Жизнь растений. том 4. мхи. планктоны. хвощи. папоротники. голосеменные растения

Жизненный цикл

Каждое растение на Земле имеет свой жизненный цикл. У папоротника он состоит из чередования поколений — спорового и полового. Задача растения — достигнуть созревания и дать новую жизнь последующим поколениям.

Бесполое (споровое) поколение представлено лиственным растением, которое образует споры. Последние собраны в кучки — сорусы, которые находятся на нижней стороне листовой пластины.

Споры, попадая в благоприятную среду, дают начало новому заростку, который является половым поколением растения — гаметофитом. Жизненный цикл папоротниковидных замкнутый.

Фазы жизни папоротника имеют такой порядок:

1. Взрослое растение.
2. Споры.
3. Заросток.
4. Половые клетки — сперматозоиды и яйцеклетки.
5. Зигота.
6. Зародыш.
7. Новое растение.

Взрослое растение, вырастая, повторяет эту схему для зарождения будущего поколения.

Дыхание

Умение всасывать из воздуха кислород и выделять углекислый газ именуется процессом дыхания у растений. Данное условие необходимо им для существования. Кислород, который впитал папоротник, взаимодействует с его органической материей, в результате выделяются углекислый газ и вода.

Дышит папоротник днем и ночью. Эта функция ему необходима для получения жизненной энергии.

Питание

Питательные вещества папоротники получают через корни и листья. С помощью первых растение всасывает из почвы минеральные соли и воду. Для питания растений нужны такие микроэлементы как фосфор, калий, углерод, азот, железо, магний, сера, водород, цинк, медь, марганец и другие.

Через листья проходит другой процесс питания — фотосинтез. Из воздуха листочки забирают углекислый газ, который с помощью солнечного света преобразуют в органические вещества, так необходимые для жизни растения.

В процессе фотосинтеза папоротник получает крахмал и сахар, которые распределяются по всем органам.

Размножение папоротников

У взрослого сформированного папоротника на нижней стороне листа созревают споры в капсуле. Затем капсулы лопаются, и споры осыпаются в почву. Ветер подхватывает их и разносит в разные стороны.

Спора прорастает и образуется заросток с гаметами, который внешне схож с сердечком. Заросток прикрепляется к поверхности земли с помощью нитей — ризоидов. В нем появляются мужские и женские половые органы — антеридии и архегонии, в которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки.

Вода стекает по листу и задерживается в середине заростка, сперматозоид с водой подплывает к яйцеклетке и соединяется с ней, образуя зиготу. Из нее развивается зародыш нового растения.

Хозяйственное значение

Трудно переоценить то, сколько пользы человеку приносят покрытосеменные растения. Их используют в следующих сферах жизни:

• пищевая промышленность, изготовление кормов для животных;
• медицина — как лекарственные растения в составе различных препаратов;
• дизайн интерьера и ландшафта — как декорации;
• ремесло — для изготовления духов, косметических средств, красителей, масел и прочего;
• в культуре как подарки и сувениры;
• в науке для исследований генетики.

Существуют и более экзотические способы применения цветковых растений. Например, стебли бамбука в некоторых странах используют как замену водопроводным трубам, а злаки высаживают для прекращения движения песков в пустынях.

Цикл голосеменных

Жизненный цикл голосеменных и покрытосеменных растений имеет некоторые отличия. У первых доминирует бесполое поколение, а гаметофит развивается на спорофите. Рассмотрим более подробно развитие голосеменных на примере вечнозеленого дерева (сосны). Взрослое растение – это спорофит. Созревают споры в так называемых спорангиях, находящихся в шишках. Причем мужские и женские отличаются по цвету: первые желтого оттенка, а вторые – красные на первом году. В конце весны (в мае) и в начале первого летнего месяца мужские споры вываливаются из своих домиков и с помощью ветра перебираются на шишки противоположного рода. Женские споры прорастают внутри спорангиев, образуя заросток с двумя органами. Именно в них и происходит развитие яйцеклетки, т. е. заросток – это гаметофит. Он и есть новое поколение сосны и одновременно материнский организм для будущего зародыша. Мужской гаметофит – это пыльца, из которой образуются спермии.

В первый год гаметы обоих полов недозрелые, поэтому оплодотворения нет. Женские шишки после опыления закрываются, и на протяжении года в них развиваются гаметы мужские и женские. Через год в женских позеленевших и одревесневших шишках осуществляется оплодотворение. Первой клеткой спорофита является зигота, которая делится и образуется из новых клеток зародыш, имеющий корень и побег, т. е. вегетативные органы. Вокруг него возникает оболочка и откладываются питательные вещества. Так формируется семя в женской шишке. На третий год они приобретают коричневый оттенок и раскрываются. В результате семена попадают в почву и прорастают, появляется молодая сосна – спорофит.

Механизмы реализации основных жизненных функций

Жизненный цикл растений характеризуется сменой поколений. Гаметы являются результатом митоза, а споры образованы в процессе мейоза. Они формируются в цветке, который является органом и бесполого, и полового размножения.

Пыльцевое зерно представлено спорой или микроспорой и не является мужской гаметой по причине развития в нем самом мужских гамет. В пыльцевых зернах мужские гаметы транспортируются на поверхность рыльца пестика с помощью ветра или насекомых, что исключает необходимость в наличии плавающих сперматозоидов. 

Отдел Покрытосеменные включает большую часть современного видового разнообразия растений. Данные представители растительного мира могут быть древесными и травянистыми. В первом случае наблюдается наличие камбия. У травянистых растений камбий отсутствует, либо представлен зачаточной формой.

Благодаря цветку, покрытосеменные растения приспособились для опыления животными, что значительно увеличило эффективность этого процесса.

Мужские гаметофиты формируются в больших объемах. Ветер и насекомые с легкостью осуществляют их транспортировку. Благодаря ткани спорофита, спермии с яйцеклетками и зародыши защищены от негативных факторов внешней среды. Поэтому у растений выработалась высокая жизнеспособность.

Сосуды растений обеспечивают эффективное перемещение воды и минеральных веществ. Листья содержат разветвленную систему жилок, с помощью которых поставляются минералы и отводятся продукты фотосинтеза. Такая более совершенная проводящая сеть позволила растениям активно развиваться и усложнять строение листьев.

Представители отдела Покрытосеменных приспособлены к разным условиям жизни, что объясняет их большое биологическое разнообразие и господствующее положение в растительном мире.

Особенностью покрытосеменных растений является способность заселять почвы разного состава, включая кислые, соленые, плодородные, неплодородные, произрастать на каменистых породах, размещаться на стволах других растений, зданиях и сооружениях.

Цветковые растения распространены в разнообразных климатических зонах, включая жаркий тропический пояс и холодные тундры. Такие обстоятельства привели к формированию разных жизненных форм и экологических групп покрытосеменных растений.

К их числу относят многочисленные виды деревьев, кустарников, кустарничков, полукустарничков, лиан и трав. Среди цветочных растений можно встретить влаголюбивые и сухолюбивые, светолюбивые и тенелюбивые разновидности.

Чередование бесполого и полового поколений

У преобладающего большинства как высших, так и низших растений существует 2 способа размножения: бесполое и половое.

Причем у каждого растения полный жизненный цикл его развития возможен только при наличии обоих способов размножения, кото­рые осуществляются в определенной очередности: один способ размножения чередуется с другим, и, следовательно, происходит определенное чередование, или смена, поколений — бесполого и полового.

Сущность чередования поколений в цикле развития одного ра­стения заключается в том, что одно поколение образует органы полового размножения, а другое поколение — органы бесполого размножения.

Поколение, образующее органы полового размноже­ния, в которых формируются половые клетки — гаметы, называ­ется половым поколением, или гаметофитом. Поколение, на котором образуются органы бесполого размножения, с развивающимися в них спорами, называется бесполым, или спорофитом.

В процессе эволюции у разных групп растений гаметофит и спорофит формировались неодинаково, а поэтому в растительном мире существуют большие различия в морфологическом строении таких поколений.

У одних растений оба поколения развиты одина­ково, внешне довольно сходны и живут самостоятельно (многие водоросли). У других растений гаметофит и спорофит внешне сильно различаются. Так, например, у мхов гаметофит развит сильнее и морфологически более дифференцирован, чем спорофит, но суще­ствуют они не самостоятельно: спорофит живет (паразитирует) на гаметофите (мох кукушкин лен).

Очень ясно выражено развитие двух поколений у папоротников.

У них оба поколения живут самостоятельно, причем у некоторых папоротников спорофит по размерам резко отличается от гаметофита (мужской папоротник). Бесполое поколение у этого папорот­ника представляет собой крупное растение, хорошо дпфферинцированное на отдельные органы, достигающие 80… 100 см и больше, а половое поколение (гаметофит) — очень маленькое растеньице в виде зеленой пластинки с 10-копеечную монету.

Процесс чередования поколений мужского папоротника проходит следующим образом.

На нижней стороне листа спорофита образу­ются специальные органы (спорангии), в которых формируются споры. Созревшие споры высыпаются и, попав в благоприятные условия, прорастают.

Из споры вырастает маленькая зеленая пластинка, которая и представляет собой половое поколение, или гаметофит, папоротника.

В данном случае это половое поколение носит специальное назва­ние — заросток. С нижней стороны заростка образуются мужские (антеридии) и женские (архегонии) половые органы.

В антеридиях формируются мужские гаметы -спермато­зоиды, в архегониях образуются женские гаметы — я й ц е –клетки.

После оплодотворения из образовавшейся зиготы развивается бесполое поколение папоротника — спорофит, т. е. вырастает обычное растение папоротника, на листьях которого снова обра­зуются споры. Жизненный цикл папоротника начинается снова.

Таким образом, у мужского папоротника бесполое и половое поколения растут отдельно и питаются самостоятельно.

У цветковых, которые эволюционно стоят выше рассмотренных растений, чередование поколений также существует, но оно выра­жено менее наглядно, так как у этих растений гаметофиты сильно редуцированы.

У цветковых растений имеется 2 гаметофита — мужской (двуклеточное пыльцевое зерно) и женский (зародышевый мешок, содержащий 7 клеток).

У этих растений гаметофит живет на бесполом поколении, которое представляет собой целое рас­тение, достигающее у некоторых представителей огромных раз­меров (береза, дуб и др.), тогда как женский и мужской гаме­тофиты у цветковых растений имеют микроскопически малую величину.

Одновременно с чередованием поколений происходит смена ядер­ных фаз. Осуществляется это следующим образом.

На бесполом поколении споры образуются в спорангиях из спорогенной ткани.

Определение

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.

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.

Почему в жизненном цикле растений преобладает спорофит?

Преимущества спорофита:

• в водной среде происходит передвижение гамет, а на поверхности земли растения не способны перемещать свои споры;

• из-за изменчивых условий на поверхности земли диплоидным организмам легче сохранить рецессивные признаки, которые могут стать необходимыми для выживания в изменившейся среде обитания.

В жизни покрытосеменных, голосеменных, большей части споровых, кроме мхов, преобладает гаплоидность

Обусловлено это тем, что в природе важно наличие семени для дальнейшей жизни. . Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор

Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле. 

Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор. Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле. 

Именно диплоидный вид организма способен вынести меняющиеся условия наземной жизни.

Споры папоротника

Поэтому диплоидное поколение преобладает у наземных растений, у подводной растительности – водорослей преобладает гаплоидная часть. Даже одноклеточные водоросли — хламидомонады, имеют преобладающую гаплоидность на протяжении своей жизни.

Главный орган размножения покрытосеменных растений

Главный репродуктивный орган покрытосеменных — цветок. Он представляет собой видоизмененный побег, приспособленный для проведения полового процесса. Образование плода с семенами — его итог.

От шишек цветы отличаются тем, что во время опыления пыльца попадает на пестик, а не на семязачаток. Опыление бывает двух видов:

1. Самоопыление — пыльца с тычинок попадает на пестик того же цветка.
2. Перекрестное опыление — пыльца с тычинок попадает на пестик другого растения.

Примечание

Несмотря на единую функцию, цветы разнообразны по строению, размерам и окраске. Самый маленький цветок из семейства Рясковых имеет диаметр 1 мм. Самый крупный — у раффлезии Арнольда 91 см, его масса достигает 11 кг.

Цветок состоит из частей:

1. Стеблевой: цветоножка, цветоложе.
2. Листовой: чашелистики, лепестки.
3. Генеративной: тычинки, один или несколько пестиков.

Генеративная часть цветка принимает участие в процессе размножения.

Тычинка — мужской орган. Все тычинки одного цветка называют андроцеем. Они могут отличаться по форме и длине. Количество тычинок зависит от вида. У орхидных — одна, у мимозовых — несколько сотен.

Пестик — женский орган. Состоит из одного или нескольких сросшихся плодолистиков. В его полости находятся семязачатки (семяпочки). Совокупность пестиков называют гинецеем. Этот орган, как и сам цветок, есть только у покрытосеменных, поэтому группу еще называют пестичными.

Цикл голосеменных

Жизненный цикл голосеменных и покрытосеменных растений имеет некоторые отличия. У первых доминирует бесполое поколение, а гаметофит развивается на спорофите. Рассмотрим более подробно развитие голосеменных на примере вечнозеленого дерева (сосны). Взрослое растение – это спорофит. Созревают споры в так называемых спорангиях, находящихся в шишках. Причем мужские и женские отличаются по цвету: первые желтого оттенка, а вторые – красные на первом году. В конце весны (в мае) и в начале первого летнего месяца мужские споры вываливаются из своих домиков и с помощью ветра перебираются на шишки противоположного рода. Женские споры прорастают внутри спорангиев, образуя заросток с двумя органами. Именно в них и происходит развитие яйцеклетки, т. е. заросток – это гаметофит. Он и есть новое поколение сосны и одновременно материнский организм для будущего зародыша. Мужской гаметофит – это пыльца, из которой образуются спермии.

В первый год гаметы обоих полов недозрелые, поэтому оплодотворения нет. Женские шишки после опыления закрываются, и на протяжении года в них развиваются гаметы мужские и женские. Через год в женских позеленевших и одревесневших шишках осуществляется оплодотворение. Первой клеткой спорофита является зигота, которая делится и образуется из новых клеток зародыш, имеющий корень и побег, т. е. вегетативные органы. Вокруг него возникает оболочка и откладываются питательные вещества. Так формируется семя в женской шишке. На третий год они приобретают коричневый оттенок и раскрываются. В результате семена попадают в почву и прорастают, появляется молодая сосна – спорофит.

Жизненный цикл покрытосеменных

Материалы » Отдел покрытосеменные (цветковые) » Жизненный цикл покрытосеменных

Навашин Сергей Гаврилович (1857 – 1930), цитолог и эмбриолог растений, основатель научной школы, академик АН СССР и АН Украины, открыл двойное оплодотворение (1898) у покрытосеменных растений. Заложил основы морфологии хромосом и кариосистематики.

Навашин сделал открытие величайшего биологического значения. Он установил, что процесс оплодотворения у покрытосеменных растений принципиально отличается от процесса оплодотворения у голосеменных растений тем, что у покрытосеменных в оплодотворении участвуют два спермия, один из которых сливается с яйцеклеткой и даёт начало зародышу, второй сливается с одной из клеток зародышевого мешка и даёт начало эндосперму. Следовательно, в отличие от голосеменных, эндосперм покрытосеменных растений является продуктом полового процесса. Процесс, открытый академиком С. Г. Навашиным, получил в науке название двойного оплодотворения.

Эндосперм образуется, когда два спермия из пыльцевого зерна (мужского гаметофита) прорастают до зародышевого мешка (женского гаметофита). Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, при этом образуется зигота, а второй сливается с двумя полярными тельцами в центре зародышевого мешка, и при этом образуется первичная клетка эндосперма (с тройным набором хромосом), которая развивается в эндосперм. Такой процесс называется двойным оплодотворением.

Около 70 % покрытосемянных имеют полиплоидные эндоспермы, обычно триплоидные, но встречаются и варианты от 2n до 15n (наборов хромосом).

Древнее цветковое растение Nuphar polysepala имеет диплоидный эндосперм, результат слияния спермия с одной полярной клеткой. Считается, что на ранней стадии развития цветковых произошло изменение в данной типе развития и стал образовываться не семиклеточный, а восьмиклеточный зародышевый мешок с диплоидным эндоспермом.

Рядом точных эмбриологических исследований на различных представителях покрытосеменных (лилейных, лютиковых, сложноцветных) С. Г. Навашин убедительно показал, что эндосперм, как и зародыш, является продуктом полового процесса.

Это необычное, свойственное лишь покрытосеменным растениям, явление он назвал двойным оплодотворением. О своем открытии он сообщил в августе 1898 г. на проходившем в Киеве Х съезде русских естествоиспытателей и врачей, а в ноябре того же года опубликовал на эту тему небольшую статью в «Известиях Петербургской Академии Наук».

Мысль о существовании двойного оплодотворения возникла у С. Г. Навашина еще в 1895 г. в процессе работы над изучением халазогамии у грецкого ореха. Окончательное же подтверждение и оформление в стройную теорию эта мысль получила при исследовании оплодотворения у лилии.

Позднее С. Г. Навашин описал двойное оплодотворение и у других цветковых растений, систематически далеко отстоящих друг от друга — у представителей лютиковых, сложноцветных, орехоцветных, доказав тем самым общность этого явления для всех покрытосеменных. Двойное оплодотворение – отличительный признак, отделяющий покрытосеменных от голосеменных.

Открытие С. Г. Навашиным двойного оплодотворения у покрытосеменных сыграло важную роль в науке. Явление двойного оплодотворения внесло ясность не только в вопрос происхождения эндосперма, но и разъяснило загадочность такого явления, как ксения у кукурузы. Работы Навашина по оплодотворению покрытосеменных растений были встречены ботаниками всего мира с огромным интересом.

Интересное на сайте:

Род лягушки — rana linnaeus, 1758

Барабанная перепонка округлая, явственно выражена.
Кожа в целом гладкая, влажная, хотя на ней могут быть бугорки, зернышки и т.д. На спине около боков проходят так называемые спинно-боковые складки, образованные продольными скоплениями ж …

Биохимические сдвиги в миокарде

Во время мышечной деятельности происходит усиление и учащение сердечных сокращений, что требует большего количества энергии по сравнению с состоянием покоя. Однако энергообеспечение сердечной мышцы осуществляется главным образом за счет а …

Свойства ионных каналов. Клеточная мембрана нервной клетки

Клеточные мембраны состоят из жидкой фазы липидов и встроенных в липиды белковыхмолекул. Молекулы липидов организованы в двухслойную мембрану (бислой) толщиной около 6 нм. Полярные гидрофильные головки липидов обращены к поверхностям мемб …

Что такое голосеменные растения

Растительное царство подразделяется на низших и высших представителей. Последние делятся на споровые и семенные

Первые можно часто встретить в лесу (папоротник), они обращают на себя внимание большой формой и не имеют ярких цветов. Вторые — являются господствующей, самой распространенной группой среди высших растений

Различаются они по способу образования органа размножения и бывают голосеменными и покрытосеменными.

Признаки

Эти растения не образуют плодов, являются наземными. Если классифицировать их по жизненным формам, то чаще это деревья.

Самые многочисленные представители — хвойные:

• сосна;
• ель;
• можжевельник;
• пихта;
• лиственница и другие.

У большинства растений листья имеют игольчатую форму, а сверху покрыты восковой кожицей, благодаря чему получили название — хвоя. Такая форма не позволяет влаге испаряться, поэтому растения могут произрастать в неблагоприятных условиях. Хвойные образуют леса в зонах с умеренным климатом.

В качестве самостоятельного органа лист впервые появился у голосеменных. Он обладает определенными характеристиками, специфическими для этого отдела.

Виды листьев:

• чешуйки (кипарис);
• иголки (пихта);
• перистый (саговник);
• двулопастный (гинкго);
• длинный до 8 м (вельвичия).

В целях снижения объемов испаряемой жидкости устьица глубоко погружены в ткань, сами листья покрыты кутикулой. Дерево не обновляет их ежегодно. Каждая хвоинка способна прожить от трех до пяти лет, а листья вельвичии существуют, пока живет само растение, высыхая на концах и вновь отрастая у основания.

Стебель или ствол покрыт корой, имеются четкие годичные кольца. Большинство выделяют смолу — фитонциды, губительные для бактерий. Шишки являются видоизмененными побегами.

Функции

Это группа высших семенных, следующая за папоротниками и хвощами, она предшествует покрытосеменным на пути эволюционного развития растений

Способность гамет сливаться без участия воды — важное приобретение голосеменных, которое способствовало их широкому расселению и продвижению вглубь материков

Развитие семени внутри стробилы за счет запаса питательных веществ обеспечило его сохранность и жизнестойкость. Таким образом голосеменные демонстрируют новые, по сравнению со споровыми, механизмы выживания и расселения по суше.

Отличие от других видов

Основным отличием, по которому представители этого отдела растительного царства получили свое название, является отсутствие околоплодника.

Завязь семян развивается в пазухах чешуек шишек или шишкоягод (можжевельник). Опыление происходит с помощью ветра. Семена лежат открыто на чешуйках, после созревания высыпаются.

Особенности спорофита

Спорофит — это бесполое поколение споровых растений. Рассмотрим его строение на примере мохообразных. Летом на зеленых побегах этого растения появляются небольшие коробочки на удлиненных ножках. Внутри них находятся споры — клетки бесполого размножения. Попадая в почву, они дают начало зеленым побегам, которые уже размножаются при помощи гамет. Спорофит преобладает у споровых плаунов, хвощей и папоротников, а также у всех семенных растений. Гаметофит является доминирующим лишь у всех представителей мохообразных, который имеет вид зеленого листостебельного побега.

Клетки бесполого размножения развиваются в специализированных органах, которые называются спорангиями. У мхов это коробочка на ножке, у папортников — сорусы, расположенные на нижней стороне их листьев. А хвощи и плауны образуют шишковидные образования на верхушках весенних побегов, которые называются сорусы.

Спорофит хвощей представлен побегами двух видов. Весной появляется спороносный стебель бурого цвета. В его клетках нет хлорофилла. Он развивается до прорастания спор, после чего отмирает. Из почек, расположенных на корневище, вырастает зеленый летний побег. Он является хлорофиллоносным. Эта структура четка разделена междоузлиями с редуцированными листьями. Гаметофит этого растения практически не заметен. Это пластинка размером всего 1 см. На одних из них развиваются женские гаметы, на других — мужские. Поэтому половое поколение хвощей является двудомным.

Плауны также характеризуются преобладанием спорофита в жизненном цикле. Это травянистые растения с цельными листьями. Они нарастают вкруговую, поэтому в народе заслужили название «ведьмины кольца». Многолетние побеги стелятся по земле и имеют приподнимащиеся стебли. Их споры, собранные в стробилы, находятся в земле несколько лет, после чего прорастают.