Разнообразие высших растений: происхождение и жизненный цикл, отличия от низших растений

Чередование поколений в жизненном цикле высших споровых растений

Цикл жизни высших споровых характеризуется сменой поколений: спорофита на гаметофит и наоборот. Таким образом, единого способа размножения не существует. Для растений характерно размножаться как половым, так и бесполым путями. В жизненном цикле происходит смена гаплоидной и диплоидной ядерных фаз.

Последовательно его можно представить как:

• зарождение;
• развитие;
• воспроизведение себе подобных (размножение).

Выделить различия между простым и сложным циклом можно на примере зеленой водоросли хлореллы, для которой характерно размножение спорообразованием. В процессе развития внутри водоросли размещаются 4-8 автоспор, которые со временем получают индивидуальную оболочку. Это простой цикл.

В качестве сложного можно назвать размножение равноспорового папоротника, для которого не редкость существование спорофита (собственно папоротника) и его заростка (гаметофита). Жизнь последнего коротка, но за нее успевает появиться отдельная особь. Она одна и крупных размеров.

Общая характеристика высших споровых растений

Определение

Высшие споровые растения — термин, объединяющий высшие растения, размножающиеся и распространяющиеся главным образом спорами.

В отличие от семенных растений, таксоны, способные размножаться спорами, являются одними из первых, населивших нашу планету.

К ним относят:

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

• мхи;
• плауны;
• папоротники;
• хвощи.

Считается, что произойти они могли от многоклеточных зеленых водорослей, пройдя промежуточную стадию — риниофитов.

Историческую ценность этих особей трудно переоценить. Их существование исчисляется сотнями миллионов лет, а корни происхождения уходят в палеозойскую эру, каменноугольный период.

Примечание

Правда, в эпоху своего появления они имели иной внешний вид. Это были мощнейшие деревья, достигающие в высоту 25 метров и в ширину от полутора метров. Были и травянистые растения, побеги которых простирались высоко над заболоченными участками земли. Разносимые ветром споры были важным условием широкого распространения различных видов. Они быстро приживались во влажном и теплом климате той эпохи.

Отмирающие одни особи и на этом же месте вырастающие другие, формировали плотный земельный покров, который со временем превращался в залежи каменного угля. Именно поэтому в наши дни археологи находят отчетливые отпечатки листьев и стволов в изучаемых пластах земной коры.

В процессе эволюции метаморфозы обусловили развитие растений в двух направлениях: образовании гаплоидной и диплоидной ветвей. Гаметофит характеризуется более интенсивным развитием, спорофиту «отведена» вторичная роль. Папоротники, плауны и хвощи — яркие представители диплоидного направления. Их гаметофит — заросток.

Для жизненного цикла данного таксона свойственно чередование бесполого и полового размножения, соответственно, существуют половое и бесполое поколения. Эта особенность лежит в основе полного жизненного цикла высших споровых.

В бесполый период жизни формируются споры, из которых впоследствии развивается половое поколение. Для него характерно наличие мужских и женских половых органов и, соответственно, — гамет. Гаметы представляют собой сперматозоиды, способные активно передвигаться, и яйцеклетки, занимающие свою нишу внутри женского полового органа. Попасть сперматозоиду к яйцеклетке помогает вода. В результате их слияния образуется зародышевый организм, который по мере развития переходит в бесполое поколение.

Примечание

Существуют микро- и макроспоры. Из микроспор развиваются заростки мужского типа, из макро — женского.

Ботаника изучает множество видов высших споровых растений. Так, мохообразные насчитывают более 25 тысяч видов, плауны — четырехсот, хвощи — 32, папоротники — 10 тысяч.

К основным характерным признакам ученые относят:

1. Дифференцирование тканей, лежащих в основе строения. Среди них выделяют наружную, выполняющую защитную роль, хлорофиллоносную и запасающую. Кроме того, для жизни растения важна опорная ткань, обеспечивающая механическую устойчивость.
2. Наличие в теле растения различных органов, в т.ч. органов поглощения (ризоидов и корневых волосков), фотосинтезирующих органов (листков), стеблей.
3. Наличие органов полового размножения: мужских (антеридий) и женских (архегоний).
4. Присутствие в онтогенезе зародыша, который появляется из зиготы при слиянии гамет.
5. Последовательность полового и бесполого поколений.
6. Прогрессирование спорофита, как обладающего хорошей приспособляемостью к окружающим условиям и генетическими особенностями.

Обитание высших споровых не ограничивается влажными участками земли. Некоторые виды приспособились существовать даже в пустынях.

Классификация и жизненные формы

С момента выхода на сушу высшие растения развивались в двух основных направлениях. Они породили две эволюционные ветви — гаплоидную и диплоидную. Первая представлена отделом моховидных, у которых в жизненном цикле преобладает гаплоидное половое поколение — гаметофит. Вторая, включающая все остальные отделы, отличается преобладанием бесполого поколения — спорофита. Классификация высших растений в биологии:

1. Риниофиты (Rhyniophyta).
2. Зостерофилофиты (Zosterophyllophyta).
3. Мохообразные (Bryophyta).
4. Плауноподобные (Lycopodiophyta).
5. Псилотовидные (Psilotophyta).
6. Хвощевидные (Equisetophyta).
7. Папоротниковидные (Polypodiophyta).
8. Голосеменные или сосноподобные (Gymnospermae или Pinophyta).
9. Покрытосеменные или цветковые (Angiospermae или Magnoliophyta).

Из-за различных схем размножения всю наземную растительность можно разделить на два типа — споровый и семенной. Каждый вид в зависимости от происхождения и места обитания имеет ряд отличий, присущих только ему. У эмбриофитов можно выделить несколько характерных жизненных форм:

1. Дерево — это многолетний и довольно крупный организм, имеющий твёрдый ствол и крону, состоящую из более тонких ответвлений (тополь, берёза, клён).
2. Кустарник — более мелкий. Он состоит из множества тонких стволиков высотой от 0,5 до 6 метров (орешник, сирень).
3. Кустарничек отличается низкорослостью (не выше полуметра) и мощной корневой системой (брусника, клюква).
4. Трава — это большая группа растений, обладающих тонким и мягким стволом. Эта форма отличается большим разнообразием — от однолетней до многолетней. Высота может варьироваться от сантиметра до нескольких метров (укроп, пион, мята, банан, сахарный тростник).

ЦАРСТВО РАСТЕНИЯ

Ключевые слова конспекта: царство Растения, ботаника, общая характеристика, отличительные признаки царства, низшие и высшие растения, жизненные формы растений, органы растений, растение как целостная система.

Ботаника — наука о растениях, их строении, жизнедеятельности, распространении по земной поверхности, отношениях друг с другом и окружающей средой.

Общая характеристика

Растения — это эукариотические фотосинтезирующие автотрофные opганизмы. Царство Растения насчитывает около 500 тыс. видов. Растении являются продуцентами органических веществ и основным источником энергии для других живых организмов. Любые пищевые цепи начинаются с зеленых растений. Они же определяют характер биоценоза, защищают почву от эрозии.

Растении служат источником кислорода воздуха и оказывают значительное влияние на климат Земли. Человек использует около 1,5 тыс. видов культурных растений как пищевые, технические и лекарственные ресурсы. Продукты питания растительного происхождения обеспечивают организм человека белками, жирами, углеводами и витаминами.

Растения вырабатывают фитогормоны (вещества, способные усиливать физиологические процессы) и фитонциды (вещества, способные угнетать рост микроорганизмов или убивать их).

Отличительные признаки Царства Растения:

Перечисленные отличия растений от животных не являются абсолютными. Черты животной организации часто встречаются у низших растений, которые соответствуют ранним этапам эволюционною развития. Например, способность и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию (эвглена зеленая). Более высоко организованные растения достаточно четко отличаются от животных.

Растения делят на низшие и высшие

У низших растений тело (слоевище, или таллом) не расчленено на ткани и органы. К ним относятся Красные водоросли (Багрянки), Настоящие водоросли и Лишайники. У высших растений тело разделено на органы (корень, стебель, лист), образованные дифференцированными тканями. К высшим растениям относятся Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные, Голосеменные и Покрытосеменные (Цветковые). Четыре первых отдела расселяются при помощи спор (споровые), два последних — при помощи семян (семейные).

Систематика растений

Организм растения как целостная система

Растение — целостная система, её отдельные составляющие (ткани и органы) взаимосвязаны и воздействуют друг на друга. Повреждение и нарушение структуры и функций одной части растения воздействует на все остальные. Если у древесного растения содрать кору (в которой располагается луб), то к корню перестанут поступать органические вещества из листьев. Лишённый питательных веществ корень погибнет и перестанет поставлять в листья воду и минеральные вещества, и вслед за этим наступит гибель всего растения. Однако и не столь значительные повреждения могут вызывать изменения всего организма растения.

Организм растения объединяют в единое целое системы регуляции:

Растениям свойственна раздражимость — способность живых систем реагировать на внешние и внутренние факторы. Иногда она проявляется в виде двигательных реакций, обусловлённых характером их роста (ростовые движения).

Тропизмы — ростовая реакция, вызывающая изгибание растения в сторону внешнего стимула (положительный тропизм) или от него (отрицательный тропизм). Происходит вследствие ускоренного роста клеток на одной стороне стебля, корня или листа под воздействием фитогормона ауксина. Побеги обычно растут в сторону света (положительный фототропизм), а корни направлены вниз (положительный геотропизм).

Настии — более быстрые движения растений, их направление не зависит от направления воздействия. Причина настий — изменения внутриклеточного давления, приводящие к изменению формы клеток. Настические движения могут вызываться электрическими импульсами или фитогормонами. Примеры настий: складывание листьев бобовых на ночь, закрывание цветков, устьиц, обвивание вьющихся растений вокруг опоры, складывание листьев мимозы стыдливой при прикосновении, движения насекомоядных растений и др.

Значение растений:

Роль растений в природе, жизни человека и собственной деятельности

Роль растений в природе:

Роль растений в жизни человека: выделяют кислород, из них получают лекарства, пищу, одежду, материалы для различных отраслей промышленности и производства, эстетическое значение.

Это конспект по теме «Царство Растения». Выберите дальнейшие действия:

Подцарство «высшие растения»

К высшим растениям относятся организмы, которые имеют хорошо выраженные ткани, органы (вегетативные: корень и побег, генеративные) и индивидуальное развитие (онтогенез) которых делится на эмбриональный (зародышевый) и постэмбриональный (послезародышевый) периоды.

Высшие растения делятся на две группы: споровые и семенные.

Споровые растения распространяются при помощи спор. Для размножения нужна вода. Семенные растения распространяются при помощи семян. Для размножения вода не нужна.

Споровые растения делятся на следующие отделы:

• моховидные;
• плауновидные;
• хвощевидные;
• папоротниковидные.

Семенные делятся на следующие отделы:

• покрытосеменные;
• голосеменные.

Рассмотрим их более подробнее.

Это интересно: Описание и особенности природной зоны арктических пустынь

Общая характеристика высших споровых растений

Филогенетическое древо растительного мира

Высшие растения, которые размножаются спорами, ботаники объединяют общим названием – высшие споровые растения. К ним относятся как современные, так и вымершие виды. Наука, которая изучает вымершие виды, называется палеоботаникой.

Высшие споровые ведут наземный образ жизни. Тело их делится на надземную и подземную части, развиты вегетативные органы (корень и побег).

Жизненный цикл состоит из чередования поколений: спорофита и гаметофита. Спорофит хорошо развит, живет продолжительное время (исключением являются мохообразные, где преобладает гаметофит, спорофит развивается на гаметофите и живет за его счет). На нем развиваются многоклеточные спорангии, в которых после мейоза образуются недвижимые гаплоидные споры. Они одноклеточные, маленькие по размерам. Распространяются преимущественно ветром. Споры прорастают в гаметофит. Споры могут быть одинаковыми по размерам или разными. Растения, которые образуют одинаковые споры, называются равноспоровыми, разные – разноспоровыми. Споры, которые имеют меньшие размеры, называются микроспорами (от греч. микрос – маленький), большие – мегаспорами (от греч. мегас – большой). Из микроспоры развивается мужской гаметофит, а из мегаспоры – женский.

Гаметофит меньше развит, чем спорофит, имеет меньшие размеры, живет непродолжительное время. На нем развиваются многоклеточные половые органы: мужские – антеридии (от греч. антерос – цветущий), женские – архегонии (от греч. архе – начало, гон – рождение). Антеридии имеют вид небольших шарообразных или овальных телец, внешняя стенка которых состоит из одного или нескольких слоев бесполых клеток. При созревании антеридии разрываются, и из них выходят сперматозоиды. Архегонии – это небольшие шарообразные тельца, которые имеют нижнюю расширенную часть и верхнюю суженную. Снаружи они тоже покрыты бесполыми клетками. В брюшной части находится яйцеклетка. Яйцеклетки неподвижные, остаются в архегониях. При их созревании клетки канальца суженной части архегониев ослизняются. Архегоний на верхушке открывается. Сперматозоид по слизи проходит в яйцеклетку. Половой процесс – оогамия. Оплодотворение происходит лишь при наличии воды, что дает возможность сперматозоидам попасть к яйцеклетке. По расположению половых органов различают двуполые (и мужские, и женские на одном растении) и однополые (на разных растениях) растения.

Считают, что семенные растения происходят от высших споровых растений.

§ 32. Чередование способов размножения и поколений в жизненном цикле растений

*Чередование поколений в жизненном цикле растений

Когда организмы могут размножаться как бесполым, так и половым путем, то говорят о бесполом и половом поколениях данного вида. Если они закономерно сменяют друг друга, то такое явление называется чередованием поколений. Границами, разделяющими бесполое и половое поколения в цикле развития растений, являются процесс образования спор с гаплоидным набором хромосом и оплодотворение, в результате которого восстанавливается диплоидный набор хромосом.

У растений механизм чередования поколений заключается в том, что на растениях, представляющих собой бесполое поколение, развиваются споры, которые прорастают в обоеполые либо раздельнополые (мужские и женские) особи (половое поколение). Половое поколение образует гаметы — спермии и яйцеклетки. В результате оплодотворения формируется зигота, содержащая диплоидный набор хромосом, из которой вновь развивается бесполое поколение (см. схему).

Если проследить за соотношением между бесполым и половым поколениями у растений разного уровня организации, то можно увидеть, что в ходе эволюции развитию подвергалось бесполое поколение, тогда как для полового поколения было характерно постепенное упрощение строения. Например, у мхов преобладающим является половое поколение, на котором живет бесполое поколение. А у папоротников преобладающим является бесполое поколение в виде хорошо развитого растения со стеблем, листьями и корнями, в то время как половое поколение представлено всего лишь небольшой зеленой пластинкой, прикрепляющейся к почве с помощью ризоидов. Далее, у голосеменных и покрытосеменных строение полового поколения упрощается до нескольких клеток, причем с полной редукцией органов полового размножения у покрытосеменных. У них мужское половое поколение — это пыльцевое зерно, а женское — зародышевый мешок. Тогда как бесполое поколение у голосеменных представлено деревьями и кустарниками (иногда лианами), а у покрытосеменных — деревьями, кустарниками, кустарничками и травами.

Чередование поколений — это система для увеличения численности особей и сохранения вида

Оно имеет важное биологическое значение, так как при этом сочетаются два способа размножения: бесполое, которое дает довольно большое количество особей, и половое, при котором обогащается наследственность потомства, могут возникать новые признаки или свойства

!  Это интересно

Помимо типичного полового процесса, в котором участвуют две сливающиеся гаметы, в природе у растений встречается особый тип размножения, называемый апомиксисом (аналогия партеногенеза у животных). В этом случае зародыш образуется из неоплодотворенной яйцеклетки, которая может быть гаплоидной или диплоидной из-за аномалий гаметогенеза. Апомиксис широко встречается у розоцветных, сложноцветных, в том числе у некоторых сортов свеклы, хлопчатника, льна, табака и других сельскохозяйственных культур. Такие формы имеют большое значение в селекции.

Повторим главное. Образование половых клеток у покрытосеменных растений происходит в генеративных частях цветка — тычинках и пестиках. Этому предшествует развитие полового поколения: в тычинках — пыльцевых зерен, в семязачатке — зародышевого мешка. Они образуют гаметы — спермии и яйцеклетки. После опыления происходит оплодотворение с участием двух спермиев. Из зиготы образуется зародыш, из семязачатка формируется семя, а на месте завязи развивается плод. В ходе эволюции происходило усложнение организации бесполого поколения, тогда как строение полового поколения постепенно упрощалось.

Отличительные черты спорангия моховидных, плесени, голосеменных

У моховидных растений спорофит развивается на гаметофите. Листостебельные стелющиеся формируют сплошной коврик. Вместилище представляет собой коробочку, которая соединяется ножкой с верхушкой зеленого растения. Спора прорастает, образуется протонема (тонкая ниточка), затем формируются почки, из них вырастают новые гаметофиты.

Цикл развития мха сфагнума.

Рассмотрим особенности бесполого размножения плесневого гриба мукора. Мицелий представляет собой гигантскую многоядерную клетку, которая состоит из нитевидных выростов — гиф. На верхушках самых толстых располагаются спорангии. В благоприятных условиях, например, когда плесень произрастает на поверхности хлеба, она размножается бесполым путем: экзоспоры осыпаются и прорастают.

Спорофит у голосеменных представляет собой отдельное растение, гаметофиты недоразвиты. Хвойные относят к разноспоровым. Мегаспора дает яйцеклетку, из микроспоры образуются спермии. Оплодотворение происходит в безводной среде: мужские клетки переносятся ветром на женские споровместилища, которые называют шишками.

Орган спорангий – что это такое?

В спорангиях развиваются споры, которые представляют собой специфические клетки. Они, подобно семенам цветковых растений, попадают в почву, прорастают. В заростках или гаметофитах образуются мужские и женские половые клетки. Слияние гамет, формирование зиготы происходит в воде.

У хвощей и плаунов органы бесполого размножения напоминают колоски, у мхов — коробочки. Споровместилища плесеней — это темноватые утолщения на ниточках гиф, у голосеменных — мужские и женские шишки. Папоротники защищают своих деток лучше всех: спорангии выглядят как коричневатые бугорки на нижней поверхности листьев.

Классификация ликофитов

Отдел плауновидных растений включает два класса: плауновые, полушниковые. Они состоят из нескольких порядков. В плауновые входят:

• астероксиловые;
• плауновые;
• протолепидодендровые.

Первый и третий порядки состоят из полностью вымерших растений. К астероксиловым относятся два рода: астероксилон, схизоподиум. Первое растение было травянистым, оно предположительно дало начало высшим видам ликофитов с мелкими листочками. К порядку плауновые относятся два рода:

• плаун;
• филлоглоссум.

В плаун входят 400 видов, несколько из них можно встретить на территории стран СНГ. Сейчас это в основном травянистые растения, но в тропиках растут лианы длиной до 9 м. На территории России известен плаун булавовидный, который встречается в сосновых лесах. Отличается он ветвящимися побегами, от которых отходят боковые корни.

Интересный факт: в зависимости от заглубления корневая система меняет свое анатомическое строение из-за специфики среды обитания. В жизненной схеме этого ликофита чередуются половые и бесполые поколения. Мелкие листья густо растут на стебле и ветвях. Другие примеры плауновидных растений:

1. Плаун сплюснутый. Растет в сосновых лесах с обилием лишайников и на болотах с большим количеством мха. Многолетнее растение имеет ползучие стебли, на которых расположены небольшие веточки с чешуевидными листочками. Вид отлично переносит зимние морозы, размножается подземными корнями.
2. Годичный. В природе России растение встречается в сырых пихтовых и еловых лесах. Этот вид обладает длинными стеблями с прямыми ветками высотой 10—25 см. На побегах разрастаются придаточные корневые отростки, споровые листочки по краям ограничены перепонкой. Из-за жестких листочков имеет второе название — плаун колючий.
3. Можжевельниковый. Отличается прямостоячим стеблем, достигающим в высоту до 25 см. Нижняя часть растения состоит из искривленных веточек, которые образуют небольшие кусты. Споровые листья имеют яйцевидную форму с зубчиками по краям.

Происхождение высших споровых растений

Теория гласит о том, что предки наземных растений – streptophyta, были вынуждены из-за геологических изменений приспосабливаться к другим условиям жизни

Важное значение имело то, что выживали только наиболее приспособленные водоросли

У переходных форм вырабатывалась защитная пленка кутин, откладывающаяся на поверхности. Образование пленки в большом количестве препятствовало газообмену, из-за чего растение погибало. У организмов, кутин которых образовывался умеренно, сформировалась эпидерма с устьицами – сложная ткань, защищающая от высыхания, а также не препятствующая газообмену.

Появление эпидермы препятствовало поглощению воды всем телом, тем самым способствовало образованию одноклеточных нитей ризоидов. Итогом процесса развития стало формирование более сложной системы – корней.

Освещение на суше значительно превышает этот же показатель в воде, благодаря этому значительно возросло количество и размеры фотосинтезирующих органов – листьев. Распределение веществ, образовавшихся в процессе фотосинтеза, и воды, поглощенной корнями, осуществляется проводящим органом – стеблем.

Быстрое увеличение видов, распространение высших организмов объясняется развитием вегетативных органов и изменениями репродуктивной системы, которая при условиях наземного обитания должна иметь надежную защиту.

Репродуктивные многоклеточные органы наземных растений – гаметангии и спорангии имеют оболочку из живых клеток, которая защищает споры от высыхания.

Споровые растения

Это растения, которые первыми освоили сушу. Их относят в высшим, т.к. по сравнению с водорослями, у них уже появились ткани и органы — приспособления для жизни в наземной среде.

Водоросли тоже размножаются спорами, но это водные организмы, самые простые по организации.

Основная особенность споровых — размножение специальными клетками — спорами.

Прежде, чем мы разберем, что из себя представляют споры, давайте вспомним, какие бывают клетки.

Клетки:

• соматические (или вегетативные) — клетки тела организма. У них двойной (диплоидный) набор хромосом, обозначается как 2n

• половые ( или генеративные, или гаметы) — это “половинчатые” клетки — их набор хромосом в 2 раза меньше, чем у соматических — 1n

Получается, что споры — это такие половые клетки ( или группы клеток) у растений. Растение, которое их образует — спорофит — оно диплоидное (2n)

У животных гаметы образуются путем мейоза, у растений — путем митоза.

У животных гаметы тут же сливаются, происходит оплодотворение, новый организм получает двойной — диплоидный (2n) набор хромосом.

У споровых растений клетка споры прорастает в целый самостоятельный организм — гаметофит, который может опять производить половые клетки — гаметы.

Гаметы сливаются и образуют опять спорофит.

Получается, что жизнь споровых растений — своеобразный цикл — чередование спорофита и гаметофита.

У растений может преобладать какая-то фаза:

Источник