Голосеменные, подготовка к ЕГЭ по биологии

Голосеменные и покрытосеменные растения — что это за разновидности

В биологии семенные растения делят на пять классов:

• цветковые;
• хвойные;
• цикадовые (саговниковые);
• гнетовые;
• гинкговые.

Первый называют покрытосеменными, а остальные (нецветковые) — голосеменными.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Это древний вид, возраст которого около 350-370 млн. лет, включает только древесные формы. К ним относятся:

• сосна обыкновенная;
• ель голубая;
• лиственница европейская;
• туя западная;
• кедр гималайский;
• пихта бальзамическая;
• гинкго двулопастный и другие.

Класс насчитывает 12 семейств, включает 1080 видов растений.

Многочисленная группа представлена разнообразными формами: травами, деревьями, кустарниками. Покрытосеменные преобладают на Земле, насчитывают 405 семейств и включают приблизительно 352 тыс. видов.

Введение

Голосеменные,
голосемянные (Gymnospermae, или Pinophyta), наиболее
древняя группа (отдел) семенных растений,
занимающая промежуточное положение между
папоротниками и покрытосеменными (цветковыми)
растениями. От папоротников Голосеменные
отличаются наличием семезачатков (семяпочек),
от покрытосеменных — отсутствием плодолистиков
(пыльца у Голосеменные попадает непосредственно
на микропиле семезачатка).

Голосеменные, в том числе все современные
виды, имеют стробилы — укороченные и
ограниченные в росте репродуктивные
побеги, несущие спорофиллы. Стробилов
не было только у древнейшего класса лигиноптеридовых,
или «семенных папоротников».

Все Голосеменные
— деревья или кустарники, нередко достигающие
огромных размеров, как некоторые хвойные.
Одни Голосеменные
сильно разветвлены и несут много небольших
или мелких, часто чешуевидных листьев
(кордаитовые, гинкговые и хвойные), другие
не ветвятся или ветвятся очень слабо
и имеют относительно крупные, большей
частью перистые, листья (лигиноптеридовые,
беннеттитовые, цикадовые и вельвичия).

Листья Голосеменные сильно различаются
не только по числу и размерам, но и по
анатомическому строению. У большинства
Голосеменныеводопроводящие элементы
ксилемы представлены исключительно трахеидами (лестничными или чаще
точечными); лишь у вельвичии, гнетума
и эфедры имеются сосуды.

Устьица также
отличаются разнообразием, что часто позволяет
определять род даже по небольшому фрагменту
листа. Как и другие семенные растения, все Голосеменные
— разноспоровые; микроспорофиллы и мегаспорофиллы сильно различаются
по форме, размерам и строению (в одних
случаях они крупные и перистые, в других
— мелкие и цельные).

У хвойных мегаспорофиллы
в результате редукции и срастания практически
не различимы в слитной структуре так
называемой семенной чешуи. У наиболее
древних и примитивных семенных папоротников
стробилы не образовывались, микроспорофиллы
и мегаспорофиллы сидели свободно на обычных
длинных побегах.

У остальных Голосеменные
спорофиллы собраны в более или менее
компактные стробилы. У части беннеттитовых
стробилы были обоеполые; у большинства
Голосеменные они однополые (раздельнополые),
то есть состоят или только из микроспорофиллов
(мужские стробилы), или же только из мегаспорофиллов
(женские стробилы) различного строения.

Голосеменные известны с верхнего девона;
в каменноугольном и пермском периодах
уже встречаются представители большинства
порядков Голосеменные, достигающих
своего расцвета в мезозойскую эру. Ныне
сохранилось только ок. 600 видов Голосеменные;
большинство из них относится к хвойным,
ок.

Главный орган размножения покрытосеменных растений

Главный репродуктивный орган покрытосеменных — цветок. Он представляет собой видоизмененный побег, приспособленный для проведения полового процесса. Образование плода с семенами — его итог.

От шишек цветы отличаются тем, что во время опыления пыльца попадает на пестик, а не на семязачаток. Опыление бывает двух видов:

1. Самоопыление — пыльца с тычинок попадает на пестик того же цветка.
2. Перекрестное опыление — пыльца с тычинок попадает на пестик другого растения.

Цветок состоит из частей:

1. Стеблевой: цветоножка, цветоложе.
2. Листовой: чашелистики, лепестки.
3. Генеративной: тычинки, один или несколько пестиков.

Генеративная часть цветка принимает участие в процессе размножения.

Тычинка — мужской орган. Все тычинки одного цветка называют андроцеем. Они могут отличаться по форме и длине. Количество тычинок зависит от вида. У орхидных — одна, у мимозовых — несколько сотен.

Пестик — женский орган. Состоит из одного или нескольких сросшихся плодолистиков. В его полости находятся семязачатки (семяпочки). Совокупность пестиков называют гинецеем. Этот орган, как и сам цветок, есть только у покрытосеменных, поэтому группу еще называют пестичными.

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.

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.

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.

Как размножаются и расселяются голосеменные растения

У голосеменных для полового процесса тоже приспособлен видоизмененный побег — шишка. Мужские и женские шишки могут располагаться на одном или на разных растениях. В первом случае деревья называются однодомными (ель, сосна), во втором — двудомными (гинкго).

Строение женской шишки на примере сосны:

• ось или стержень;
• кроющие и семенные чешуи;
• семязачатки.

У зрелой женской шишки на месте семязачатков должны появиться семена. Мужская шишка тоже имеет стержень и чешуи, но вместо семязачатков содержит пыльцевые мешочки с пыльцой.

Количество чешуй варьируется от нескольких штук (кипарис крупноплодный, тсуга) до нескольких десятков (пихта, кедр).

После созревания семян у многих видов пихт и елей шишки опадают в течение года. У сосен же созревшие шишки не раскрываются по нескольку лет. 3-4 года происходит развитие шишки настоящего кедра. Сосна Бранкса раскрывает чешуйки через 5-6 лет.

Механизмы размножения голосеменных и покрытосеменных растений

Половое размножение — основной способ для обеих групп. Он позволяет растениям передавать наследственные признаки и приобретать новые свойства. Новый организм несет в себе свойства обоих родителей, так как образуется в результате слияния женских и мужских половых клеток (гамет). Несмотря на единый механизм, размножение голосеменных и цветковых имеет свои особенности.

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.

Общая
характеристика глосеменных

Голосеменные
– древняя группа, берущая свое начало
с верхнего девона и органично связанная
о группой Праголосеменных
растений .
Пик развития голосеменных приходится
на мезозойскую
эру , когда
господствовали теплолюбивые виды.

К концу
мезозоя происходит сокращение таких
теплолюбивых форм, как беннеттитовые , саговниковые , семенные папоротники . Второе рождение голосеменные
обрели благодаря появлению холодостойких
видов в недрах мезозойской флоры.

Возможно,
что их возникновение было связано с местными
внутриматериковыми оледенениями. Эти
виды оказались способными в кайнозойскую эру осваивать обширные
пространства в умеренных и умереннохолодных
областях Северного полушария, где они
и поныне на больших территориях занимают
господствующее положение в сложении
растительного покрова.

Широкое распространение
голосеменных в значительной степени
объясняется тем, что размножение у них
осуществляется семенами. Семя
как зачаток нового организма представляет
собой комплексный многоклеточный орган,
состоящий из зародыша , запасающих тканей эндосперма и многослойной семенной
кожуры, надежно обеспечивающей сохранность
зародыша.

При
прорастании семени первым появляется зародышевый корешок , который формирует
стержневую корневую систему; лишь у немногих
видов главный корень заменяется системой
боковых или придаточных корней.

Наличие
главного корня явилось базой для возможного
формирования крупных древесных форм.
Этому способствовало также наличие длительно
функционирующего камбия
, который формирует древесину
– водопроводящую ткань, обладающую большой
механической прочностью.

Среди современных
голосеменных преобладают древесные формы,
однако важно подчеркнуть, что среди древних палеозойских видов в разных систематических
группах голосеменных встречались формы
травянистые, кустарниковые, древесные
со слабо развитой древесиной.

Среди современных саговниковых имеются древесные
формы со значительно развитой сердцевиной
и корой, виды с клубневидными побегами
полудревесной и типично травянистой
жизненных форм. У подавляющего большинства
голосеменных побеги нарастают моноподиально .

Примитивные голосеменные
характеризуются отсутствием ветвления,
большинство же ныне живущих видов обильно
ветвится. Листья всех голосеменных,
несмотря на колоссальное разнообразие
их форм и размеров, имеют синтеломное происхождение.

Из числа
современных древние виды имеют крупные,
сильно рассеченные листья, у большинства
же видов листья мелкие, игловидные или
чешуевидные. Древесина голосеменных
состоит в основном из трахеид
, паренхима развита довольно слабо, либриформ
отсутствует.

Характерным признаком трахеид
голосеменных является наличие окаймленных пор , ровными рядами расположенных
на радиальных и тангентальных стенках.
Для флоэмы характерно отсутствие
клеток-спутниц.  

Онлайн урок: голосеменные по предмету биология 6 класс |

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.

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.

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 опыления и оплодотворения у сосны. (цикл развития)

Размножение: половое — семенами.

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

Размножение представителей отдела голосеменные

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 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.

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.

Строение и жизненный цикл

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.

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.

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.

Строение семени

Семя голосеменных состоит из:

• Семенной кожуры

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

• Зародыша

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

• Семядолей

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).

Схема, с помощью чего происходит

Основную часть группы голосеменных составляют хвойные деревья, поэтому их размножение рассматривают на примере сосны обыкновенной.

Большинство видов имеют на одном дереве шишки обоих полов: мужские и женские. Первые растут группами у основания веток. Вторые — по одной на концах. Размножения происходит в несколько этапов:

1. В пыльце мужских шишек созревает мужской гаметофит со спермиями, в пыльце женских — женский гаметофит с яйцеклетками.
2. В конце весны мужские пыльцевые зерна сосны созревают и высыпаются. Ветер разносит пыльцу, и она оседает на женских шишках.
3. На чешуях женских шишек находятся семязачатки. Когда пыльца попадает на них, чешуи смыкаются. Происходит опыление.
4. На следующий год происходит оплодотворение. В мужской пыльце образуется два спермия, в женской — яйцеклетка. Она сливается с одним спермием — образуется зигота. Второй спермий погибает.
5. Зигота развивается в зародыш. Он формируется за счет питательных веществ материнского растения.
6. Зародыш вместе с питательными веществами и защитными оболочками образует семя.
7. Примерно через год семена созревают. Женские шишки раскрываются. Семена выпадают наружу.

Размножение покрытосеменных происходит в следующей последовательности:

1. Мужской гаметофит (пыльцевое зерно) созревает в пыльце тычинок, женский — в пестике.
2. Пыльцевое зерно попадает на пестик и прикрепляется к его рыльцу.
3. Оно развивается в пыльцевую трубку, которая прорастает внутрь завязи.
4. Мужской гаметофит делится и образует два спермия.
5. Один из них сливается с яйцеклеткой. Происходит оплодотворение и образуется зигота.
6. Второй спермий сливается с ядром крупной центральной клетки зародышевого мешка. Они образуют эндосперм.
7. Зигота делится и превращается в зародыш. Эндосперм служит для него источником питательных веществ. Зародыш и эндосперм вместе образуют семя.
8. Семя созревает, завязь пестика разрастается и превращается в плод.

Таким образом, в отличие от голосеменных, у цветковых растений оплодотворение сопровождается двумя слияниями, поэтому такой способ называют двойным оплодотворением.

Сходство и отличительные особенности

Общие признаки обеих групп:

1. Размножаются семенами. Остальные растения образуют споры.
2. Имеют хорошо развитые вегетативные органы: корень, стебли, листья.

Отличительные особенности голосеменных/покрытосеменных растений:

1. Листья: чешуи, хвоя/остальные формы.
2. Органы размножения: микро- и макроспорангии/цветок.
3. Расположение семян: открытое/закрытое.
4. Время формирования зародыша: 1,5-2 года/несколько недель.
5. Видоизмененные органы для вегетативного размножения и запасания питательных веществ: нет/корнеплоды, луковицы, клубни.
6. Опыление: ветром и самоопыление/животными, ветром, водой и самоопыление.

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.

Эволюционное 
значение голосеменных

      Появление
голосеменных было важной вехой в 
эволюции растений. Дело в том, что более
ранние палеозойские спороносные нуждались
для своего размножения в воде

или, во всяком случае,
во влажной среде. Это немало затрудняло
их расселение.

Развитие 
семян позволяло растениям утратить
столь тесную зависимость от воды.
Семязачатки могли теперь оплодотворяться
пыльцой, переносимой ветром или насекомыми,
и вода, таким образом, не предопределяла
больше размножения. Кроме того, в отличие
от одноклеточной споры с ее относительно
малым запасом питательных веществ, семя
обладает многоклеточной структурой и
способно дольше обеспечивать пищей молодое
растение на ранних стадиях развития.
При неблагоприятных условиях семя долгое
время может оставаться жизнеспособным.

Имея 
прочную оболочку, оно надежно 
защищает зародыш от внешних опасностей.
Все эти преимущества давали семенным
растениям хорошие шансы в борьбе за существование.
Семязачаток (яйцеклетки) первых семенных
растений был незащищенным и развивался
на специальных листьях; возникшее из
него семя также не имело внешней оболочки.
Вот почему эти растения были названы
голосеменными.

Среди
самых многочисленных и самых 
любопытных голосеменных начала мезозойской 
эры мы находим цикадовые (Cycas),
или саговые. Их стебли бывали прямыми
и столбообразными, похожими на стволы
деревьев, или же короткими и клубневидными;
они несли крупные, длинные и, как правило,
перистые листья (например, род Pterophyllum,
чье имя в переводе означает «перистые
листья»).

Внешне они походили на древовидные
папоротники или на пальмы. Помимо цикадовых,
большое значение в мезофите приобрели
беннеттитовые (Bennettitales), представленные
деревьями или кустарниками. В основном
они напоминают настоящие цикадовые, но
их семя начинает приобретать прочную
оболочку, что придает беннеттитовым сходство
с покрытосеменными. Имеются и другие
признаки адаптации беннеттитов к условиям
более засушливого климата.

В
триасе на авансцену выходят новые 
формы. Быстро расселяются хвойные,
и среди них пихты, кипарисы, тиссы.
Из числа гинкговых широкое распространение
получил род Baiera. Листья этих растений
имели форму веерообразной пластинки,
глубоко рассеченной на узкие доли.

Папоротники
захватили сырые тенистые места по берегам
небольших водоемов (Hausmannia и другие
Dipteridaсеа). Известны среди папоротников
и формы, произраставшие на скалах (Gleicheniacae).По
болотам произрастали хвощи (Equisetites,Phyllotheca,
Schizoneura), не достигавшие, однако, размеров
своих палеозойских предков.