружена в воду или илистый грунт, а верхушки находились в воздушной среде.

В анатомическом строении появились проводящие пучки (концентрические амфикрибральные - ксилема окруженная флоэмой; такие проводящие пучки встречаются и у современных папоротникообразных растений, например, у орляка), кора (внутренняя и внешняя), эпидермис (с устьицами или без).

Считается, что риниофиты произошли от водорослей, скорее всего, многоклеточных зеленых. В этом убеждает сходство пигментного состава (преобладают хлорофиллы а и b, каротиноиды), запасных питательных веществ (крахмал, нерастворим, накапливается в пластидах), хорошее развитие половых органов.

Длительное время в качестве исходной группы рассматривались бурые водоросли, так как они имеют расчлененный, часто весьма специализированный таллом; у некоторых представителей формируются ткани (ламинария) и встречаются многокамерные гаметангии. Однако различия пигментного состава (содержатся хлорофиллы а и с, преобладает фукоксантин) и запасных питательных веществ (углеводы ламинарин, маннат - растворимые; жиры; накапливаются в цитоплазме) вызывают серьезные возражения по этим взглядам.

Большинство ботаников считает, что риниофиты и мохообразные произошли от водорослей независимо друг от друга. Риниофиты, или близкие к ним растения, дали начало споровым растениям, а мохообразные являются тупиковой ветвью в эволюции растений.

Основные отличительные признаки растений:

1. В основном наземные растения (встречаются и вторичноводные - элодея, сальвиния, кувшинки, рдесты и др.).

2. Многоклеточные.

3. Наличие тканей и органов.

Развитие различных тканей (проводящих, покровных, механических и др.) - неизбежное следствие переселения растений на сушу. Тело растений (за исключением некоторых мхов) расчленено на стебель и листья, поэтому их часто называют листостебельными. Большинство из них (исключая все мохообразные и некоторые другие высшие растения: сальвиния, вольфия, пузырчатка) имеют и корень.

Важнейшая ткань наземных растений, без которой невозможно освоение суши - эпидерма с устьицами (защита растений от высыхания в наземно-воздушной среде, регуляция газообмена). Однако возникновение эпидермы лишало наземные растения возможности поглощать воду всей поверхностью тела.

У самых первых наземных растений (имевших небольшие размеры) поглощение воды осуществлялось с помощью ризоидов (одно- и многоклеточных нитей). По мере увеличения размеров тела формировались сложные специализированные органы - корни с корневыми волосками.

Активное поглощение воды ризоидами и корнями способствовало возникновению и совершенствованию водопроводящей ткани - ксилемы.

Благодаря лучшему освещению активизировался процесс фотосинтеза. Это привело к повышению продуктивности, а, следовательно, к увеличению объема растений - произошло расчленение тела, возникло ветвление, образовались листья.

Вертикальное положение тела растений оказалось возможным только при условии возникновения механических тканей.

Появление листьев привело к увеличению эффективности фотосинтеза, т.е. накоплению органических веществ. Быстрое и равномерное распределение пластических веществ по всему телу растения оказалось возможным только при наличии совершенной проводящей ткани - флоэмы.

В условиях наземной среды у растений сформировались многоклеточные, хорошо защищенные от неблагоприятных факторов среды репродуктивные органы - гаметангии и спорангии.

4. Многоклеточные органы полового размножения (рис. 2.).

Рис. 2. Строение антеридия и архегония: А - антеридий: а - внешний вид, б - внутреннее строение, в - сперматозоид; Б - архегоний. 1 - стенка, 2 - сперматогенная ткань, 3 - сперматозоиды, 4 - яйцеклетка, 5 - брюшная канальцевая клетка, 6 - канальцевая клетка шейки.

Антеридии (мужские органы полового размножения) представляют собой овальные или шарообразные тельца, покрытые сверху стенкой из стерильных клеток. Внутри развивается сперматогенные клетки, из которых в дальнейшем в результате митоза образуются многочисленные мужские гаметы- сперматозоиды (подвижные, со жгутиками) или спермии (неподвижные, без жгутиков).

Архегонии (женские органы полового размножения) представляют собой тельца колбообразной формы, состоящие из нижней части - брюшка и верхней, узкой - шейки. Стенка архегония состоит из одного слоя стерильных клеток. В брюшке созревает яйцеклетка - неподвижная женская гамета. Обычно над яйцеклеткой находятся брюшная канальцевая клетка и канальцевые клетки шейки, способные ослизняться, что содействует процессу проникновения мужских половых клеток к яйцеклетке.

Однако, у голосеменных антеридии редуцированы, а у покрытосеменных редуцированы и антеридии и архегонии.

5. Половой процесс оогамия - слияние мелкой подвижной (сперматозоида) или неподвижной (спермия) мужской гаметы с крупной неподвижной женской яйцеклеткой.

6. Правильное чередование в жизненном цикле двух поколений (рис. 8.3): полового (представлен гаметофитом (n), на котором образуются половые органы гаметангии дающие гаметы (n)) и бесполого (представлен спорофитом (2n), на котором образуются органы бесполого размножения спорангии дающие споры (n)).

Спорангий одет оболочкой из одного или нескольких пластов клеток. Внутри возникает многоклеточная спорогенная ткань - археспорий. При делении (митозе) ее клеток образуются материнские клетки спор, которые делятся (мейоз) и в результате образуются гаплоидные споры (тетрады).

Характерной чертой всех растений является наличие в оболочке спор спорополлинина - вещества, близкого по физическим и химическим свойствам к кутину. Благодаря большой стойкости к химическим воздействиям и водонепроницаемости оболочек споры могут длительное время (иногда десятилетиями) сохранять свою жизнеспособность.

В спорангиях части растений все споры одинаковые по размеру - это растения равноспоровые. У эволюционно более продвинутых таксонов образуются споры разной величины: мелкие - микроспоры и крупные - мегаспоры (макроспоры). Споры любого типа при прорастании образуют гаплоидный гаметофит, часто называемый заростком. Микроспоры при прорастании образуют мужской гаметофит, на котором развиваются только мужские половые органы антеридии. Из мегаспор образуется женский гаметофит с архегониями.

У равноспоровых растений гаметофит обоеполый, т.е. несет и антеридии и архегоний.

Рис. 3. Схема жизненного цикла растения.

7. Наличие многоклеточного зародыша (образуется из зиготы).

В результате слияния мужских и женских гамет (оплодотворение) образуется зигота (2n). У растений зигота дает начало многоклеточному зародышу, из которого развивается новый спорофит (всегда диплоидный), в спорангиях которого в результате мейоза образуются споры (всегда гаплоидные). Таким образом, полный жизненный цикл высшего растения (от зиготы до зиготы) состоит из спорофита (от зиготы до образования спор) и гаметофита (от споры до зиготы).

Все растения, исключая мохообразные, характеризуются преобладанием в жизненном цикле спорофита, в органах которого имеются сосуды или трахеиды, поэтому их нередко называют сосудистыми растениями. Эволюция растений, за исключением мохообразных, шла в направлении редукции гаметофита и усложнения спорофита.

2. Общая характеристика споровых растений

Растения делятся на две очень неравные по значению и величине группы - споровые и семенные растения.

К споровым растениям относятся отделы: мохообразные, псилотообразные, хвощеобразные, плаунообразные и папоротникообразные.

Отличительные признаки жизненного цикла споровых растений:

1. Размножаются спорами (семя никогда не образуется).

2. Процессы полового и бесполого размножения разделены (в пространстве и во времени). Причем, у большинства споровых растений, исключая мохообразные, половое (гаметофит) и бесполое (спорофит) поколения представляют собой отдельные физиологически самостоятельные особи.

3. В цикле развития у большинства споровых (за исключением мохообразных) спорофит преобладает (по размерам и сложности строения) над гаметофитом (который представлен заростком в виде слоевища (таллома) не расчлененного на стебель и листья, и тесно связан с водой).

4. Процесс оплодотворения у споровых растений, так же как и у водорослей, осуществляется в присутствии капельножидкой воды, так как сперматозоиды могут передвигаться только в воде.

5. Как равно-, так и разноспоровые растения (у некоторых равноспоровых, например, хвощей, мхов, существует физиологическая разноспоровость).

3. Общая характеристика семенных растений

Семенные растения - это растения, которые образуют семя.

К семенным растениям относится два отдела: голосеменные и покрытосеменные, которые возникли в процессе эволюции от споровых растений (разноспоровых папоротников).

По сравнению со споровыми они представляют собой более высокий уровень организации растений, так как:

1. Все семенные растения разноспоровые.

Они имеют два типа спор: микроспоры (дают начало мужскому гаметофиту) и мегаспоры (дают начало женскому гаметофиту). Гаметофит очень редуцирован и не выходит из споры, которая защищает его от высыхания, что является важным приспособлением к жизни на суше. Гаметафиты не способны к фотосинтезу и полностью зависят от спорофитов.

Женский гаметофит (мегагаметофит) заключен внутри мегаспоры (рис. 4.), которая образуется в мясистом мегаспорангии - нуцеллусе, расположенном на мегаспорофилле (видоизмененном спороносном листе). В отличие от бессемянных разноспоровых растений мегаспорангий покрыт одним или двумя дополнительными слоями ткани - интегументами. Они полностью заключают в себя мегаспорангий (нуцеллус), оставляя лишь отверстие на его верхушке - микропиле (пыльцевход).

Рис. 4. Строение семязачатка (схема).

Прорастание мегаспоры и образование женского гаметофита (мегагаметофита), оплодотворение и развитие нового спорофита (зародыша) всегда происходит внутри мегаспорангия.

2. Образование семян.

У семенных растений (в отличие от споровых) мегаспоры не отделяются от спорофита, а находятся внутри мегаспорангия, который вместе с интегументами представляет семязачаток. Внутри мегаспоры развивается женский гаметофит (зародышевый мешок) и образуется одна или несколько женских гамет - яйцеклеток. После оплодотворения яйцеклетки семязачаток превращается в семя. Таким образом, семя - это оплодотворенный семязачаток.

Семя состоит из: зародыша будущего растения (корешок и почечка (стебелек и листочки)), который возникает из оплодотворенной яйцеклетки; определенного количества питательных веществ; кожуры, которая возникает из интегументов.

В борьбе за существование на суше появление семени имело большое эволюционное значение, поскольку внутри него (в отличие от споры) уже находится зародыш нового спорофита, который надежно защищен от воздействия неблагоприятных условий. Также семя имеет существенное преимущество при размножении перед спорой, так как содержит значительный запас питательных веществ. У семян могут развиваться различные приспособления, облегчающие их распространение.

Родительский спорофит дает семени все, что нужно для жизни, и только после того, как семя полностью созреет, оно отделяется от родительского спорофита.

3. Независимое от воды оплодотворение.

Мужские гаметы (у большинства семенных - спермии, у некоторых голосеменных (саговниковые, гинкговые) - сперматозоиды) образуются мужскими гаметофитами (микрогаметофитами), находящимися внутри пыльцы. Пыльца из микроспорангиев (пыльцевых мешков) переносится к семязачаткам. Такой процесс называется опылением.

Пыльца прорастает пыльцевой трубкой, которая растет в сторону яйцеклетки (+ хемотаксис). По этой трубке неподвижные мужские гаметы (спермии) достигают яйцеклетки и происходит оплодотворение.

Вода не нужна спермиям ни на одной из перечисленных стадий!

Гаметофитное поколение у семенных растений крайне редуцировано (особенно у покрытосеменных), теряет свою самостоятельность (сравните со споровыми растениями) и развивается на спорофите, который сильно усложняется (как и у всех сосудистых растений доминирует в жизненном цикле).

Внутреннее оплодотворение, независимое от воды, развитие зародыша внутри семени, представляют собой главное биологическое преимущество семенных растений, которое позволило им освоить разнообразные местообитания и стать господствующей группой растений на Земле.

4. Отличительные особенности голосеменных и покрытосеменных растений

Общая характеристика голосеменных растений.

Голосеменные - очень древняя группа семенных растений, появившаяся еще в девоне, около 350 млн. лет тому назад. На планете господствовали в мезозойскую эру (~ 280 - 70 млн. л.н.).

По мнению некоторых ученых, произошли от разноспоровых древнейших папоротниковидных растений.

Число видов голосеменных невелико, всего около 950 - 980, но распространены они по всему земному шару. В холодной зоне северного полушария они занимают огромные территории, образуя хвойные леса.

Отдел голосеменные включает 4 современных класса: саговниковые (250-290), гнетовые (65-70), гинкговые (1) и хвойные (590-630).

В Республике Беларусь естественно произрастают только 4 вида из хвойных: сосна обыкновенная, ель европейская, пихта белая и можжевельник обыкновенный. Около 100 видов интродуцированы: сосны банкса, веймутова, черная; лиственницы; туи; можжевельник казацкий и т.д.

Голосеменным характерно:

1. «Голые» семязачатки и семена, т.е. они лежат открыто на поверхности спорофиллов (так называются листья, на которых располагаются спорангии) или аналогичных структур и не спрятаны в завязи. В семенах только эндосперм (остаток мегагаметофита, гаплоидный).

2. Обычно образуют шишки (стробилы) - собрание спорофиллов на оси, обособленной от вегетативной части. В них развиваются спорангии и споры. Опыление осуществляется ветром (анемофилия).

У подавляющего большинства голосеменных стробилы однополые, т.е. состоят или только из микроспорофиллов (микростробилы), или только их мегаспорофиллов (мегастробилы).

3. Антеридии редуцированы и мужские гаметы образуются прямо на гаметофите.

4. Представлены исключительно древесными формами: деревьями, кустарниками и лианами (эфедры) с моноподиальным типом ветвления.

5. В анатомическом строении стебля более развита древесина (на 90 - 95% состоит из трахеид, мало паренхимы или она вовсе отсутствует). Ксилема содержит только трахеиды (за исключением гнетовых - у них имеются трахеи). Во флоэме нет клеток-спутниц (вместо них - альбуминовые клетки, которые сходны по выполняемым функциям с клетками-спутницами, но отличаются от них происхождением).

Как кора, так и древесина многих современных хвойных содержит много смоляных ходов.

6. Хорошо развиты корни (главный и боковые), образуют с грибами микоризу.

7. Листья голосеменных растений сильно варьируют не только по числу и размерам, но также по морфологии и анатомическому строению. У большинства игловидные (хвоя), простые, с одной центральной жилкой; у некоторых крупные, рассеченные, похожие на вайи папоротников. В основном - вечнозеленые (лиственница - листопадное).

Хозяйственное значение хвойных: источник поделочной древесины; из них получают смолы, скипидар; используются при производстве бумаги; изготавливают пихтовый бальзам (из коры пихты сибирской); из древесины сосны обыкновенной получают вискозу, шелк, целлюлозу, бальзамы, смолы, камфору, спирт, уксусную кислоту, дубильные вещества; в медицине - лекарственное (концентрат витамина С, эфирное масло и т.д.); корм животным (лоси поедают хвою и молодые проростки, белки и разные птицы - семена) и др.

Общая характеристика покрытосеменных растений.

Покрытосеменные, или цветковые, - крупнейший отдел растительного мира, насчитывающий не менее 250 тысяч видов, превосходит по численности все остальные отделы растений, вместе взятые.

Проблема происхождения покрытосеменных до настоящего времени полностью не разрешена. Чаще высказывается мнение, что цветковые появились не ранее 135 млн. л.н. (в середине мелового периода). В конце мелового периода (~70 млн. л.н.) цветковые занимают господствующее положение, которое продолжается и по сей день.

В качестве вероятного предка ученые выдвигают вымерших семенных папоротников (отдел голосеменные). Реже полагают, что им могли быть также вымершие беннеттитовые с их обоеполыми стробилами или какие-либо древние и ныне исчезнувшие формы гнетовых.

Покрытосеменные растения подразделяют на два класса: однодольные и двудольные.

Покрытосеменные произрастают во всех климатических зонах, способны существовать в самых разных экологических условиях и в современную эпоху играют решающую роль в формировании растительного покрова Земли.

Прогрессивные изменения морфологической структуры репродуктивных и вегетативных органов поставили покрытосеменные в совершенно особое положение по сравнению с прочими представителями царства растений. Перечислим их:

1. Появление цветка - уникального органа, совместившего, структуру и функции полового и бесполого размножения. Представляет собой своеобразный метаморфизированный спороносный побег.

Наиболее важная часть цветка - пестик, образован сросшимися плодолистиками (макроспорофиллами) или одним плодолистиком.

Семязачатки располагаются не открыто, как у голосеменных, а в нижней части пестика - завязи, которая представляет собой своего рода влажную камеру надежно защищающую семязачатки от высыхания, перепада температур и поедания животными.

Пыльца при опылении попадает не на семязачатки, а на рыльце (верхняя часть пестика), которое содействует улавливанию и удержанию пыльцы (часто раздельное, перистое, липкое и т.д.), а часто и стимулирует или тормозит ее прорастание (благодаря белковому слою - пелликуле).

Цветки часто имеют хорошо развитый околоцветник (венчик и чашечку), который охраняет тычинки и пестики от повреждений (механических, температурных и т.д.) и помогает опылению, привлекая насекомых (энтомофилия), а иногда даже птиц и летучих мышей.

2. Наличие плодов.

В результате оплодотворения из завязи и других частей цветка образуются плоды. Помимо главнейшей функции предохранения формирующихся семян от разного рода неблагоприятных воздействий внешней среды, плод очень часто играет активную роль в расселении растений (крылатки, «парашютики», прицепки и т.д.).

3. Гаметофитное поколение крайне редуцировано.

Гаметофит, потерявший самостоятельность уже у голосеменных, у покрытосеменных подвергся еще большему упрощению - вообще лишен половых органов (архегониев и антеридиев).

Спорофиты - хорошо развитые растения (деревья, кустарники, лианы и травы), которые имеют вегетативные (корни, стебли, листья) и репродуктивные (цветки, плоды) органы.

4. Двойное оплодотворение.

Заключается в том, что один из двух спермиев, образующихся в пыльцевой трубке, сливается с яйцеклеткой (оплодотворение), а другой соединяется с двумя центральными ядрами женского гаметофита (зародышевого мешка). Из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) образуется зародыш, а из триплоидного центрального ядра - питательная ткань эндосперм.

Биологический смысл двойного оплодотворения заключается в том, что этим достигается существенная экономия энергетических и пластических ресурсов, так как в отличие от голосеменных, где довольно мощный гаплоидный эндосперм развивается независимо от процесса оплодотворения, у покрытосеменных триплоидный эндосперм образуется лишь в случае оплодотворения.

5. В проводящей системе основными элементами стали трахеи (сосуды), что значительно ускорило движение воды и минеральных веществ.

Во флоэме ситовидные клетки (без клеток-спутниц), обычные у прочих отделов растений, заменяются члениками ситовидных трубок с клетками-спутницами.

6. Для большинства характерно симподиальное ветвление побегов.

Покрытосеменные растения играют важную роль в жизни биосферы и человека. Они поглощают огромное количество СО₂ и обогащают атмосферу кислородом; оказывают огромное влияние на климат и процессы почвообразования; образуют органическое вещество, которое используется всеми живыми организмами.

Человек использует покрытосеменные в пищу (зерновые, овощи, плодово-ягодные), на корм скоту (кормовые), в качестве сырья для промышленности, в качестве топлива, в декоративных целях и т.п.

Литература

Основная

1. Лісаў, М.Дз. Батаніка з асновамі экалогіі: Вучэб. дапам. / М.Дз. Лісаў. - Мiнск: Выш. школа, 1998. - 338 с.

2. Долгачева, В.С. Ботаника: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / В.С. Долгачева, Е.М. Алексахина. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 416 с.

3. Барабанов, Е.И. Ботаника: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Е.И. Барабанов, С.Г. Зайчикова. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 448 с.

Дополнительная

4. Яковлев Г.П.. Ботаника: Учеб. для фармац. институтов и фармац. фак. мед. вузов / Г.П. Яковлев, В.А. Челомбитько. - М.: Высш. школа, 1990. - 367 с.

5. Бавтуто Г.А. Ботаника: Морфология и анатомия растений: Учеб. пособие / Г.А. Бавтуто, В.М. Еремин. - Минск: Выш. школа, 1997. - 375 с.

6. Билич Г.Л. Универсальный атлас. Биология. В 3-х кн. Кн. 2. Вирусы. Прокариоты. Растения. Грибы. Слизевики. Животные (сравнительная анатомия) / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. - М.: Издательский дом “ОНИКС 21 век”, 2005.

7. Билич Г.Л. Биология. Полный курс. В 3-х т. Том 2. Ботаника / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. - М.: Издательский дом “ОНИКС 21 век”, 2002. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru