Морфология и физиология высших растений. Мхи, хвощи, плауны, папоротники, голосеменные, покрытосеменные растения.

Вопросы для рассмотрения: 

1. Мхи.

2. Плауны.

3. Хвощи.

4. Папоротники.

5. Голосеменные растения

6. Покрытосеменные растения.

Высшие растения имеют сходное строение: корень, стебель, листья. Клет­ки высших растений имеют различные ткани и выполняют разную функцию. По способу размножения высшие растения делят на споровые и семенные. К споровым относят мхи, плауны, хвощи и папоротники.

1. Мхи. 

Мхи - это одна из самых древних групп высших растений. Это в основном многолетние растения небольших размеров: от нескольких миллиметров до десятка сантиметров. Мхи играют важную роль в экологии почвы: предотвра­щают эрозию и задерживают поверхностную влагу. Остатки мхов составляют основу залежей торфа. Мхи - довольно распространенные растения. В насто­ящее время их насчитывается 27 тыс. видов. Они неприхотливы, выдерживают сильные морозы и длительную жару, но растут только во влажных тенистых местах. Селятся мхи на скалах, камнях, стволах деревьев. Есть они в Арктике, Антарктиде, тундре. Всегда зеленые. Очень много мхов в тропических и хвой­ных лесах.

Тело мхов имеет стебель и листья. Прикрепляются мхи к субстрату и всасывают воду с растворенными в ней минеральными веществами с помощью ризоидов - выростов наружного слоя клеток. Простые мхи-печеночники имеют более простое строение - таллом, не имеющее четко выраженных листьев и стеблей и ризоиды. В стеблях и листьях мхов нет деревянистых тка­ней, способных поддерживать растение; нет проводящей системы, служащей для переноса воды и минеральных веществ. Они впитывают воду из окру­жающей среды в клетки, а также через ризоиды. Фотосинтез происходит в вы­ростах, напоминающих листья.

Споровые растения живут в двух формах: спорофит и гаметофит.

У мхов четко выражено чередование бесполого и полового поколений. Рассмотрим на примере кукушкина льна.
Бесполое размножение происходит с помощью спор (1). Из проросшей споры образуется тонкая зелёная нить — предросток (2-3), который выглядит как тонкая зелёная ветвящаяся нить. На этой нити образуются почки (4), из которых затем вырастают мужские (7) или женские (8) экземпляры мха.

Половое размножение рассмотрим на примере мха кукушкин лён.

У кукушкина льна есть женские и мужские растения. На мужских растениях развиваются мужские гаметы — сперматозоиды, на женских растениях формируются женские гаметы — яйцеклетки. Во время дождя или во время половодья сперматозоиды по воде подплывают к яйцеклеткам (9). При слиянии гамет образуется зигота, которая, не выходя из женского органа, начинает делиться. Из зиготы на женском растении развивается покрытая колпачком коробочка на ножке — спорангий (10). В спорангии образуются споры. В сухую погоду колпачок сбрасывается, споры рассеиваются (1) и прорастают в предростки (2-3), вновь дающие начало новым мужским (7) и женским (8) растениям кукушкина льна.

Мхи и печеночники могут размножаться вегетативно - частью стебля, листа или ризоида.

Разновидности мхов:

1. Кукушкин лен (фото). Растет в хвойных лесах и на болотах. Его стебельки, усаженные узкими листьями, растут очень густо, образуя на почве сплошные зеленые ковры. Высота растения до 40 см. К почве кукушкин лен прикрепляет­ся ризоидами. Растение раздельнополое, т. е. у одних особей развиваются мужские, а у других — женские половые клетки. На женских растениях после оплодотворения образуются коробочки со спорами.

2. Сфагнум (фото). Растут на болоте. Длинный стебель со множеством боковых веточек. Вдоль стебля они растопырены, а на конце собраны в пучок. Его верхняя часть постоянно растет, а нижняя отмирает, образуя торф. Ризоиды у сфагнума отсутствуют. К почве он прикрепляется нижними частями стебля. Доступ кислорода в толщу торфа ограничен, кроме того, сфагнум выделяет специальные вещества, предотвращающие размножение бактерий. Поэтому попавшие в торфяное болото различные предметы, погибшие животные, рас­тения часто не сгнивают, а хорошо сохраняются в торфе.

Накапливая в своем теле большое количество воды, сфагнум способствует заболачиванию почвы. Это связано с тем, что листья и стебель сфагнума наря­ду с зелеными клетками, содержащими хлоропласты, имеют мертвые бесцвет­ные клетки с порами. Именно они и поглощают воду в 20 раз больше своей массы.

3. Страусово перо достигает в высоту 20 см. Растет в сосновых лесах.

4. Фунария - мох очень маленький, стебелек около 1 см. Имеет довольно крупные листья и рыжую коробочку - спорангий. Живет возле человеческого жилья (фото).

2. Плауны — очень древние растения. Ученые полагают, что они появи­лись около 350—400 млн. лет назад и образовывали густые леса из деревьев высотой до 30 м. В настоящее время их осталось очень мало, и, это  многолетние  травянистые  растения.  В  наших  широтах наиболее известен плаун булавовидный. Его можно встретить в хвойных и смешанных лесах. Стелющийся по земле стебель плауна  крепится  к  почве  придаточными  корнями.   Мелкие,  шиловидной    формы    листья    густо    покрывают    стебель. Размножаются плауны вегетативно — участками побегов и корневищ, а также с помощью спор. У плауна присутствуют мегаспоры (женские) и микроспоры (мужские). Оплодотворение происходит в гаметофите. Размножаются так же, как и папоротники.

3. Хвощи — небольшие многолетние травянистые растения, обитающие у воды. Они имеют хорошо развитое корневище, от которого отходят многочисленные придаточные корни. Членистые стебли в отличие от стеблей плаунов растут вертикально вверх, от главного стебля отходят боковые побеги. В стебле расположены мутовки очень мелких чешуйчатых листочков, напоминающих хвою. Весной на зимующих корневищах вырастают бурые весенние побеги со; спороносными колосками, которые после созревания спор отмирают. Летние побеги зеленые, ветвящиеся, фотосинтезируют и запасают питательные вещества в корневищах, которые перезимовывают, а весной образуют новые побеги. Размножаются как папоротники. 

Стебли и листья хвощей жесткие, пропитаны кремнеземом, поэтому жи­вотные их не едят. Хвощи растут в основном на полях, лугах, болотах, по бе­регам водоемов, реже в сосновых лесах. Размеры хвощей колеблются от 15 см до 2 м.

Хвощ полевой, трудноискоренимый сорняк полевых культур, используется как лекарственное растение. Стебли разных видов хвощей за счет наличия кремнезема используют как полировочный материал.

Хвощ болотный ядовит для животных. 

 

4. Папоротники.

Папоротники, как хвощи и плауны, в каменноугольном периоде были процветающей группой растений. Сейчас их насчитывается около 10 тыс. ви­дов, большинство которых распространено во влажных тропических лесах. Размеры современных папоротников колеблются от нескольких сантиметров (травы) до десятков метров (деревья влажных тропиков). Папоротники наших широт — травянистые растения с укороченным стеблем и перистыми листья­ми. Под землей находится корневище — подземный побег. Из его почек над поверхностью развиваются длинные, сложные перистые листья — вайи. Они обладают верхушечным ростом. От корневища отходят многочисленные при­даточные корни. Папоротники имеют сосудистую систему, позволяющую поставлять воду к листьям через корни.

Спорофит - это взрослое растение, у которого в спорангиях созревают споры. Споры высеиваются из споровой коробочки, разносятся ветром и во влажной среде прорастают. Через 2 месяца из проросшей споры формируется гаметофит (пластинка проталлий). Гаметофит крепится к почве ризоидами. В нем есть мужские и женские половые органы, содержащие яйцеклетку и сперматозоиды. В сле­дующий период развития происходит оплодотворение, но только во влажной среде. Этот процесс может занимать промежуток до 9 месяцев. Оплодотворен­ная яйцеклетка быстро делится и вырастает бесполый спорофит, который раз­вивается во взрослое растение, дающее споры.

Папоротники обитают в тропических лесах. Их вайи достигают в длину 10 м. Обитают папоротники в воде, например, сальвиния. В наших краях наиболее распространены папоротники орляк, щитовник мужской и др.

 Весной, как только оттает почва, от корневища отрастает укороченный стебель с розеткой красивых листьев. Летом на нижней стороне листьев появляются бурые бугорки — сорусы, представляющие собой скопления спорангиев. В них образуются споры.

Молодые листья мужского папоротника используются человеком в пищу, как лекарственное растение. Вайи орляка используют для оформления букетов. В тропических странах некоторые виды папоротников разводят на рисовых полях для обогащения почвы азотом. Некоторые из них стали декоративными, оранжерейными и комнатными растениями, например нефролепис.

Обзор споровых растений 

https://www.youtube.com/watch?v=awPheWBuVJ0&t=0s

https://www.youtube.com/watch?v=IB8wWO2rOs4

5. Голосемянные растения

Семенные растения делятся на голосеменные и покрытосеменные (цвет-ковые). Голосеменные росли на Земле 220-120 млн. лет назад.
Отдел современных голосеменных растений представлен ок. 700 видами де-ревьев и кустарников. В отличие от спороносных оплодотворение происходит заранее и к распространению уже существуют зародыши будущих растений. Се-мя лучше переносит неблагоприятные условия среды и имеет больше шан¬сов для прорастания. У голосеменных есть корень, стебель, листья (хвоя), семена (шишка с семенами).
Хвойные растения могут иметь женские и мужские особи, но могут на од-ном растении присутствовать обоеполые репродуктивные органы.
Рассмотрим особенности размножения голосеменных растений на приме¬ре сосны. Весной, в конце мая, у сосны в светло-зеленых мужских шишках образуется пыльца — мужской гаметофит, содержащий половые клетки — два спермия. Сосна начинает «пылить», облака пыльцы разносятся ветром. На верхушках побегов развиваются женские красноватые шишечки, состоящие из чешуек. На них располагаются открыто (голо) по две семяпочки, отсюда и на-звание — голосеменные. В семяпочках созревает по две яйцеклетки. Пыльца по-падает непосредственно на семяпочки и прорастает внутрь. После этого че¬шуйки плотно смыкаются и склеиваются между собой смолой. После оплодо¬творения формируется семя. Семена сосны созревают через 1,5 года после опыления. Они становятся бурыми, чешуйки раздвигаются, зрелые семена с крылышками высы-паются и разносятся ветром.

Голосеменные подразделяются на четыре класса: Гинговые, Гнетовидные, Саговники, Хвойные.
Класс хвойные. Известно около 560 современных видов. Все хвойные - это деревья и кустарники. Трав среди них нет. Листья имеют вид хвои: игольчатые, покрытые слоем кутикулы, устьица погружены в мякоть листа, что снижает испарение влаги. Хвойные деревья образуют хвойные и смешанные леса в нашей стране. Имеет несколько семейств (Семейство Кипарисовые, Семейство Сосновые и др.).
1. Среди хвойных известны сосны обыкновенная и сибирская (кедровая). Крона деревьев находится в верхней части ствола, хвоинки собраны по 2, а у кедра по 5 в пучке. Корневая система проникает глубоко.

2. На территории России существует 5 видов ели: обыкновенная (европейская), сибирская, канадская (голубая). Крона деревьев пирамидальная, корневая система поверхностная. Хвоинки короткие, расположены по одной.

3. Пихта сибирская. Древесина идет на изготовление музыкальных инструментов. Крона похожа на ель, но хвоинки плоские, мягкие.

4. Лиственница сибирская и даурская. Это листопадные деревья. Хвоя растет пучками и опадает на зиму.

5. Можжевельник обыкновенный - вечнозеленый кустарник. Его шишки
используются в медицине.

Среди хвойных есть великаны - калифорнийская секвойя - 100 м в высоту и веллингтония гигантская (секвойядендрон), имеющий неимоверную толщи¬ну ствола (семейство таксодиевые).

Класс саговники.
Внешне саговники напоминают пальму. Расцвет - каменноугольный период. Преобладают в тропиках. Прямой стебель увенчан пучком перистых листьев. Шишки растут в центре растения

Класс Гинговые. Гинкго билоба сохранились в Японии, Корее и Китае (се-мейство гинкговые). Листья в холодное время года желтеют и опадают, семена похожи на абрикосы, неприятно пахнут маслом.

Класс Гнетовидные. Относятся вельвичия, гнетум, эфедра. Вельвичия уди-вительная растет в пустынях Намибии и Анголы. С возрастом её стебель одревесневает и приобретает форму диска (если посмотреть сверху) до метра в диаметре. Оно хорошо приспособилось жить в пустыне. Двудомное.

Вельвичия 

Эфедра живет в пустыни Средней Азии, Африки, кустарник с зелеными ве-точками – так называются ее чешуйчатые листья. Растение двудомное, летом об-разует колоски, после оплодотворения созревают ягоды.
Гнетум – вечнозеленое лиственное дерево или кустарник, плоды съедобны. Произрастает в странах с теплым климатом.

6. Покрытосеменные растения.

Покрытосеменные, или цветковые, растения появились примерно 150 млн. лет назад и быстро завоевали всю планету. Сейчас это самая многочисленная группа растений, насчитывающая около 250 тыс. видов.

Это наиболее высокоорганизованные из высших растений. Они имеют сложноустроенные органы, высокоспециализированные ткани, обладают более совершенной проводящей системой. Для них характерны интенсивный обмен веществ, быстрый рост и высокая приспособленность к различным экологиче­ским условиям.

Главное отличие цветковых – имеют защищенную семяпочку, расположенную в завязи пестика. Отсюда и их название — покрытосеменные растения. Растения имеют цветок - генеративный орган и семя, защищенное плодом. Цветок слу­жит для привлечения опылителей (насекомых, птиц), защищает репродуктив­ные органы - тычинки и пестик.

Цветковые растения представлены всеми тремя жизненными формами: деревьями, кустарниками, травами. Среди них есть как однолетние, так и мно­голетние растения. Некоторые из них вторично перешли к жизни в воде, утра­тив или упростив некоторые органы и ткани. Например, ряска, элодея, стрело­лист. Цветковые - это единственная группа растений, которая образует на суше сложные многоярусные сообщества.

Покрытосеменные растения делятся на два класса по числу семядолей в зародыше семени: двудольные и однодольные.

Двудольные растения - более многочисленный класс, в него входят более 175 тыс. видов, объединенных в 350 семейств.

Отличительные признаки класса:

- корневая система обычно стержневая, но у травянистых форм может быть и мочковатой;

- наличие камбия и дифференцированность коры, древесины и сердцеви­ны в стебле;

- листья простые и сложные с сетчатым и дуговым жилкованием, череш­ковые и сидячие;

- цветки четырех- и пятичленные;

- зародыш семени имеет две семядоли.

К двудольным относятся большинство деревьев и кустарников (дуб, клен, береза, ива, сирень, смородина, лещина), а также травы (василек, фиалка, ле­беда).

Однодольные растения составляют 1/4 цветковых растений и объединяют около 60 тыс. видов.

Отличительные признаки класса:

- корневая система мочковатая;

- стебель травянистый, камбий отсутствует;

- листья простые с дуговым и параллельным жилкованием, часто сидячие;

- цветки трехчленные, редко четырех- и двухчленные;

- зародыш семени имеет одну семядолю.

К однодольным относятся большинство трав. Это злаки, осоки, тростники, агавы и орхидеи. Из деревьев это пальмы (финиковая, кокосовая).

Опыление у цветковых происходит с помощью внешних сил (воды, ветра, насекомых), редко самоопыление. Перекрестное опыление помогает виду лучше приспособиться к окружающей среде.

Опыление ветром происходит у многих деревьев (дуб, ясень) и трав (злаки). Пыльца ветроопыляемых растений очень легкая и вырабатывается в большом количестве.

Цветы растений, опыляемых насекомыми, имеют яркую окраску и аромат. Пыльца у них крупнее, шероховатая, клейкая. Многие цветы приспособились к опылению определенных видов насекомых (клевер – шмель; юкка – юкковая моль).