Эволюция жизненного цикла высших растений (от моховидных до покрытосеменных)

Мхи.

Мхи, папоротникообразные, голосеменные и покрытосеменные — это высшие растения. Первые две группы размножаются спорами, и их называют высшими споровыми растениями, а две последние образуют семена, поэтому их называют высшими семенными растениями. В отличие от низших растений, высшие расчленены на листья, стебли и корни, лишь у мхов корней нет. У большинства мхов развиваются ризоиды — бесцветные выросты, похожие на корневые волоски. соцветие растение мох паслён Биология мхов очень интересна, и ею занимается специальный раздел ботаники бриология (от греч. «брион «- мох).

Листостебельные мхи — самый большой класс отдела моховидных, включающий около 14 500 видов. Представители этого класса встречаются повсеместно, образуя дерновинки, куртинки, подушки. Они могут выносить большие морозы и сильную жару, но их развитие, особенно процесс оплодотворения, происходит в водной среде. Типичные представители листостебельных мхов — многолетние растения зелёный мох кукушкин лён и мох сфагнум (торфяной, или белый, мох). У кукушкина льна есть стебель, листья и ризоиды. У сфвгнума ризоидов нет. Кукушкин лён — двудомное растение.

На верхушках мужских растений имеются красноватые или желтоватые листочки, между которыми находятся мужские половые органы — антеридии (от греч. «антерос» — цветущий), представляющие собой мешочек на короткой ножке, в котором развиваются подвижные мужские гаметы — сперматозоиды. У женских растений все листья зелёные. Между ними на верхушках расположены архегонии (от греч. «архе» — начало, «гоне» — рождение, происхождение), представляющие собой колбообразные образования с длинной узкой шейкой и вздутым брюшком. В брюшке развивается неподвижная женская гамета — яйцеклетка. В период обильных дождей сперматозоиды подплывают к архегониям, входят в них через шейки и сливаются с яйцеклетками. После оплодотворения образуется зигота (от греч. «зиготос» — соединённый вместе), т. е. оплодотворённая яйцеклетка. Из зиготы на следующий год развивается коробочка на длинной безлистной ножке, которую принято называть спорогонием. В коробочке спорогония образуются споры. Споры высыпаются и, попав в благоприятные условия, прорастают. Проросшая спора образует зелёную разветвлённую нить (протонему) предросток, на которой образуются почки, из них вырастают мужские или женские экземпляры кукушкина льна. Из этого следует, что в жизненном цикле развития мхов происходит чередование полового и бесполого поколений. Половое — это облиственное растение с половыми органами, а бесполое представлено безлистным бурым стебельком, на верхушке которого имеется коробочка, в которой развиваются споры.

У сфагнума, как и у кукушкина льна, также происходит чередование полового и бесполого поколений. Но это однодомное растение, на котором между листьями на боковых веточках развиваются антеридии, а на верхушках архегонии. После оплодотворения из зиготы образуется почти шарообразная коробочка, где развиваются споры. Дерновинки сфагнума впитывают большое количество воды, поэтому поверхность почвы, зарастая этим мхом, переувлажняется и заболачивается. Сфагнум растёт медленно, за год вырастает до 3 см. Нижние участки дернинок темнеют и уплотняются, превращаясь в торф — полезное ископаемое, образованное скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению при переувлажнении. Торф используют как топливо и как удобрение, а также как сырьё в других отраслях промышленности. По запасам и добыче торфа наша страна занимает первое место в мире.

Папоротникообразные.

Папоротникообразные — группа высших споровых растений. К ним относятся папоротники, хвощи, плауны, которые растут преимущественно во влажных тенистых местах. Все они имеют корни, листья, стебли. В стеблях имеются специализированные проводящие ткани. Папоротникообразные — многолетние растения, в основном травянистые, а в тропических районах встречаются и древовидные формы папоротников. Размножаются спорами. Имеют правильное чередование двух поколений — бесполого и полового.

Бесполое (споровое) поколение — спорофит представляет собой многолетнее листостебельное растение, образующее споры в специальных органах — спорангиях, расположенных у папоротника на листьях, а у хвоща и плауна в своеобразных колосках на верхушках побегов. Споры, попав в благоприятные условия, прорастают, образуя маленькое растеньице — заросток, который, который представляет собой половое поколение (гаметофит). На заростке образуются мужские и женские половые органы — антеридии и архегонии, в которых развиваются соответственно сперматозоиды и яйцеклетки. При их слиянии происходит процесс оплодотворения. Из образовавшихся зигот развивается зародыш нового растения.

Современные папоротникообразные — это потомки растений, широко распространённых в каменноугольный период палеозойской эры (около 300млн. лет назад). Ископаемые папоротникообразные — это очень крупные древовидные растения, они образовали запасы каменного угля.

Папоротники распространены по всему земному шару и встречаются в самых разных местообитаниях. Их насчитывают около 10 тыс. видов. Большое видовое разнообразие наблюдается во влажных тропических лесах. Папоротники бывают совсем маленькие, всего лишь в несколько миллиметров, но есть и крупные, представленные древовидными формами высотой до 20 м. и больше (в тропических лесах). Корни у папоротников придаточные. Это значит, что первичный корень не получает дальнейшего развития и вместо него развиваются корни из стебля, а иногда из оснований листьев. Часто на корнях образуются выводковые почки, при помощи которых происходит вегетативное размножение растений. Стебли папоротников довольно разнообразны как внешне, так и по внутреннему строению. Многие папоротники образуют корневища. От корневища вверх растут листья, для которых характерно также большое разнообразие. У большинства видов они нарастают верхушкой. Обычно листья папоротников совмещают функции фотосинтеза и спороношения. Спорангии, в которых развиваются споры, находятся на нижней стороне листа. Но у некоторых видов, например страусника, оноклеи и др., листья дифференцированы на фотосинтезирующие (стерильные) и несущие спорангии. Одно растение может образовывать от нескольких десятков миллионов до миллиардов спор, но далеко не все они попадают в благоприятные условия, поэтому прорастают и дают начало заросткам не все споры. Папоротники, обитающие в нашей стране, — это орляк, адиантум, пузырник, кочедыжник и др. Это наземные многолетние травянистые растения, растущие во влажных тенистых лесах, на лесных опушках, на болотистых лугах, в трещинах скал и других местах.

Хвощи — многолетние травянистые растения. Корневища ветвистое, ползучее. Отдельная часть корневища не погибает, из неё может вырасти самостоятельное растение. У некоторых видов развиваются особые весенние побеги, образующие спороносные колоски. Эти побеги растут за счёт органических веществ, запасённых в корневищах, поэтому не ассимилируют и после образования спор отмирают. Споры прорастают в однополые заростки (мужские и женские). Из зиготы вырастает предросток, а из него — взрослое растение. Летние побеги, в отличии от весенних, ассимилирующие, ветвистые. Листья малозаметные, срастаются в зубчатые влагалища, которые расположенные в нижней части междоузлий. На территории нашей страны встречаются хвощ полевой, хвощ луговой, хвощ топяной, хвощ болотный, хвощ лесной и др. Видовое название указывает, что они растут на полях, на лугах, болотах и в лесу. Хвощ полевой — злостный сорняк, но его считают лекарственным растением.

Плауны — многолетние вечнозелёные растения. Стебель ползучий, ветвистый, образует вертикальные побеги, густо покрытые листьями, похожими на заострённые чешуйки; на верхушках стеблей развиваются спороносные колоски. Половое поколение, как и у других папоротникообразных, представлено маленькими заростками, развивающимися в почве. Плауны очень декоративны. Нуждаются в охране, занесены в Красную книгу.

Голосеменные.

Голосеменные — группа семенных растений, насчитывающая около 660 видов, представлена в основном древесными формами, реже кустарниками. Травянистых форм нет. В отличие от папоротникообразных, у них имеются семязачатки, но нет плодолистиков, чем отличаются от цветковых (покрытосеменных). Название «голосеменные» получили потому, что семена у этих растений образуются не в завязи (пестиков у голосеменных нет), а из семяпочек, лежащих открыто на чешуйках шишки. Голосеменные не образуют плодов. Типичные представители голосеменных растений — это хвойные (сосна обыкновенная, лиственница и ель обыкновенная — самые распространённые виды нашей страны). Сосны — светолюбивые растения, достигают в высоту 50 м. Обычно ровные стволы выносят крону к свету. Растут на песках, скалах, болотах, имеют сильно разветвлённую корневую систему, уходящую на большую глубину. Игловидные листья сосны и ели называют хвоёй. Листья — хвоинки сосны — длинные, развивающиеся по два на очень коротких побегах. Они держатся на дереве 2−3 года. Хвоя ели короткая, четырёхгранная. Она не опадает от 5 до 8 лет. Среди хвойных есть и листопадные. Например, у лиственницы хвоинки опадают поздно осенью, как у лиственных деревьев. Сосна и ель — однодомные растения. На 15-м году жизни (если растут на открытых местах) и к 30 годам (если растут в лесу) у них образуются два типа шишек — так называемые мужские и женские. Шишки представляют собой видоизменённые побеги. В мае — июне пыльца разносится ветром, попадает на женские шишки — происходит опыление. От опыления до оплодотворения у сосны происходит 12 месяцев. Из зиготы развивается зародыш. Зародыш состоит из корешка, стебелька, нескольких (5−12) семядолей и почечки. Для хвойных растений характерна полная независимость процесса оплодотворения от наличия воды. Это достигается благодаря образованию пыльцевой трубки, по которой спермии (мужские гаметы) передвигаются к яйцеклетки. Созревание семян происходит на второй год после опыления.

Следующей зимой шишки раскрываются, и семена, имея пленчатые крылатки, могут уноситься ветром на большие расстояния от материнского растения. Попав в благоприятные условия, они прорастают.

Ель обыкновенная, в отличие от сосны, теневынослива. Нижние ветки её не отмирают и сохраняются, поэтому в еловых лесах темно и сыро. У ели корневая система намного меньше, чем у сосны, и расположена в верхнем слое почвы, поэтому дерево неустойчиво и часто сильные ветры валят его наземь. Размножение у ели происходит так же как у сосны.

Основную массу древесины заготовляют в хвойных лесах. Это не только строительный материал, но и сырьё для многих производств (бумага, искусственный шёлк, спирт, пластмассы и другие материалы изготовляются из древесины). Кедровое масло, скипидар, канифоль, витамины тоже получают из семян, древесины, хвои многих представителей голосеменных растений.

Хвойные леса — хранители вод, выделяют в воздух много кислорода, фитонцидов. В нашей стране организована плановая эксплуатация и охрана лесных массивов.

Покрытосеменные.

Покрытосеменные (цветковые) растения — наиболее распространённая группа растений, насчитывающая около 250 тыс. видов, произрастающих по всему земному шару. Все виды цветковых относятся к двум классам: двудольных и однодольных, о которых говорилось при характеристике семейств. Среди них встречаются деревья, кустарники и травы, однолетние, двулетние и многолетние растения. Покрытосеменные наиболее приспособлены к жизни в разных регионах нашей планеты. Они различаются внешним и внутренним строением, продолжительностью жизни и др. Среди покрытосеменных много культурных растений, необходимых человеку (овощные, хлебные, масличные, плодово-ягодные, декоративные, лекарственные и другие растения). Многие растения служат сырьём для промышленности (лён, хлопчатник, сахарная свекла и многие другие).

Широко используются и дикорастущие растения как корма в животноводстве, в других отраслях народного хозяйства.

Отличительная особенность покрытосеменных — наличие у них плода, развивающегося из завязи цветка. Поэтому покрытосеменные занимают господствующее положение, а растительном мире.

Процессы цветения, опыления, оплодотворения, образования плодов и семян представляют собой сложные и многообразные явления, которые в ходе длительной эволюции совершенствовались и продолжают совершенствоваться.

Таким образом в связи с выходом растений на сушу первыми появились корни (ризоиды), раньше растение получало питательные вещества непосредственно из воды, а с выходом на сушу, воду и с растворенными в ней питательными веществами растению пришлось получать из земли (стала усложняться и разрастаться корневая система), стало усложняться их внутреннее и внешнее строение (появляются различные ткани, системы проводящих пучков; усложняется строение, ветвление листьев, появляется цветок и плод), стал упрощаться процесс оплодотворения (теперь для оплодотворения не требуется большого количества воды как мхам: например, папоротникам для оплодотворения необходима всего капля воды), но с другой стороны процесс оплодотворения значительно усложнился, так у покрытосеменных процесс оплодотворения — двойной (при слиянии первого спермия с яйцеклеткой развивается зародыш, при слиянии второго спермия с крупной центральной клеткой развиваются клетки эндосперма, в которых накапливаются запасы питательных веществ).