Отдел голосеменные

• Все представители – наземные растения, распространены во всех широтах (т.к. приспособлены к сухим местообитаниям);

• Появляется семя, но нет цветков и плодов;

• Имеют хорошо выраженный главный корень (т.к. появляется зародышевый корешок (семени), из которого он образуется);

• Обладает вторичным утолщением (т.к. в стебле есть камбий);

• Жизненные формы не разнообразны: в основном – деревья и редко – кустарники (водные формы отсутствуют).

Чем спора отличается от семени?

1) семя, в отличие от одноклеточной споры, – многоклеточное образование (вероятность выживания семени увеличивается);

2) семя имеет зародыш, из которого развивается растение; у споры зародыш отсутствует;

3) семя имеет запас питательных веществ, за счёт которого развивается проросток, у споры запаса питательных веществ нет;

4) семенная кожура защищает семя от повреждений, у спор нет такого образования.

Отдел Голосеменные включает в себя 4 класса: Саговниковые, Гнетовые, Гинкговые и Хвойные.

• Распространены в тропиках;

• По внешнему виду напоминают пальмы;

• Представитель: саговник (цикас).

• Схожи по ряду признаков с Покрытосеменными (Цветковыми) растениями;

• Проводящие элементы ксилемы – трахеи (сосуды), а не трахеиды (как у остальных Голосеменных);

• Характерно наличие покрова вокруг стробилов, похожего на околоцветник;

• Представители: вельвичия, гнетум, эфедра (хвойник).

Вельвичия

• Были распространены в мезозойскую эру;

• В настоящее время представлены одним единственным реликтовым видом – гинкго двулопастным.

Самый многочисленный класс голосеменных:

• Характерен моноподиальный тип ветвления (рост за счет верхушечной почки);

• Развитая стержневая корневая система (хорошо выражен главный корень);

• Проводящие элементы ксилемы – трахеиды (сосуды отсутствуют);

• Проводящие элементы флоэмы – ситовидные клетки (клетки-спутницы отсутствуют);

• Большинство – вечнозелёные растения, т.е. их листья не опадают в неблагоприятное время года;

• Листья видоизменены в игловидные хвоинки (для снижения интенсивности транспирации);

• Листья имеют малое количество устьиц, погруженных в мезофилл, и покрыты толстым слоем кутикулы (для снижения интенсивности транспирации);

Имеют видоизмененные укороченные побеги – шишки (стробилы);

• Имеют смоляные ходы – внутренние выделительные структуры, образованные мертвыми клетками (древесины), заполненные смолой (защита от вредителей – насекомых и болезнетворных микроорганизмов);

• Представители: ель, сосна, кипарис (имеет чешуевидные листья), пихта, можжевельник, секвойя, туя, лиственница.

ЕЛЬ

Теневыносливое растение (долго растет в тени других деревьев), по всей длине ствола имеет ветки, формирующие крону в виде конуса (пирамиды).

• Кора и хвоинки темного цвета (в еловом лесу – полумрак);

• Хвоинки короткие, расположены одиночно;

• Длинные шишки с тонкими чешуйками;

• Требовательная к влажности и плодородию почв (требует почвы, более богатой питательными веществами, плохо переносит заболачивание почв;

• Имеет поверхностную корневую систему (расположена в верхнем слое почвы), поэтому ветер часто валит ели (вырывает дерево из земли);

• Подвержена низовым пожарам, т.к. корни располагаются в верхнем слое почвы, а боковые побеги ствола расположены близко к земле, из-за чего происходит быстрое возгорание и распространение огня по всему растению за счет смолянистых веществ.

СОСНА

Светолюбивое растение (не выносит затенения), нижние ветки постепенно отмирают, и на верхушке дерева крона образует шапку.

• Кора светлая (в сосновом лесу - светло);

• Хвоинки длинные и расположены по две вместе (попарно) на коротеньких побегах;

• Шишки округлой формы с толстыми чешуйками;

• Не требовательны к почве, так как имеют мощную разветвленную корневую систему (напоминающую стержневую и позволяющую поглощать влагу с большой глубины), и поэтому способны укореняться и расти на песчаных дюнах и склонах, на болотах и даже на каменистых скалах.

Значение Голосеменных

Образуют первичную продукцию (органику) и кислород в экосистемах. Хвойные леса определяют ландшафт огромных территорий и служат основой многих биогеоценозов (экосистем). Выполняют водоохранную роль – задерживают таяние снега, что способствует обогащению почвы влагой. Защищают почву от эрозии (являются препятствием для распространения песчаных бурь). Используются в качестве строительного материала и топлива. Сырье для бумажной и химической промышленности (производство вискозы, шелка, смолы, эфирных масел, спирта, скипидара и тд). Хвоя и древесина используются в фармацевтической промышленности (получение витаминов, бальзамов и тд.).

Служат местообитанием для многих организмов. Семена и молодые побеги – пища для животных. Семена некоторых видов сосны (например, сосны сибирской) – «кедровые орешки»* человек употребляет в пищу.

*Название семян сибирской сосны – «кедровые орешки» некорректно с точки зрения ботаники, т.к. «орешки» – это сухие односемянные плоды, которые характерны только для ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ растений.

Хвойные деревья в больших количествах выделяют фитонциды – летучие (газообразные) биологически активные вещества, которые уничтожают болезнетворные микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы) и/или тормозят их рост и развитие. Участвуют в формировании естественного иммунитета (устойчивости/резистентности) растения к различным заболеваниям.

Жизненный цикл

• Преобладающее поколение: спорофит;

• Капельножидкая влага (вода) для оплодотворения не нужна;

• Взрослое зеленое растение – спорофит (все его клетки диплоидны (2n));

• На спорофите имеются стробилы – шишки (видоизмененные укороченные побеги), имеющие одревесневшие чешуи – спорофиллы, на которых расположены спорангии. Имеются мужские и женские шишки.

• Мелкие, желтовато-зеленого цвета, расположены в основании молодых побегов группами;

• На нижней поверхности чешуй расположены микроспорангии (пыльники/пыльцевые мешки) – органы, внутри которых из диплоидных (2n) материнских клеток микроспор (клеток спорогенной ткани) образуются гаплоидные (n) микроспоры путем мейоза (т.к. происходит редукция хромосомного набор – его уменьшение вдвое);

• Из гаплоидной (n) микроспоры путем митоза (т.к. хромосомный набор сохраняется) образуeтся гаплоидный (n) гаметофит без антеридиев – пыльца (пыльцевое зерно), состоящая из двух клеток – вегетативной и генеративной;

• Пыльцевое зерно покрыто двумя оболочками: внутренней – интиной и наружной – экзиной, при расслоении которой образуются полости – воздухоносные мешки, способствующие переносу пыльцы ветром.

Процесс образования микроспор (микроспорогенез) и мужского гаметофита (пыльцы)

Женские шишки (макро-/мегастробилы)

Крупные, красноватые, одиночные и расположены на концах побегов. Имеют маленькие кроющие чешуи (защитная функция) и крупные семенные чешуи. На верхней поверхности семенной чешуи ГОЛО расположены семязачатки, состоящие из мегаспорангия (нуцеллуса) и покрова (интегумента), края которого не срастаются, образуя микропиле (пыльцевход). Из семязачатка в дальнейшем будет формироваться семя.

Внутри мегаспорангия обособляется ОДНА диплоидная (2n) материнская клетка мегаспоры (мегаспороцит), из которой образуются 4 гаплоидные( n) мегаспоры путем мейоза (т.к. происходит редукция хромосомного набор – его уменьшение вдвое). Три мегаспоры при этом отмирают, а одна путем многократного митоза (т.к. хромосомный набор сохраняется) формирует (прорастает в) гаплоидный (n) многоклеточный женский гаметофит (эндосперм) с двумя архегониями (женскими гаметангиями). Внутри двух гаплоидных( n) гаметангиев образуется по одной гаплоидной яйцеклетке путем митоза (т.к. хромосомный набор сохраняется).

• После созревания пыльцы пыльники в мужских шишках лопаются, и пыльца разносится ветром;

• Пыльца (пыльцевые зерна (n)) с помощью ветра попадает в женские шишки, где улавливается густой жидкостью между интегументом и нуцеллусом, выступающей из микропиле и попадает внутрь семязачатка (т.е. происходит опыление);

• После того, как произошло опыление микропиле зарастает, чешуйки смыкаются, склеиваются смолой, древеснеют и женская шишка закрывается на год (т.к. женский гаметофит с яйцеклеткой еще не сформировался);

• За это время формируется женский гаметофит (эндосперм) с двумя архегониями, шишки увеличиваются в размерах и приобретают зеленую окраску;

• Затем гаплоидная вегетативная клетка прорастает в пыльцевую трубку, которая достигает архегониев, а из гаплоидной (n) генеративной путем митоза (т.к. хромосомный набор сохраняется) образуются 2 гаплоидных(n) спермия;

• Один из гаплоидных (n) спермиев через пыльцевую трубку попадает в архегоний и сливается с гаплоидной (n) яйцеклеткой (т.е. происходит оплодотворение спустя год после опыления), образуя диплоидную (2n) зиготу;

• Другой спермий и архегоний с яйцеклеткой при этом погибают.

• Из диплоидной (2n) зиготы путем многократного митоза формируется зародыш семени (зародышевый стебелек с почечкой + зародышевый корешок + семядоли), а из оболочки семязачатка (интегумента) формируется семенная кожура.

• Во время роста семени шишки сильно разрастаются, одревесневают зеленая окраска меняется на коричневую и после окончательного созревания семян (спустя примерно полгода с момента оплодотворения) чешуйки шишки расходятся и семена высыпаются на почву.

• При благоприятных условиях активизируются метаболические процессы в семени и из диплоидного (2n) зародыша путем митоза (т.к. хромосомный набор сохраняется) образуются диплоидные(2n) клетки будущего взрослого растения – спорофита.