ТИП СЕМЕННЫЕ РАСТЕНИЯ - Царство растения - Система органического мира

Семенные растения - высший тип растений. Г аметофит редуцирован, развивается на материнском спорофите и за его счёт. Комплекс из тканей спорангия (кожура) гаметофита (эндосперм) и дочернего спорофита (зародыш) образуют уникальную структуру семя. Макрофильные растения, способные ко вторичному утолщению.

Современная флора складывается примерно из 235 тысяч видов семенных растений, которые ботаники распределили на 5 классов:

1. Саговники (Cycadopsida).

2. Гинкговые (Ginkgoopsida).

3. Сосновые (Pinopsida).

4. Гнетовые (Gnetopsida).

5. Цветковые (Angiospermae).

И удобства ради, разделённых на две обширные группы: Голосеменные растения (саговники, гинкговые, сосновые, гнетовые) и Цветковые растения (имеют цветок, завязь, рыльце, двойное оплодотворение). Начнём знакомство с группы голосемянных.

§3.1. ГОЛОСЕМЕННЫЕ (Gymnospermae)

— наиболее древняя и до сих пор процветающая группа семенных растений, занимающая промежуточное положение между папоротниками и цветковыми растениями.

Все голосеменные — деревья или кустарники, нередко достигающие огромных размеров. Одни голосеменные сильно ветвятся и несут множество мелких (нередко чешуевидных) листьев. Другие разветвлены слабо и имеют крупные перистые листья. У большинства голосеменных в ксилеме отсутствуют сосуды, а в флоэме — клетки-спутницы. С другой стороны, ткани голосеменных устроены более сложно, чем ткани папоротникообразных.

Все голосеменные — разноспоровые растения; микроспорофиллы и макроспорофиллы сильно различаются по форме, размерам и строению. У наиболее примитивных семенных папоротников они свободно росли на обычных побегах; у всех остальных голосеменных они находятся на укороченных побегах — стробилах, как правило, раздельнополых. Микроспоры у семенных растений развиваются в пыльцевом мешке и называются пыльцевыми зёрнами или пылинками. Они переносятся на женский гаметофит, как правило, при помощи ветра, прорастая внутрь после попадания на мегаспорангий. Внутри мегаспорангия, называемого семязачатком, развивается мегаспора; после оплодотворения мужской гаметой семязачаток превращается в семя. Женский гаметофит, конечно, в очень большой степени зависит от родительского растения, однако в значительно большей степени, чем гаметофит папоротника, устойчив к обезвоживанию. Питательный запас, окружающий семя, используется зиготой при прорастании; семена могут оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока не наступят благоприятные условия. Плоды не образуются, но у семени могут развиваться различные приспособления, облегчающие их распространение.

Голосеменные известны с верхнего девона. В карбоне и перми встречаются представители большинства порядков, а на мезозой приходится их расцвет. Древнейшими из семенных растений являются прогимноспермы (Progymnospermophyta). Они сочетали в себе эволюционно продвинутое строение стебля с примитивными боковыми побегами, мало чем отличавшимися от побегов псилофитов. Вместо настоящих листьев у них развивались вильчатые безлистные веточки. Прогимноспермы, по-видимому, размножались всё ещё спорами, но уже находились на пути к формированию семян.

Значительно более сложными по строению являлись семенные папоротники, выделяемые сейчас в самостоятельный класс Саговники (Cycadopsida). Это были древовидные растения, внешним обликом и строением листьев напоминавшие настоящие папоротники, но размножавшиеся при помощи семян.

Развитие зародыша, скорее всего, происходило уже после опадания семени на землю. Крупные стебли семенных папоротников содержали в себе вторичную ксилему; перистые листья отличались от настоящих папоротников только по строению эпидермы, устьиц и черешков.

Ещё одним вымершим отделом голосеменных, известным с карбона, являются беннеттитовые (Bennettitophyta или Cycadeoideophyta). Некоторые исследователи относят эти растения к саговникам, от которых они отличаются органами размножения. Все беннеттитовые имеют обоеполые стробилы, напоминающие цветок наиболее примитивных покрытосеменных. Беннеттитовые вымерли в конце мелового периода вместе с динозаврами.

В настоящее время сохранилось около 600 видов голосеменных. Наиболее распространены из них растения класса Сосновые (Pinopsida) или хвойные; леса из хвойных деревьев (тайга) растут, в основном, в умеренных широтах и составляют треть всех лесов нашей планеты.

§3.2. КЛАСС САГОВНИКОВЫЕ (Cycadopsida)

внешне похожи на пальмы. Ранее ботаники относили их к голосеменным, теперь обычно выделяются в собственный класс и в одно семейство с 9-10 родами и сотней видов. Обитают в тропиках и субтропиках обоих полушарий.

Саговниковые — двудомные растения; на каждой особи образуются репродуктивные органы исключительно одного пола. Мужские шишки имеют длину до 80 см, женские — до 1 м, например, у африканского саговника и весят эти шишки почти 40 кг. Сперматозоиды Цератозамы мексиканской видны невооружённым глазом. Пыльцевое зерно прорастает вглубь семяпочки; жгутиковые сперматозоиды подплывают по образовавшейся пыльцевой трубке и сливаются с яйцеклетками. Яйцеклетка после оплодотворения развивается в семя с ярко окрашенной мясистой наружной кожурой; внутри кожуры находится “косточка”, защищающая эндосперм с зародышем.

Все саговниковые — деревья с клубневидными или редьковидными стволами высотой до 20 м, но чаще скрытыми в почве. Камбия в стволах мало; основную массу занимают сердцевина и кора. Обычно неветвящиеся стволы несут на вершине пучок кожистых перистых листьев, покрытых мощным восковым слоем. Листовые пластинки через год отмирают, а основания черешков образуют на стволе подобие панциря.

Из богатых крахмалом семян получают муку — саго. Алкалоиды, содержащиеся в листьях, семенах и стволах, опасны для некоторых животных и человека.

§3.3. КЛАСС ГНЕТОВЫЕ (Gnetopsida)

содержит три своеобразных семейства голосеменных растений с неясными эволюционными связями. Растения рода гнетум — тропические лианы. Эфедровые (хвойники) — пустынные кустарники с чешуевидными листьями. Вельвичия — единственный представитель семейства вельвичиевых - имеет погруженный в песок стебель, от которого отходят два огромных лентовидных листа.

Гнетовые похожи на саговниковые, однако отличаются от них более совершенной формой шишки, похожей на цветок покрытосеменных.

§3.4. КЛАСС ГИНКГОВЫЕ (Ginkgoopsida)

— своеобразные “ископаемые динозавры” среди растений. Из 10 родов, известных с перми, до настоящего времени уцелел только один вид - гинкго двулопастный, сохранившийся в некоторых районах Восточной Азии.

Гинкго двулопастный — это двудомное дерево высотой 30-40м и толщиной до 1м с раскидистой кроной. Вееровидные листья напоминают по форме папоротник, и имеют своеобразный, архаичный тип жилкования — дихотомическое (каждая жилка ветвится на две, которые в свою очередь также ветвятся на две и т.д.).

Оранжево-жёлтые семена имеют мясистую кожуру с неприятным запахом; их длина всего 2-3см. Внутреннее маслянистое сладкое ядро употребляется китайцами в пищу.

Гинкговые произошли от кордаитов. Возможно, они являются предками цветковых растений.

Гинкго — священное дерево японских легенд; многим из деревьев, растущих сейчас возле японских храмов и гробниц, более тысячи лет. С XVIII века гинкго начали выращивать в ботанических садах Европы и Северной Америки.

§3.5. КЛАСС СОСНОВЫЕ (Pinopsida) или Хвойные

— Самая процветающая сегодня группа голосеменных растений — это деревья либо кустарники, обычно вечнозелёные с цельными игловидными листьями (хвоей); иногда листья чешуевидные или пластинчатые.

Небольшая площадь поверхности листа и толстый восковой слой, покрывающий его, способствуют удержанию воды. У сосны хвоя полностью обновляется за 3-4 года. В древесине развита ксилема из трахеид с заметными годичными кольцами.

Некоторые хвойные достигают высоты 50-60 м и даже 100 м и диаметра 6-9 м, например, секвойя, и живут тысячелетия (например, Сосна долговечная - 7,5 тыс. лет).

Хвойные — большей частью однодомные растения. Пыльца образуется в микроспорангиях, расположенных на микроспорофиллах, иногда собранных в шишках (у сосны обыкновенной — около 5мм в диаметре); яйцеклетки образуются на мегастробилах, собранных в шишки (у калифорнийской сосны Ламберта их размеры достигают 65 см). Опыление происходит при помощи ветра. Пыльцевые зёрна прорастают, достигая яйцеклетки; наличие капельножидкой воды для этого не обязательно.

После оплодотворения развивается зародыш, имеющий от 2 до 15 семядолей. У сосны оплодотворение происходит через год после опыления, а на созревание требуется ещё полтора года. Семена развиваются “голыми” — на поверхности семенных чешуи шишек. К моменту созревания чешуйки отгибаются, и семена (нередко крылатые) высыпаются наружу.

Хвойные известны с карбона (класс кордаиты). В настоящее время ель, сосна, кедр и другие хвойные образуют обширные вечнозелёные лесные массивы в Евразии и Северной Америки.

Хвойные, в особенности ель, сосна, пихта, кедр, тсуга — важнейший источник древесины и продуктов её переработки — бумаги, канифоли, скипидара, дёгтя, лаков, дубильных веществ. Семена кедровой сосны и некоторых других хвойных употребляются в пищу, из них добывают масло. Многие хвойные — декоративные растения.

Новозеландский ноголистник паразитирует на корнях других хвойных.

§3.6. КЛАСС ЦВЕТКОВЫЕ РАСТЕНИЯ (Angiospermae)

или покрытосеменные — наиболее совершенные высшие растения. В отличие от голосеменных растений, имеют цветок и семязачатки, которые заключены в завязь, образованную сросшимися плодолистиками. Цветок является генеративным (половым) органом покрытосеменных растений. Он состоит из цветоножки и цветоложа. На последнем располагаются околоцветник (простой или двойной), андроцей (совокупность тычинок) и гинецей (совокупность плодолистиков). Каждая тычинка состоит из тонкой тычиночной нити и расширенного пыльника, в котором созревают спермии. Плодолистик цветковых растений представлен пестиком, который состоит из массивной завязи и длинного столбика, вершинная расширенная часть которого называется рыльце. Содержащиеся внутри пыльцевых зёрен мужские гаметы попадают на рыльце и прорастают. Гаметофиты цветковых крайне упрощены и миниатюрны, что значительно сокращает длительность цикла размножения. Образуются они в результате минимального количества митозов (трёх у женского гаметофита и двух у мужского).

Одна из особенностей полового размножения цветковых — двойное оплодотворение, когда один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а второй — с полярными ядрами, образуя эндосперм, служащий запасом питательных веществ. Семена цветковых растений заключены в плод (отсюда их второе название — покрытосеменные).

Покрытосеменные имеют вегетативные органы, обеспечивающие механическую опору, транспорт, фотосинтез, газообмен, а также запасание питательных веществ, и генеративные органы, участвующие в половом размножении. Внутреннее строение тканей наиболее сложно из всех растений; ситовидные элементы флоэмы окружены клетками-спутницами; почти все представители покрытосеменных имеют сосуды ксилемы.

Среди покрытосеменных имеются вечнозелёные и листопадные деревья, кустарники и полукустарники, однолетние и многолетние травы. Встречаются эпифиты, использующие в качестве опоры другие растения, паразиты (например, омела), высасывающие воду и органические вещества из других растений, плотоядные растения (росянка, венерина мухоловка), ловящие и переваривающие мелких насекомых, земноводных и птиц.

Первые цветковые растения появились в начале мелового периода около 135 миллионов лет назад (или даже в конце юрского периода). Вопрос о предке покрытосеменных в настоящее время остаётся открытым; наиболее близки к ним вымершие беннеттитовые, однако, более вероятно, что вместе с беннеттитами покрытосеменные обособились от одной из групп семенных папоротников. Первые цветковые растения были, по-видимому, вечнозелёными деревьями с примитивными цветками, лишёнными лепестков; ксилема у них всё еще не имела сосудов.

В середине мелового периода всего за несколько миллионов лет происходит завоевание покрытосеменными суши. Одним из важнейших условий быстрого распространения покрытосеменных была их необычайно высокая эволюционная пластичность. В результате адаптивной радиации, обусловленной экологическими и генетическими факторами (в частности, анеуплоидией и полиплоидизацией), образовалось огромное количество различных видов покрытосеменных, входящих в самые разные экосистемы. К середине мелового периода образовалось большинство современных семейств. С цветковыми растениями тесно связана эволюция наземных млекопитающих, птиц и, особенно, насекомых. Последние играют исключительно важную роль в эволюции цветка, осуществляя опыление: яркая окраска, аромат, съедобная пыльца или нектар — всё это средства привлечения насекомых.

Анеуплоидия — изменение кариотипа, при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору (n).

Полиплоидизация — изменчивость, связанная с кратным увеличением числа наборов хромосом (2n) в клетках растений или (значительно реже) животных (х⋅2n).

Цветковые растения являются одним из ключевых компонентов биосферы: они производят органические вещества, связывают углекислоту и выделяют в атмосферу молекулярный кислород, с них начинаются большинство пастбищных цепей питания. Многие цветковые растения используются человеком для приготовления пищи, строительства жилища, изготовления различных хозяйственных материалов, в медицинских целях.

Цветковые распространены по всему миру, от Арктики до Антарктики. В основе их систематики лежит строение цветка и соцветия, пыльцевых зёрен, семени, анатомия ксилемы и флоэмы. Почти 235 тысяч видов покрытосеменных делятся на два подкласса: двудольные и однодольные, различающиеся, прежде всего, по количеству семядолей в зародышах, строению листа и цветка.

§3.6.1. ПОДКЛАСС ДВУДОЛЬНЫЕ (Magnoliopsida)

— это деревья, кустарники и травы. Проводящая система состоит обычно из одного кольца проводящих пучков с камбием, обеспечивающим вторичный рост. Кора и сердцевина хорошо дифференцированы. У листьев чётко выражены черешок и листовая пластинка, верхняя и нижняя половины листа различаются. Жилкование пластинки чаще всего сетчатое.

Двудольные образуют в большинстве случаев пятичленные или четырёхчленные цветки, опыляемые чаще всего насекомыми. Околоцветник двойной (различаются чашечка и венчик). Зародыш состоит из двух семядолей.

По одной из распространённых классификаций современные представители подкласса двудольных делятся на 7 отрядов, более 60 порядков, до 360 семейств и около 170 тысяч видов.

Магнолииды — наиболее древняя и примитивная группа цветковых растений; у некоторых из них отсутствуют сосуды. В основном, древесные формы. В листьях и стеблях часто имеются секреторные клетки. Цветки, как правило, обоеполые. Восемь порядков: магнолиевые, бадьяновые, лавровые, перечные, кирказоновые, раффлезиевые, нимфеиные, лотосовые.

Ранункулиды — близкие к магнолиидам травянистые растения, от которых отличаются наличием сосудов, отсутствием секреторных клеток и строением пыльцы. Три порядка: лютиковые, маковые, саррацениевые.

Гамамелидиды — древесные, реже травянистые растения. Цветки редуцированные, обычно однополые; околоцветник развит слабо. 8 порядков: троходендровые, багряннико- вые, гамамелидовые, крапивные, казуариновые, буковые, мириковые, ореховые.

Кариофиллиды — травянистые растения, полукустарники, реже кустарники. Цветки обычно обоеполые, как правило, без лепестков. Порядки: гвоздичные, гречишные, свинчатковые.

Дилленииды — это деревья, кустарники или травы. Цветки, как правило, с двойным околоцветником. 14 порядков: диллениевые, пионовые, чайные, фиалковые, бегониевые, капер-

совые, тамарисковые, ивовые, вересковые, эбеновые, первоцветные, мальвовые, молочайные, волчниковые.

Розиды — это также деревья, кустарники или травы. Цветки обоеполые, с двойным околоцветником или безлепестные. Более 20 порядков (отрядов): камнемолковые, розоцветные, непентовые, подостемовые, бобовые, коннаровые, протейные, миртовые, хвостниковые, рутовые, сапиндовые, гераниевые, истодовые, кизиловые, аралиевые, бересклетовые, крушиновые, маслиновые, санталовые, лоховые и др.

Последний из подклассов — астериды — отличается обоеполыми цветками со сросшимися лепестками. Деревья, кустарники или травы. 7 отрядов (порядков): ворсянковые, горевчаковые, синюховые, норичниковые, губоцветные, колокольчиковые, сложноцветные.

Среди двудольных имеются плодовые (яблоня, груша, апельсин, лимон) и ягодные (клюква, земляника, персик, малина, вишня, слива, арбуз) культуры, овощи (капуста, помидор, перец, тыква, огурец, горох, соя, фасоль), корнеплоды (картофель, редька, морковь), приправы (укроп, петрушка, сельдерей, миндаль, горчица, хрен, паприка). Люцерна, клевер и другие растения — ценный корм для домашних животных. Из гевеи получают натуральный каучук. Роза, астра, ромашка, сирень, кактус и многие другие используются как декоративные растения. Подорожник, одуванчик, осот, репейник — сорняки полей. Белена, дурман, табак, болиголов — ядовиты.

§3.6.2. ПОДКЛАСС ОДНОДОЛЬНЫЕ (Liliopsidae)

берёт своё начало от примитивных травянистых двудольных. Это, в основном, травянистые растения (реже — деревья, такие как пальмы). Проводящие пучки разбросаны; камбий отсутствует. Листья обычно с параллельным жилкованием; выделить отдельно черешок и листовую пластинку затруднительно. Верхняя и нижняя половины листа схожи друг с другом.

Однодольные образуют, в большинстве случаев, трёхчленные, реже двух- или четырёхчленные цветки. Опыление производится ветром. Части околоцветника одинаковые; деления на чашечку и венчик не наблюдаются. Зародыш состоит из одной семядоли. Семена однодольных отличаются обильным эндоспермом.

Класс однодольные включает в себя 4 подкласса, 19 порядков, около 70 семейств, свыше 65 тысяч видов.

Алисматиды — водные или болотные травы. Сосуды отсутствуют или только в корнях. Семена без эндосперма. 3 порядка: частуховые, водокрасовые, наядовые.

Лилииды — травы или древовидные формы. У некоторых видов сосуды только в корнях. Околоцветник развит хорошо. 4 порядка: триурисовые, лилейные, имбирные, орхидные.

Коммелинииды — это травы, иногда с одревесневшим стеблем (бамбук). Семена с мучнистым эндоспермом. 7 порядков: ситниковые, осоковые, бромелиевые, коммелиновые, эриокауловые, рестиевые, злаковые.

Арециды — травы или древесные формы. Цветки однополые. Околоцветник состоит из схожих между собой чашелистиков или редуцирован. Семена с обильным эндоспермом. 5 порядков: пальмовые, циклантовые, аронниковые, пандановые, рогозовые.

Из однодольных производятся важнейшие продукты питания человека: хлеб (пшеница, рожь, ячмень), рисовая и овсяная крупа. В пищу также используются кукуруза, лук, чеснок, кокосовая и финиковая пальмы и другие растения. Некоторые однодольные — злостные сорняки. Лилия, тюльпан, гиацинт, нарцисс, гладиолус, орхидея — декоративные растения. Овёс, тимофеевка и другие растения — корм для скота. Бамбук — строительный материал.