Жизненный цикл голосеменных растений классификация и общие признаки

Общая характеристика голосеменных растений. Происхождение, размножение, значение для человека

Значимым событием в эволюции растительного мира было появление растений, которые размножаются семенами. Более 300 миллионов лет назад, в конце девонского периода, возникла одна из самых древних разновидностей растительного мира — голосеменные.

Первые голосеменные — это вымершие разноспоровые папоротники. В процессе эволюции эти растения приобрели сложное строение и приспособились к жизни на суше. В наши дни существуют уникальные виды семенных, например гинкго билоба. Его используют в медицине с целью улучшения памяти.

Голосеменные растения — наземные организмы. Они представляют из себе промежуточное состояние между папоротниками и цветковыми растениями. Впервые термин «голосеменные» использовал русский ученый Бекетов. Таким образом он подчеркнул главную отличительную черту — их семена лежат открыто на шишке, не имеют замкнутой оболочки.

Теория возникновения семенных растений

Давайте рассмотрим каким образом споровые растения превратились в семенные.

Папоротники размножаются спорами. Их бесполые органы называются спорангиями. Спорангии бывают двух видов: микроспорангии (мелкие споры) и мегаспорангии (крупные споры). Группа тесно расположенных спорангий — сорусы. Вайи — это листья папоротника, на них размещаются сорусы со спорами разного размера.

Ученые предполагают, что голосеменные произошли от разноспоровых папоротников, на листьях которых размещались сорусы со спорами разного размера. Созревшие споры высыпаются и разносятся ветром и водой. Попав в благоприятные условия, спора прорастает в заросток. На нижней стороне заростка образуются половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки. Когда под заростком скапливается вода, сперматозоид может подплыть к яйцеклетке и оплодотворить ее. Половая стадия без воды невозможна.

Засушливые условия палеозойской эры заставили споровые растения искать способ приспособления. Из спор, которые не выпадали на землю образовался мужской гаметофит, под его оболочкой формировались половые мужские гаметы (пыльца). Пыльцевые зерна были небольшого размера и легкие, чтоб ветер мог их свободно разносить. Таким образом вода уже не играла важную роль для полового размножения папоротника.

Из макроспор образовался женский гаметофит (семязачаток), из которого сформировалась яйцеклетка. Вайи со спорами стали сгущаться и появилась шишка. В свою очередь и вайи с мегаспорангием тоже образовали шишку. Таким образом у разноспорового папоротника возникло два типа шишек: женская и мужская.

Общая характеристика

Известно 1000 видов отдела голосеменных. Они разделены на четыре класса:

хвойные;
гинкговые;
саговниковые;
гнетовые.

Наиболее распространенные хвойные деревья. Они образуют тайгу Сибири, леса Евразии, Америки. Другие классы выращивают как декоративные растения. Жизненные формы представлены деревьями и кустами.

Корневая система хвойных стержневого типа. Она состоит из главного (длинный) и боковых (короткие и ветвятся) корней. Хорошо развита древесина, состоящая из трахеид. Слабо развита кора и сердцевина. В коре, древесине и листьях образуются смоляные ходы, а в них смола и эфирное масло. Если повредить ствол дерева, то на нем выступят капли смолы. Она затянет рану и предупредит попадание микроорганизмов.

Корневая система хвойных растений

Листья голосеменных игловидные (сосна, ель, можжевельник) и чешуйчатые (кипарис, туя). Они располагаются поодиночке и группами. Структура листья сохраняет влагу благодаря форме листка, толстой кутикуле, устьям запаянных смолой. Размножаются семенами. Чаще встречаются однодомные (мужская и женская особи на одном дереве), реже двудомные (мужская и женская особи на разных деревьях) представители вида.

Примеры листьев голосеменных растений

Среди хвойных попадаются гиганты растительного мира. Например, мамонтовое дерево имеет толщину ствола 11 — 13м, секвойя вечнозеленая вырастает 117м в высоту, 11м в толщину.

Размножение голосеменных

Современные голосеменные преимущественно хвойные растения. Рассмотрим размножение голосеменных в современных условиях на примере сосны.

Сосна — однодомное растение. Ее семена формируются на 12–15м году жизни. В шишках находятся пыльца и семязачатки. Пыльца мужской шишки с помощью ветра попадает на липкую область женской шишки. На ее чешуйках расположены яйцеклетки.

Летом первого года происходит только опыление. Через год спермии по пыльцевой трубке достигают яйцеклетки. Пыльцевая трубка разрывается и происходит оплодотворение. Формируется зигота, потом зародыш. Остатки семязачатка и зародыш формируют семя.

Весной на третий год семена созревают. Шишка стает сухой. Она раскрывается и выпадают зрелые семена. Благодаря наличию пленчатых «крылышек», семя разносится ветром на большие расстояния. На протяжении трех лет длится цикл размножения сосны обыкновенной. У других голосеменных этот процесс происходит на протяжении года.

Размножение голосеменных растений на примере сосны

Тис ягодный — ядовитое растение. Он не образует женских шишек. Черные семена находятся в центре чашевидного, сочного, ярко-красного придатка.Своим видом дерево привлекает птиц, которые разносят семена на большие расстояния.

Отличие голосеменных от покрытосеменных

Не только голосеменные эволюционировали в своем развитии. Покрытосеменные — это отдел высших растений, которые тоже размножаются семенами. Главное отличие этих растений — семена защищены оболочкой (околоплодником). Такое строение позволяет лучше сохраняться и распространяться. Давайте сравним голосеменные и покрытосеменные растения.

Таблица сравнение голосеменных и покрытосеменных растений
Характеристика	Голосеменные	Покрытосеменные
Период зарождения	Середина палеозоя	Конец мезозоя
Цветок	–	+
Листья	Узкие, в виде иглы или чешуйки	Разные
Формы	Деревья и кусты	Деревья, кустарники, травы
Опыление	Ветер	Самоопыление, ветер, животные
Завязь	–	+
Плод	–	+
Пестики	–	+
Куда попадает пыльца	На самозачаток	На рыльце пестика
Древесина	Трахеиды	Трахеиды, сосуды
Оплотодотворение	Внутри семязачатка	Двойное
Околоплодник	–	+
Нахождение зачатков	Лежат открыто на чешуе	В полости завязи пестика

Голосеменные — прародители покрытосеменных. Однако последние имеют более совершенное строение. Наличие цветка позволяет увеличить шансы на оплодотворения и опыления. Плод защищает семена от неблагоприятных условий среды и приманивает птиц. Птицы в свою очередь разносят семена на большие расстояния.

Цветковые сделали большой шаг и в опылении. В отличие от голосеменных их разносит не только ветер, но и птицы, насекомые. Покрытосеменные — это высшая ступень эволюции царства растений.

Жизненный цикл голосеменных растений – классификация, особенности и этапы развития

Все этапы развития организма, которые начинаются с зарождения и заканчиваются фазой зрелости, описывают полный жизненный цикл голосеменных растений. Они относятся к самой древней группе сперматофитов, которая появилась более 350 млн лет назад. В отличие от покрытосеменных, в этом типе растений семена не обладают закрытым вместилищем, а их завязь имеет вид чешуи. Циклы формирования организмов обычно замкнутые и повторяются через определенное время.

Классификация голосеменных растений
Характерные признаки
Особенности строения и размножения
Цикл развития

Классификация голосеменных растений

Ранее в общей типологии растений голосеменные представители были выделены в отдельную группу. Сначала они относились к отделу семенных, позже входили в состав сосудистых растений. Непосредственно класс голосеменных объединял хвойные и некоторые виды вымерших растений.

Хотя по описанию представители этой группы существенно отличались от покрытосеменных, но ученые предполагали на основании ископаемых остатков, что папоротникообразные и цветковые произошли от голосеменных предков.

Против этих утверждений выступают исследования ДНК, результаты которых показывают, что голосеменные являются монофилетической группой. Сейчас эти растения разделяются на 5 классов:

Гинкговые.
Гнетовые.
Саговниковые.
Хвойные.
Цветковые.

Эта классификация представлена в работе от 2011 года, которая описывает современную флору Земли. В общей сложности в нее вошли характеристики 1080 видов растений.

Характерные признаки

Основные виды голосеменных растений встречаются в северных регионах с влажным климатом. Некоторые представители растут в жарких пустынях на юге Африки. Общие характерные черты вида:

Голосеменными бывают только деревья и кустарники. .
Одинаковый способ размножения.
Развитая древесина.

В группе отсутствуют травы, поэтому описание и схему жизненного цикла растений лучше всего рассматривать на примере сосны обыкновенной. Все представители голосеменных обладают видоизмененными листьями — хвоинками.

У некоторых сортов сосен они могут сохраняться до 45 лет, а у лиственниц хвоя опадает каждый год. В отличие от мхов и папоротников, растения размножаются семенами, которым не требуется вода. Процесс опыления происходит с помощью ветра и не зависит от наличия влаги.

Некоторые виды смогли поселиться в засушливых районах мира. Развитие семян из семяпочек происходит открыто, так как отсутствует соответствующее вместилище. В отличие от высших споровых, такой процесс развития соответствует более высокому уровню организации.

Их древесина имеет достаточный запас прочности, что зависит от особенности ее строения. Она состоит из мелких мертвых клеток ксилемы, а внутри и коре находятся каналы со смолой. С давних времен в России охранялись рощи из стройных хвойных деревьев, которые шли на создание флота. Непосредственно из сосны изготавливались корабельные мачты.

Особенности строения и размножения

Цикл развития голосеменных слагается из ротации спорофита и гаметофита, то есть чередования бесполого и полового поколения. При этом господство принадлежит спорофиту — взрослому растению.

Представители голосеменных считаются разноспоровыми, как и другие семенные. В спорангиях, находящихся в шишках (стробилах), образуются женские мегаспоры, которые отличаются от мужских микроспор более крупным размером.

Мужские шишки

Ближе к лету в начале молодых побегов сосны появляются мужские мелкие стробилы. Их чешуйки представляют собой мелкие спороносные листики, которые обладают двумя микроспорангиями. Путем редукционного деления материнских клеток в спорангии получаются 4 мелкие споры.

Каждая из них покрыта наружной и внутренней оболочкой, а между ними находится 2 воздухоносных полости. Ядро микроспоры делится, образуя 2 клетки. Из одной получаются 2 заростковые клетки, которые здесь же отмирают. Кстати, процесс полностью еще не изучен. Из второй также формируются 2 клетки:

антеридиальная;
вегетативная.

Из первой развиваются неподвижные спермии, а из второй образовывается пыльцевой трубчатый вырост. Таким образом, внутри мелкой споры создается мужской гаметофит, и она становится пыльцевым зерном.

Когда мелкий спорангий вскрывается, пыльца высыпается и попадает на женские шишки. Происходит опыление, и мужской гаметофит развивается дальше внутри семязачатка.

Формирование женского гаметофита

Весной на концах побегов сосны образуются небольшие женские шишки. Они обладают красноватым оттенком, состоят из центрального стержня, на котором расположены кроющая и семенная чешуйки, которая является преобразованным боковым побегом, в ней же находятся 2 семязачатка (семяпочки).

Из-за того, что они не закрыты, эти растения и называются голосеменными. Каждая чешуйка женской стробилы гомологична мужским шишкам. В состав семяпочки входят:

Нуцеллус — центр семязачатка.
Интегумент — покров семяпочки.
Фуникулус — семяножка, соединяющая семязачаток с чешуями.

В верхней части интегумента находится вход, через который пыльцевой трубчатый вырост попадает в середину семяпочки. Пыльца, осевшая на жидкость между интегументом и нуцелусом, проникает внутрь семязачатка.

В его центре происходит деление спорогенной клетки и образование спороцитов. Из них формируются 4 гаплоидные крупные споры, 3 из которых отмирают, а одна образует эндосперм. Именно он соответствует женскому гаметофиту.

Цикл развития

В начале жизненного цикла сосны из материнских клеток в результате редукционного деления возникают мелкие споры. Из них получается пыльца, которая ветром переносится на женские шишки и попадает внутрь семяпочки. После опыления чешуйки стробилы слепляются смолой.

С начала опыления до оплодотворения проходит чуть больше года. В этот период в семяпочке образуется эндосперм, шишка вырастает до 3—4 см и становится зеленой. Перед самым оплодотворением спермагенная клетка преобразуется в 2 спермия, один из которых связывается с яйцеклеткой.

В результате формируется зигота, из которой развивается зародыш, питающийся эндоспермом. На следующий год после опыления женские стробилы вырастают до 6 см, а семена полностью созревают. В это время происходит разъединение чешуек, и семена выпадают. Из них прорастают новые растения, а цикл развития замыкается.

Голосеменные растения: примеры самых распространенных, их жизненный цикл

Важнейшим ароморфозом в эволюции растений стало появление семенного размножения. Это произошло путём дальнейшего уменьшения доли гаплоидной стадии (гаметофита) в жизненном цикле. При этом гаметофит не существует у семенных растений как самостоятельный организм, а развивается внутри специализированных органов диплоидного спорофита. Происходящее в этих органах оплодотворение яйцеклетки даёт зиготу, развивающуюся на материнском растении в новый организм, снабжённый запасом питательных веществ и окружённый защитной оболочкой. Такая структура называется семя. В настоящее время семенные растения представлены двумя отделами: голосеменные и покрытосеменные (см. рис.).

У голосеменных семена развиваются на поверхности спорофилла (спороносного листа) и защищаются путём смыкания спорофиллов. У покрытосеменных образуется плод, внутри которого развиваются семена.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА голосеменныХ

Возникли в позднем карбоне (около 319 млн лет назад).
Распространены во всех широтах.
В отличие от споровых растений, приспособлены к сухим местообитаниям, так как для оплодотворения не нужна вода.
Размножаются семенами. Поскольку в семени имеется запас питательных веществ, этот способ размножения дает преимущество по сравнению с размножением спорами.
В жизненном цикле преобладает диплоидный спорофит.
Имеются многоклеточные женские половые органы — архегонии, расположенные внутри семязачатка. Мужской гаметофит представлен пыльцевым зерном.
Для голосеменных характерно наличие длительно функционирующего камбия, который формирует ксилему, или древесину, обладающую большой механической прочностью за счет лигнификации (накопления лигнина), и флоэму, или луб. Среди современных голосеменных преобладают древесные формы.
Наличие главного корня и стержневой корневой системы также позволяет существовать крупным древесным формам.
Жизненные формы: в основном деревья и кустарники, у отдельных групп наблюдаются специфические жизненные формы, как, например, у вельвичии удивительной.
У подавляющего большинства голосеменных побеги нарастают моноподиально, то есть являются результатом работы одной и той же верхушечной меристемы.

Рис. Вельвичия удивительная (Гнетовые): реликтовое растение африканских пустынь

происхождение голосеменных

В конце палеозоя в ходе массового вымирания биосферы с лица Земли исчезли каменноугольные леса, образованные гигантскими плауновидными и хвощевидными. Крупные изменения в растительном мире планеты, произошедшие на рубеже палеозоя и мезозоя, привели к тому, что леса споровых растений, достигавших иногда больших размеров, отошли на второй план. Их место заняли голосеменные представители флоры, быстро распространившиеся по всей планете. Более ранние палеозойские виды растений нуждались для своего размножения в воде или хотя бы влажной среде, что серьезно затрудняло их обширное произрастание на Земле. Возникновение же семени и пыльцы позволило растениям утратить столь тесную зависимость от воды.

Бурный расцвет голосеменных растений начался в раннем триасе и продолжался до конца раннемелового периода. Среди голосеменных представителей мезозойской флоры были широко представлены саговниковые, как низкие, с короткими шарообразными или бочковидными стволами, так и высокие древовидные со стройными стволами.

1. класс хвойные

Наиболее распространённой группой голосеменных являются хвойные. Эти растения широко распространены в умеренной и субтропической зоне. Это крупные деревья (ель, сосна, кипарис, секвойя) или кустарники (можжевельник, туя). В древесине у них отсутствуют сосуды, а есть только трахеиды. Для хвойных характерно выделение смолы и наличие смоляных ходов в тканях.

Листья у них претерпели существенные изменения, превратившись в хвоинки. У них уменьшилась в ширину листовая пластинка, её края загнулись вверх, образовав в центре желобок, в котором находятся немногочисленные устьица. У хвоинки толстая восковая кутикула, в которую погружены отверстия устьиц. Всё это позволяет хвойным экономно испарять воду, что сделало их обитателями сухих субтропиков и северных лесов, где вода значительную часть года недоступна из-за низких температур. У проростков сосны хвоинки расположены спирально по одному. У взрослых растений они собраны в пучки, каждый из которых содержит строго определённое число хвоинок, специфичное для вида (от 1 до 8). Пучок хвоинок представляет собой укороченный побег.

К хвойным относятся самые высокие растения на Земле — секвойи и секвойядендроны (также веллингтония, или мамонтово дерево). Они могут достигать до 100 м высотой и 10−12 м в диаметре. Старейшая на данный момент гигантская секвойя имеет возраст 3200 лет, достоверно установленный по годовым кольцам, хотя возраст некоторых из ныне живущих деревьев оценивается в 3500 лет. Недавно считалось, что секвойядендроны могут жить и до 4−6 тыс. лет, но к настоящему времени эти сведения считаются неподтверждёнными.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ХВОЙНЫХ НА ПРИМЕРЕ СОСНЫ

Весной на молодых побегах сосны или ели образуются шишки (см. рис.).

Мужские и женские шишки у сосны образуются на одних и тех же растениях. Мужские шишки обычно располагаются на нижних ветвях, а женские — на верхних, либо они образуются на одних и тех же ветвях, но женские ближе к концам.

Мужские шишки окрашены в жёлтый цвет. На их чешуях образуются микроспорангии, в которых в результате мейоза образуются микроспоры. Каждая микроспора делится митозом, образуя две неравные клетки. Одна из них, большего размера, называется вегетативной (сифоногенной) клеткой. Она образует двойную оболочку и две воздушные камеры между оболочками, делающие пыльцевое зерно более лёгким. Вторая клетка, меньшего размера, находится внутри первой и называется генеративной клеткой. Она ещё раз делится митозом, образуя два безжгутиковых спермия. Так образуется пыльцевое зерно (см. рис.).

Красноватые женские шишки устроены более сложно. Их чешуи представляют собой целые видоизменённые укороченные побеги, где в пазухе стерильной кроющей чешуи находится семенная чешуя с двумя семязачатками на верхней стороне. Семенные чешуи впоследствии одревесневают. Чешуи расположены спирально вокруг оси шишки.

Семязачаток имеет покровы с микропиле — отверстием для проникновения пыльцевой трубки, обращённым к основанию чешуи. Внутри семязачатка находится ткань нуцеллуса, в которой материнские клетки делятся мейозом (уже после опыления). Из 4 образовавшихся гаплоидных клеток три отмирают, а одна несколько раз делится митозом и даёт начало женскому гаметофиту. На каждой чешуе формируется один гаметофит, который образует два архегония (см. рис.) У других более примитивных Хвойных могут быть десятки архегониев (у араукариевых — 25, у кипариса — до 200). Формирование женского гаметофита у сосны происходит с паузой на период покоя продолжительностью более года и завершается уже после опыления.

Для оплодотворения пыльцевое зерно должно попасть на чешую женской шишки. Это процесс называется опылением. У голосеменных пыльца переносится ветром. Опыление происходит весной. При этом пыльца прилипает к капле жидкости, выделяемой семязачатком в области микропиле. После опыления чешуи шишки смыкаются, защищая развивающийся организм (см. рис.).

Попав на женскую шишку, пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку. Она растёт в направлении архегониев, и по ней перемещаются спермии. Когда пыльцевая трубка достигает архегония, её конец лопается, и спермии выходят в женский гаметофит.

В момент опыления мейоз в семязачатке еще не произошёл. Он завершается примерно через месяц после опыления, и начинается развитие женского гаметофита. Его развитие замедленное и может занимать еще 6−12 месяцев. Только примерно через 15 месяцев после опыления в женском гаметофите формируются архегонии. Теперь наконец всё готово к оплодотворению.

Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, второй погибает. Образовавшаяся зигота развивается в зародыш нового диплоидного растения. Клетки женского гаметофита, разрастаясь, образуют гаплоидный эндосперм, содержащий запас питательных веществ для прорастания семени.

Снаружи семязачаток имеет покровы из клеток материнского организма, и из этих покровов формируется оболочка семени, называемая семенной кожурой. У большинства хвойных семя снабжается крылышком, помогающем ему переноситься ветром на большое расстояние.

Когда семя созревает, шишка раскрывается и семя выпадает. Это происходит обычно к концу второго года после опыления. Шишки устроены так, что раскрываются в сухую погоду, что способствует лучшему распространению семян. В благоприятных условиях (температура, влажность) семя прорастает, образуя новое растение. У ряда хвойных шишка в процессе развития семян разрастается, становясь сочной, её чешуи полностью срастаются, и образуется так называемая шишкоягода (можжевельник).

К хвойным относится целый ряд других растений, например, тис ягодный (см. рис.), а также ель, пихта, тсуга, псевдотсуга, можжевельник и кипарис.

2. класс гинкговые

В основном это остатки древних групп голосеменных, которые господствовали на Земле в мезозойскую эру. Они пережили своих современников — динозавров, сохранившись в отдельных районах земли.

Гингко двухлопастный — единственный ныне существующий вид этого класса (см. рис.), в природе встречается только в некоторых районах Китая, однако благодаря оригинальной форме листьев широко распространён в садах и парках субтропиков. Другие представители этого рода вымерли в ледниковый период.

3. класс цикадовые, или саговники

Саговники (см. рис.) встречаются в тропических лесах, сейчас это небольшие редко встречающиеся растения, а 60 млн лет назад их предки образовывали леса по всей Земле.

По внешнему виду саговники обычно похожи на пальмы. Высота взрослых растений — от 2 до 15 м.

Ствол относительно толстый (например, у саговника поникающего его толщина может достигать одного метра при высоте растения всего три метра), одет в панцирь из оснований отмерших листьев.

Листья перистые или дважды перистые, растут пучком на верхушке ствола. Сегменты листьев этого рода имеют две отличительные особенности:

в почке и на первых порах развития они свёрнуты улиткообразно,
у них всегда имеется единственная неразветвлённая средняя жилка.

Растения двудомные. Стробилы мужских особей этого рода формируются подобно тому, как это происходит у других представителей отряда Саговниковидные, но у женских особей компактных стробилов не образуется. На верхушке их ствола спирально расположены яркие листовидные мегаспорофиллы (изменённые листья с мегаспорангиями).

Для гинкговых и саговников характерно наличие подвижных сперматозоидов, что считается примитивным признаком.

4. класс гнетовые

К гнетовым относятся семейства Гнетовые, Вельвичиевые и Эфедровые.

1) Гнетум — род голосеменных растений, единственный в семействе Гнетовые и в порядке Гнетовые. Состоит примерно из 40 видов деревьев и лиан, распространённых в тропических регионах по всему миру.

Самым известным из видов гнетума является Gnetum gnemon (гнетум гнемон, или мелинжо), выращиваемый в Юго-Восточной Азии ради съедобных плодов.

Гнетумы — однодомные или двудомные вечнозёленые деревянистые лианы, реже кустарники или деревья. Стебли их членистые, часто со вздутиями у узлов. В отличие от всех других голосеменных, у гнетумов есть сосуды в ксилеме.

Листья сидят супротивно на коротких черешках. Похожи на листья многих двудольных растений: большие, кожистые, эллиптические, с сетчатым жилкованием. Семена заключены в яркую красную, оранжевую или жёлтую сочную (реже пробковую) оболочку. Распространяются чаще всего птицами.

2) Эфедра — растение, распространённое в засушливых областях Евразии, Северной Африки и отдельных областей Америки. Это безлистые кустарники с зелёными ветвистыми стеблями, экстракт которых используется в медицине, так как содержит алкалоид эфедрин.

3) Вельвичия удивительная — единственный вид порядка Вельвичиевые, реликтовое растение, встречающееся исключительно в африканской пустыне Намиб. Она имеет короткий конусовидный древесный стебель и два кожистых листа, которые растут очень медленно. Вельвичия получает влагу исключительно из туманов (поэтому не встречается дальше 100 км от морского побережья), которую она поглощает через устьица. Данное растение имеет рекордное количество устьиц на единицу площади листа. Возраст вельвичии может достигать 1,5−2 тыс. лет. Вельвичия — двудомное растение, то есть мужские и женские стробилы возникают на разных экземплярах.

Поперечный срез хвоинки cосны. Видны смоляные ходы, устьица, проводящий пучок.

Голосеменные растения: примеры самых распространенных, их жизненный цикл

Современные семенные растения обычно разделяют на пять таксонов одного ранга (в современных публикациях чаще в качестве такого ранга используют класс). При этом по отношению к совокупности четырёх групп нецветковых растений для отделения их от группы цветковых (покрытосеменных) растений применяют термин «голосеменные» , не рассматривая при этом его в качестве таксона:

При этом в некоторых учебниках по биологии существуют устаревшие или упрощенные классификации:

Семенные растения рассматриваются как группа, состоящая из двух таксонов в ранге отдела: Отдел Голосеменные, состоящий из четырёх указанных выше классов и Отдел Цветковые (Покрытосеменные).
Голосеменные рассматриваются как группа, состоящая из четырёх таксонов в ранге отдела: Отдел Гинкговые, Отдел Гнетовые, Отдел Саговниковые, Отдел Хвойные.

Семенные растения обладают тремя очень важными преимуществами: разноспоровостью, способностью к образованию семян, способностью продуцировать неподвижные мужские гаметы. Вегетативное тело семенных растений образует споры двух типов: микроспоры (мужские) и мегаспора (женские). Первые дают начала мужскому гаметофиту, а вторые — женскому. Женские мегаспоры формируются в мегаспорангии. Из мегаспор вырастают женские гаметофиты — архегонии, продуцирующие яйцеклетки. Этот процесс проходит внутри семязачатка, так же как оплодотворение и развитие зародыша с образованием семени. Преимущества семенного размножения:

женский гаметофит защищен семязачатком и менее чувствителен к обезвоживанию, чем свободно живущий гаметофит;
семя содержит запас питательных веществ, используемый следующим спорофитным поколением после прорастания семени;
семена способны противостоять неблагоприятным условиям и могут оставаться в состоянии покоя и прорастать в благоприятных условиях;
у семян развиваются различные приспособления для распространения.

Голосеменные

Голосеменные — древняя группа семенных растений, появившаяся в верхнем девоне, около 370 млн лет назад. Выражение «голосеменные» указывает на главную отличительную черту этих растений; a именно на то, что семяпочки, а затем и развивающиеся из них семена не имеют, в отличие от покрытосеменных, замкнутого вместилища.

Голосеменные — процветающая группа растений, распространенная по всему земному шару. Жизненные формы представлены деревьями и кустарниками, как правило, вечнозелеными с иголками вместо листьев. Голосеменные в настоящее время включают в себя 4 отдела: саговниковые, гинкговые, хвойные, гнетовые.

Размножаются семенами, но не формируют цветков и плодов. Большинство голосеменных — древесные хвойные растения. Листья игольчатые или чешуевидные, вечнозелёные (кроме лиственницы), слабо испаряющие воду. У всех хвойных образуется смола, заживляющая раны. Имеются мужские и женские шишки. В России в природе наиболее распространены ель, сосна, пихта, лиственница, можжевельник.

Мужские шишки, одиночные, состоят из многочисленных микроспорофиллов, расположенных спирально на общем стержне На каждом микроспорофилле развиваются два микроспорангия, вмещающих пыльцу. Пыльцевые зерна снабжены воздушными мешкам, служащими для распространения по воздуху.

Женские шишки состоят из центральной оси, на которой спирально расположены кроющие чешуи, а в их пазухах лежат семенные чешуи. У оснований семенных чешуи сидят парные семяпочки.

Листья — иголки у хвойных покрыты толстой кутикулой, а устьица глубоко погружены в ткань листа. Эти приспособления сберегают воду внутри растения во время голодных сезонов.

Жизненный цикл развития сосны

Жизненный цикл проходит с преобладанием спорофита — диплоидной стадии. Созревание семян происходит на второй год после опыления. Следующей зимой шишки раскрываются, и семена разносятся ветром на большие расстояния.

Периодизация в размножении сосны:

Первое лето: женские шишки красноватые, около 5 мм длиной; пылинки попадают на женские шишки, но яйцеклетки ещё не сформированы
Второе лето: женские шишки зелёные, около 3—4 см длиной; в семязачатках образуются яйцеклетки и эндосперм, происходит оплодотворение
Ближайшая зима: женские шишки бурые, 5—6 см длиной; семязачатки превращаются в семена; в конце зимы семена, снабжённые плёнчатыми крылышками, распространяются ветром

Значение голосеменных:

обогащение атмосферы кислородом
источник древесины, смолы, канифоли
источник пищи, лекарственных веществ
использование в строительстве
сырьё для производства бумаги

Это конспект по теме «Голосеменные». Выберите дальнейшие действия:

Голосеменные

Первыми семенными растениями были ныне вымершие семенные папоротники, они дали начало голосеменным растениям. Голосеменные — это древние семенные растения, находящиеся на пути биологического прогресса. Появились они на Земле свыше 350 млн. лет назад, задолго до возникновения покрытосеменных. Ученые считают, что голосеменные произошли от древних разноспоровых семенных папоротников, которые не дожили до наших дней. Отпечатки семенных папоротников находят в глубоких слоях земной коры.

Строение ветки сосны

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 женской шишки сосны

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.

Строение мужской шишки сосны

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 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.

Строение зрелой шишки сосны

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.

Процесс опыления и оплодотворения у сосны. (Цикл развития)

Размножение: половое — семенами.

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

Цикл развития голосеменных

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 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.

Проросток семени сосны

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.

Жизненный цикл голосеменных

Жизненным циклом называется совокупность всех поколений, или фаз развития организма. Цикл развития голосеменных растений, как и у споровых, включает непохожие друг на друга поколения – спорофит и гаметофит. Жизненный цикл голосеменных имеет особенности, благодаря которым эти растения оказались более распространёнными на Земле, чем споровые растения.

Материал подготовлен совместно с учителем высшей категории, кандидатом биологических наук Факторович Лилией Витальевной.

Взрослое растение

Рассмотрим развитие голосеменных на примере сосны обыкновенной. Сосна – вечнозелёное дерево, обычно живущее 100–300 лет, но иногда доживающее и до 500–600.

Взрослое растение является спорофитом. Это значит, что на нём развиваются споры. Органы, в которых созревают споры, называются спорангиями и находятся в шишках.

Рис. 1. Мужские и женские шишки сосны.

Женские шишки первого года красного цвета, мужские – обычно жёлтые.
Мужской гаметофит сосны, – это пыльца, так как из её антеридиальной клетки образуются спермии (мужские гаметы).

Про такой гаметофит, сокращённый до одной клетки, говорят, что он сильно редуцирован. Мужской гаметофит, т.е. пыльца образуется из мужской споры, которая образуется в мужской шишке еще раньше.

Пыльцевые зерна или пыльца в мае и в начале июня высыпаются из мужских шишек и переносятся ветром на женские шишки. Пыльца очень многочисленна и легка, т. к. содержит воздухоносные клетки.

Рис. 2. Пыльца сосны под микроскопом.

Женский гаметофит

Женские споры не вылетают из шишек, а прорастают там, где образовались, внутри спорангиев.

которые читают вместе с этой

Проросшая женская спора образует зародышевый мешок или семязачоток с двумя архегониями (органами, в которых развиваются яйцеклетки). Таким образом, заросток, – это гаметофит.

Заросток находится внутри спорангия (семязачатка), и является новым поколением сосны. Для будущего зародыша сосны он является материнским организмом.

Оплодотворение

В первый год оплодотворения не происходит, так как ни женские, ни мужские гаметы ещё не созрели. После опыления женские шишки закрываются и в течение года в них продолжается развитие гамет, как женских, так и мужских.

На следующий год, в закрытых женских шишках, которые уже одревеснели и позеленели, происходит оплодотворение: спермий соединяется с яйцеклеткой, образуя зиготу.

Рис. 3. Схема цикла развития сосны.

То, что гаметофит развивается не во внешней среде (как, например, у папоротников), а внутри спорофита, является особенностью голосеменных. Их яйцеклетка остаётся неподвижной клеткой, и от зарождения до оплодотворения находится внутри спорангия (семязачатка).

Сосна, в отличие от папоротников и мхов, не зависит от наличия воды для соединения гамет. Поэтому голосеменные более способны к заселению сухих мест.

Новый спорофит

Зигота – первая клетка спорофита. Она делится и из новых клеток формируется зародыш. Зародыш имеет зачаточные вегетативные органы – побег и корень. Вокруг зародыша откладываются питательные вещества и оболочки. Так в женской шишке образуется семя.

На третий год женские шишки становятся коричневыми и раскрываются. Созревшие семена высыпаются наружу. При прорастании семени появляется спорофит – молодая сосна.

Сравнение с другими отделами растений

По сравнению с цветковыми растениями, жизненный цикл сосны растянут, т. к. от опыления до созревания семени должно пройти два года.

В сравнении с хвощами и плаунами, наоборот – жизненный цикл проходит значительно быстрей.

В отличие от споровых растений, заросток находится в более выгодном положении, т. к. он защищён женской шишкой, и процесс оплодотворения не зависит от погодных условий.

Что мы узнали?

Жизненный цикл голосеменных растений сложный, т. к. включает в себя не похожие друг на друга поколения спорофита и гаметофита. Особенности жизненного цикла голосеменных позволяют им размножаться быстрее, чем споровые растения и заселять более сухие места.