Голосеменные растения – особенности строения, размножение, примеры

Голосеменные

Спешу обрадовать, мы добрались до изучения семенных растений! К ним относятся голосеменные и покрытосеменные (цветковые). До этого размножение шло только с помощью спор: у мхов, папоротников, хвощей и плаунов – высших споровых растений. Настало время открыть новую интересную главу этой книги, посвященную растениям, которые размножаются с помощью удивительного изобретения природы – семени.

Голосеменные – распространенная древняя группа растений, включающая небольшое число видов. Главной особенностью данной группы являются “голо” (то есть открыто) лежащие семяпочки и, в дальнейшем, развивающиеся из них семена. Иными словами, у голосеменных растений отсутствуют замкнутые вместилища для семян.

На примере типичного представителя – сосны обыкновенной, относящейся к классу хвойных, поговорим о характерных чертах данного класса и голосеменных растений в целом.

Общие признаки
  • Деревья и кустарники

Все голосеменные представлены древесными формами: деревьями и кустарниками. Травы отсутствуют.

Хвоинки (хвоя) – игольчатые видоизменения листьев. Сохраняются долгие годы, у некоторых сосен до 45 лет. Хвоя лиственниц опадает ежегодно.

Древесина голосеменных обладает большим запасом механической прочности. Это связано с ее особенностями: она состоит из трахеид с окаймленными порами, паренхима развита слабо. Либриформ (древесные волокна) и настоящие сосуды отсутствуют (исключение – гнетовые, имеют сосуды). Клетки-спутницы во флоэме также отсутствуют.

В древесине и коре имеются каналы, заполненные смолой. Однако, есть исключения – у гинкго смола не образуется вовсе.

Несколько веков назад в России целенаправленно создавались и охранялись, так называемые, корабельные рощи. Это, прежде всего, требовалось для флота, так как мачты кораблей изготавливали из сосен, отвечающих всем требованиям – корабельных (гладкий, твердый и прочный прямой ствол с минимальным количеством сучков и смолы).

Семяпочки и развивающиеся из них семена лежат “голо”, открыто, для них нет закрытых вместилищ, отсутствует завязь. В сравнении с высшими споровыми растениями, размножение семенами ставит голосеменных на более высокий уровень организации.

Голосеменным растениям для размножения не требуется вода, опыление у них происходит с помощью ветра. Этот процесс перестал быть зависимым от капельно-жидкой среды, как было у мхов и у папоротников. Благодаря этому голосеменные получили большое преимущество и смогли расселиться по всей Земле, в том числе в засушливых районах. Они господствовали в юрском периоде, когда климат стал более сухим и жарким.

Обитают голосеменные в местах с холодным климатом и достаточным количеством влаги. Имеются виды, обитающие в жарких странах: растение вельвичия удивительная обитает в пустынях южной Африки.

Строение и жизненный цикл

Жизненный цикл голосеменных состоит из чередования бесполого поколения – спорофита (диплоиден, 2n), и полового поколения – гаметофита (гаплоиден, n). Господствует (доминирует) в цикле спорофит (2n) – это взрослое растение сосны.

Голосеменные относятся к разноспоровым, как и все семенные растения. Они образуют разные споры: крупные женские (мегаспоры) и мелкие мужские (микроспоры). Образуются они в спорангиях, расположенных на спорофиллах, которые собраны в стробилы (шишки) – от лат. strobilus – сосновая шишка.

Мужские шишки (стробилы)

К концу весны у основания молодых побегов образуются мужские шишки (стробилы) – мелкие, собранные в тесные группы, желтого цвета. Чешуи мужских шишек представляют собой микроспорофиллы. Микроспорофиллы – гомологи тычинок, которые крепятся к оси каждой шишки спирально, с нижней стороны, и имеют два пыльцевых мешка – микроспорангия.

Образование мужского гаметофита

Из материнских клеток (2n) в микроспорангии путем мейоза образуются 4 микроспоры (n). Строение микроспоры следующее: она покрыта экзиной (от гр.exo снаружи, вне) – наружная оболочка, изнутри интиной (от лат. intus внутри) – внутренней оболочкой. В составе микроспоры имеются также два воздухоносных мешка, образованных в результате отслоения экзины от интины и возникновения полости между ними.

Микроспора делится, не покидая спорангия, преобразуется в заросток. При делении из ядра микроспоры образуются две клетки. Одна из них превращается в две заростковые клетки (протоллиальные – от греч. проталлиум – заросток) – быстро отмирают и исчезают. Их функция до конца не изучена.

Читайте также:
Плауновидные растения виды и названия, примеры представителей, признаки, происхождение, где обитают, особенности строения, характеристика

Из другой клетки в ходе митоза также образуются две: антеридиальная, из которой развиваются мужские половые клетки – спермии (неподвижные, без жгутиков в отличие от сперматозоидов), и более крупная вегетативная клетка, из которой в дальнейшем формируется пыльцевая трубка.

Мужской гаметофит сильно упрощен, антеридии отсутствуют. Формируется он прямо внутри микроспоры, которая в итоге превращается в пыльцевое зерно. Совокупность пыльцевых зерен называется пыльца.

При вскрытии (нарушении целостности) микроспорангия, или пыльцевого мешка, пыльца высыпается во внешнюю среду и достигает женской шишки, где, в результате опыления, внутри семязачатка происходит дальнейшее развитие мужского гаметофита.

Образование женского гаметофита

На тех же самых соснах, где расположены мужские шишки, лежат и женские. Весной на верхушке молодого побега появляются мелкие (около 5 мм) красноватые шишки – это женские шишки (стробилы). Состоят они из оси (стержня) , на котором располагаются две чешуи: кроющая и семенная. На верхней стороне у основания семенной чешуи лежат два семязачатка.

Кроющая чешуя представляет собой видоизмененный лист, в его пазухе находится семенная чешуя. Семенная чешуя – видоизмененный боковой побег.

Женские шишки (стробилы)

Именно открыто расположенные семязачатки (семяпочки) служат причиной, по которой этот отдел растений называется – голосеменные.

В женских шишках, в отличие от мужских, каждая чешуя гомологична целой мужской шишке (стробилу). То есть одна чешуя – целой мужской шишке, а не отдельным ее микроспорофиллам (чешуям)!

Молодой семязачаток состоит из нуцеллуса, интегумента и фуникулуса. Нуцеллус (от лат. nucella – орешек) – центральная часть семяпочки, соответствующая мегаспорангию. Интегумент (от лат. integumentum покрывало) – покров семяпочки, вырастающий из ее центральной части – нуцеллуса. В зрелом семени интегумент преобразуется в семенную кожуру. Фуникулус (от лат. funiculus канатик, верёвка) или семяножка – часть семязачатка, соединяющая его с мегаспорофиллом (семенным чешуями).

На интегументе около вершины располагается микропиле (пыльцевход) – через него после опыления пыльцевая трубка проникает в нуцеллус. Между интегументом и нуцеллусом имеется густая жидкость, выступающая из микропиле. Подсыхая, она втягивается внутрь семязачатка и затягивает вместе с собой пыльцу, осевшую на ней.

Образование женского гаметофита

В средней части обособляется спорогенная клетка (2n) (археспориальная – от греч. arche начало и sporá семя). В результате ее митотического деления образуются материнские клетки спор – спороциты (2n), однако и сама археспориальная клетка может выступать в роле спороцита, минуя стадию митоза. Спороциты (2n) делятся мейозом на четыре гаплоидные (n) мегаспоры.

Три мегаспоры отмирают, остается одна, которая многократно делится митозом и формирует эндосперм – запасное питательное вещество. Обратите на этот факт особое внимание: у голосеменных эндосперм гаплоидный (n) и образуется до оплодотворения. Такой эндосперм называется – первичный, он соответствует женскому гаметофиту.

Как и мужской, женский гаметофит весьма упрощен и заключен внутри мегаспоры. На верхушке женского гаметофита (мегагаметофита) образуется архегоний с яйцеклеткой (n). У гнетовых архегонии отсутствуют.

Жизненный цикл

На спорофите (2n) в микроспорангиях из материнских клеток (2n) путем мейоза образуются микроспоры (n). Из микроспоры формируется пыльцевое зерно. Пыльца (пыльцевые зерна (n)) с помощью ветра попадает в женские шишки, где улавливается густой жидкостью между интегументом и нуцеллусом, выступающей из микропиле. Жидкость засасывает пыльцу внутрь семязачатка на нуцеллус (в пыльцевую камеру). После того, как опыление произошло, микропиле зарастает. Чешуи шишки смыкаются и склеиваются смолой.

Семязачатки в этот момент еще не готовы к оплодотворению, так что от момента опыления до оплодотворения проходит около 13 месяцев. За это время в семязачатке формируется эндосперм, женская шишка увеличивается до 3-4 см и приобретает зеленую окраску.

Оказавшись на мегаспорангии, наружная оболочка пыльцевого зерна (экзина) разрывается, из вегетативной клетки в направлении архегония начинает расти пыльцевая трубка. Антеридиальная клетка делится на генеративную (спермагенную) и клетку-ножку антеридия (функция последней до сих пор не изучена). Спермагенная клетка попадает в пыльцевую трубку, а из нее – в архегоний.

Непосредственно перед оплодотворением спермагенная клетка делится на два спермия (n), один из которых отмирает, а другой сливается с яйцеклеткой (n). Образуется зигота (2n), из которой формируется и растет зародыш благодаря эндосперму – запасу питательных веществ.

Читайте также:
Опыление ℹ определение, типы, способы, признаки, факторы, влияющие на оплодотворение, значение животных и насекомых, роль процесса опыления в жизни цветковых растений, примеры

Окончательно созревают семена к осени на второй год после опыления, к этому моменту женские шишки увеличиваются в размерах до 6 см. Зеленая окраска меняется на серую, чешуйки расходятся, и семена, образовавшиеся из семязачатков, высыпаются. Из семени прорастает взрослое растение – спорофит (2n). Цикл замыкается.

Строение семени

Семя голосеменных состоит из:

    Семенной кожуры

Семенная кожура, защищающая семя от пересыхания и неблагоприятных факторов внешней среды, образована разросшимся интегументом.

Зародыш (2n) формируется в результате митотического деления образовавшейся зиготы. Состоит из зародышевого корешка, стебелька и почечки.

Число семядолей у голосеменных различается – от 2 до 15. Семядоли имеют доступ к запасным питательным вещества (эндосперму).

Запас питательных веществ

Запасные питательные вещества накапливаются в эндосперме (n). Особенностью в строении семени голосеменных, по сравнению с семенем покрытосеменных (цветковых) является наличие гаплоидного эндосперма (n). Не забывайте, что эндосперм у голосеменных это производное мегагаметофита (n), исходя из этого становится понятно, почему ткань гаплоидна. У цветковых, в отличие от голосеменных, эндосперм триплоиден (3n).

Фитонциды

Фитонциды (от греч. phyton – растение и лат. caedo – убиваю) – образуемые растениями, биологически активные вещества, убивающие или приостанавливающие размножение других организмов, главным образом – микробов. Обычно выделяются растениями в газообразном виде, к примеру, аллицин у лука и чеснока. Наличие фитонцидов играет крайне важную роль в формировании устойчивости растения к грибным заболеваниям.

Фитонциды имеют медицинское значение, из них изготавливаются некоторые препараты. За лето гектар лиственного леса выделят 2 кг фитонцидов, хвойного – 5 кг, можжевельника – 30 кг! Санатории часто располагаются в сосновых борах, где наблюдается повышенная концентрация фитонцидов. Вдыхание такого воздуха очень полезно при заболеваниях дыхательной системы инфекционной природы (когда возбудителями являются бактерии, грибы).

Значение голосеменных

Трудно переоценить значение голосеменных для человека, они очень важны. Голосеменные – источники высококачественной древесины, продуктов ее переработки. Являются звеном в цепи питания (продуцентами), основой многих биоценозов. Хвойные растения в больших количествах выделяют фитонциды, имеющие медицинское значение. Из смолы хвойных получают канифоль, скипидар, лаки. Кедровых орехи – это семена нескольких видов растений из рода сосна, которые употребляют в пищу.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Голосеменные растения

Голосеменные растения – это достаточно старая группа растений (в большинстве – вечнозеленых), появление которых относится к верхнему девону (практически 400 млн. лет назад). Ориентируясь на название, можно понять, что оно указывает на основной отличительный признак это группы: на противовес от покрытосемянных, их семечки (а после – уже и семена) не имеют замкнутого вместилища, привычного для всех растений. Т.е. их семена открыто располагаются на поверхности чешуек.

И именно семена, их наличие, являются огромным преимуществом этой группы перед теми же споровыми, ведь семена обладают запасом полезных веществ, а сам зародыш, располагающийся внутри семечки, отлично защищен от влияний внешней среды.

Описание голосеменных

Отдел голосеменных растений – древние высшие семенные виды. Их расцвет наблюдался около 200 миллионов лет назад – на тот момент они были властелинами наземных растений планеты. Их семена не имеют закрытой оболочки: завязь таких растений имеет вид обычной чешуйки, на которой располагаются семечки (одна или несколько). Эта группа растений довольно обширная – она включает в себя около 1100 самых различных видов растений, почти 90 родов и 14 семейств.

Интересно, что понятие «gymnospermae» был предложен еще двести лет назад (1825 год) шотландцем Броуном (именно он был открывателем известного «броуновского» движения). Он впервые обнаружил и описал значимые различия между двумя отделами растений – голосеменными и покрытосеменными. А термин «голосеменные» был введен, скорее всего, профессором Бекетовым.

Читайте также:
Липиды - состав и строение, химические свойства и функции, виды

Классы голосеменных

Современные голосеменные растения имеют в основном древесную форму, в исключительных случаях – кустарниковую или лиановую. Причем травянистые растения в этой группе отсутствуют.

И основным отличием этой группы растений является листва, которая выделяется не только по форме и объемам, но и другими морфологическими и анатомическими характеристиками. У большинства видов хвоя игловидная или чешуевидная.

Голосеменные, которые насчитывают более чем тысячу видов, получили распространения по всей земной поверхности и на всех континентах (за исключением Антарктиды). Их важная средообразующая роль играет значительную функцию в экосистеме знаменитых хвойных лесов равнин умеренной зоны, которыми знаменито северное полушарие. И не только здесь – но и в лесном поясе любой из широт.

Современная систематика подвергает жестким сомнениям вопрос единства происхождения растений этого отдела. Сейчас голосеменные – это группа несистематизированных специализированных отделов растений:

  • гинкговые;
  • гнетовые;
  • саговниковые;
  • хвойные.

Сюда относят и несколько вымерших групп:

  • бенеттитовые;
  • папоротники семенного типа.

Гинкговые

В основной своей части гинкговые – это остатки растений, которые господствовали на планете в период мезозойской эры. На удивление, они пережили динозавров, и сохранились в отдаленных местах планеты.

Единственный из дошедших до нас представителей этого класса – гингко двухлопастный, имеющий распространение лишь в отдельных районах Китая. Его оригинальная листва получила популярность в садах субтропиков и парках. Нужно подчеркнуть, что все остальные представители указанного вида вымерли еще во время Ледникового периода.

Гнетовые

Гнетовидные, образующие отдел, входящий в надотдел голосеменных, имеют в своем составе один лишь класс – оболочкосеменные или гнетовые. Сюда входит несколько семейств этого вида:

  • гнетовые;
  • эфедровые;
  • вельвичиевые.

Этот отдел приближен к саговникам, если опираться на его жизненный цикл, однако характеризуется более сложной системой репродуктивных органов. Именно благодаря ей этот отдел можно смело приблизить к цветковым группам.

Единственных род в семействе гнетовых – это гнетум, и он состоит из более четырех десятков видов деревьев. Известнейших из них, гнетум гнемон, выращивается на территории Юго-Восточной Азии, благодаря его съедобным плодам и отличается наличием сосудистой системы.

Саговниковые (цикадные)

Саговники еще 60 миллионов лет назад образовывали огромные территории лесов, а сейчас распространены лишь в тропиках. Обычно саговниковые напоминают пальмы – главным образом, по своей высоте (до 15 м.).

Они отличаются толстым стволом, который окружен панцирем из оснований уже отмершей листвы. Их листва обладает двумя особенностями:

  • улиткообразная форма почки;
  • наличие единственной средней жилки, которая не является разветвленной.

Растения являются двудомными, но женские особи не образуют компактных стробилов. И для саговниковых, и для гингковых характерным признаком является наличием подвижными сперматозоидами – и это признается примитивной характеристикой.

Хвойные

Хвойные – это самые распространенные среди голосеменных; их можно встретить и в умеренной, и в субтропической климатической зоне. Как правило, у них отсутствует сосудистая система, однако имеются трахеиды, ведь эти растения характеризуются обильным выделением смолы и формированием смоляных ходов.

Листья этой группы растений превратились в хвоинки, обладающие уменьшенной листовой пластинкой с загнутыми краями и желобком с малочисленными устьицами. Такая хвоинка помогает сократить испарение воды – и это помогло хвойным ассимилироваться и в субтропиках, и в северных районах.

Именно к этому виду относят и самые высокие деревья на планете – секвойи. Их высота порой достигает сотни метров, а ширина – до 12 метров. Удивляет и их возраст – более нескольких тысяч лет. По некоторым данным, их срок жизни может превышать и 6 тысяч лет – но эти сведения не подтверждены научно.

Признаки голосеменных

Из современных видов голосеменных растений наиболее широкую известность получили хвойные, которые распространены на территории многих стран, в т.ч. и нашей: сосна, кипарис, пихта, можжевельник, ель.

Главный признак таких растений – это хвоя: узкие, игольчатые листья, характерные для большинства хвойных. Такие листья обладают плотной кожицей, которая покрыта особым восковидным веществом. Именно поэтому такие растения отличаются плохой испаряемостью воды, и, с другой стороны, отличной приспособленностью к самым различным неблагоприятным условиям.

Читайте также:
Культурные растения - происхождение, виды, группы, особенности

К основным признакам растений группы голосеменных можно отнести:

  • размножение семенами;
  • отсутствие плодов;
  • распространенность древесных или кустарниковых форм;
  • особая форма листьев: игольчатые или чешуевидные, обычно – вечнозеленые;
  • отсутствие сосудистой системы;
  • процесс оплодотворения обеспечивается с отсутствием водной среды;
  • разделение на мужские и женские растения.

Именно наличие семян послужило значительным эволюционным рывком, который позволил голосеменным растениям использовать свои существенные преимущества. Среди таких растений сохранилось достаточное количество древних видов: к примеру, наиболее важные и значимые из них – это хвойные.

Развитие голосеменных растений

Половое развитие голосеменных знаменуется образованием семян, которые обычно состоят из нескольких составляющих:

  • зародыш, образующийся внутри семени;
  • эндосперма;
  • семенная кожура.

Немаловажным фактом является то, что вегетативный способ размножения у растений этого отдела встречается крайне редко.

Особенности голосеменных

Взрослые растения голосеменных можно назвать спорофитом, т.е. имеет место развитие спор, которые созревают в спорангиях, расположенных в женских шишках. Весной мужские споры высыпаются и опыляют женские шишки – они включают воздухоносные клетки и очень легко переносятся ветром.

Женские шишки характеризуются более интенсивной окраской красного цвета, и их споры не вылетают, а прорастают в шишке, внутри спорангиев. Таким образом проросшая спора женского пола формирует заросток, снабженный двумя архегониями – так называемый гаметофит. Мужской гаметофит представляет собой пыльцу (как в случае с сосной) – из ее клетки и обазуются спермии, или мужские гаметы.

Характеристики голосеменных

К общей характеристике растений этого отдела можно отнести:

  • возникновение поздние эпохи карбона (почти 320 миллионов лет назад);
  • массовое распространение (практически во всех широтах) ввиду приспособленности к ограниченности в водных ресурсах;
  • размножение семенами (что является существенным преимуществом);
  • формирование жизненного цикла, опираясь на диплоидный спорофит;
  • наличие многоклеточных половых органов женского типа (т.н. архегоний), находящихся в семязачатке. А мужской орган – гаметофит – представлен в виде пыльцевого зерна;
  • характеризуются наличием камбия с долгим функциональным циклом, формирующим древесину и луб, или ксилему и флоэму – причем древесина отличается высокой механической прочностью за счет накопления лигнина;
  • стержневая корневая система с главным корнем – и ее использование позволяет вырастать крупным формам деревьев;
  • преобладание древесных жизненных форм – в том числе и достаточно специфических (к примеру, как у вельвичии удивительной);
  • расположение побегов в моноподиальном порядке (у большинства растений отдела), т.е. работа одной верхушечной меристемы.

Размножение голосеменных растений

Главный признак, который отличает голосеменные растений от других – это система размножения, конкретно – наличия семян. В отличие от привычным всем цветковых растений, голосеменные не формируют плод.

Весной на растениях созревают два вида шишек – женских, располагающихся на вершине, и мужских, собранные у оснований побегов. Шишка состоит из оси и чешуи: на женских шишках формируются два семязачатка с гаметами, или яйцеклетками.

Мужские шишки снабжены несколькими пыльцевыми мешочками – и из них пыльца разносится ветром и оплодотворяет женские шишки. После процесса опыления чешуи смыкаются и склеиваются.

Строение голосеменных

Все растения отдела голосеменных обладают древесной или кустарниковой формой. Некоторые из них сильно ветвятся и образуют большое количество мелких листьев в основном чешуевидной формы. А другие не отличаются большой ветвистостью и формируют крупные листовые формы.

Большинство голосеменных не формируют сосудистую систему в ксилеме и клетки-спутницы – во флоэме. Зато все они характеризуются сложной тканевой структурой, в отличии от папоротникообразных.

Споры

Голосеменые – это растения с разными спорами, причем микроспорофиллы существенно отличаются по форме и строению от макроспорофилла. Как правило, у этих растений они находятся на стробилах – коротких побегах.

Микроспоры получили название пылинки – и формируются в пыльцевом мешке; ветер переносит их на женский гаметофит, где они прорастают в мегаспорангии, или семязачатке. Там развивается мегаспора – и после оплодотворения семязачаток формирует семя. Питательный запас в семени усваивается зиготой при прорастании – и, самое интересное, что семена могут быть в состоянии покоя до момента наступления необходимых условий.

Читайте также:
Строение сфагнума - особенности внешнего и внутреннего строения

У голосеменных растений не образуются плоды, но зато их семена формируют самые разные приспособления для облегчения процесса их распространения.

Стебель

Голосеменные растения (в т.ч. и хвойные) обладают формой деревьев либо кустарников – и стебли этих растений характеризуются анатомически сплошным строением (не пучковым).

Отличительной особенностью стеблей растений этого отдела – это наличие смолоотделительной системы: обычно она формируется большим количеством разветвленных смоляных ходов в самых разных зонах стебля (как правило – сердцевина и сердцевинные лучи).

Именно эта черта и является специалитетом голосеменных – смола помогает устойчивости растений против инфекций.

Листья

У большинства растение отдела голосеменных листву формируют иголки, каждая из которых существует несколько лет. Благодаря этому уменьшена площадь листа, доступная к фотосинтезу, но одновременно с этим (и основываясь на таком строении) процесс фотосинтеза может продолжаться круглый год. За счет такого строения листвы уменьшается процесс испарения и увеличивается приспособленность растения.

Цветки

Основной признак, который причисляет растение к отряду голосеменных – это полное отсутствие плодов как таковых. Открыто не только располагаются семена – семязачатки тоже в открытом доступе, обычно – на внутренней стороне иголки или в шишке; у таких растений завязь просто отсутствует.

Предками растений этого отдела были папоротниковые, а вот если принимать во внимание новейшие генетические исследования, то возможен вариант, что у них был совсем другой предок.

Ткани

Главными тканями любых растений можно смело называть несколько типов:

  • образовательные;
  • основные;
  • покровные;
  • проводящие;
  • механические.

Отдел голосеменных отличается развитием всех типов ткани. В дополнение они обладают фотосинтезирующей и запасающей тканью.

Значение голосеменных растений

Голосеменные растение играют важную роль во всем природном цикле, окружающей среде и жизни человека в целом. Такая основополагающая роль связана с их повсеместным распространением, высокими качествами их древесины и даже питательной ценностью их семян.

Именно растения этого отдела формируют лесные массивы, в условиях которых проходит жизнь многочисленных видов фауны и появляются новые виды флоры.

Именно в таких лесах имеется питательная среда и условия существования многих видов животных. И это, не принимая во внимания способность лесов обогащать окружающую среду и атмосферу кислородов, выполнять очищающие функции через поглощение углекислого газа.

Голосеменные – видео

Голосеменные растения – особенности строения, размножение, примеры

Современные семенные растения обычно разделяют на пять таксонов одного ранга (в современных публикациях чаще в качестве такого ранга используют класс). При этом по отношению к совокупности четырёх групп нецветковых растений для отделения их от группы цветковых (покрытосеменных) растений применяют термин «голосеменные» , не рассматривая при этом его в качестве таксона:

  • Класс Гинкговидные
  • Класс Гнетовидные
  • Класс Саговниковидные, или Цикадовые
  • Класс Хвойные, или Сосновые
  • Класс Цветковые (Покрытосеменные)

При этом в некоторых учебниках по биологии существуют устаревшие или упрощенные классификации:

  1. Семенные растения рассматриваются как группа, состоящая из двух таксонов в ранге отдела: Отдел Голосеменные, состоящий из четырёх указанных выше классов и Отдел Цветковые (Покрытосеменные).
  2. Голосеменные рассматриваются как группа, состоящая из четырёх таксонов в ранге отдела: Отдел Гинкговые, Отдел Гнетовые, Отдел Саговниковые, Отдел Хвойные.

Семенные растения обладают тремя очень важными преимуществами: разноспоровостью, способностью к образованию семян, способностью продуцировать неподвижные мужские гаметы. Вегетативное тело семенных растений образует споры двух типов: микроспоры (мужские) и мегаспора (женские). Первые дают начала мужскому гаметофиту, а вторые — женскому. Женские мегаспоры формируются в мегаспорангии. Из мегаспор вырастают женские гаметофиты — архегонии, продуцирующие яйцеклетки. Этот процесс проходит внутри семязачатка, так же как оплодотворение и развитие зародыша с образованием семени. Преимущества семенного размножения:

  • женский гаметофит защищен семязачатком и менее чувствителен к обезвоживанию, чем свободно живущий гаметофит;
  • семя содержит запас питательных веществ, используемый следующим спорофитным поколением после прорастания семени;
  • семена способны противостоять неблагоприятным условиям и могут оставаться в состоянии покоя и прорастать в благоприятных условиях;
  • у семян развиваются различные приспособления для распространения.
Читайте также:
Нуклеиновые кислоты в биологии ℹ схема и особенности строения, функции, виды и типы, что представляет собой мономер нуклеиновых кислот, значение

Голосеменные

Голосеменные — древняя группа семенных растений, появившаяся в верхнем девоне, около 370 млн лет назад. Выражение «голосеменные» указывает на главную отличительную черту этих растений; a именно на то, что семяпочки, а затем и развивающиеся из них семена не имеют, в отличие от покрытосеменных, замкнутого вместилища.

Голосеменные — процветающая группа растений, распространенная по всему земному шару. Жизненные формы представлены деревьями и кустарниками, как правило, вечнозелеными с иголками вместо листьев. Голосеменные в настоящее время включают в себя 4 отдела: саговниковые, гинкговые, хвойные, гнетовые.

Размножаются семенами, но не формируют цветков и плодов. Большинство голосеменных — древесные хвойные растения. Листья игольчатые или чешуевидные, вечнозелёные (кроме лиственницы), слабо испаряющие воду. У всех хвойных образуется смола, заживляющая раны. Имеются мужские и женские шишки. В России в природе наиболее распространены ель, сосна, пихта, лиственница, можжевельник.

Мужские шишки, одиночные, состоят из многочисленных микроспорофиллов, расположенных спирально на общем стержне На каждом микроспорофилле развиваются два микроспорангия, вмещающих пыльцу. Пыльцевые зерна снабжены воздушными мешкам, служащими для распространения по воздуху.

Женские шишки состоят из центральной оси, на которой спирально расположены кроющие чешуи, а в их пазухах лежат семенные чешуи. У оснований семенных чешуи сидят парные семяпочки.

Листья — иголки у хвойных покрыты толстой кутикулой, а устьица глубоко погружены в ткань листа. Эти приспособления сберегают воду внутри растения во время голодных сезонов.

Жизненный цикл развития сосны

Жизненный цикл проходит с преобладанием спорофита — диплоидной стадии. Созревание семян происходит на второй год после опыления. Следующей зимой шишки раскрываются, и семена разносятся ветром на большие расстояния.

Периодизация в размножении сосны:

  • Первое лето: женские шишки красноватые, около 5 мм длиной; пылинки попадают на женские шишки, но яйцеклетки ещё не сформированы
  • Второе лето: женские шишки зелёные, около 3—4 см длиной; в семязачатках образуются яйцеклетки и эндосперм, происходит оплодотворение
  • Ближайшая зима: женские шишки бурые, 5—6 см длиной; семязачатки превращаются в семена; в конце зимы семена, снабжённые плёнчатыми крылышками, распространяются ветром
Значение голосеменных:
  • обогащение атмосферы кислородом
  • источник древесины, смолы, канифоли
  • источник пищи, лекарственных веществ
  • использование в строительстве
  • сырьё для производства бумаги

Это конспект по теме «Голосеменные». Выберите дальнейшие действия:

Голосеменные растения

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 2785.

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 2785.

Среди высших представителей растительного царства находится отдел Голосеменных растений. В этой статье вы узнаете, каковы особенности строения голосеменных растений, познакомитесь с их признаками, найдёте интересные факты о них.

Общая характеристика

Особенностью строения данного отдела растений является наличие семязачатков, которые в дальнейшем преобразуются в семя, но при этом цветок и плод отсутствуют.

Голосеменные растения являются одними из древнейших на планете. Произошли они от папоротников и первые представители данного отдела датируются поздним девонским периодом. Наибольшего пика развития они достигли уже в конце палеозойского периода.

Жизненные формы данного отдела, в основном, составляют деревья и кустарники. Отличительной характеристикой их является то, что все они вечнозеленые растения. Хотя встречаются виды листопадных деревьев и лиан.

Такой орган, как лист, у данных растений имеет разнообразные формы:

  • чешуевидные;
  • игольчатые;
  • перистые;
  • двулопастные;
  • разветвленные.

Семяпочки располагаются свободно внутри чешуевидных листьев. У семейства Хвойных они формируют спиралевидную шишку, в которой созревают семена.

которые читают вместе с этой

Шишки хвойных растений бывают мужские и женские. В мужской шишке формируются пыльцевые зёрна, которые с помощью ветра переносятся на женскую шишку.

Классификация

Голосеменные разделяются на четыре класса:

  • хвойные(55 родов, 560 видов);
  • гнетовые(3 рода, 70 видов);
  • саговниковые(20 видов);
  • гинкговые(1 вид).

Самым распространённым классом являются Хвойные. Растут они на всех континентах планеты. У таких деревьев и кустарников листья чешуевидные или игольчатые. Сосуды в древесине отсутствуют, зато есть трахеиды (удлинённые древесные клетки). У всех представителей класса Хвойных выделяется смола, которая помогает заживлять древесные повреждения.

Читайте также:
Резус фактор крови - что это, какие бывают, что такое золотая кровь

Класс Хвойных имеет семь семейств, самым распространённым из которых является семейство Сосновых. Примером голосеменных растений данного семейства выступают сосна, ель, пихта, лиственница. Не менее известно семейство кипарисовых (кипарис, можжевельник, туя).

Рис. 2. Многообразие голосеменных.

Семейство Сосновые

Широко известны два вида данного семейства: сосна обыкновенная и ель европейская. Далее предлагаем вам описание самых известных деревьев, относящихся к сосновым.

Сосна обыкновенная– светолюбивое растение. Его крона расположена, в основном, на самой верхушке дерева. Высота достигает 50 метров. Листья игловидные, расположенные на укороченных побегах. Продолжительность жизни хвоинок – 2–3 года, после чего она опадает, сменяясь новой хвоей. Сосны неприхотливы к почве, могут произрастать в любых условиях, приспосабливаясь к ним. Так, на песчаных почвах корни дерева уходят в глубину, в болотистой местности – располагаются на поверхности.

Ель обыкновенная растёт в европейской части России. Для кроны характерна конусообразная форма. Это теневыносливое дерево, обитающее на глинистых почвах. Хвоя короткая, располагается на удлиненных побегах. Продолжительность жизни хвои – 7–9 лет, после чего происходит обмен.

Лиственница – хвойное дерево с опадающей хвоей. Она плоская, достаточно мягкая, поэтому на зиму опадает.

Пихта очень похожа на ель, но имеют хвоинки длиннее и не такие колючие. Шишки растут вертикально, как свечи.

Сосна сибирская кедровая – в народе “кедр”, может достигать 2 м в диаметре ствола, семена сосны кедровой являются ценным высококалорийным пищевым продуктом.

Рис. 3. Представители семейства хвойных.

Значение голосеменных растений

Чтобы детально разобраться со значением данных растений, предлагаем следующую таблицу:

Название

Значение в природе

Значение для человека

– поглощают углекислый газ, выделяя при этом кислород;

– выполняют климатообразующую функцию;

– защищают почвы от эрозии;

– источник питания и местожительства многих животных.

Изготовление мебели, используют в фармакологии, обустройство рекреационных зон.

Строительный материал, ландшафтный дизайн.

Изготавливают бумагу, источник витамина С, лекарственное растение, используют в ландшафтном дизайне.

Изготовление скрипок, строительный материал, ландшафтный дизайн.

Что мы узнали?

Голосеменные растения являются самыми древними на планете. От покрытосеменного отдела их отличает отсутствие цветка и защитного покрытия вокруг семени. Жизненные формы представлены древесными культурами и кустарниками. Самым многочисленным классом являются Хвойные. Листья у них видоизменены на хвою, которая является вечнозеленой. Представители семейства Сосновых широко используются как строительный материал и в фармакологии. Они отлично очищают воздух, обогащая его кислородом. С помощью данного материала можно вспомнить изученные темы по биологии за 6 класс, подготовиться к проверочной работе.

Голосеменные

Первыми семенными растениями были ныне вымершие семенные папоротники, они дали начало голосеменным растениям. Голосеменные — это древние семенные растения, находящиеся на пути биологического прогресса. Появились они на Земле свыше 350 млн. лет назад, задолго до возникновения покрытосеменных. Ученые считают, что голосеменные произошли от древних разноспоровых семенных папоротников, которые не дожили до наших дней. Отпечатки семенных папоротников находят в глубоких слоях земной коры.

Строение ветки сосны

Строение женской шишки сосны

Весной на верхушках молодых побегов можно увидеть маленькие красноватые шишки. Это женские шишки. Женская шишка состоит из оси, или стержень, на котором располагаются чешуи. На чешуях женских шишек ничем не защищённые, как голые (отсюда название — голосеменные), лежат семязачатки, в каждом из них образуется яйцеклетка.

Строение женской шишки сосны

Строение мужской шишки сосны

На тех же ветках, на которых расположены женские, находятся и мужские шишки. Они располагаются не на верхушке молодого побега, а у их основания. Мужские шишки мелкие, овальные, жёлтые и собраны в тесные группы.

Строение мужской шишки сосны

Каждая мужская шишка состоит из оси, на которой также расположены чешуйки. На нижней стороне каждой чешуйке по два пыльцевых мешочка, в которых созревает пыльца — совокупность пылинок, в которых позже образуются мужские половые клетки — спермии.

Читайте также:
Фотосинтез, значение и сущность процесса, необходимые условия

Строение зрелой шишки сосны

Оплодотворение у сосны происходит через год после попадания пыльцы на женские шишки. А высыпаются семена ещё через полгода, в конце зимы. К этому времени зрелая женская шишка становится бурого цвета и достигает 4-6 см.

Строение зрелой шишки сосны

Когда чешуи зрелой женской шишки раздвигаются, становится видно, что семена лежат попарно на верхней стороне чешуй, у их основания. Семена лежат, открыто, голо. Каждое семя сосны снабжено прозрачным пленчатым крылышком, обеспечивающее перенесение его ветром.

Процесс опыления и оплодотворения у сосны. (Цикл развития)

Размножение: половое — семенами.

Размножение осуществляется в два этапа: процесс опыления и процесс оплодотворения.

Цикл развития голосеменных

Процесс опыления

  • Пыльца оседает на семязачатки женской шишки.
  • Пыльца проникает внутрь семязачатка через пыльцевход.
  • Чешуи смыкаются и склеиваются смолой.
  • Подготовка к оплодотворению.
  • Пыльца, прорастая, образует спермии и пыльцевую трубку.

Процесс оплодотворения

Оплодотворение происходит в семязачатке через 12 месяцев после опыления.

  • Спермий сливается с яйцеклеткой, в результате чего образуется зигота.
  • Из зиготы развивается зародыш.
  • Из всего семязачатка — семя.

Шишка растёт и постепенно одревесневает, цвет её становится бурым. Следующей зимой шишки раскрываются и семена высыпаются. Они могут долго находиться в состоянии покоя и прорастают только в благоприятных условиях.

Очень своеобразно выглядят проростки сосны, когда они только что появились из семени. Это маленькие растеньица, у которых стебелек короче спички и не толще обыкновенной швейной иглы. На верхушке стебелька — пучок лучеобразно расходящихся во все стороны очень тонких иголочек-семядолей. Их у сосны не одна и не две, как у цветковых растений, а гораздо больше — от 4 до 7.

Проросток семени сосны

Таким образом, растения, относящиеся к отделу голосеменных, отличаются от всех остальных растений тем, что производят семена. Внутреннее оплодотворение, развитие зародыша внутри семязачатка и появление семени — главные биологические преимущества семенных растений, давшие им возможность приспособиться к наземным условиям и достигнуть более высокого развития, чем бессемянные высшие растения.

Отдел голосеменные. Строение и размножение на примере сосны обыкновенной. Основные представители голосеменных и их роль в природе

Голосемянные растения, у которых не бывает плодов и семена лежат открыто, голо. К ним относятся хвойные растения, которые имеют хвою (это видоизмененные листья)

Строение:

– Корневая система стержневая (сосна) или мочковатая (ель);

– Стебель с тонкой корой и мощной древесиной.

– Листья видоизмененные в иглы или чашуйки, они расположены на уделенных или укороченных побегах, листья многолетнии (искл. лиственница)

Размножение: половое – семенами. Размножение голосеменных. Сосна, как и все хвойные растения, размножается семенами. На чешуях раскрывшихся шишек семена расположены по два и лежат открыто, поэтому относят к голосеменным растениям. Размножение семенами — основной признак, по которому голосеменные отличаются от растений, размножающихся спорами. Голосеменные растения плода не образуют.

Весной на ее молодых ветвях видны маленькие шишки. Одни из них зеленовато-желтые. Они собраны тесными группами у оснований молодых побегов. Другие красноватые, одиночные. Каждая шишка состоит из оси и сидящих на ней чешуй. На чешуях зеленоватых шишек развиваются по два пыльцевых мешочка. В них созревает пыльца. Оболочка каждой пылинки имеет два пузырька, наполненных воздухом.

Такие пылинки ветер переносит на большие расстояния .

– Красноватые шишки сосны находятся они на вершинах молодых веток. На чешуях красноватых шишек развиваются семязачатки (семяпочки), по два на чешуе. Созревшая пыльца высыпается, и ее подхватывает ветер. Опыление произведут те пылинки, которые будут перенесены на пыльцевходы семязачатков. После опыления семязачатков чешуи красноватых шишек смыкаются и склеиваются смолой. В пылинках образуются мужские гаметы, а в семязачатках — женские. Оплодотворение происходит в семязачатках закрывшихся шишек. Из зиготы развивается зародыш, из всего семязачатка — семя, а шишки растут и древеснеют. Сначала они зеленые, затем коричневые.

– Семена у сосны созревают через полтора года после опыления, а высыпаются из шишек почти через два года. В семенах голосеменных растений имеется ткань, содержащая запас питательных веществ. Эта ткань окружает зародыш. Семена сосны имеют пленчатые крылышки, благодаря которым они распространяются ветром. Но у семян некоторых сосен крылышек нет. Семена сосны сибирской («кедровой сосны») называют «кедровыми орешками». Шишки сосны обыкновенной небольшие, длиной всего 4-5 см. Еловые шишки крупнее, длиной 10-15 см. Семена в шишках ели созревают осенью того же года, когда произошло опыление. В январе — марте созревшие семена высыпаются, подхватываются ветром и скользят по ледяному насту.

Читайте также:
Желудочный сок - состав и ферменты, значение кислотности, функции

Значение голосеменных. Ель, сосна, пихта, лиственница, можжевельник и все другие голосеменные растения имеют большое значение в природе и в жизни человека. Вместе с другими зелеными растениями они образуют органические вещества, усваивают углекислый газ из воздуха и выделяют кислород. Естественное заселение лесных вырубок и пожарищ, заброшенных полей начинается с появления на этих участках светолюбивой, неприхотливой сосны, березы, осины. Поселившись на сыпучих песках, сосна закрепляет их. Сосны выделяют особые летучие вещества, которые подавляют развитие многих вредных бактерий не только в лесу, но и в его окрестностях. Хвойные леса, как и лиственные, задерживают таяние снега, что обогащает почву влагой.

В народном хозяйстве древесину сосны и ели используют как ценный строительный и поделочный материал. С помощью химической обработки из древесины сосны получают искусственные волокна, подобные шелковым нитям. Из древесины ели изготовляют бумагу. Древесина голосеменных растений — ценное сырье для многих отраслей промышленности. Сосну сибирскую называют в Сибири кедром. Но настоящие кедры растут в горах Северной Африки, на востоке Средиземноморской области и в Гималаях; у нас их культивируют на Черноморском побережье Кавказа и в Крыму. Из семян сосны сибирской получают хорошее пищевое «кедровое» масло.

Общая характеристика голосеменных растений. Происхождение, размножение, значение для человека

Значимым событием в эволюции растительного мира было появление растений, которые размножаются семенами. Более 300 миллионов лет назад, в конце девонского периода, возникла одна из самых древних разновидностей растительного мира — голосеменные.

Первые голосеменные — это вымершие разноспоровые папоротники. В процессе эволюции эти растения приобрели сложное строение и приспособились к жизни на суше. В наши дни существуют уникальные виды семенных, например гинкго билоба. Его используют в медицине с целью улучшения памяти.

Голосеменные растения — наземные организмы. Они представляют из себе промежуточное состояние между папоротниками и цветковыми растениями. Впервые термин «голосеменные» использовал русский ученый Бекетов. Таким образом он подчеркнул главную отличительную черту — их семена лежат открыто на шишке, не имеют замкнутой оболочки.

Теория возникновения семенных 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.

Читайте также:
Лизосомы - строение и функции, где формируется в клетке

Общая характеристика

Известно 1000 видов отдела голосеменных. Они разделены на четыре класса:

  • хвойные;
  • гинкговые;
  • саговниковые;
  • гнетовые.

Наиболее распространенные хвойные деревья. Они образуют тайгу Сибири, леса Евразии, Америки. Другие классы выращивают как декоративные растения. Жизненные формы представлены деревьями и кустами.

Корневая система хвойных стержневого типа. Она состоит из главного (длинный) и боковых (короткие и ветвятся) корней. Хорошо развита древесина, состоящая из трахеид. Слабо развита кора и сердцевина. В коре, древесине и листьях образуются смоляные ходы, а в них смола и эфирное масло. Если повредить ствол дерева, то на нем выступят капли смолы. Она затянет рану и предупредит попадание микроорганизмов.

Корневая система хвойных растений

Листья голосеменных игловидные (сосна, ель, можжевельник) и чешуйчатые (кипарис, туя). Они располагаются поодиночке и группами. Структура листья сохраняет влагу благодаря форме листка, толстой кутикуле, устьям запаянных смолой. Размножаются семенами. Чаще встречаются однодомные (мужская и женская особи на одном дереве), реже двудомные (мужская и женская особи на разных деревьях) представители вида.

Примеры листьев голосеменных растений

Среди хвойных попадаются гиганты растительного мира. Например, мамонтовое дерево имеет толщину ствола 11 — 13м, секвойя вечнозеленая вырастает 117м в высоту, 11м в толщину.

Размножение голосеменных

Современные голосеменные преимущественно хвойные растения. Рассмотрим размножение голосеменных в современных условиях на примере сосны.

Сосна — однодомное растение. Ее семена формируются на 12–15м году жизни. В шишках находятся пыльца и семязачатки. Пыльца мужской шишки с помощью ветра попадает на липкую область женской шишки. На ее чешуйках расположены яйцеклетки.

Летом первого года происходит только опыление. Через год спермии по пыльцевой трубке достигают яйцеклетки. Пыльцевая трубка разрывается и происходит оплодотворение. Формируется зигота, потом зародыш. Остатки семязачатка и зародыш формируют семя.

Весной на третий год семена созревают. Шишка стает сухой. Она раскрывается и выпадают зрелые семена. Благодаря наличию пленчатых «крылышек», семя разносится ветром на большие расстояния. На протяжении трех лет длится цикл размножения сосны обыкновенной. У других голосеменных этот процесс происходит на протяжении года.

Размножение голосеменных растений на примере сосны

Тис ягодный — ядовитое растение. Он не образует женских шишек. Черные семена находятся в центре чашевидного, сочного, ярко-красного придатка.Своим видом дерево привлекает птиц, которые разносят семена на большие расстояния.

Отличие голосеменных от покрытосеменных

Не только голосеменные эволюционировали в своем развитии. Покрытосеменные — это отдел высших растений, которые тоже размножаются семенами. Главное отличие этих растений — семена защищены оболочкой (околоплодником). Такое строение позволяет лучше сохраняться и распространяться. Давайте сравним голосеменные и покрытосеменные растения.

Таблица сравнение голосеменных и покрытосеменных растений
Характеристика Голосеменные Покрытосеменные
Период зарождения Середина палеозоя Конец мезозоя
Цветок +
Листья Узкие, в виде иглы или чешуйки Разные
Формы Деревья и кусты Деревья, кустарники, травы
Опыление Ветер Самоопыление, ветер, животные
Завязь +
Плод +
Пестики +
Куда попадает пыльца На самозачаток На рыльце пестика
Древесина Трахеиды Трахеиды, сосуды
Оплотодотворение Внутри семязачатка Двойное
Околоплодник +
Нахождение зачатков Лежат открыто на чешуе В полости завязи пестика

Голосеменные — прародители покрытосеменных. Однако последние имеют более совершенное строение. Наличие цветка позволяет увеличить шансы на оплодотворения и опыления. Плод защищает семена от неблагоприятных условий среды и приманивает птиц. Птицы в свою очередь разносят семена на большие расстояния.

Цветковые сделали большой шаг и в опылении. В отличие от голосеменных их разносит не только ветер, но и птицы, насекомые. Покрытосеменные — это высшая ступень эволюции царства растений.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: