Подробное решение Параграф § 22 по биологии для учащихся 5 класса, авторов В.В. Пасечник 2016

Вопрос 1. Что такое спора?

Споры, микроскопические зачатки низших и высших растений, имеющие разное происхождение и служащие для их размножения и (или) сохранения при неблагоприятных условиях.

Вопрос 2. Какую роль играют споры в жизни растений?

Споры служат для размножения растений и (или) сохранения при неблагоприятных условиях.

Вопрос 3. Какие растения относят к низшим? Чем они отличаются от высших? У каких растений образуются семена?

К низшим растениям относятся разнообразные водоросли. Отличительной особенностью водорослей от высших растений, является отсутствие дифференциации на ткани и органы (листья, стебель и корень). Тело водорослей состоит из одной клетки или многоклеточные. Семена образуются у высших растений (голосеменных, покрытосеменных).

Лабораторная работа № 13. Строение хвои и шишек хвойных.

1. Рассмотрите форму хвои, расположение её на стебле. Измерьте длину и обратите внимание на окраску (смотрите таблицу ниже).

2. Пользуясь представленным ниже описанием признаков хвойных деревьев, определите, какому дереву принадлежит рассматриваемая вами ветка.

Хвоинки длинные (до 5-7 см), острые, выпуклые с одной стороны и округлые с другой, сидят по две вместе... Сосна обыкновенная.

Хвоинки короткие, жёсткие, острые, четырёхгранные, сидят одиночно, покрывают всю ветку... Ель.

Хвоинки плоские, мягкие, тупые, имеют две белые полоски с одной стороны... Пихта.

Хвоинки светло-зелёные, мягкие, сидят пучками, как кисточки, опадают на зиму... Лиственница.

1. Рассмотрите форму, размеры, окраску шишек. Заполните таблицу.

Таблица 2. Некоторые параметры хвои и шишек голосеменных растений.

2. Отделите одну чешуйку. Ознакомьтесь с расположением и внешним строением семян. Почему изученное растение называют голосеменным?

Шишки ели состоят из оси, на которой расположены многочисленные кроющие чешуи, а в их пазухах - семенные чешуи, на верхней поверхности которых обычно развивается по 2 семяпочки, снабжённых так называемым ложным крылом.

Семенные чешуи у сосны на конце утолщены в щиток. Семена крылатые, размещаются в семенной чешуе по два.

Семенные чешуйки у лиственницы яйцевидные или округлые прилегают неплотно. Кроющие чешуйки в зрелой шишке незаметны. Семя с крылышком.

У вверх стоячих шишек, на стержне сидят кроющие и семенные чешуи, последние несут два семени с крылышком.

Вывод: Все голосеменные – деревья либо кустарники. Листья голосеменных видоизменены в хвою, что способствует уменьшению испарения влаги. У них хорошо развит стебель и корневая система, образованная главным и боковыми корнями. Оплодотворение происходит без участия воды. Размножаются семенами, которые формируются из семязачатков. У голосеменных впервые в процессе эволюции появилось семя, снабженное запасными питательными веществами и покрытое кожурой. Семена у них располагаются на семенных чешуях открыто (голо).

Голосеменные имеют стебель, корень и листья, есть настоящие ткани (в том числе, проводящие и механические). Они образуют семена, с помощью которых размножаются и распространяются. Наличие семян создаёт этим растениям огромное преимущество перед споровыми папоротниками. Семена расположены на чешуйках голо, не прикрыто. Листья видоизменены в хвоинки. Голосеменные это в основном деревья и кустарники, размножение у них оторвано от воды, пыльцу переносит ветер.

Сосна, ель, пихта, лиственница, можжевельник, кедр, кипарис, туя и др.

Вопрос 4. Сравните внешнее строение сосны и ели. В каких условиях растут сосны и ели?

Ветви на соснах остаются только вблизи вершин, нижние ветки отмирают, а у ели покрыты хвоей? Сосны высокие, ели не достигают таких размеров. Крона у ели пирамидальной формы, а у сосны – в юности пирамидальная, в старости же зонтикообразная.

Сосны неприхотливы. Их можно встретить на песках, на болотах, в меловых горах и даже на голых скалах, в трещинах которых они укореняются. У сосен, растущих на плотных почвах, главный корень хорошо развит и уходит глубоко. У сосен, растущих на песчаных почвах, кроме главного корня близ поверхности почвы развиваются боковые корни. Они расходятся далеко в стороны от ствола дерева. На болотистых почвах у сосен главный корень развивается плохо.

В еловых 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.

Вопрос 5. Почему в лесу нижние ветки у сосны отмирают, а у ели покрыты хвоей?

Ветки отмирают из-за того, что им не хватает солнечного света. Сосна светолюбива, на нижние ветки свет не попадает, поэтому они отмирают. Ель же теневынослива (даже в тени, при недостатке света, происходит процесс фотосинтеза), поэтому нижние ветки с хвоей сохраняются.

Хвойные растения выделяют особые летучие вещества - фитонциды (от греческих слов «фитон» - растение и «цидо» - убиваю), которые подавляют развитие многих вредных бактерий не только в лесу, но и в его окрестностях. В тайге нашей страны наибольшую площадь занимают леса из лиственницы, затем сосны и ели. Древесина лиственницы отличается особой прочностью и долговечностью, она устойчива к гниению.

Древесину сосны и ели используют как ценный строительный и поделочный материал. С помощью химической обработки из древесины сосны получают искусственные волокна, подобные шёлковым нитям. Из древесины ели изготовляют бумагу. Древесина голосеменных растений - ценное сырьё для многих отраслей промышленности.

Сосну сибирскую называют в Сибири кедром, хотя настоящие кедры растут только в горах Северной Африки, на востоке Средиземноморья и в Гималаях. Из семян сосны сибирской получают хорошее пищевое кедровое масло.

Подумайте

Почему многие санатории и дома отдыха расположены в сосновых борах, а на территории лечебных заведений высаживают хвойные растения?

Хвойные растения выделяют особые летучие вещества - фитонциды (от греческих слов «фитон» - растение и «цидо» - убиваю), которые подавляют развитие многих вредных бактерий не только в лесу, но и в его окрестностях.

Задания для любознательных

1. Установите, в какие месяцы года происходит созревание и рассеивание семян сосны и ели в вашей местности.

Семена созревают в сентябре следующего после опыления года и всю зиму остаются в шишках. Массовый вылет (рассеивание) семян из шишек происходит в марте – апреле, когда дневная температура воздуха поднимается до +100С. В относительно сухом климате Предбайкалья почти все семена выпадают из шишек к началу цветения сосны. У ели сибирской семена вызревают в сентябре, а в конце сентября они раскрываются и в октябре висящие на деревьях шишки становятся пустыми.

2. В мае-июне понаблюдайте за развитием из почек молодых побегов сосны или ели. Обратите внимание на расположение шишек на побегах. Соберите семена сосны и ели. Посейте их на пришкольном участке. Ухаживайте за всходами. Выращенные растения используйте для озеленения.

Шишки у ели располагаются на концах ветвей. У сосны шишки расположены в верхней части дерева, не доходя до конца ветки.

Задания

Семена сосны сибирской, называемые в народе «кедровыми орешками», содержат питательное и вкусное масло. Его используют в пищу, как и сами «кедровые орешки».

Эфедра – крупный ветвистый кустарник. В нашей стране встречается около 10 видов. Растет в сухих степях, на каменистых склонах гор на высоте до 1500 метров. Широко используется в фармакологии для получения алкалоида эфедрина. По-другому их еще называют хвойник, и все они встречаются на юге нашей страны. Надо сказать, что это растение в медицине используется довольно давно и из него получают алкалоид, который называется эфедрин и алкалоид псевдоэфедрин. Оба этих алкалоида способны расслаблять гладкую мускулатуру бронхов. Это очень важно при бронхиальной астме, при ситуации, когда происходит спазм этой мускулатуры. Препараты эфедры обладают способностью сужать кровеносные сосуды, а это приводит к повышению артериального давления, что тоже бывает иногда очень важно. И, самое главное – эфедрин действует возбуждающе на центральную нервную систему. Соответственно, это способствует борьбе с сонливостью и восстановлению общего тонуса организма.

Замечательный русский фенолог Д. Зуев называл можжевельник кипарисом Севера. Как у всех голосеменных растений, плоды у можжевельника - шишки, но внешне они очень напоминают ягоды, поэтому их так и называют «шишкоягоды», или можжевеловые ягоды. Созревают они на 2-3-й год, причем весной они зеленые, а к осени становятся темно-бордовыми или сине-черными, с сизым восковым налетом. Плоды охотно поедают птицы и животные, которые и распространяют семена растения.

Препараты плодов улучшают мочеотделение и дезинфицируют мочевыводящие пути, увеличивают выделение желудочного сока и желчи, возбуждают перистальтику кишечника, действуют как отхаркивающее средство. Иногда их используют для борьбы с различными воспалениями и как болеутоляющее. Особенно полезно применение препаратов можжевельника при отеках, вызванных почечной недостаточностью и нарушениями кровообращения, циститах, мочекаменной, а также желчнокаменной болезнях. Настои плодов помогают при заболеваниях органов дыхания - ларингитах, трахеитах, бронхитах. Отвар сушеных плодов используют для лечения ревматизма, различных артритов и подагры. Обычно для этой цели принимают ванны с отваром. Эффект можно усилить, если после ванны еще и растереть больные места спиртовой настойкой плодов. Шишкоягоды входят в состав многих мочегонных лекарственных чаев. Препараты можжевельника нельзя применять при острых воспалительных заболеваниях почек и беременности.

Ель обыкновенная обладает массой полезных свойств, поэтому её признает даже официальная медицина.

В настоящее время существует несколько фармацевтических препаратов, которые применяются для излечивания разных заболеваний. Типичным примером является лекарственное средство «Пана-Бин», представляющее собой смесь эфирных масел еловой хвои и персикового масла, смешанного в пропорции 1:1. Данным препаратором лечат мочекаменную болезнь, потому что вещества, входящие в состав хвои оказывают воздействие на гладкую мускулатуру мочеточников.

Лечебные качества ели обыкновенной нашли широкое применение в различных рецептах народной медицины. Для лечения разных заболеваний специалисты в области гомеопатии используют разное сырьё от ели.

Фитонциды, входящие в состав разных частей ели, определяют её лечебное воздействие на дыхательную систему человека. Многие проблемы, связанные с областью специализации ЛОР врача, могут решаться посредством применения настоев и отваров на ели обыкновенной.

При помощи ингаляций отваром еловых шишек лечат такие заболевания дыхательных путей, как бронхит, воспаление легких, астма. Также отвар можно использовать для полоскания горла при ангине, ларингите, тонзиллите, фарингите. В случае заболеваний носовых ходов – гайморитов, ринитов, синуситов – полезна их промывка при помощи подсоленного настоя на еловых шишках.

Кроме еловых шишек для лечения внутренних дыхательных путей – бронхов – применяют смолу ели. Для лечения различных заболеваний опорно-двигательной системы человека применяют еловую хвою. В состав данного растительного элемента входят витамины, дубильные вещества и эфирные масла. В комплексе они оказывают на человека обезболивающее, потогонное и противомикробное действие. Данные механизмы лежат в основе применения ели в качестве лекарственного сырья при лечении артрита, ревматизма и радикулита. Также для лечения болей в суставах, особенно в стадии процесса, когда происходит трансформация формы сустава, помогает живица, иначе – еловая смола.

Для лечения хронической усталости, стрессов, тревоги и даже неврозов полезно применять лежачие, сидячие и ножные ванны. При бессоннице используют еловую хвою, помещенную в тканый мешочек, который помещают вблизи от подушки. Для ванн используют водные экстракты и отвары еловой хвои.

Для лечения различных ран, нагноений, фурункулов, ссадин или язв в народе широко распространено лечение еловой смолой – живицей. Многочисленные биологически активные вещества, содержащиеся в составе данного продукта, обуславливают бактериостатическое, бактерицидное и противовоспалительное воздействие на наружные поражения кожи и слизистых оболочек. Кроме того, применение живицы в качестве мази снимает боль, сопровождающие различные наружные повреждения, в том числе и боль от ожога.

Ель обыкновенная в народе широко известная, как источник витамина С (аскорбиновой кислоты). Лечат от цинги. Кроме того, еловая хвоя, почки, побеги и другие части дерева используются для лечения и других авитаминозов. Дело в том, что в состав данного растения входят еще и витамин А (каротин), Е (токоферол), а также некоторые представители витаминного семейства группы B.

Голосеменные относятся к семенным растениям. В отличие от покрытосеменных они не образуют цветков и плодов, а их семена лежат «голо» на внутренних сторонах чешуек шишек. Шишка является видоизмененным побегом с чешуевидными листьями.

Для хвойных характерны особенные листья, которые называют хвоей. Они похожи на иголки, покрыты кутикулой, а устьица глубоко погружены в ткань листа. Всё это служит приспособлением для уменьшения испарения. В среднем каждая хвоинка живет несколько лет.

Ткани стебля голосеменных лучше дифференцированы, чем у папоротников. Есть кора и древесина, однако сердцевина слабо выражена, а проводящая ткань состоит из трахеид. У голосеменных развит камбий и вторичная древесина, поэтому их стволы достигают существенных размеров.

У хвойных деревьев в стволах есть смоляные ходы. Это межклеточные полости, в которые выстилающими их клетками выделяются смолы и эфирные масла. Эти вещества препятствуют проникновению насекомых и бактерий.

В отличие от высших споров растений, высшие семенные растения (голосеменные и покрытосеменные) в процессе эволюции дальше зашли на сушу. Их процесс размножения не зависти от наличия воды. Так пыльца голосеменных растений переносится ветром, а оплодотворение происходит при помощи пыльцевой трубки.

Сосна

Сосна широко распространена в Северном полушарии, особенно в умеренном климате. Это нетребовательное к почве дерево, но требовательное к свету (является светолюбивым). Сосну можно встретить не только в хвойных лесах, но и на болотах, скалах, песках. При этом в зависимости от условий произрастания, сосна выглядит по-разному. Так в лесу у сосны сильно развивается главный корень, он уходит вглубь. На открытой местности развиваются боковые корни, занимая большую площадь у поверхности. Сосны, растущие в лесу, выше, чем растущие на открытой местности, они достигают высоты около 40 метров. Однако в лесу у сосен нижние ветви отмирают из-за недостатка света. Сосна, растущая на открытой местности, имеет более раскидистую форму, ее ветви начинаются в нижней части ствола.

Длительность жизни сосны около 300 лет.

Размножение сосны

На побегах сосны весной образуются мужские и женские шишки.

Мужские шишки собраны в группы, напоминающие соцветия, имеют желтовато-зеленый цвет и вырастают у основания побегов. В группе мужские шишки находятся близко рядом друг с другом. На нижней стороне каждой чешуйки развивается 2 пыльцевых мешка. В них происходит созревание пыльцы. Пыльца голосеменных гаплоидная, т. е. имеет одинарный набор хромосом. У пыльцевого зерна сосны есть два воздушных мешка. Это является приспособлением для переноса пыльцы ветром.

Женские шишки сосны более крупные, имеют красноватый цвет, растут по отдельности, а не группами. Женские шишки вырастают на верхушках побегов. На каждой чешуйке шишки развивается по 2 семяпочки. Семяпочки по-другому называют семязачатками .

В конце весны или начале лета происходит опыление. Пыльца высыпает из мужских шишек и разносится ветром. При этом некоторые из пыльцевых зерен попадают на чешуйки женских шишек. После этого чешуйки смыкаются и склеиваются смолой.

После опыления женская шишка растет и одревесневает. При этом оплодотворения не происходит. Лишь через год пыльца прорастает и дает начало мужскому гаметофиту. Одна его клетка называется вегетативной , она развивается в пыльцевую трубку. Другая клетка называется генеративной , из нее образуются два спермия. Пыльцу называют микроспорой .

Семяпочка представляет собой макроспору , которая развивается в женский гаметофит, состоящий из яйцеклетки и эндосперма.

По пыльцевой трубке один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, в результате образуется зигота. В дальнейшем из нее развивается зародыш, имеющий корешок, стебелек, несколько семядолей и почечку. Из семязачатка формируется семя.

К концу созревания семени шишки сосны становятся темно-коричневыми. Семена созревают только к осени следующего года. Зимой чешуи шишек расходятся и семена выпадают из них.

Семена сосны имеют крыловидные отростки. Благодаря этому они легко разносятся ветром на большие расстояния.

Ель

В отличие от сосны, ель является теневыносливым растением. Ее крона растет от самого низа ствола и имеет пирамидальную форму. Поэтому еловые леса темные, травы в них почти не растут из-за недостатка света у поверхности земли.

Ель растет на плодородны почвах, в местах с достаточной влажностью.

Корневая система ели располагается ближе к поверхности почвы, хуже развита, чем у сосны. Поэтому ели не выносят сильных ветров, которые могут вырывать из почвы целые еловые посадки.

Если у сосен каждая хвоинка живет несколько лет, то у елей они живут до 9 лет. Хвоинки ели располагаются по одиночке.

Шишки ели более крупные, чем у сосны. Достигают 15 см в длину. Кроме того, от начала появления шишки до ее созревания проходит один год.

Ели живут до 500 лет.

Значение хвойных

Там, где много хвойных и смешанных лесов, существенна их роль в образовании кислорода и органического вещества.

Задерживая таяние снега, хвойные леса обогащают почву влагой.

Сосна выделяет особые летучие вещества, обладающие антибактериальным свойством, - фитонциды.

Велико значение хвойных и в жизни человека. С древних времен человек использует их древесину как строительный материал. Из древесины сосны изготавливали корабли. Древесину секвойи (красное дерево) используют как отделочный материал. Древесина лиственницы отличается устойчивостью к гниению. Из древесины ели изготавливают бумагу.

Хвойные используются в химической промышленности. Так из них получают скипидар, пластмассы, канифоль, лаки, спирты.

Семена сибирской кедровой сосны похожи на орешки. Они употребляются в пищу и из них изготавливают масло.

Шишки можжевельника похожи на ягоды. Их используют как лекарственное средство.

Среди хвойных есть декоративные растения.

Общая характеристика. Первые голосеменные появились в конце девонского периода около 350 млн. лет назад; вероятно, они произошли от древних папоротниковидных, вымерших в начале каменноугольного периода. В мезозойскую эру - эпоху горообразования, поднятия материков и иссушения климата - голосеменные достигли расцвета, но уже с середины мелового периода уступили свое господствующее положение покрытосеменным. В составе голосеменных выделяют классы:

Гинкговидные (Ginkgophyta );

Гнетовидные (Gnetophyta );

Саговниковидные (Cycadophyta );

*Хвойные, или Сосновые

Отдел современных голосеменных насчитывает более 700 видов. Несмотря на относительно малую численность видов, голосеменные завоевали почти весь земной шар. В умеренных широтах Северного полушария они на огромных пространствах образуют хвойные леса, называемые тайгой.

Современные голосеменные представлены преимущественно деревьями, значительно реже - кустарниками и очень редко -лианами; травянистых растений среди них нет. Листья голосеменных значительно отличаются от других групп растений не только по форме и размерам, но и по морфологии и анатомии. У большинства видов они игловидные (хвоя) или чешуевидные; у отдельных представителей они крупные (например, у вельвичии удивительной их длина достигает более 2-3 м), перисторассеченные, двулопастные и др. Листья располагаются поодиночке, по два или несколько в пучках.

Подавляющее большинство голосеменных - вечнозеленые, одно- или двудомные растения с хорошо развитыми стеблем и корневой системой, образованной главным и боковым корнями. Расселяются они семенами, которые формируются из семязачатков. Семязачатки голые (отсюда название отдела), расположены на мегаспорофиллах или на семенных чешуях, собранных в женские шишки.

В цикле развития голосеменных наблюдается последовательная смена двух поколений - спорофита и гаметофита с господством спорофита. Гаметофиты сильно редуцированы, причем мужские гаметофиты голо- и покрытосеменных растений не имеют антеридиев, чем резко отличаются от всех разноспоровых бессеменных растений.

Голосеменные включают шесть классов, два из которых полностью исчезли, а остальные представлены ныне живущими растениями. Наиболее сохранившейся и самой многочисленной группой голосеменных является класс Хвойные, насчитывающий не менее 560 видов, образующих леса на обширных пространствах Северной Евразии и Северной Америки. Наибольшее число видов сосны, ели, лиственницы встречается у побережий Тихого океана.

Класс Хвойные. Все хвойные - вечнозеленые, реже листопадные (например, лиственница) деревья или кустарники с игольчатыми или чешуевидными {например, у кипариса) листьями. Игловидные листья (хвоя) плотные, кожистые и жесткие, покрыты толстым слоем кутикулы. Устьица погружены в углубления, заполненные воском. Все эти особенности строения листьев обеспечивают хорошее приспособление хвойных к произрастанию как в засушливых, так и в холодных местообитаниях.

У хвойных прямостоячие стволы, покрытые чешуйчатой корой. На поперечном разрезе стебля хорошо видны развитая древесина и менее развитые кора и сердцевина. Ксилема хвойных на 90-95% образована трахеидами. Шишки хвойных раздельнополые; растения - чаще однодомные, реже - двудомные.

Наиболее широко распространенными представителями хвойных в Беларуси и России являются сосна обыкновенная и ель обыкновенная, или европейская. Их строение, размножение, чередование поколений в цикле развития отражает характерные особенности всех хвойных.

Сосна обыкновенная -однодомное растение (рис. 9.3). В мае у основания молодых побегов сосны образуются пучки зеленовато-желтых мужских шишек длиной 4-6 мм и диаметром 3-4 мм. На оси такой шишки расположены многослойные чешуйчатые листочки, или микроспорофиллы. На нижней поверхности микроспорофиллов находятся два микроспорангия - пыльцевых мешка , в которых образуется пыльца. Каждое пыльцевое зерно снабжено двумя воздушными мешками, что облегчает перенос пыльцы ветром. В пыльцевом зерне имеются две клетки, одна из которых впоследствии, при попадании на семязачаток, формирует пыльцевую трубку, другая после деления образует два спермия.

Рис. 9.3. Цикл развития сосны обыкновенной: а - ветка с шишками; б - женская шишка в разрезе; в - семенная чешуя с семязачатками; г - семязачаток в разрезе; д -мужская шишка в разрезе; е - пыльца; ж - семенная чешуя с семенами; 1 - мужская шишка; 2 - молодая женская шишка; 3 - шишка с семенами; 4 - шишка после высыпания семян; 5 - пыльцевход; 6 - покров; 7 - пыльцевая трубка со спермиями; 8 - архегоний с яйцеклеткой; 9 - эндосперм.

На других побегах того же растения образуются женские шишки красноватого цвета. На их главной оси располагаются мелкие прозрачные кроющие чешуйки, в пазухах которых сидят крупные толстые, впоследствии одревесневающие чешуи. На верхней стороне этих чешуй расположено по два семязачатка, в каждом из которых развивается женский гаметофит - эндосперм с двумя архегониями с крупной яйцеклеткой в каждом из них. На верхушке семязачатка, снаружи защищенного интегументом, имеется отверстие - пыльцевход, или микропиле.

Поздней весной или в начале лета созревшая пыльца разносится ветром и попадает на семязачаток. Через микропиле пыльца втягивается внутрь семязачатка, где и прорастает в пыльцевую трубку, которая проникает к архегониям. Образовавшиеся к этому времени два спермия по пыльцевой трубке попадают к архегониям. Затем один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а другой отмирает. Из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) формируется зародыш семени, а семязачаток превращается в семя. Семена у сосны созревают на второй год, высыпаются из шишек и, подхваченные животными или ветром, переносятся на значительные расстояния.

По своему значению в биосфере и роли в хозяйственной деятельности человека хвойные занимают второе место после покрытосеменных, далеко превосходя все остальные группы высших растений.

Они помогают решать огромные водоохранные и ландшафтные задачи, служат важнейшим источником древесины, сырья для получения канифоли, скипидара, спирта, бальзамов, эфирных масел для парфюмерной промышленности, лекарственных и других ценных веществ. Некоторые хвойные культивируются как декоративные (пихты, туи, кипарисы, кедры и др.). Семена ряда сосен (сибирской, корейской, итальянской) употребляются в пищу, из них также получают масло.

Представители других классов голосеменных (саговниковые, гнетовые, гинкговые) встречаются значительно реже и менее известны, чем хвойные. Однако почти все виды саговниковых декоративны и пользуются широкой популярностью у садовников многих стран. Вечнозеленые безлистные невысокие кустарники эфедры (класс гнетовых) служат источником сырья для получения алкалоида эфедрина, который применяется как средство, возбуждающее центральную нервную систему, а также при лечении заболеваний аллергического характера.

Общая характеристика. Особенности жизненного цикла. Репродуктивные органы. Стробилы (шишки)

Класс Семенные папоротники – Pteridospermae

Класс Беннеттитовые – Bennettitopsida

Класс Гинкговые – Ginkgoopsida

Класс Хвойные – Pinopsida

Подкласс Кордаитовые – Cordaitidae

Подкласс Хвойные – Pinidae

Семейство Араукариевые – Araucariales

Семейство Кипарисовые – Cupressales

Семейство Таксодиевые – Taxodiaceae

Порядок Тиссовые – Taxales

Семейство Сосновые – Pinales

Отдел Голосеменные – Pinophyta, или Gymnospermae

Голосеменные, как и Покрытосеменные, – главные продуценты наземных экосистем планеты, отличающиеся от споровых растений тем, что основным средством расселения у них являются не споры, а семена. Семя – стадия жизни спорофита, особое образование, в котором в компактном и защищенном от неблагоприятных условий состоянии находится будущий взрослый спорофит – зародыш, а также запас питательных веществ – эндосперм.

«Внутреннее оплодотворение, развитие зародыша внутри семязачатка и появление новой, чрезвычайно эффективной единицы расселения – семени – являются главными биологическими преимуществами семенных растений, давшими им возможность полнее приспособиться к наземным условиям и достигнуть более высокого развития, чем папоротники и другие бессеменные высшие растения. Если при размножении спорами каждый раз образуется огромное их число, обычно миллионы, то при размножении семенами число их во много раз меньше. Семя – более надежная единица расселения, чем спора. В семени уже содержится зародыш – крошечный спорофит с корешком, почечкой и зародышевыми листьями (семядолями), запас питательных веществ и необходимый ферментативный аппарат. Семя – это поистине маленький шедевр эволюции» (Тахтаджян А.Л. Жизнь растений. Т.4. 1978. С.258).

Древесина состоит только из трахеид (исключение – представители класса Гнетовые). Листья узкие (игольчатые) или чешуевидные, хотя есть роды с широкими листьями.

Расцвет Голосеменных – это мезозой, до нашего времени дошли в ограниченном разнообразии. При этом современные Голосеменные четко разделяются на 2 группы: 1-я включает класс Саговниковые – Cycadopsida и Гинкговые – Ginkgoopsida. Это «живые ископаемые». 2-я группа – Хвойные, которые являются основными Голосеменными.

Особняком стоят Гнетовые – Gnetopsida, которые отнесены к Голосеменным с немалой долей условности.

Особенности жизненного цикла

У Голосеменных усиливается тенденция к заботе о гаметофите. Так не только женский гаметофит не покидает оболочки микроспоры, но и макроспора остается в макроспорангии, таким образом женский гаметофит не соприкасается с внешней средой, сохраняет постоянную связь со спорофитом; мужской гаметофит еще более редуцирован, как и у разноспоровых растений он развивается в оболочке микроспоры, на смену многоклеточным антеридиям приходит новое образование из вспомогательных вегетативных проталлиальных (от греч. prothallium – «вегетативная часть») клеток, которые обслуживают гаметогенные антеридиальные клетки, дающие очень небольшое (как правило, 2) количество мужских гамет.

У примитивных групп из 2 антеридиальных клеток из одной клетки развивается гаустория (гаусториальная клетка), затем она делится еще на 2 клетки, одна из которых либо образует 2 сперматозоида (сперматогенная) или 2 спермия (спермагенная). Вторая клетка антеридия остается стерильной и затем разрушается. Процесс оплодотворения у семенных растений избавляется от связи с водной средой.

Мужской гаметофит, называемый пыльцой, целиком переносится ветром к женскому гаметофиту, где и прорастает, используя питательные вещества женского гаметофита (рис. 1).

Рис. 1. Развитие мужского гаметофита сосны обыкновенной (Pinus sylvestris )

А – деление археспориальной клетки; Б – тетрада микроспор; В – микроспора; Г-Е – образование мужского гаметофита (пыльцы); Ж – прорастание пыльцы: 1-2 – проталлиальные клетки, 3 – антеридиальная клетка, 4 – вегетативная клетка, 5 – клетка-ножка, 6 – спермагенная клетка.

Семязачаток состоит из макроспорангия – нуцеллуса, защищенного дополнительным покровом – интегументом. На верхушке семязачатка интегумент не замкнут, его края образуют отверстие – микропиле. Внутри нуцеллуса развивается женский гаметофит, представляющий собой бесцветное многоклеточное тело, клетки которого накапливают значительное количество запасных веществ, главным образом масел. На обращенном к микропиле конце гаметофита образуются 2 погруженных в его ткань архегония, в брюшке каждого из которых находится крупная яйцеклетка. У других более примитивных Хвойных могут быть десятки архегониев (у Араукариевых – 25, у кипариса – до 200).

После оплодотворения из семязачатка формируется семя. Интегумент превращается в семенную кожуру, нуцеллус расходуется на развивающийся зародыш, от него остается тонкая пленка. Ткани заростка или эндосперма сильно разрастаются и в них откладываются питательные вещества (рис.2).

Рис. 2. Развитие полового поколения сосны.

А – пыльцевое зерно; Б – образование мужского гаметофита; 1 – проталлиальная клетка; 2 – антеридиальная клетка; 3 – воздушные мешки; В – пыльцевая трубка; 4 – генеративные клетки (спермии); Г – продольный разрез семяпочки; Д – верхняя часть семяпочки; 5 – интегумент; 6 – микропиле; 7 – нуцеллус; 8 – пыльцевая трубка; 9 – эндосперм; 10 – шейка архегония; 11 – яйцеклетка; 12 – женский гаметофит.

Из оплодотворенной яйцеклетки формируется зародыш, состоящий из корешка, стебелька и почечки с 2-18 семядолями.

У живых ископаемых семена опадают до полного созревания и даже до оплодотворения (так называемые «яйцекладущие» растения), у хвойных семя покидает материнский организм в состоянии полной готовности к развитию дочернего спорофитного растения («живородящие»). Семя «яйцекладущих» растений прорастают без периода покоя.

Стробилы (шишки)

У Голосеменных микро- и макроспорофиллы могут развиваться на одной (однодомные) или на разных особях (двудомные). Несмотря на разнообразие их строения просматривается общая закономерность: чем древнее таксон, тем больше размеры макро- и особенно микроспорофиллов, которые могут быть даже перистыми, напоминающими листья папоротников (как у вымерших беннеттитовых).

У более развитых Голосеменных спорофиллы становятся чешуевидными и объединяются в стробилы (шишки), удобные для созревания, защиты и рассеивания семян. Возникают приспособления для распространения семян за счет покровов самого семени или частей семенных шишек. У всех ныне живущих голосеменных стробилы однополые, мужские называются микростробилами, женские – макростробилами (мегастробилами). Систематика Голосеменных достаточно сложная.

Вопросы для самостоятельной работы

1. Перечислите важнейшие порядки и семейства класса Саговниковые.

2. Дайте общую характеристику, строение вегетативных и репродуктивных структур. Запишите в тетрадь схему жизненного цикла.

3. Дайте характеристику класса Гнетовые. Каков объем таксона?

4. Расскажите об особенностях структуры спорофитов Гнетовых.

5. От каких предков ведут свое происхождение Гнетовые? Каково филогенетическое значение Гнетовых?

Растения играют очень важную роль в природе, так как они способны к фотосинтезу. Это процесс, в результате которого растение из углекислого газа, воды и солнечной энергии получает для себя питательные вещества и выделяет в атмосферу кислород. Поэтому именно благодаря растениям на Земле могут существовать животные и мы с вами.

Классификация растений

Все делится на десять отделов:

• Бурые водоросли.
• Зеленые водоросли.
• Сине-зеленые водоросли.
• Красные водоросли.
• Моховидные.
• Папоротниковидные.
• Хвощевидные.
• Плауновидные.
• Покрытосеменные.
• Голосеменные.

Среди этих растений в зависимости от сложности строения можно выделить две группы:

• низшие;
• высшие.

К низшим относятся все отделы водорослей, так как у них отсутствует дифференциация тканей. Тело не имеет органов. Оно называетя талломом.

Высшие растения в зависимости от способа размножения можно разделить на:

• споровые;
• семенные.

К споровым относятся папоротниковидные, плауновидные, моховидные, хвощевидные.

Классификация голосеменных

Следующий таксон, который выделяется во всех отделах царства "Растения" - это класс. Голосеменные делятся на четыре класса:

1. Гнетовые.
2. Гинкговые.
3. Саговниковые (Цикадовые).
4. Хвойные.

О представителях и особенностях каждого класса мы поговорим позже. А сейчас будут рассмотрены общие черты всех голосеменных, их физиология и биология.

Голосеменные: строение растения

Данный отдел относится к высшим растениям. Это значит, что их тело состоит из органов, которые построены из разных типов тканей.

Органы голосеменных растений

В зависимости от расположения органов, их можно разделить на подземные и наземные. Учитывая их функции и строение, можно выделить вегетативные и генеративные органы.

Вегетативные органы: строение и функции

К этой группе органов относится подземная корневая система и наземный побег.

Корневая система состоит из множества корней, среди которых можно выделить один главный и много боковых корней. Кроме того, растение может обладать и дополнительными корешками.

Корень обладает такими функциями:

• Закрепление растения в почве.
• Поглощение воды с растворенными в ней микро- и макроэлементами.
• Транспортировка воды и растворенных в ней минералов к наземным органам.
• Иногда - запасание питательных веществ.

Побег - это также система органов. Он состоит из стебля, листьев и почек.

Функции органов побега:

• Стебель: опорная и транспортная функции, обеспечение связи между корнями и листьями.
• Листья: фотосинтез, дыхание, газообмен, регуляция температуры.
• Почки: из них образуются новые побеги.

Генеративные органы голосеменных

Генеративные органы - это те, которые обеспечивают размножение организма. У покрытосеменных растений это - цветок. А вот растения отдела "Голосеменные растения" в большинстве своем обладают такими генеративными органами, как шишки. Самыми яркими наглядными примерами являются еловые и сосновые шишки.

Строение шишки

Она является видоизмененным побегом, покрытым чешуйками. Существуют мужские и женские шишки, в которых формируются мужские и женские половые клетки (гаметы) соответственно.

Мужские и женские сосновые шишки в качестве примера можно увидеть на фото ниже.

Существуют такие представители голосеменных, у которых и мужские, и женские растения находятся на одном и том же растении. Они называются однодомными. Также есть двудомные голосеменные. У них мужские и женские шишки находятся на разных видах. Однако растения отдела "Голосеменные растения" в большинстве своем однодомные.

На чешуйках женских шишек расположены по две семяпочки, на которых образуются женские гаметы - яйцеклетки.

На чешуйках мужских шишек находятся пыльцевые мешки. В них формируется пыльца, в которой содержатся спермии - мужские половые клетки.

Как из шишки вырастает сосна

Опыление женских шишек происходит с помощью ветра.

После оплодотворения из семяпочек, которые располагаются на чешуйках женских шишек, развиваются семена. Из них затем и образуются новые представители голосеменных.

Из каких тканей состоят органы?

Существуют такие типы растительных тканей:

• Покровные. Эти ткани выполняют защитную функцию. Они делятся на эпидерму, пробку и корку. Эпидерма покрывает все части растений. Она обладает устьицами для осуществления газообмена. Также она может быть покрыта дополнительным защитным слоем из воска. Пробка формируется на стволе, корнях, ветках и почечных чешуйках. Корка - это покровная ткань, состоящая из мертвых клеток с одеревеневшими оболочками. Из нее состоит кора голосеменных.
• Механическая. Эта ткань обеспечивает прочность стебля. Она делится на колленхиму и склеренхиму. Первая представлена живыми клетками с утолщенными оболочками. Склеренхима же состоит из мертвых клеток с одеревеневшими оболочками. Механические волокна входят в состав содержащихся в стеблях голосеменных.
• Основная ткань. Именно она составляет основу всех органов. Самый важный вид основной ткани - ассимиляционная. Она составляет основу листьев. В клетках этой ткани находится большое количество хлоропластов. Здесь и происходит фотосинтез. Также в органах голосеменных растений присутствует такой вид основной ткани как запасающая. В ней собираются питательные вещества, смолы и т.п.
• Проводящая ткань. Делится на ксилему и флоэму. Ксилема еще называется древесиной, а флоэма - лубом. Они находятся в стволе и ветвях растения. Ксилема голосеменых состоит из сосудов. Она обеспечивает транспортировку воды с растворенными в ней веществами от корня до листьев. Флоэма голосеменных видов представлена ситовидными трубками. Луб предназначен для транспорта веществ от листьев к корню.
• Образовательные ткани. Из них формируются все остальные ткани голосеменных, из которых затем строятся все органы. Они делятся на верхушечные, боковые и вставочные. Верхушечные располагаются на вершине побега, а также на кончике корня. Боковые образовательные ткани еще называются камбием. Он находится в стволе дерева между древесиной и лубом. Вставочные образовательные ткани находятся в основании междоузлий. Также существуют раневые образовательные ткани, которые возникают на месте повреждений.

Голосеменные: примеры

Когда мы уже знаем, как устроены растения данного отдела, давайте рассмотрим их разнообразие. Далее будут описаны представители различных классов, которые входят в отдел "Голосеменные".

Класс "Гнетовые"

1. Семейство "Вельвичиевые".
2. Семейство "Гнетовые".
3. Семейство "Хвойниковые".

Давайте рассмотрим самых ярких представителей этих трех групп растений.

Итак, вельвичия удивительная.

Это единственный представитель семейства вельвичиевых. Этот представитель голосеменных произрастает в пустыне Намиб, а также в других пустынях Юго-Западной Африки. Растение обладает коротким, но толстым стволом. Его высота составляет до 0,5 м, а диаметр достигает 1,2 м. Так как этот вид живет в пустыне, у него длинный главный корень, который идет на 3 м вглубь. Листья, которые растут из ствола вельвичии - это настоящее чудо. В отличие от листьев всех остальных растений на Земле, они никогда не опадают. Они постоянно растут у основания, но периодически отмирают на концах. Постоянно обновляясь таким образом, эти листья живут столько же, сколько и сама вельвичия (известны экземпляры, прожившие более 2 тыс. лет).

Семейство гнетовых содержит примерно 40 видов. Это в основном кустарники, лианы, реже - деревья. Растут они в тропических лесах Азии, Океании, Центральной Африки. Своим видом гнетовые больше напоминают представителей данного семейства являются мелинжо, гнетум широколистный, гнетум ребристый и др.

Семейство хвойниковых включает в себя 67 видов растений. По жизненной форме это кустарники и полукустарники. Они растут в Азии, Средиземноморье и Южной Америке. Представители этого семейства обладают чешуйчатыми листьями. Примерами хвойниковых можно назвать эфедру американскую, хвойник хвощевый, хвойник шишконосный, хвойник зеленый и т.д.

Класс "Гинкговые"

Данная группа включает в себя одно семейство. Единственным представителем данного семейства является гинкго двулопастный. Это высокое дерево (до 30 метров) с большими веероподобными листьями. Это которое появилось на Земле 125 миллионов лет назад! Экстракты из гинкго часто применяются в медицине для лечения болезней сосудов, в том числе атеросклероза.

Класс "Саговниковые"

Растут они в Азии, Индонезии, Австралии, Океании, на Мадагаскаре.

Эти растения внешне напоминают пальмы. Их высота составляет от 2 до 15 метров. Ствол, как правило, толстый и короткий, если сравнивать с толщиной. Так, у саговника поникающего его диаметр достигает 100 см, в то время как высота - 300 см.

Класс "Хвойные"

Это, пожалуй, самый известные класс отдела голосеменных растений. Он также является и самым многочисленным.

Данный класс состоит из одного порядка - "Сосновые". Раньше на Земле существовало еще три порядка однако их представители вымерли.

Упомянутый выше порядок состоит из семи семейств:

1. Головчатотисовые.
2. Тисовые.
3. Сциадопитисовые.
4. Подокарповые.
5. Араукариевые.
6. Сосновые.
7. Кипарисовые.

В семейство головчатотисовых входят 20 представителей. Это вечнозеленые кустарники и деревья. Хвоя расположена по спирали. От тисовых головчатотисовые отличаются тем, что их шишки намного дольше созревают, а также они обладают большими по размеру семенами.

Семейство тисовых включает в себя около 30 видов кустарников и деревьев. Все растения данного семейства двудомные. Примерами представителей этого семейства можно считать тихоокеанский тис, флоридский, канадский, европейский тисы и др.

В семейство сциадопитисовые входят вечнозеленые деревья, которые часто используются в качестве декоративных.

Примерами представителей семейства подокарповых можно назвать дакридиум, филлокладус, подокарп и т.д. Они произрастают во влажной местности: в Новой Зеландии и Новой Каледонии.

Семейство араукариевых объединяет около 40 видов. Представители данного семейства существовали на Земле уже во время юрского и мелового периодов. Примерами можно считать южный даммара, бразильская воллемия благородная и др.

Семейство сосновых включает в себя такие всем известные деревья, как ель, сосна, кедр, лиственница, тсуга, пихта и т.д. Все растения, входящие в данное семейство, растут в Северном полушарии в умеренном климате. Голосеменные растения данного семейства часто используются человеком в медицине и других отраслях промышленности благодаря своим смолам и эфирным маслам.

Ответы к школьным учебникам

Исключительно древесные формы - деревья, кустарники и лианы; в стволах на поперечном срезе различают кору, древесину и сердцевину;

Листья разнообразны как по внешнему виду, так и по строению; у хвойных - игольчатые (хвоинки), у других - похожи на листья папоротников или пальм;

Корни хорошо развиты; у некоторых с микоризой;

При размножении образуются семена - многоклеточные образования, содержащие зародыш и значительный запас питательных веществ;

В жизненном цикле господствует спорофит; мужской и женский гаметофиты потеряли самостоятельность и живут на спорофите.

3. Какие растения относятся к хвойным?

Отдел голосеменных растений содержит классы: Саговниковые, Гингковые, Хвойные и Гнетовые (включающие группу Эфедовые). К классу саговниковых относят саговник поникающий, завитой, Туара, гребневидный, Румора, неколючий, средний; стангерию и лепидозамию.

Типичные представители класса гнетовых - эфедра, вельвичия и гнетум.

Класс хвойных представлен большим количеством форм: ель, лиственница, сосна, пихта, секвойя, туя, кипарис, можжевельник, агатис и др.

Единственным современным представителем класса гинкговых является гинкго двулопастный.

4. Назовите особенности строения хвойных.

Хвойные имеют такие особенности строения:

Корень обычно стержневой, от которого отходят боковые; кроме длинных корней имеются короткие, сильно разветвленные корни, они часто содержат микоризу;

Стебель включает кору, древесину и слабо выраженную сердцевину;

В коре и древесине имеются смоляные ходы (каналы), заполненные эфирными маслами и смолой, выделяемыми выстилающими канал клетками;

У большинства в стволе имеются кольца прироста древесины, обусловленные сезонной периодичностью активности камбия; по числу колец на распиле дерева можно определить его возраст;

Листья своеобразны: у листопадных видов (лиственница и некоторые другие) они мягкие, плоские, располагаются спирально или пучками; у большинства видов листья вечнозеленые, жесткие, игольчатые по форме и очень разной длины.

Так, у североамериканской сосны болотной они достигают 45 см в длину, покрыты слоем кутикулы; клетки эпидермы имеют сильно утолщенные стенки. Под эпидермой лежат 1-3 слоя толстостенных клеток, играющих роль своеобразного наружного скелета. Устьица глубоко погружены в ткань листа, что уменьшает испарение воды.

Древесина голосеменных (в частности, хвойных) состоит из трахеид - мертвых веретенообразных клеток с толстостенными оболочками, выполняющих проводящую и опорную функции. Паренхимы в древесине очень мало или она совсем отсутствует. У многих видов в древесине и коре имеются смоляные каналы, заполненные смолой, эфирными маслами и другими веществами. Испарения этих веществ создают характерный аромат хвойного леса.

6. Опишите процесс размножения сосны.

Пыльца - мужской гаметофит с гаметами - спермиями попадает на женскую шишку с помощью ветра и прилипает к смоле. Пыльцевое зерно прорастает, спермий по пыльцевой трубке достигает яйцеклетки (яйцеклетка и эндосперм - это женский гаметофит) и сливается с ней (у сосны между опылением и оплодотворением проходит 12-14 месяцев). После оплодотворения женские красные шишки заклеиваются смолой и начинают расти, сначала превращаясь в зеленые, а потом в деревянистые коричневые. Соединяясь, спермий и яйцеклетка образуют клетку с диплоидным набором хромосом - зиготу, первую клетку спорофита. После оплодотворения яйцеклетки из семязачатка развивается семя с запасом питательных веществ, которое одето защитными оболочками. У сосны семена созревают через 1,5 года, высыпаются и разносятся ветром через 2 года после опыления.

7. Что такое семя? Чем семя отличается от споры?

Семя - высокоспециализированный орган размножения и расселения растений по земной поверхности. Семя защищает зародыш от неблагоприятных воздействий внешней среды, обеспечивает его питательными веществами на ранних этапах развития. В отличие от споры, семена многоклеточны, содержат значительное количество питательных веществ; имеют тройную природу: эндосперм гаплоиден - это часть женского гаметофита; зародыш диплоиден - это дочерний спорофит; семенная кожура диплоидна - это материнский спорофит.

8. Как устроены мужские и женские шишки сосны?

Мужские шишки расположены у основания молодых побегов. Они имеют ось, к которой прикреплены чешуйки. На нижней стороне чешуек находятся по два пыльцевых мешка, в них образуются микроспоры (мужские споры) с одинарным (гаплоидным) набором хромосом. Из микроспор формируются мужские га- метофиты - пыльцевые зерна, несущие спермии.

Маленькие красноватые женские шишки, сидящие на верхушках молодых побегов, тоже состоят из оси, на которой расположены чешуйки. Чешуйки женских шишек попарно срастаются, и между ними развивается семязачаток. В нем берет начало гаплоидная мегаспора (женская спора). В результате ее многократного деления образуется женский гаметофит - яйцеклетка и эндосперм, впоследствии питающий зародыш.

Голосеменные растения являются основой растительного покрова ряда биогео- графических зон нашей планеты, например сибирской тайги. Они поставляют в атмосферу Земли значительное количество кислорода. В России около 90% лесов представлены различными видами голосеменных растений. Семенами сосен и елей питаются многие птицы (клесты) и млекопитающие (белки и другие мелкие грызуны).

Ю. В чем заключается хозяйственное значение голосеменных растений?

Хвойные широко используются в хозяйственной деятельности человека. Например, сосна наиболее широко используется как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности. Кроме того, из сосны получают бумагу, картон, скипидар, канифоль, ацетатные волокна. В прежние времена так называемые корабельные сосны, имеющие длинный прямой ствол, использовались в кораблестроении. Особой прочностью и долговечностью отличается древесина лиственницы, которая устойчива к гниению. Очень прочна и красива древесина тиса, не содержащая смоляных ходов, и кипариса. К кипарисовым относится секвойя, или мамонтово дерево, отличающаяся исключительной долговечностью. Некоторые деревья достигают высоты 80-100 м, их возраст насчитывает 3-4 тыс. лет. Секвойя обладает самой ценной древесиной (красное дерево) и употребляется как строительный и столярный материал.

Кедровые орешки (семена кедровой сосны) идут в пищу, из них получают масло.

Представители класса саговниковых также издавна использовались человеком в пищу. Название «хлебное дерево» отражает употребление сердцевины саговниковых как источника крахмала для приготовления особого продукта - саго. Употребляются в пищу и семена саговниковых. В медицине также используют голосеменные растения. Например, шишко-ягоды можжевельника обладают лекарственными свойствами, а эфирные масла очищают воздух от микробов, т. е. обладают бактерицидными свойствами.