Bio-lessons

Жизненный цикл

Цикл развития голосеменных состоит из чередования бесполой фазы (спорофита) и половой (гаметофита). Доминантное положение в нем занимает первый. Голосеменные являются разноспоровыми, как и другие семенные растительные организмы. Они способны создавать два типа спор:

• женские (мегаспоры);
• мужские (микроспоры).

Образование мужских спор

В конце весны в основании молодых побегов появляются мужские шишечки. Они имеют желтый оттенок и небольшие размеры. Чешуйки стробил являются микроспорофиллами — они гомологичны тычинкам и прикреплены к оси каждой шишечки спирально. В их нижней части расположены 2 пыльцевых мешочка — микроспорангии.

В микроспорангиях из материнской клеточки методом мейоза образуются 4 микроспоры, имеющих следующее элементы:

• наружную оболочку — экзину;
• внутреннюю оболочку — интину;
• 2 воздухоносных мешочка.

Воздушные мешочки появляются благодаря отслоению внешней оболочки от внутренней. В результате между ними формируется полость. Оставаясь в спорангии, микроспора делится и превращается в заросток.

Из второй клетки методом митоза создается еще 2 клеточки:

• антеридиальная — из нее затем формируются спермии (мужские половые клетки);
• вегетативная — отличается большими размерами и предназначенная для создания пыльцевой трубки.

У гаметофита мужского типа отсутствуют антеридии. Он создается внутри микроспоры. У голосеменных мужским гаметофитом является пыльцевое зерно. Совокупность этих элементов называется пыльца. После нарушения целостности микроспорангия (пыльцевого мешка), пыльца попадает во внешнюю среду и оказывается на женских шишечках. Благодаря этому происходит их опыление. Дальнейшее развитие гаметофита мужского типа протекает внутри семязачатка.

Женские гаметофиты

Гаметофиты женского типа появляются на тех же деревьях, где находятся мужские. Они располагаются на верхушках молодых побегов и имеют красноватый оттенок. Женские стробилы состоят из стержня, на котором находится 2 чешуйки:

• семенная;
• кроющая.

На верхней части семенной расположено два семязачатка. В женских гаметофитах каждая чешуйка является гомологом всей шишечки мужского типа. Семязачаток состоит из нескольких элементов:

• фуникулуса — соединяет семязачаток с семенными чешуйками;
• нуцеллуса — центральный отдел семяпочки;
• интегумента — оболочка семяпочки, формирующаяся из нуцеллуса и в созревшем семени превращающаяся в семенную кожуру.

Рядом с вершиной интегумента находится пыльцевход или микропиле. Именно через него после завершения процесса оплодотворения пыльцевая трубка проникает центральный отдел семяпочки. На микропиле образуется жидкость, имеющая густую консистенцию. После подсыхания она затягивает в семязачаток осевшую пыльцу.

Процесс развития

На первом этапе в микроспорангиях создаются микроспоры, которые затем превращаются в пыльцевые зерна. Благодаря ветру они оказываются на женских шишечках и улавливаются особой жидкостью, находящейся на микропиле. С ее помощью пыльцевые зерна проникают в нуцеллус. Как только процесс опыления завершается, микропиле зарастает, а чешуйки закрываются и запечатываются смолой.

Однако процесс оплодотворения у сосны начинается лишь через 13 месяцев после опыления. На этом временном отрезке создается эндосперм, и размеры женской шишечки увеличиваются примерно на 4 см. Кроме этого, они меняют цвет на зеленый. Описание дальнейшего процесса развития сосны имеет следующий вид:

• Попав на мегаспорангии, целостность наружной оболочки пыльцевого зерна нарушается.
• Из вегетативной клеточки начинает прорастать пыльцевая трубка.
• Одновременно с этим протекает процесс деления антеридиальной клетки на спермагенную и клетку-ножку.
• С помощью пыльцевой трубки спермагенная клеточка проникает в архегоний и делится на 2 спермия. Один из них погибает, а второй объединяется с яйцеклеткой.
• Благодаря их слиянию происходит образование зиготы, из которой затем формируется и развивается зародыш.

Полное созревание семян сосны обыкновенной происходит лишь осенью на второй год с момента опыления. Женские шишечки снова увеличиваются в размерах, а их цвет меняется на серый. Когда семена полностью созрели, чешуйки шишки раскрываются. Семечки попадают в почву и прорастают во взрослое растение.

В сравнении с покрытосеменной флорой жизненный цикл голосеменных существенно увеличен. Однако он протекает быстрее хвощей и плаунов. У голосеменных заросток надежно защищен от погодных факторов. Это весьма серьезное преимущество перед споровыми растениями.

Строение и размножение

Что касается цикла развития голосеменных представителей флоры, он представлен ротацией спорофита и гаметофита. Проще говоря, происходит природное чередование поколений полого и бесполого типа. Преимущество остается за спорофитом — взрослым растением.

Голосеменные растения являются разноспоровыми, этим они и похожи на все семенные аналоги.

Шишки мужского пола

С наступлением лета у основания молодых побегов образуются мелкие мужские стробилы. У них имеются мелкие чешуйки в виде спороносных листков, которые разделены на два микроспорангия. Когда в спорангиях материнские клетки делятся редукционным методом, получается 4 мелких споры. По отдельности они покрыты внутренними и внешними оболочками, разделены между собой двумя воздухоносными полостями.

Микроспора, вернее, ее ядро, разделяется на 2 одинаковые клетки. Одна дает начало заростковым образованиям, которые практически сразу же отмирают. Подобная особенность до конца не изучена. Вторая клетка делится на антеридиальную (неподвижные спермии) и вегетативную (начало трубчатого пыльцевого выроста). Исходя из описанного процесса, мужской гаметофит голосеменных появляется в мелкой споре, в результате чего получается полноценное пыльцевое зерно.

Образование женского гаметофита

В весеннее время на кончиках сосновых побегов зарождаются небольшие шишки. Они женского пола, характеризуются красным цветом. Структурно в таких шишках содержится центральный стержень с семенной и кроющей чешуйками, которые создают боковой и преобразованный побег. Здесь же присутствует две семяпочки. Они не закрыты, откуда и походит название — голосеменные.

Каждая из обозначенных чешуек по структуре соответствует шишкам мужского пола. Семяпочки состоят из следующих элементов:

• центральная часть семязачатка — нуцеллус;
• покрывная часть — интегумент;
• семяножка, связывающая чешуйки с семязачатками — фуникулус.

Спорогенная клетка подвергается делению в самом центре с последующим образованием спороцитов. Далее происходит формирование 4 гаплоидных и достаточно крупных спор. Из них выживает только одна и создает эндодерм, соответствующий гаметофиту женского пола.

Значение в экологии

Голосеменные растения играют существенную роль в образовании почвы и кислорода. Хвойные вырабатывают особые вещества с антибактериальным действием — фитонциды. Тайгу, обширный лес в северном полушарии Евразии, называют легкими планеты.

Хвойники удерживают снега и тем самым обеспечивают влагой почву. Они предоставляют лесным обитателям пищу и кров. Так, клюв клеста приобрел форму, удобную для расщепления семян ели и других хвойных. Жизнь птицы, периоды ее гнездования полностью зависят от присутствия этих деревьев в экосистеме.

В жизнедеятельности человека больше всего востребованы хвойные породы деревьев. Их применяют в деревообрабатывающей и целлюлозной промышленности. В химической отрасли используют смолы. В медицинских целях применяют шишки можжевельника, из семян кедра изготавливают масло.

Размножение

Все голосеменные представляют собой разноспоровые растения. Их способ опыления существенно отличается от того же процесса у покрытосеменных. Он имеет значительную протяженность во времени и две фазы. Так, жизненный цикл сосны в среднем составляет три года и череду двух поколений.

Фазы развития сосны обыкновенной:

1. Спорофит (неполовое поколение). Диплоидная (двойной набор хромосом) многоклеточная фаза, развивается из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) и создает споры .
2. Гаметофит (половое). Гаплоидная (содержит одинарный хромосомный набор) многоклеточная фаза, которая развивается из спор и производит половые клетки .

Взрослые представители являются спорофитами. Они генерируют микро- или мегаспоры (мужские или женские) в семяпочках.

Женская находится в мегаспорангии, который защищен специальным покровом, интегументом, и образует семязачаток. Здесь из нее развивается гаметофит, производящий половые репродуктивные клетки.

Семязачаток развивается на мегаспорофиллах, а микроспорангии — на микроспорофиллах. И те, и другие у хвойных собраны в стробилы. Мужская шишка яркого цвета имеет укороченную ось и небольшие микроспорофиллы. Они развиваются из видоизмененных укороченных побегов в пазухах чешуек. Микроспоры содержат две воздушные клетки, помогающие ветру доставить их на женские стробилы весной.

Шишки красного цвета — женские. Они появляются на удлиненных побегах. На основной оси мегастробил развивается кроющая чешуя и семенная, содержащая семязачатки. Мегаспоры не покидают шишки, а прорастают в спорангиях, образуя заросток с двумя архегониями (женский орган, в котором развиваются яйцеклетки). На данном этапе начинается гаплоидная многоклеточная фаза. Мужской гаметофит — это пыльца, из которой образуются спермии.

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.

Определение

Вам будет интересно:Что такое гарбуз? Это арбуз или тыква?

Покрытосеменными или цветковыми называются растения, органом семенного размножения которых является цветок. К ним принадлежат травы, цветы, кустарники и деревья. В цветках развиваются мужские и женские гаметы (репродуктивные клетки). Семена располагаются внутри завязи, в плодах, отсюда и название — покрытосеменные. Цветки разнятся по форме, величине, строению и окраске. У одних растений они опыляются ветром, у других – насекомыми. Вегетационный период также у всех разный – от нескольких недель (у эфемеров) до сотен лет (у дуба). Все покрытосеменные имеют различную высоту. Существует много растений с прямостоячими стволами, но есть ползучие, стелющиеся и лазающие стебли. Довольно разнообразна корневая система и листья. Несмотря на такое различие существует определенный жизненный цикл покрытосеменных. Все растения объединяются в группы по характерным особенностям. Основным критерием систематики является степень родства растений между собой. Все цветковые делятся на два класса – двудольные и однодольные.

Вам будет интересно:Тюдоры: история династии, основатель, последний правитель, время правления

Они имеют огромное значение как в природе, так и в жизни индивида. Некоторые из них употребляют в пищу люди, а другие идут на корм домашним и диким животным. Растительное сырье применяют в различных отраслях промышленности. Декоративные растения используют для озеленения, древесные – для строительства, лекарственные – в медицине традиционной и народной.

Строение

Растения этой группы представляют собой кустарники и деревья, чаще вечнозеленые. Реже встречаются лианы и виды, сбрасывающие листву. Они имеют четко выраженную, более сложную, чем у папоротниковых, структуру.

Морфология голосеменных:

Корневая система. Стержневая. Хорошо развит основной корень, имеются многочисленные боковые побеги, которые часто вступают в симбиоз с грибком мицелием и образуют микоризу, утолщения

Такие корневые шишки накапливают фосфор и другие минеральные вещества, что важно для видов, произрастающих на бедных почвах. Ствол

Имеет моноподиальное ветвление, то есть рост происходит за счет верхушечного побега.
Крона. Впервые происходит разделение на лист и стебель, которые выступают в качестве самостоятельных органов. У вечнозеленых листья жесткие, игловидные, у остальных — мягкие, плоские, расположены спиралью или пучками.

Голосеменные относятся к сосудистым растениям. Слои и ткани их ствола пронизаны сосудисто-волокнистой системой. По ней полезные вещества и вода циркулируют от коры к сердцевине и обратно.

Особенности древесины:

1. Кора. Состоит из пробковой части и лубяной. Пробка формируется из отмерших клеток, предохраняет ствол от повреждений. Для осуществления газообмена имеет чечевички (бугорки с отверстиями). Луб составляют живые клетки с ситовидными трубками, по которым происходит перемещение органических веществ, и лубяные волокна, выполняющие опорную функцию.
2. Камбий. Образовательная ткань в стеблях голосеменных и двудольных, которая формирует вторичные проводящие слои древесины и обеспечивает рост ствола. Об активности камбия можно судить по частоте и количеству колец на срезе дерева.
3. Сердцевина с ядром. Формируется из отмирающих клеток. В молодых побегах сердцевина накапливает органические вещества, нужные для роста. С его прекращением необходимость в клетках сердцевины отпадает, они отмирают, их место заполняет воздух. На поперечном срезе хорошо просматривается ядро, оно темнее остальных слоев.

Древесина голосеменных на 90 % состоит из трахеид. Их длина составляет несколько миллиметров, а ширина исчисляется десятыми и сотыми долями миллиметра. Одревесневшая, утолщенная оболочка этих клеток содержит множество окаймленных пор, по которым циркулируют питательные вещества и вода. Формирование трахеид происходит в тканях верхушечной меристемы (ткани, отвечающей за рост) и камбия.

Трахеиды доставляют полезные вещества продольно и горизонтально. Они имеют водопроницаемые боковые стенки, через которые снабжают ближние элементы необходимыми веществами. Кроме того, клетки выполняют опорную функцию за счет утолщений стенок. Это наделяет их, при наличии большого числа пор, эластичностью и прочностью.

Для сосудистых характерно наличие паренхимы — ткани, которая также выполняет опорные функции. Из ее клеток состоят лучи сердцевины, окаймленные слоем поперечных трахеид. По ним также осуществляется транспортировка воды и полезных соединений. Зимой эти проходы выполняют функцию хранения питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности дерева.

Большинство голосеменных обладает хорошо развитой системой смоляных ходов. У многих хвойных они появляются как реакция на повреждение ствола. У араукариевых смола образуется в окаймляющих сердцевидные лучи трахеидах. Это клейкое вещество играет роль антисептика, препятствующего развитию инфекции. Различные виды семейства Сосновых дают примеры стебля голосеменных с постоянными смоляными ходами во вторичной древесине.

ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ, или ЦВЕТКОВЫЕ

Покрытосеменные (Цветковые) – отдел высших растений, отличительной особенностью которых является; 1) наличие цветка в качестве органа полового размножения 2) замкнутого вместилища у семяпочки (а затем и у происшедшего из неё семени, откуда и появилось название покрытосеменные), 3) двойное оплодотворение.

Покрытосеменные представлены: деревьями, травами и промежуточными формами – кустарниками и кустарничками.

Общая характеристика Цветковых растений:

• древесные, кустарниковые и травянистые формы
• однолетние, двулетние и многолетние растения
• более 250 000 видов
• повсеместное распространение (на всех континентах и во всех средах обитания)
• семенное и вегетативное размножение
• генеративные органы – цветки
• после двойного оплодотворения происходит развитие семени с запасом питательных веществ; семя защищено околоплодником и находится внутри плода

Широкое распространение и разнообразие строения цветковых растений обусловлено приобретением ими в процессе эволюции ряда прогрессивных черт:

1. наличие цветка – органа, совмещающего функции полового и бесполого размножения;
2. образование в составе цветка завязи, заключающей в себе семязачатки и предохраняющей их от действия неблагоприятных условий среды;
3. двойное оплодотворение, в результате которого образуется триплоидный (а не гаплоидные, как у голосеменных) эндосперм;
4. редукция гаметофита: мужской гаметофит – пыльцевое зерно состоит из двух клеток: вегетативной и генеративной (генеративная делится, образуя два спермия). Женский гаметофит состоит из 8 клеток зародышевого мешка.

Классы Покрытосеменных (Цветковых)

Выделяют два класса цветковых растений: однодольные и двудольные.

Признаки двудольных растений:

1. Зародыш имеет 2 семядоли, прорастающие надземно, с 3 проводящими пучками.
2. Лист на черешке с сетчатым или ветвящимся жилкованием.
3. Проводящая система состоит из одного кольца проводящих лучков, с камбием; во флоэме присутствует паренхима; кора и сердцевина дифференцированы.
4. Корневая система стержневая, зародышевый корешок развивается в славный корень.
5. Жизненные формы древесные и травянистые.
6. Цветок имеет число элементов, кратное 5 или 4.

Признаки однодольных растений:

1. Зародыш с одной семядолей, прорастающей подземно, имеет два главных проводящих лучка.
2. Лист без черешка, с параллельным или дуговым жилкованием, с влагалищным основанием.
3. Проводящая система состоит из многих отдельных пучков; камбий отсутствует; паренхима во флоэме отсутствует; кора и. сердцевина не имеют четкой дифференциации.
4. Корневая система мочковатая, зародышевый корешок рано отмирает, заменяясь системой придаточных корней.
5. Жизненные формы травянистые, некоторые древесные формы вторичны.
6. Цветки имеют число элементов, кратное 3, реже 4.

Основные различия между Двудольными и Однодольными

Цикл развития. Нажми для увеличения картинки!

Семейства Покрытосеменных (Цветковых)

Таблица «Покрытосеменные» кратко

Это конспект по теме «Покрытосеменные, или Цветковые». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: Царство Животные
• Вернуться к списку конспектов по Биологии.
• Проверить знания по Биологии.

Значение в природе и жизни человека

Во времена палеозойской и мезозойской эр голосеменные растения были доминирующими среди всех других представителей флоры. Виды, которые распространены в тропических зонах, имеют большие рассечённые листья, похожие на пальмовые. В северных широтах произрастают растения с иголками или чешуйками. Это обусловлено низким уровнем влажности.

Большая часть тайги состоит из голосеменных. Эта зона является домом для многих видов живых организмов. Особенно это касается млекопитающих и птиц. Благодаря лесу у них есть укрытие, защита, питание, условия для размножения.

Сейчас площадь лесных насаждений быстро уменьшается. Среди основных причин выделяют вырубку, пожары, расчистку участков под застройку. Для тайги наиболее губительным является добыча полезных ископаемых, осушение или затопление территорий.

Голосеменные имеют важное значение в процессе обогащения воздуха кислородом и удаления из него углекислого газа. Люди очень небрежно к этому относятся

Каждый год в атмосфере увеличивается количество копоти и вредных веществ, что приводит к их накоплению на листовой пластине. Хвойные растения не меняют листву ежегодно, поэтому срок их жизни снижается. Уменьшение площади лесов — одна из важнейших проблем планеты.

Применение голосеменных в хозяйстве началось давно. Бытовая сфера и многие отрасли производств не могут без них существовать. Хвойники используют в следующих целях:

1. Строительная. Древесина применяется в качестве материала для создания прочных конструкций и отделки.
2. Пищевая. Из саговника изготавливают крупу, в кулинарии используются кедровые орехи (точнее, орехи сосны сибирской кедровой).
3. Топливная. В частных домах используется сухая древесина.
4. Медицина. Эфирные масла голосеменных являются основой многих лекарственных препаратов.
5. Химическая. Изготавливается смола, вар, скипидар, эфирное масло.
6. Эстетическая. Среди этих растений есть декоративные виды, которые высаживают на приусадебных участках, вдоль дорог и полей.

Это только малая часть сфер, где применяются голосеменные растения. Из них также производят бумагу, мебель, музыкальные инструменты, изготавливают подводные сооружения. Многие виды хвойных пород помогают в лечении бронхитов, болезней печени, применяются в качестве дезинфицирующего средства. Поэтому человечеству нужно научиться заботиться о лесах, так как без них не существовало бы современного мира.

Жизненный цикл голосеменных

Особенности жизненного цикла голосеменных на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). Сосна — крупное дерево, размножающееся семенами.

Как известно, семена сосны и других хвойных образуются в шишках. Эти шишки и есть женские стробилы. Менее известны так называемые мужские шишки (стробилы), в которых созревает пыльца. Они появляются ранним летом и существуют весьма непродолжительное время.

Строение мужского стробила. Микроспорогенез и микрогаметогенез.

На продольном срезе через мужскую шишку хорошо выделяется ось, к которой крепятся микроспорофиллы. В основании каждого из них размещаются гнезда двух крупных спорангиев (пыльцевых мешков).

Гнезда микроспорангиев заполнены археспориальной тканью. Процесс микроспорогенеза состоит в том, что клетки археспориальной ткани делятся путем мейоза, в результате образуются тетрады гаплоидных микроспор.

Каждая микроспора (пыльцевое зерно) имеет две оболочки: внутреннюю тонкую — интину и наружную, грубую и прочную — экзину. Характерной особенностью микроспор хвойных являются так называемые воздушные мешки, повышающие аэродинамические качества пыльцы, которая распространяется ветром.

Гаплоидное ядро микроспоры начинает делиться обычным митотическим путем.

В результате двух, следующих друг за другом митотических делений, образуется четыре клетки: две проталлиальные, антеридиальная и сифоногенная.

Проталлиальные (греч. проталлиум — заросток) клетки являются рудиментом вегетативного тела заростка. Эти клетки существуют очень непродолжительное время и вскоре разрушаются. Из сифоногенной (греч.

сифон — трубка) клетки развивается пыльцевая трубка. Все дальнейшие изменения происходят с антеридиальной клеткой. Она делится еще один раз и, в результате этого деления, появляются клетка-ножка и спермагенная клетка. Назначение клетки ножки не вполне понятно, а вот при делении спермагенной клетки образуется две мужские гаметы — спермии. На этом процесс микрогаметогенеза заканчивается.

Строение женского стробила. Мегаспорогенез и мегагаметогенез.

Более знакомая вам женская шишка (стробил) также имеет ось, к которой крепятся чешуи двух типов: пленчатые кроющие чешуи, в пазухах которых развиваются крупные плодущие или семенные чешуи. В основании семенных чешуй размещается по два семязачатка. Оба процесса: мегаспорогенез и мегагаметогенез происходят в семязачатке.

Процесс мегаспорогенеза организован очень просто: внутри нуцеллуса обособляется клетка археспория, которая и становится материнской клеткой мегаспор.

В результате редукционного деления этой клетки образуется тетрада мегаспор, три из которых быстро погибают и идут на питание единственной оставшейся мегаспоре. Из гаплоидной мегаспоры вырастает женский гаметофит, который со временем занимает практически весь объем семени. По своей функциональной роли женский гаметофит является питательной тканью семени — эндоспермом.

Необходимо подчеркнуть, что эндосперм голосеменных растений является гаплоидной тканью, в отличие от триплоидного эндосперма цветковых растений.

На верхнем микропилярном полюсе гаметофита образуются два типичных архегония. В брюшке каждого из них находится крупная яйцеклетка. После формирования яйцеклетки женский гаметофит готов к оплодотворению.

Оплодотворение совершается внутри семязачатка, при этом спермии по пыльцевой трубке проникают к архегониям и один из них сливается с яйцеклеткой. Вторая пара гамет обычно не дает зиготы.

Такой тип оплодотворения называют сифоногамией. Из зиготы со временем развивается зародыш семени. Развитие зародыша — весьма сложный процесс, на деталях которого мы остановимся весьма поверхностно, поскольку это предмет особой дисциплины — биологии развития, которую вы будете изучать позже.

При делении зиготы образуется две клетки: терминальная и базальная. Из терминальной клетки развивается так называемый подвесок, а из базальной — зародыш.

Цикл размножения голосеменных:

1 – женская шишка; 2 – семенная чешуя с двумя семязачатками; 3 – микропиле; 4 – мегаспоры; 5 – нуцеллус семязачатка; 6 – интегумент, один листочек; 7 – нуцеллус, образующий перисперм; 8 – архегоний; 9 – первичный эндосперм; 10 – мужская шишка; 11 – микроспорофилл с двумя микроспорангиями; 12 – антеридиальная клетка; 13 – сифоногенная клетка, клетка трубки; 14 – ядро спермагенной клетки; 15 – ядро клетки-ножки; 16 – клетка трубки; 17 – зародыш семени; 18 – первичный эндосперм; 19 – семенная кожура; 20 – шишка, возраст которой один год; 21 – шишка, возраст которой – два года.

Теория возникновения семенных растений

Пример голосеменных растений

Давайте рассмотрим каким образом споровые растения превратились в семенные.

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

Ученые предполагают, что голосеменные произошли от разноспоровых папоротников, на листьях которых размещались сорусы со спорами разного размера. Созревшие споры высыпаются и разносятся ветром и водой. Попав в благоприятные условия, спора прорастает в заросток. На нижней стороне заростка образуются половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки. Когда под заростком скапливается вода, сперматозоид может подплыть к яйцеклетке и оплодотворить ее. Половая стадия без воды невозможна.

Засушливые условия палеозойской эры заставили споровые растения искать способ приспособления. Из спор, которые не выпадали на землю образовался мужской гаметофит, под его оболочкой формировались половые мужские гаметы (пыльца). Пыльцевые зерна были небольшого размера и легкие, чтоб ветер мог их свободно разносить. Таким образом вода уже не играла важную роль для полового размножения папоротника.

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

Общая характеристика высших семенных растений

Появились в девоне, а своего расцвета достигли в мезозое, когда изменились климатические условия. Климат стал более засушливым и холодным, наблюдалась смена сезонов. Считается, что семенные происходят от папоротников. Первые растения очень напоминают папоротники. К семенным растениям относят два отдела: Голосеменные и Покрытосеменные. Наиболее распространенными на Земле в растительном мире являются Покрытосеменные.

Семенные растения приобретают ряд преимуществ перед высшими споровыми. Преобладает спорофит. Состоят из одинаковых органов: корня, побега, семени. Ствол значительно крепче, лучше противостоит ветрам, чем у высших споровых, так как утолщается вследствие разрастания клеток древесины. Основная масса клеток древесины мертвая. У высших споровых утолщение происходило за счет коры.

Гаметофит семенных развивается на спорофите, питается за его счет (у высших споровых – самостоятельные растения). Семенные растения являются исключительно разноспоровыми. Мужской гаметофит формируется из микроспоры еще в спорангиях (пыльцевых мешках). Он состоит из двух клеток: генеративной или сперматогенной (от греч. сперма – семя и генао – рождать) и вегетативной или сифоногенной (от греч. сифон – трубка и генао – рождать).

Женский гаметофит формируется из мегаспоры в мегаспорангии. Он находится внутри семенного зачатка (семядоли) и называется нуцеллусом (от лат. nucela – орешек). Нуцеллус сверху покрыт покровами – интегументами (от лат. integumentum – покрывало). Они не срастаются на верхушке и образуют щель – пыльцевход или микропиле (от греч. микрос – маленький и пиле – ворота).

Размножаются с помощью семян (это значительный ароморфоз). Семя – многоклеточное, включает в себя запас питательных веществ, сформированный зародыш (состоит из зародышевого корешка, почки, семядоли), из которого развивается спорофит. Оплодотворению предшествует опыление. Это перенесение пыльцевых зерен в семенные зачатки с яйцеклетками. Опыление осуществляется с помощью ветра, воды, животных. Оплодотворение перестает зависеть (как у высших споровых) от воды. Оно происходит благодаря вегетативной клетке пыльцы, которая прорастает в пыльцевую трубку. Ядро генеративной клетки делится, и получаются две половые клетки (спермин или сперматозоиды).

У голосеменных семена покрыты лишь семенной кожурой. У покрытосеменных образуется цветок и плод (семена, покрытые околоплодником).