голосеменные или хвойные растения относятся к высшим так как
Голосеменные как высшие семенные растения #11
Строение голосеменных
Голосеменные являются высшими семенными растениями. Число их видов около 800. Они представлены деревьями, реже кустарниками, в основном вечнозелеными. Наиболее часто встречаются различные виды хвойных (северное полушарие, зона умеренного климата). Леса из голосеменных составляют примерно 1/3 лесов планеты. Размножаются голосеменные семенами, но не имеют цветков и не образуют плодов. Семена развиваются из семяпочек, которые лежат открыто на чешуйках шишек.
Листья сосны — хвоя — чешуйчатые или игловидные. Они располагаются попарно и покрыты слоем толстой восковидной кутикулы. Устьица погружены в ткань листа. Хвоя держится на дереве 2 — 3 года.
Размножение голосеменных
Сосна — однодомное растение. Весной на спорофите (листостебельное растение) образуются шишки двух видов. Шишка — это видоизмененный побег, ось, несущая множество чешуек. Мужские шишки зеленовато-желтого цвета, в виде колосовидных «соцветий», размером до 0,5 см. Они образуются у основания молодых побегов сосны под верхушечной почкой. На нижней стороне чешуек шишки находятся по два микроспорангия (пыльцевые мешки), в которых созревают гаплоидные микроспоры, или пыльца. Генеративная клетка пыльцы является мужским гаметофитом, который формирует спермии. Женские шишки — коричневые или красновато-коричневые имеют размер 0,5-6 см и развиваются поодиночке на концах побегов текущего года (рис. 14). У основания каждой их чешуйки формируются по две семяпочки (макроспорангии). Женский гаметофит образуется в результате ряда клеточных делений макроспоры. В нем формируются женская гамета и эндосперм.
Схема строения шишек сосны: 1 — побег; 2 — пыльники; 3 — шишка с семяпочками; 4 — семя; 5 — крылышко.
Голосеменные и их многообразие в мире
Кроме сосны к хвойным относятся ель, лиственница, пихта, кедр, кипарис, можжевельник, секвойя. Сосна и ель в северном полушарии образуют крупные лесные массивы.
Ель повсеместно встречается в зоне умеренного климата. Характерный для нее ареал — южная часть Сибири. Дерево высокое с прямым стволом. Сильно развиты боковые горизонтальные корни. Растение теневыносливое. Хвоя Одиночная. Зрелые шишки до 15 см в длину, созревают в год цветения.
Пихта обитатель северного полушария. Крупные деревья с прямым стволом. Иглы одиночные, плоские. Хвоя мягкая. Зрелые шишки прямостоячие, рассыпающиеся.
Лиственница произрастает в северном полушарии. Это крупное прямоствольное, однодомное растение. Светолюбивая и быстрорастущая. Хвоя мягкая, расположена пучками, однолетняя, к зиме опадает. Шишки созревают в год цветения.
Кедр встречается в Крыму и в Закавказье, в Средиземноморье, на о. Кипр и в Гималаях. Крупные прямоствольные деревья. На укороченных побегах хвоя расположена пучками, на длинных — поодиночке.
Кипарис встречается на Черноморском побережье Крыма и Кавказа, в Иране, на островах Средиземного моря. Крона может быть раскидистой с горизонтальным расположением ветвей или веретенообразной, направленной ввысь с вертикальным расположением прижатых к стволу ветвей.
Можжевельник представлен вечнозелеными деревьями и кустарниками. Листья чешуйчатые или игловидные, многолетние. Их расположение супротивное или мутовчатое. Зрелая шишка можжевельника — шишкоягода. Она мясистая, сочная, созревает на втором году. Произрастает можжевельник в северном полушарии.
Значение голосеменных в природе и народном хозяйстве
Голосеменные или хвойные растения относятся к высшим так как
Важнейшим ароморфозом в эволюции растений стало появление семенного размножения. Это произошло путём дальнейшего уменьшения доли гаплоидной стадии (гаметофита) в жизненном цикле. При этом гаметофит не существует у семенных растений как самостоятельный организм, а развивается внутри специализированных органов диплоидного спорофита. Происходящее в этих органах оплодотворение яйцеклетки даёт зиготу, развивающуюся на материнском растении в новый организм, снабжённый запасом питательных веществ и окружённый защитной оболочкой. Такая структура называется семя. В настоящее время семенные растения представлены двумя отделами: голосеменные и покрытосеменные (см. рис.).
У голосеменных семена развиваются на поверхности спорофилла (спороносного листа) и защищаются путём смыкания спорофиллов. У покрытосеменных образуется плод, внутри которого развиваются семена.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА голосеменныХ
Рис. Вельвичия удивительная (Гнетовые): реликтовое растение африканских пустынь
происхождение голосеменных
В конце палеозоя в ходе массового вымирания биосферы с лица Земли исчезли каменноугольные леса, образованные гигантскими плауновидными и хвощевидными. Крупные изменения в растительном мире планеты, произошедшие на рубеже палеозоя и мезозоя, привели к тому, что леса споровых растений, достигавших иногда больших размеров, отошли на второй план. Их место заняли голосеменные представители флоры, быстро распространившиеся по всей планете. Более ранние палеозойские виды растений нуждались для своего размножения в воде или хотя бы влажной среде, что серьезно затрудняло их обширное произрастание на Земле. Возникновение же семени и пыльцы позволило растениям утратить столь тесную зависимость от воды.
Бурный расцвет голосеменных растений начался в раннем триасе и продолжался до конца раннемелового периода. Среди голосеменных представителей мезозойской флоры были широко представлены саговниковые, как низкие, с короткими шарообразными или бочковидными стволами, так и высокие древовидные со стройными стволами.
1. класс хвойные
Наиболее распространённой группой голосеменных являются хвойные. Эти растения широко распространены в умеренной и субтропической зоне. Это крупные деревья (ель, сосна, кипарис, секвойя) или кустарники (можжевельник, туя). В древесине у них отсутствуют сосуды, а есть только трахеиды. Для хвойных характерно выделение смолы и наличие смоляных ходов в тканях.
Листья у них претерпели существенные изменения, превратившись в хвоинки. У них уменьшилась в ширину листовая пластинка, её края загнулись вверх, образовав в центре желобок, в котором находятся немногочисленные устьица. У хвоинки толстая восковая кутикула, в которую погружены отверстия устьиц. Всё это позволяет хвойным экономно испарять воду, что сделало их обитателями сухих субтропиков и северных лесов, где вода значительную часть года недоступна из-за низких температур. У проростков сосны хвоинки расположены спирально по одному. У взрослых растений они собраны в пучки, каждый из которых содержит строго определённое число хвоинок, специфичное для вида (от 1 до 8). Пучок хвоинок представляет собой укороченный побег.
К хвойным относятся самые высокие растения на Земле — секвойи и секвойядендроны (также веллингтония, или мамонтово дерево). Они могут достигать до 100 м высотой и 10−12 м в диаметре. Старейшая на данный момент гигантская секвойя имеет возраст 3200 лет, достоверно установленный по годовым кольцам, хотя возраст некоторых из ныне живущих деревьев оценивается в 3500 лет. Недавно считалось, что секвойядендроны могут жить и до 4−6 тыс. лет, но к настоящему времени эти сведения считаются неподтверждёнными.
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ХВОЙНЫХ НА ПРИМЕРЕ СОСНЫ
Весной на молодых побегах сосны или ели образуются шишки (см. рис.).
Мужские и женские шишки у сосны образуются на одних и тех же растениях. Мужские шишки обычно располагаются на нижних ветвях, а женские — на верхних, либо они образуются на одних и тех же ветвях, но женские ближе к концам.
Мужские шишки окрашены в жёлтый цвет. На их чешуях образуются микроспорангии, в которых в результате мейоза образуются микроспоры. Каждая микроспора делится митозом, образуя две неравные клетки. Одна из них, большего размера, называется вегетативной (сифоногенной) клеткой. Она образует двойную оболочку и две воздушные камеры между оболочками, делающие пыльцевое зерно более лёгким. Вторая клетка, меньшего размера, находится внутри первой и называется генеративной клеткой. Она ещё раз делится митозом, образуя два безжгутиковых спермия. Так образуется пыльцевое зерно (см. рис.).
Красноватые женские шишки устроены более сложно. Их чешуи представляют собой целые видоизменённые укороченные побеги, где в пазухе стерильной кроющей чешуи находится семенная чешуя с двумя семязачатками на верхней стороне. Семенные чешуи впоследствии одревесневают. Чешуи расположены спирально вокруг оси шишки.
Семязачаток имеет покровы с микропиле — отверстием для проникновения пыльцевой трубки, обращённым к основанию чешуи. Внутри семязачатка находится ткань нуцеллуса, в которой материнские клетки делятся мейозом (уже после опыления). Из 4 образовавшихся гаплоидных клеток три отмирают, а одна несколько раз делится митозом и даёт начало женскому гаметофиту. На каждой чешуе формируется один гаметофит, который образует два архегония (см. рис.) У других более примитивных Хвойных могут быть десятки архегониев (у араукариевых — 25, у кипариса — до 200). Формирование женского гаметофита у сосны происходит с паузой на период покоя продолжительностью более года и завершается уже после опыления.
Для оплодотворения пыльцевое зерно должно попасть на чешую женской шишки. Это процесс называется опылением. У голосеменных пыльца переносится ветром. Опыление происходит весной. При этом пыльца прилипает к капле жидкости, выделяемой семязачатком в области микропиле. После опыления чешуи шишки смыкаются, защищая развивающийся организм (см. рис.).
Попав на женскую шишку, пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку. Она растёт в направлении архегониев, и по ней перемещаются спермии. Когда пыльцевая трубка достигает архегония, её конец лопается, и спермии выходят в женский гаметофит.
В момент опыления мейоз в семязачатке еще не произошёл. Он завершается примерно через месяц после опыления, и начинается развитие женского гаметофита. Его развитие замедленное и может занимать еще 6−12 месяцев. Только примерно через 15 месяцев после опыления в женском гаметофите формируются архегонии. Теперь наконец всё готово к оплодотворению.
Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, второй погибает. Образовавшаяся зигота развивается в зародыш нового диплоидного растения. Клетки женского гаметофита, разрастаясь, образуют гаплоидный эндосперм, содержащий запас питательных веществ для прорастания семени.
Снаружи семязачаток имеет покровы из клеток материнского организма, и из этих покровов формируется оболочка семени, называемая семенной кожурой. У большинства хвойных семя снабжается крылышком, помогающем ему переноситься ветром на большое расстояние.
Когда семя созревает, шишка раскрывается и семя выпадает. Это происходит обычно к концу второго года после опыления. Шишки устроены так, что раскрываются в сухую погоду, что способствует лучшему распространению семян. В благоприятных условиях (температура, влажность) семя прорастает, образуя новое растение. У ряда хвойных шишка в процессе развития семян разрастается, становясь сочной, её чешуи полностью срастаются, и образуется так называемая шишкоягода (можжевельник).
К хвойным относится целый ряд других растений, например, тис ягодный (см. рис.), а также ель, пихта, тсуга, псевдотсуга, можжевельник и кипарис.
2. класс гинкговые
В основном это остатки древних групп голосеменных, которые господствовали на Земле в мезозойскую эру. Они пережили своих современников — динозавров, сохранившись в отдельных районах земли.
Гингко двухлопастный — единственный ныне существующий вид этого класса (см. рис.), в природе встречается только в некоторых районах Китая, однако благодаря оригинальной форме листьев широко распространён в садах и парках субтропиков. Другие представители этого рода вымерли в ледниковый период.
3. класс цикадовые, или саговники
Саговники (см. рис.) встречаются в тропических лесах, сейчас это небольшие редко встречающиеся растения, а 60 млн лет назад их предки образовывали леса по всей Земле.
По внешнему виду саговники обычно похожи на пальмы. Высота взрослых растений — от 2 до 15 м.
Ствол относительно толстый (например, у саговника поникающего его толщина может достигать одного метра при высоте растения всего три метра), одет в панцирь из оснований отмерших листьев.
Листья перистые или дважды перистые, растут пучком на верхушке ствола. Сегменты листьев этого рода имеют две отличительные особенности:
Растения двудомные. Стробилы мужских особей этого рода формируются подобно тому, как это происходит у других представителей отряда Саговниковидные, но у женских особей компактных стробилов не образуется. На верхушке их ствола спирально расположены яркие листовидные мегаспорофиллы (изменённые листья с мегаспорангиями).
Для гинкговых и саговников характерно наличие подвижных сперматозоидов, что считается примитивным признаком.
4. класс гнетовые
К гнетовым относятся семейства Гнетовые, Вельвичиевые и Эфедровые.
1) Гнетум — род голосеменных растений, единственный в семействе Гнетовые и в порядке Гнетовые. Состоит примерно из 40 видов деревьев и лиан, распространённых в тропических регионах по всему миру.
Самым известным из видов гнетума является Gnetum gnemon (гнетум гнемон, или мелинжо), выращиваемый в Юго-Восточной Азии ради съедобных плодов.
Гнетумы — однодомные или двудомные вечнозёленые деревянистые лианы, реже кустарники или деревья. Стебли их членистые, часто со вздутиями у узлов. В отличие от всех других голосеменных, у гнетумов есть сосуды в ксилеме.
Листья сидят супротивно на коротких черешках. Похожи на листья многих двудольных растений: большие, кожистые, эллиптические, с сетчатым жилкованием. Семена заключены в яркую красную, оранжевую или жёлтую сочную (реже пробковую) оболочку. Распространяются чаще всего птицами.
2) Эфедра — растение, распространённое в засушливых областях Евразии, Северной Африки и отдельных областей Америки. Это безлистые кустарники с зелёными ветвистыми стеблями, экстракт которых используется в медицине, так как содержит алкалоид эфедрин.
3) Вельвичия удивительная — единственный вид порядка Вельвичиевые, реликтовое растение, встречающееся исключительно в африканской пустыне Намиб. Она имеет короткий конусовидный древесный стебель и два кожистых листа, которые растут очень медленно. Вельвичия получает влагу исключительно из туманов (поэтому не встречается дальше 100 км от морского побережья), которую она поглощает через устьица. Данное растение имеет рекордное количество устьиц на единицу площади листа. Возраст вельвичии может достигать 1,5−2 тыс. лет. Вельвичия — двудомное растение, то есть мужские и женские стробилы возникают на разных экземплярах.
Поперечный срез хвоинки cосны. Видны смоляные ходы, устьица, проводящий пучок.
Голосеменные, их строение и разнообразие
Урок 15. Биология 6 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Голосеменные, их строение и разнообразие»
Голосеменные являются высшими семенными растениями. Число их видов около 800. Они образуют семена, с помощью которых размножаются и распространяются. Своё название голосеменные получили потому, что их семена открыто лежат на поверхности чешуи шишек. Голосеменные имеют корень, стебель и листья.
Голосеменные – исключительно наземные вечнозелёные, реже листопадные деревья, кустарники или лианы. Травянистых форм среди них нет. Из современных голосеменных наиболее известны хвойные. К ним относятся ель, сосна, пихта, кедр, лиственница и кипарис. Наиболее часто встречаются различные виды хвойных в северном полушарии и зоне умеренного климата. Сосна и ель в северном полушарии образуют крупные лесные массивы. Секвойя произрастает только в Америке. Кипарис встречается на Черноморском побережье Крыма и Кавказа, в Иране, на островах Средиземного моря.
Листья у большинства хвойных узкие, игольчатые – так называемая хвоя.
Хвоя имеет плотную кожицу, покрытую воском, поэтому хвойные испаряют мало воды и хорошо приспособлены к неблагоприятным условиям. У некоторых видов, например у кипариса, листья чешуйчатые.
Типичным представителем хвойных является сосна. Это светолюбивое растение. В сухих сосновых лесах всегда светло. Там стоят высокие, стройные, как колонны, сосны, ветви на которых остались только вблизи вершин, поэтому они пропускают много света. При благоприятных условиях сосны достигают высоты до 50 м и живут до 350 – 400 лет. Сосны неприхотливы. Растут они на любых почвах – на болотах, песках и скалах.
Весной на молодых ветках можно видеть маленькие шишки двух типов. Одни из них, зеленовато-жёлтые, собраны тесными группами у оснований молодых побегов. Это так называемые мужские шишки.
Другие, красноватые, одиночные, — женские. Они находятся на вершинах молодых веток. Женские шишки растут и древеснеют. Сначала они становятся зелёными, потом — коричневыми.
Через два года из шишек высыпаются семена. У большинства видов сосны они имеют плёнчатые крылышки, благодаря которым могут распространяться ветром.
Ель отличается от сосны не только внешним видом. Ель — теневыносливая порода, в густом лесу у неё сохраняются даже самые нижние ветки.
В таких лесах царит полумрак, густые кроны деревьев здесь смыкаются. Под деревьями нет подлеска и очень мало трав. Лишь зелёные мхи или сплошная подстилка из опавшей хвои покрывают почву.
Ель хорошо растёт только на богатой питательными веществами, хорошо увлажнённой почве. Главный корень у ели развит слабо. Боковые корни располагаются в поверхностных слоях почвы, поэтому ветер иногда валит еловые деревья, вырывая их с корнями. Крона у ели пирамидальной формы. Короткие и остроконечные хвоинки ели сидят поодиночке, оставаясь на ветвях 5—7 лет.
У ели тоже образуются два типа шишек — мужские и женские. Фиолетово-красные или зеленоватые молодые женские шишки, появляющиеся на концах прошлогодних побегов, торчат вертикально. Зрелые шишки свисают вниз, созревают они поздно осенью в первый год жизни. После высеивания семян они опадают. Семя у ели крылатое. Мужские шишки, расположенные ниже женских, имеют желтовато-бурую окраску. Живёт ель до 250 лет, достигая 40-метровой высоты.
Лиственница – это очень светолюбивая и холодостойкая порода. Хвоинки лиственницы светло-зелёные, мягкие, не имеющие плотной кожицы. Среди хвойных деревьев нашей страны только лиственница ежегодно сбрасывает хвою. Живет она до 400—500 лет, достигая 30 м в высоту и 2 м в диаметре.
Можжевельник — небольшое деревце или кустарник. Растёт в еловых и сосновых лесах. Листья игольчатые. Чешуйки женских шишек мясистые, сочные, срастаются вместе, образуя шишкоягоду, созревающую два года. Можжевельник растет медленно и живёт до 2 тыс. лет.
К ныне живущим голосеменным относятся также саговники, гинкго и гнетовые растения. Современные саговники и гинкго — остатки некогда широко распространенной группы растений. Они господствовали на нашей планете около 150 млн лет назад. В настоящее время это небольшая постепенно вымирающая группа растений, произрастающих в тропиках и субтропиках. Саговники внешне похожи на пальмы. Они имеют очень крупные листья, напоминающие вайи папоротников.
Гинкго двулопастный — довольно крупное дерево, которое является одним из немногих листопадных видов голосеменных. В естественных условиях это растение произрастает только в Восточном Китае.
К голосеменным относится уникальное, ни на что не похожее растение — вельвичия удивительная. Оно растёт в сухих и жарких пустынях Юго-Западной Африки, где часто в течение нескольких месяцев не бывает дождей. Больше всего вельвичия похожа на небольшой конусовидный пенёк, от верхней части которого отходят два листа, лежащих на земле и растущих в течение всей жизни растения.
Голосеменные широко распространены и играют большую роль в формировании растительного покрова нашей планеты.
Голосеменные выделяют особые летучие вещества – фитонциды, очищающие воздух от бактерий.
Как и другие зелёные растения, голосеменные образуют органические вещества, усваивают углекислый газ из воздуха и выделяют кислород.
Хвойные являются основным источником строительных материалов. Наиболее ценной является древесина лиственницы, тисса и кипариса. Древесина ели используется для изготовления мебели и музыкальных инструментов.
Из хвойных получают бумагу, спирт, пластмассы, скипидар, кедровое масло. Хвоя сосны, ели, пихты используется для приготовления зубных паст, мыла, одеколонов.
Семенами хвойных питаются многие обитатели леса (млекопитающие и птицы).
Хвойные деревья культивируют в качестве декоративных растений (например, тисс и кипарис).
В лечебных целях применяют хвою, т.к. она богата витамином С, и шишкоягоды можжевельника.