Покрытосеменные составляют наиболее совершенную и самую многочисленную группу высших растений, включающую примерно 250 тыс. видов, распространенных по всему земному шару, особенно во влажных тропиках.
В Беларуси насчитывается 112 семейств, 500 родов и более 1750 видов (без учета многочисленных видов, форм и сортов интродуцированных растений, адвентивных видов и других цветковых растений).
Предполагается, что покрытосеменные возникли в начале мелового периода мезозойской эры (около 125 млн. лет назад). К концу мелового периода покрытосеменные занимают господствующее положение в растительном мире благодаря высокой экологической пластичности и многим преимуществам по сравнению с другимивысшими растениями.
Важнейший признак покрытосеменных -наличие цветка - видоизмененного и ограниченного в росте спороносного побега, приспособленного для размножения. Появление цветка сыграло исключительно важную роль в их эволюции.
Семязачатки у цветковых растений (в отличие от голосеменных) заключены в полость завязи пестика и тем самым защищены.
Гаметофиты (женский - зародышевый мешок, мужской - пыльцевое зерно) крайне упрощены и развиваются значительно быстрее, чем у голосеменных, в связи с чем они утратили гаме-тангии - антеридии и архегонии. Кроме того, гаметофиты полностью зависят от спорофита и всегда находятся под его защитой, в то время как у моховидных и у некоторых папоротников гамето-фит не защищен и легко высыхает.
Для цветковых растений характерно двойное оплодотворение, в результате которого образуется зигота, дающая начало зародышу, и тришюидная клетка, из которой впоследствии формируется эндосперм. У голосеменных эндосперм образуется в семязачатке до оплодотворения независимо от того, формируется зародыш или нет, т. е. не имеет значения, возникает необходимость в наличии питательной ткани или нет. У покрытосеменных же одновременное развитие зародыша и эндосперма позволяет избежать ненужной траты пластических веществ и энергии в том случае, если зародыш не образуется.
Семена заключены в плод (отсюда и название «покрытосеменные») и надежно защищены от неблагоприятных условий внешней среды. Кроме того, благодаря уникальности плода их распространение обеспечивают птицы, млекопитающие, насекомые, а также ветер, вода и т. п.
Спорофит покрытосеменных устроен чрезвычайно разнообразно и представлен различными жизненными формами; деревья, кустарники, полукустарники, кустарнички, полукустарнички, лианы, одно- и многолетние травы.
Покрытосеменные имеют высокоорганизованную проводящую систему: в состав ксилемы входят более совершенные проводящие элементы - настоящие сосуды, в то время как у голосеменных они представлены трахеидами. Помимо этого, в отличие от всех остальных высших растений, покрытосеменные имеют ситовидные трубки флоэмы с клетками-спутницами. Их появление повысило эффективность перемещения продуктов фотосинтеза от листьев к стеблю и корню, а по сосудам, которые значительно шире трахеид, осуществляется более быстрое передвижение воды и растворенных минеральных солей от корня к стеблю и листьям.
Первые семенные растения - голосеменные - опылялись пассивно. Их пыльца разносилась ветром и лишь случайно оказывалась около семязачатков. Эволюционный успех цветковых растений в значительной степени был обусловлен параллельным развитием их и различных животных. Они оказывали друг на друга селективное воздействие и во многом определили эволюцию свою и партнеров. Яркая окраска цветков, душистый аромат, съедобная пыльца и нектар - свойства, присущие растениям, явились одновременно средствами для привлечения животных-опылителей. Адаптация цветка, как правило, была направлена на максимальное увеличение шансов для переноса пыльцы насекомыми. Этот процесс более надежен, чем опыление ветром. В частности, растениям, опыляемым насекомыми, не нужны такие большие количества пыльцы, как при опылении ветром.
Одним из факторов широкого распространения покрытосеменных и увеличения их разнообразия является биохимическая коэволюция. В некоторых группах покрытосеменных выработалась способность образовывать вторичные метаболиты (алкалоиды, хиноны, эфирные масла, флавоноиды, кристаллы оксалата кальция и др.) - ядовитые вещества, защищающие их от растительноядных животных.
В результате возникновения разнообразных жизненных форм (деревьев, кустарников, трав и др.) покрытосеменные - единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества, или фитоценозы. Это способствовало более полному и интенсивному использованию ресурсов среды, успешному завоеванию новых территорий и освоению новых местообитаний.
Волновахская общеобразовательная школа І-ІІІ ступеней №2
отдела образования Волновахской районной администрации Донецкой области
МАТЕРИАЛЫ
к отрытому уроку биологии
Класс: 7
Тип урока: комбинированный
Место урока в системе учебного материала: урок изучения новой темы
Волноваха
2014
7 класс, биология
Тема: Общая характеристика отдела Покрытосеменных
Цель урока:
Учебная: сформировать представление о более сложной организации покрытосеменных по сравнению с голосеменными; продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи, через создание проблемной ситуации и ее решение;
Развивающая: развивать у учащихся сенсорное восприятие, интеллектуальную, эмоциональную и мотивационную сферы, повышая тем самым познавательный интерес к предмету; развивать память, речь, умение выделять главное; обобщать, проводить аналогию и сравнение;
Воспитательная: воспитывать любовь к природе, любознательность, стремление к познанию и творчеству, умение работать в команде.
Оборудование:
мультимедийная установка, компьютер;
комнатные растения, таблички с названием команд;
«черный ящик», цветущее комнатное растение и веточка хвои, карточки с проблемными вопросами;
клады с набором информации для изготовления творческих отчетов;
ватманы, маркеры, клей, скотч, ножницы;
карточки с кроссвордами «Строение цветка».
План урока:
1. Организационный момент.
2. Сообщение темы и цели урока
3. Мотивация учебной деятельности
5. Изучение нового материала
6. Закрепление нового материала
7. Подведение итогов урока.
8. Домашнее задание.
Эпиграф к уроку (на доске ):
«Если хочешь пользоваться плодами, не рви цветов». (Г. Бон)
«Я не люблю цветы с кустов,
Не называю их цветами.
Хоть прикасаюсь к ним устами,
Но не найду к ним нежных слов.
Я только тот люблю цветок,
Который врос корнями в землю,
Его люблю я и приемлю,
Как северный наш василёк» (Сергей Есенин)
Проблемный вопрос урока (на доске): «Почему покрытосеменные так разнообразны и господствуют в биосфере». «Какие преимущества покрытосеменных над голосеменными»
Ход урока
1. Организационный момент.
Учитель: Здравствуйте, ребята! Я ожидаю от нашего урока позитивного общения и сотрудничества в процессе изучения нового материала. Прошу вашей помощи и поддержки.
2. Сообщение темы и цели урока и мотивация учебной деятельности
Учитель: Какова же тема нашего урока? Перед вами «черный ящик», в котором лежат предметы, и вопросы по теме урока. Как вы думаете, что там лежит? «Черный ящик» откроется, если мы правильно выполним следующее задание «А правда ли, что…»:
Хвойные растения относятся к отделу голосеменных (да)
Сосна, ель, пихта – это хвойные растения (да)
Открываем «черный ящик» и видим героев нашего разговора: представителя голосеменных и покрытосеменных. И ключевые вопросы нашего урока «Почему покрытосеменные так разнообразны и господствуют в биосфере». «Какие преимущества покрытосеменных над голосеменными».
Итак, тема нашего урока: «Общая характеристика покрытосеменных». Наша задача сегодня осуществить первое путешествие в разнообразный мир покрытосеменных растений, провести сравнительную характеристику покрытосеменных и голосеменных, научиться делать выводы о причинах такого массового распространения покрытосеменных на земном шаре. Каков же он мир Цветковых растений.
Видеоролик «Мир покрытосеменных»
На видео вашему вниманию были представлены разнообразные покрытосеменные или цветковые растения. Как вы думаете, почему их так называют? Китайская мудрость гласит: «Пока цветы не отцветут, плоды не завяжутся».
4. Актуализация опорных знаний
Учитель: Итак, начинаем путешествие по стране Цветковых. Всего в страну Цветковых направлено 5 научных экспедиций: «Экологи», «Систематики», «Биогеографы», «Ботаники», «Эволюционисты». Каждая из экспедиций получила научное задание.
Задание для «Систематиков»: Ответить на вопрос и составить творческий отчет о разнообразии Покрытосеменных.
Задание для «Биогеографы» изучить распространение Цветковых по земному шару. Составить творческий отчет.
Задание для «Экологов» исследовать среду обитания и распространения покрытосеменных.
Задание для «Ботаников» изучить особенности строения покрытосеменных. Составить творческий отчет.
Задание для «Эволюционисты» ответить на вопрос «Что же помогло покрытосеменным так широко распространиться на земном шаре?». Составить творческий отчет.
Учитель: в помощь экспедициям дается наш путеводитель – учебник. А если экспедиции выполнят командные задания, то найдут клад, в котором есть подсказки на все задания.
Чтобы найти клад команды должны разгадать кроссворд «Строение цветка», так как главной отличительной особенностью покрытосеменных или цветковых растений является наличие цветка.
По мере отгадывания кроссвордов учащиеся получают «клады» и составляют на ватмане коллажи – творческие отчеты по выполненным заданиям.
5. Изучение нового материала. Проходит в виде выступления экспедиций или представителей от группы с информацией по заданию. Попутно последовательноидут слайды с дополняющей информацией и комментарием учителя.
Слайд 2. Разнообразие покрытосеменных растений.
Слайд 3. Покрытосеменные растения Украины.
Слайд 4. Классификация покрытосеменных растений
Слайд 5. Среды обитания покрытосеменных растений.
Слайд 6. Модель строения покрытосеменных растений.
Слайд 7.Происхождение покрытосеменных.
Слайд 8.Проблемный вопрос урока: «Почему покрытосеменные растения так разнообразны и господствуют в биосфере».
Слайд 9.Особенности строения покрытосеменных растений.
Слайд 10.Видоизменения вегетативных органов покрытосеменных.
Слайд 11. Двойное оплодотворение.
Слайд 12. Способы опыления покрытосеменных растений.
Слайд 13. Плод
Слайд 14. Способы распространения плодов и семян.
Слайд 15. Преимущества покрытосеменных растений.
Строение проводящих тканей, которые улучшают транспорт веществ.
Разнообразие вегетативных органов улучшает и делает разнообразным жизненные функции
Цветок – самый совершенный орган размножения
Защищенность семязачатков от неблагоприятных условий стенками завязи цветка.
Плод, в котором семя защищено околоплодником, имеющий приспособления к распространению семян.
Двойное оплодотворение обеспечивает образование зародыша и запаса питательных веществ
В процессе обсуждения должны прозвучать ответы на вопросы
Какие признаки характерны для растений отдела Покрытосеменные? (беседа).
Какое другое название имеет данный отдел растений?
В чем преимущества покрытосемянности?
Какие жизненные формы встречаются?
Почему покрытосеменные растения так разнообразны и господствуют в биосфере?
В ходе обсуждения выявляются общие признаки для всех растений отдела покрытосеменных и записываются в тетради.
6. Закрепление изученного материала.
Учащимся предлагается самостоятельно сравнить признаки покрытосеменных и голосеменных растений и сделать вывод о более сложной организации покрытосеменных растений, заполнив таблицу. Итоги самостоятельной работы обсуждаются.
Путевой дневник
Сравнительная характеристика голосеменных и покрытосеменных
План сравнения
Покрытосеменные
Общее и разница
Травы
Кустарники
Деревья
Строение листьев
Простые
Сложные
Строение корня, наличие:
Главных корней
Боковых корней
Придаточных корней
Спрятаны в завязь
Наличие цветка и плода
Основной способ опыления
Ветром
Насекомыми
Оплодотворение
Вывод: Цветковые растения достигли более высокого уровня эволюционного развития по сравнению сголосеменными, и являются самой продвинутой группой в мире растений.
7. Подведение итогов урока.
Учитель: наше путешествие подошло к концу.
Итоговая беседа:
Что нового вы сегодня узнали на уроке?
Решена ли проблема урока? Нашли ли мы ответы на наши проблемные вопросы?
В качестве подарка хочу прочесть вам свое стихотворение о том, как осенью расцвел каштан. Кто из вас наблюдал подобное явление у цветковых растений? Почему это происходит? Хорошо это или плохо?
Слушая стихотворение, постарайтесь сосчитать, сколько покрытосеменных и сколько голосеменных растений принимают участие в его сюжете? (1 – голосеменное растение сосна, 3 покрытосеменных – каштан, береза, рябина).
Просмотр видеоролика о разнообразии покрытосеменных
8. Домашнее задание: §41 учебника. Составить кроссворд по теме.
КАШТАН
Средь осени каштан зацвел,
Как вольнодумец заплутавший,
На фоне желтизны опавшей,
Он свечи выбросить посмел.
«Глупец!» - сосна ему скрипела:
«Ты на меня – то не гляди.
Зима, морозы впереди.
А ты цвести! Беды начало!»
Рябина серьгами встряхнув,
Как от стыда, побагровела.
Листвою редкой шелестела.
«Безумец!» – молвила вздохнув.
Каштан не внял соседей жала,
Весенней зеленью блистал,
Березу покорить мечтал,
Что рядом в золоте стояла.
«Как мило выглядите вы!» -
Она так трепетно шептала
И с ветром золото роняла:
«Кто сбережёт вас от зимы?»
Каштан не чувствовал угрозы.
Был красотою изумлен,
И нежным чувством ослеплен.
А ночью правили морозы!
И осенью весна приходит
Лишь к тем, кто склонен к искушенью.
Однако вечности теченье
Вспять повернуть не каждый может.
Путевой дневник
Учащегося 7 класса ФИО_______________________________________
Сравнительная
План сравнения
Покрытосеменные
Общее и разница
(+,-)
Внешний вид:
Травы
Кустарники
Деревья
Наличие более совершенных проводящих тканей
Строение листьев
Простые
Сложные
Строение корня, наличие:
Главных корней
Боковых корней
Придаточных корней
Наличие видоизменений вегетативных органов
Наличие вегетативного размножения
Развитие семязачатков и семян:
Развиваются открыто на семенных чешуях
Спрятаны в завязь
Наличие цветка и плода
Основной способ опыления
Ветром
Насекомыми
Оплодотворение
Наличие двойного оплодотворения;
Оплодотворение без образования плода
Вывод:__________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка ________________________
Покрытосеменные (цветковые, пестичные) по времени появления на Земле являются самой молодой и в то же время наиболее высокоорганизованной группой растений. В процессе эволюции представители этого отдела появились позднее других, но они очень быстро заняли господствующее положение на земном шаре.
Наиболее характерной отличительной особенностью покрытосеменных является наличие у них своеобразного органа - цветка, который отсутствует у представителей других отделов растений. Поэтому покрытосеменные и называются чаще еще цветковыми растениями. Семяпочка у них скрытая, она развивается внутри пестика, в его завязи, поэтому покрытосеменные называются иначе пестичными. Пыльца у покрытосеменных улавливается не семяпочками, как у голосеменных, а особым образованием - рыльцем, которым заканчивается пестик. После оплодотворения яйцеклетки из семяпочки образуется семя, а завязь разрастается в плод. Следовательно, семена у покрытосеменных развиваются в плодах, поэтому этот отдел растений и называется покрытосеменные.
Покрытосеменные (Angiospermae), или цветковые (Magnoliophyta) – отдел наиболее совершенных высших растений, имеющих цветок. Ранее включались в отдел семенных растений вместе с голосеменными. В отличие от последних семязачатки цветковых заключены в завязь, образованную сросшимися плодолистиками.
Цветок является генеративным органом покрытосеменных растений. Он состоит из цветоножки и цветоложа. На последнем располагаются околоцветник (простой или двойной), андроцей (совокупность тычинок) и гинецей (совокупность плодолистиков). Каждая тычинка состоит из тонкой тычиночной нити и расширенного пыльника, в котором созревают спермии. Плодолистик цветковых растений представлен пестиком, который состоит из массивной завязи и длинного столбика, вершинная расширенная часть которого называется рыльце.
Покрытосеменные имеют вегетативные органы, обеспечивающие механическую опору, транспорт, фотосинтез, газообмен, а также запасание питательных веществ, и генеративные органы, участвующие в половом размножении. Внутреннее строение тканей наиболее сложно из всех растений; ситовидные элементы флоэмы окружены клетками-спутницами; почти все представители покрытосеменных имеют сосуды ксилемы.
Содержащиеся внутри пыльцевых зёрен мужские гаметы попадают на рыльце и прорастают. Гаметофиты цветковых крайне упрощены и миниатюрны, что значительно сокращает длительность цикла размножения. Образуются они в результате минимального количества митозов (трёх у женского гаметофита и двух у мужского). Одна из особенностей полового размножения – двойное оплодотворение, когда один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а второй – с полярными ядрами, образуя эндосперм, служащий запасом питательных веществ. Семена цветковых растений заключены в плод (отсюда их второе название – покрытосеменные).
Первые цветковые растения появились в начале мелового периода около 135 миллионов лет назад (или даже в конце юрского периода). Вопрос о предке покрытосеменных в настоящее время остаётся открытым; наиболее близки к ним вымершие беннеттитовые, однако, более вероятно, что вместе с беннеттитами покрытосеменные обособились от одной из групп семенных папоротников. Первые цветковые растения были, по-видимому, вечнозелёными деревьями с примитивными цветками, лишёнными лепестков; ксилема у них всё не имела сосудов.
В середине мелового периода всего за несколько миллионов лет происходит завоевание покрытосеменными суши. Одним из важнейших условий быстрого распространения покрытосеменных была их необычайно высокая эволюционная пластичность. В результате адаптивной радиации, обусловленной экологическими и генетическими факторами (в частности, анеуполидией и полиплоидизацией), образовалось огромное количество различных видов покрытосеменных, входящих в самые разные экосистемы. К середине мелового периода образовалось большинство современных семейств. С цветковыми растениями тесно связана эволюция наземных млекопитающих, птиц и, особенно, насекомых. Последние играют исключительно важную роль в эволюции цветка, осуществляя опыление: яркая окраска, аромат, съедобная пыльца или нектар – всё это средства привлечения насекомых.
Цветковые растения распространены по всему миру, от Арктики до Антарктики. В основе их систематики лежит строение цветка и соцветия, пыльцевых зёрен, семени, анатомия ксилемы и флоэмы. Почти 250 тысяч видов покрытосеменных делятся на два класса: двудольные и однодольные, различающиеся, прежде всего, по количеству семядолей в зародышах, строению листа и цветка.
Цветковые растения являются одним из ключевых компонентов биосферы: они производят органические вещества, связывают углекислоту и выделяют в атмосферу молекулярный кислород, с них начинаются большинство пастбищных цепей питания. Многие цветковые растения используются человеком для приготовления пищи, строительства жилища, изготовления различных хозяйственных материалов, в медицинских целях.
Покрытосеменные – самый крупный тип растений, к которому относится более половины всех известных видов, - характеризуются рядом четких, резко отграничивающих их признаков. Наиболее характерно для них наличие пестика, образованного одним или несколькими плодолистиками (макро- и мегаспорофиллами), сросшимися своими краями, так что в нижней части пестика образуется замкнутое полое вместилище – завязь, в которой развиваются семяпочки (макро- и мегаспорангии). После оплодотворения завязь разрастается в плод, внутри которого находятся развившиеся из семяпочек семена (или одно семя). Кроме того для покрытосеменных характерны: восьмиядерный, или производный из него, зародышевый мешок, двойное оплодотворение, триплойдный эндосперм, образующийся только после оплодотворения, рыльце у пестика, улавливающее пыльцу, и для подавляющего большинства – более или менее типичный цветок с околоцветником. Из анатомических признаков для покрытосеменных характерно наличие настоящих сосудов (трахей), тогда как у голосеменных развиты только трахеиты, а сосуды встречаются крайне редко.
Ввиду большого количества общих признаков нужно предположить монофилетическое происхождение покрытосеменных от какой-то более примитивной группы голосеменных. Наиболее ранние и очень отрывочные ископаемые остатки покрытосеменных (пыльца, древесина) известны из юрского геологического периода. Из нижнемеловых отложений известны тоже немногочисленные достоверные остатки покрытосеменных, а в отложениях середины мелового периода они встречаются сразу в больших количествах и в значительном разнообразии форм, которые все принадлежат ко многим различным ныне живущим семействам и даже родам.
В качестве предполагаемых предков покрытосеменных указывали различные группы нижестоящих в системе растений – кейтониевые, семенные папоротники, беннеттиты, гнетомые. У кейтониевых были завязь, рыльце, но у них завязь формировалась иначе, чем у покрытосеменных; у них не было даже подобия цветков, спорофиллы их простые и, вероятно, они представляют слепую ветвь эволюции. У беннеттитов были обоеполые своеобразные «цветки», но не было пестиков, и семена их были лишь скрыты между бесплодными чешуями, а не находились внутри плодов, образованных мегаспорофиллами. У семенных папоротников не было цветков, не было покрытосемянности.
Теория происхождения покрытосеменных из гнетомых предполагает, что наиболее примитивные покрытосеменные имели мелкие однополые цветки без околоцветника или с невзрачным околоцветником. Но по ряду соображений в настоящее время более примитивными цветками считают крупные, обоеполые цветки. Поэтому можно предположить, что предками современных покрытосеменных были какие-то вымершие, очень примитивные голосеменные с обоеполыми цветками типа шишки (стробилами), в которых на длинном цветоложе (оси) были спирально расположены свободные (несросшиеся друг с другом) листочки однородного околоцветника, микроспорофиллы (тычинки) и мегаспорофиллы (плодолистики). В системе голосеменных эта группа должна была стоять где-то между семенными папоротниками и уже более специализированными беннеттитами и саговниками.
Покрытосемянность несомненно представляла большое преимущество в смысле защиты семяпочек и развивающихся семян от всяких неблагоприятных внешних воздействий и в первую очередь от сухости воздуха. Но одной покрытосемянностью все же трудно объяснить быстрое мощное развитие покрытосеменных и вытеснение ими господствовавших ранее на земле архегониальных растений. Русский ботаник М.И. Голенкин высказал (в 1927г) интересную гипотезу о причинах победы покрытосеменных в борьбе за существование. Он предполагает, что в середине мелового периода по каким-то общим космогоническим причинам по всей Земле произошло резкое изменение освещения и влажности воздуха. Густые облака, окутывавшие ранее постоянно Землю, рассеялись и дали доступ ярким солнечным лучам, в связи с чем, резко увеличилась сухость воздуха. Громадное большинство высших архегониальных растений того времени, не приспособленных и не сумевших приспособиться к яркому освещению и сухости воздуха, начало вымирать или резко сократило области своего распространения (кроме хвойных, наиболее ксерофитных).
Наоборот, покрытосеменные, имевшие до того очень ограниченное распространение и представление небольшим числом форм, выработали способность хорошо переносить яркий солнечный свет и сухость воздуха. Это обстоятельство, а также чрезвычайная эволюционная пластичность их, способность к возникновению разнообразнейших приспособлений к различным внешним условиям и обусловили быстрое победное распространение покрытосеменных по всей Земле и вытеснение ранее господствовавших групп высших архегониальных растений.
Победа покрытосеменных повлекла за собой изменения и в животном населении Земли; особенно она должна была сказаться в быстрой эволюции насекомых, млекопитающих и птиц, питающихся насекомыми, затем хищных и плодоядных. В свою очередь и у покрытосеменных постепенно возникали в процессе эволюции бесчисленные приспособительные изменения формы, химизма и функций в связи со сложными и разнообразными взаимоотношениями их с животным миром. Победа покрытосеменных была переломным этапом, глубокой революцией в судьбах всего животного населения Земли.
По вопросу о месте первоначального возникновения покрытосеменных высказывались разные предположения. Одни считают, что они впервые появились на гипотетическом тропическом материке, расположенном между Америкой, Азией и Австралией и впоследствии погрузившемся в воды Тихого океана. Другие считают колыбелью их области современной арктической суши, третьи – горы субтропической и умеренно теплой зоны северного полушария. Большинство ботаников в настоящее время считают, что первичные покрытосеменные были древесными растениями, имевшими невысокие стволы, моноподиальной разветвлявшиеся на немногочисленные толстые ветви. Из них уже развились более крупные симподиально ветвящиеся деревья с многочисленными толстыми и тонкими ветвями. Из древесных же форм в разное время и разных филогенетических линиях развивались кустарники, полукустарники и травянистые формы, вначале многолетние, затем в различных родах в связи cо специфическими условиями климата и местообитаний – двулетники и однолетники.
Благодаря большой пластичности покрытосеменных, у них в процессе эволюции выработалось огромное разнообразие вегетативных органов, особенно в листьях, многочисленные метаморфозы, а также бесконечное разнообразие в цветках и плодах. Сложность и разнообразие химического состава и физиологических реакций также очень характерно для них.
Эволюция цветка, на строении которого главным образом базируется систематика покрытосеменных, говоря в общем, и схематическом виде шла у них от цветков с длинным цветоложем (типа шишки) от обоеполых, актиноморфных со спиральным расположением свободных (несросшихся) и не фиксированных в числе членов, с верхней завязью и многочисленными семяпочками – к цветкам циклическим, зигоморфным, раздельнополым, со строго фиксированным числом более или менее сросшихся членов на плоском цветоложе, с нижней одногнездною завязью и немногими или одной семяпочкой. Эта эволюция цветка покрытосеменных происходила в разных эволюционных рядах их независимо друг от друга.
Распространены покрытосеменные повсюду почти до крайних пределов растительности и определяют характер ландшафтов везде, кроме хвойных лесов, торфяных болот и некоторых типов тундр.
В жизни и хозяйственной деятельности человека роль покрытосеменных неизмеримо больше, чем остальных групп растений. Пища, одежда, фураж для скота, ароматические, наркотические, лекарственные, дубильные вещества, каучук и гуттаперча, пробка и многое другое получается из покрытосеменных; материал для жилищ, топливо поделочные материалы, бумага тоже в значительной степени поставляются покрытосеменными.
Покрытосеменные разделяют на два класса – двудольные и однодольные. Для двудольных характерны: две семядоли в семени, открытые проводящие пучки (с камбием), сохранение в течение всей жизни главного корня (у особей, родившихся из семян), перистое и сетчатое жилкование листьев, 5-4-2-членный тип цветков. Однодольные характеризуются противоположными признаками: одна семядоля в семени, закрытые проводящие пучки (без камбия), раннее отмирание главного корня и развитие придаточной корневой системы, параллельное или дуговое жилкование, трехчленный тип цветков. Отдельные признаки одной группы могут встречаться и у представителей другой группы, поэтому важна вся совокупность признаков.
Отдел цветковых растений объединяет два класса: двудольных и однодольных. Самый существенный признак - строение семени. Но одного признака недостаточно для определения принадлежности растения к тому или иному классу. Необходимо знать все признаки данного растения.
Класс двудольных наиболее многочисленный, он включает в себя около 80% видов покрытосеменных растений, которые объединяются в 325 семейств. Семейства цветковых растений выделяют главным образом на основании строения цветка и плода.
Класс однодольных включает около 25% цветковых растений. Это преимущественно травы. Лишь в немногих семействах встречаются древесные формы, да и те обитают в основном в тропиках. Наиболее простоорганизованная группа однодольных обитает в водоемах, болотах. К ней относятся стрелолист, частуха, рдесты. Но среди однодольных много видов, достигших высокого уровня организации, например злаки.
Типичным семейством класса однодольных является семейство лилейных. Среди растений этого семейства преобладают многолетние травы, у которых хорошо развиты корневища или луковицы, ланцетной или линейной формы листья с дуговым или параллельным жилкованием. Многие из лилейных эфемеры или эфемероиды - имеют короткий период вегетации. Цветки у лилейных крупные, разнообразной окраски, одиночные или собраны в кисть. Околоцветник простой, венчиковидный, состоит из шести сросшихся или свободных листочков, расположенных в два круга. Тычинок шесть, также расположенных в два круга, пестик один (из трех сросшихся плодолистиков). Плод лилейных - ягода или коробочка. Среди лилейных много декоративных растений (лилии, тюльпаны), пищевых (лук репчатый, чеснок), лекарственных (ландыш, алоэ, купена лекарственная) и др.
Наиболее крупное семейство в классе однодольных - злаки. Насчитывают свыше 10 тыс. видов злаков. Распространены они по всему земному шару. Это процветающее семейство, достигшее высокого уровня организации. Почти все злаки - травянистые многолетние, реже однолетние растения. Они составляют основу травостоя многих растительных сообществ: лугов, степей и др. Из деревянистых злаков известны бамбуки. Растения этого семейства можно узнать по полому стеблю - соломине с узлами и междоузлиями. Узлы заполнены рыхлой тканью. Стебли злаков растут в длину в результате деления клеток в междоузлиях. Такой рост называется вставочным.
Злаки можно узнать и по листьям: они узкие, длинные, с параллельным жилкованием. Лист имеет широкое основание в виде трубки - влагалище. Оно защищает от повреждения нежные клетки междоузлий, за счет деления которых стебель растет. Для злаков также характерна мочковатая корневая система. Таким образом, злаки можно отличить от растений других семейств по особенностям строения вегетативных органов (листьев, корней и стебля).
Цветки у злаков мелкие, неяркие, собраны в колоски. Из множества колосков образуются соцветия: сложный колос, метелка и др. В каждом колоске от 1 до 10 и больше цветков. Цветок злака имеет три тычинки и один пестик, но у него нет чашечки и венчика. Большинство злаков ветроопыляемые растения. Злаки имеют типичный для этого семейства плод - зерновку, богатую белками и крахмалом. Размножаются злаки семенами, а также вегетативно с помощью корневищ и укореняющихся побегов.
Злаки составляют основу питания человека и сельскохозяйственных животных. К ним относятся важнейшие кормовые и пищевые культурные растения. Дикорастущие злаки составляют основной корм скота. В тропиках образуют заросли бамбук и сахарный тростник. На плантациях специально выращивают сахарный тростник и из него получают сахар, ром, спирт и патоку. Злаки используются также для производства бумаги, в текстильной, химической и строительной промышленности. В современную эпоху, когда экологические условия ухудшаются, некоторые виды злаков оказались под угрозой исчезновения. В Красную книгу занесено 23 вида злаков: ковыль камнелюбивый, ковыль мелкоопушенный, ковыль уклоняющийся, мятлик разноцветный, пырей ковыль листный и др.
ОТДЕЛ ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ, ИЛИ ЦВЕТКОВЫЕ.
Общая характеристика
Численность, геологическая история покрытосеменных.
Покрытосеменные - самый крупный отдел растений, в составе которого выделяется 2 класса, 533 се мейства, около 13000 родов и не менее 250000 видов.
Достоверные остатки покрытосеменных известны из мелового периода мезозойской эры по находкам вегетативных и репродуктивных структур и органов - древесины, листьев, цветков, плодов и пыльцы. Более ранние остатки домелового периода, которые описывались как принадлежащие покрытосеменным, после более тщательной проверки оказались либо неправильно определенными и классифицированными, либо не точно установлен их возраст. Некоторые ученые допускают возможность появления некоторых покрытосеменных на границе юрского и мелового периодов.
Покрытосеменные, являясь самыми молодыми по времени появления на Земле, стали самой многочисленной и распространенной по земному шару, наиболее
приспособленной к наземным условиям существования группой, часто доминирующей в различных сообществах и типах растительности. Это настоящие «победители в борьбе за существование», как их образно назвал М.И. Голенкин.
Особенности покрытосеменных как наиболее высокоорганизованной группы растений.
Они касаются цикла развития, репродуктивных структур и вегетативных органов и возникли в процессе приспособления к условиям жизни на суше.
Особенности цикла развития. Покрытосеменные, как и голосеменные, характеризуются наличием в цикле развития диплоидной (спорофит) и гаплоидной (гаметофит) фаз. Абсолютно преобладающей является диплоидная фаза, или бесполое поколение (спорофит). Гаплоидная фаза - гаметофит, не является самостоятельным поколением, а «вклинивается» в общую последовательность жизненного цикла в виде сильно редуцированного мужского гаметофита - пыльцевого зерна, и женского гаметофита - зародышевого мешка. Важная особенность цикла развития - крайняя редукция мужского и женского гаметофитов, отсутствие антеридиев и архегониев.
Пыльцевое зерно имеет только две клетки, которые образуются в результате деления ядра микроспоры: вегетативную (клетка трубки) и генеративную (спермиогенная) клетки. Из спермиогенной клетки образуются два спермия.
Женский гаметофит претерпел значительное упрощение по сравнению с гаметофитом голосеменных. При его формировании происходит всего три митотических деления, которые претерпевает ядро мегаспоры и его производные. В конечном итоге в семяпочке образуется 8-ми ядерный семиклеточный зародышевый мешок - женский гаметофит. В нем на микропилярном полюсе находятся 3 клетки, составляющие яйцевой аппарат, из них средняя - яйцеклетка и 2 прилегающие к ней с боков - клетки-спутницы (синергиды). В центре зародышевого мешка образуется центральная клетка при слиянии двух полярных ядер, а на халазальном полюсе расположены 3 клетки антиподы. Таким образом, сокращается продолжительность гаплоидной фазы и формирования структур, участвующих в процессе оплодотворения.
Своеобразие покрытосеменных состоит в том, что только в этой группе растений происходит процесс двойного оплодотворения. Суть его заключается в том, что один из спермиев сливается с яйцеклеткой с образованием диплоидной зиготы, из которой развивается зародыш, а второй спермий - с диплоидным ядром центральной клетки, и в результате образуется триплоидное ядро первичной клетки эндосперма, который является питательной тканью. В отличие от голосеменных эндосперм не принадлежит гаметофиту. Развитие зародыша и питательной ткани происходит сбалансированно.
Важнейшей особенностью покрытосеменных является наличие цветка - многофункционального комплексного органа, присущего только этой группе. По своей морфологической природе он представляет собой видоизмененный укороченный первоначально спороносный побег, обеспечивающий образование репродуктивных структур, а также прохождение всех процессов, связанных с семенным размножением.
Основные элементы цветка - это микро- и мегаспорофиллы. Микроспорофиллы, видоизменённые в тычинки, несут на тычиночной нити пыльник, состоящий обычно из двух половинок. Каждая половинка пыльника - это два сросшихся микроспорангия (два гнезда). Мегаспорофиллы занимают центральную часть цветка и образуют при срастании между собой один пестик, либо остаются свободными - несколько пестиков. Кроме этих изначально спороносных элементов цветка, снаружи имеется покров в виде листовидных образований - околоцветник, который может быть простым или двойным, состоящим из чашечки и венчика. Тычинки и пестики могут располагаться в разных цветках.
Существует огромное разнообразие цветков, которое возникло в результате выработки приспособлений к эффективному выполнению различных функций, Присущих этому органу. В нем (или в них) происходят в строгой последовательности следующие процессы: образование микро- и мегаспор; микро- и мегаспорогенез; формирование мужского и женского гаметофитов, продуцирующих гаметы; обеспечивается перенос пыльцы, её прорастание и доставка спермиев в зародышевый мешок посредством пыльцевой трубки; двойное оплодотворение; развитие зародыша и запасной питательной ткани. Завершающим этапом является образование семян, заключенных в плод, их рассеивание и распространение в пространстве.
Большое значение имеет форма и характер поверхности пыльцевых зерен, отличающихся огромным разнообразием. Оно возникло в результате приспособления к различным агентам переноса пыльцы, обеспечивающего перекрестное опыление. Насекомоопылению способствуют нектарники.
У многих растении имеются соцветия, которые обеспечивают успешное массовое перекрестное опыление цветков, повышающее семенную продуктивность растений.
Немаловажную роль выполняет околоцветник, привлекающий своей окраской, формой, величиной насекомых и других животных (колибри) как опылителей. Рыльце пестика, воспринимающее пыльцу, своими выделениями удерживает пыльцевые зерна и стимулирует их прорастание. Столбик пестика способствует передвижению пыльцевой трубки, наличие рыльца и столбика повышает избирательность генеративных структур, завязь создает защиту и благоприятную влажную среду для развивающихся в ней семяпочек. Из завязи образуется плод, в котором находятся семена, число которых от одного до нескольких сотен. Наличие плода - одна из характерных особенностей отдела, отраженная в названии покрытосеменные. В процессе эволюции выработалось большое разнообразие плодов, что создает оптимальные возможности для расселения растений. Этому способствуют также многообразные связи с разными группами животных как агентов для распространения семян (птицы, млекопитающие, муравьи ит.д.). Происходила сопряженная эволюция мира покрытосеменных и мира животных, само существование некоторых групп животных было бы невозможно без цветковых.
Приспособления к жизни на суше касаются также и вегетативных органов. Следует отметить важнейшие из них:
У большинства покрытосеменных имеются настоящие сосуды - самые совершенные водопроводящие элементы ксилемы;
Во флоэме образуются, помимо ситовидных трубок, клетки спутницы, облегчающие отток органических веществ в другие ткани;
Разнообразие морфологического и анатомического строения вегетативных органов; наличие видоизменений органов; их многофункциональность; (корневища, клубни, луковицы и др.);
Богатство жизненных форм;
Интенсивность прохождения этапов индивидуального развития (онтогенеза), высокая интенсивность размножения, в том числе вегетативного;
Богатство и разнообразие биохимического состава, который обеспечивает устойчивость к неблагоприятным факторам среды.
Совокупность всего разнообразия приспособлений, возникших в процессе эволюции в условиях наземного существования позволило покрытосеменным занять господствующее положение в растительном покрове земного шара.
Особый интерес представляет проблема происхождения цветка как наиболее характерного органа покрытосеменных. На этот счёт существует несколько точек зрения, которые можно выделить в три основные группы: стробилярная, псевдантовая и теломные гипотезы (чаще именуемые теориями).
Суть стробилярной гипотезы состоит в том, что исходным типом цветка считается обоеполый цветок, приспособленный к насекомоопылению, который произошел из «обоеполого» стробила, сходного с «обоеполой» шишкой беннеттитовых.
Согласно псевдантовой гипотезе первоначально возникли раздельнополые ветроопыляемые цветки из собраний микро- и мегаспорофиллов, подобных таковым у представителей эфедровых и гнетовых из голосеменных. Предполагается, что в дальнейшем на базе объединенных раздельнополых возникли обоеполые цветки.
Разные варианты теломных гипотез происхождения цветка предполагают разные пути возникновения цветков различных типов, развивавшихся независимо друг от друга. Исходными структурами для них были не дифференцированные на органы теломы, имевшие радиальную симметрию и ветвившиеся дихотомически. Они разделялись на стерильные (не спороносные) и фертильные (спороносные) части.