"Тема 6. Насінні рослини. Відділ Голонасінні. Будова, розмноження, різноманітність"
Ключові слова: шишка, насінний зачаток, покривна луска, чоловічий стробіл, спермії, пилок, пилковхід, пилкова трубка, насінина, класи Саговникові, Гінкгові, Хвойні, Гнетові, хвоя, сосна, ялина, смерека, ялиця, модрина, кедр, тис ягідний, ялівець, туя, кипарис, араукарія, секвойя, ефедра, ефірна олія, фітонциди
Головне в темі: Поява насінних рослин пов’язана з виникненням різноспорових папоротей, в яких формувалися спори двох типів: мегаспори і мікроспори. Зі спор розвивалися заростки двох типів:з мегаспор — з жіночими, з мікроспор — з чоловічими статевими органами. У насінних рослин спори проростають на тих спороносних листках, на яких вони утворюються. Останні видозмінюються таким чином, щоб додатково захистити спори, які проростають. З появою насінини розпочався новий етап удосконалення наземних рослин. Для забезпечення перших етапів розвитку нового організму в насінині накопичуються запасні поживні речовини.
Література:
1. Рейвен П., Эрверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника: в 2-х тт. - М., Мир,1990.
2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1988.
3. Акимушкин И.И. Причуды природы. – М.: Мысль, 1981.
4. Легенды и были о лекарственных растениях. – М.: Наука, 1988.
5. Чуб В.В. Жизненные циклы растений: Методическое пособие для учащихся. – М.: Фазис, 1993.
Насінні рослини походять від давніх викопних папоротеподібних. У вищих рослин, після того як вони вийшли з води і почали освоювати суходіл, поступово ускладнювалася зовнішня будова. Найважливішою проблемою для життя на суходолі було збереження гамет, зиготи і зародка від висихання. Зародок необхідно було забезпечити поживними речовинами, щоб він міг певний час розвиватися без фотосинтезу. Різноспорові папоротеподібні почали утворювати два типи спор: великі — мегаспори і малі — мікроспори. Заростки, що виростали з мегаспор, несли на собі тільки жіночі, а заростки, що виростали з мікроспор, мали тільки чоловічі статеві органи.
Розвиток спори поза материнським організмом пов’язаний з певним ризиком, адже тендітний, маленький гаметофіт (заросток) може легко загинути. Тому вдалим виявився такий спосіб розмноження, за якого зріла спора починає проростати на материнському організмі. Наприклад, у прісноводної різноспорової сальвінії чоловічі спори проростають на самій рослині. Ця прогресивна риса закріпилася у вищих рослин.
Наступним досягненням стала спроба материнського організму забезпечити додатковий захист пророслих спор. Листки, на яких містилися спори, почали набувати нових ознак. Вони зменшувалися в розмірах, ставали щільнішими за інші, групувалися на верхівках стебел. Захищеним став процес запліднення. Згадаймо, що зовні рослинні клітини вкриті целюлозною оболонкою. Гамети такої оболонки не мають, отже, найбільш вразливі. Жіночий гаметофіт з яйцеклітиною залишається там, де він розвинувся. Цей утвір називають насінним зачатком. Чоловічий гаметофіт зменшується до мікроскопічних розмірів і вкривається додатковими захисними оболонками. В процесах формування гаметофітів та в ході запилення вода не потрібна, оскільки чоловічі статеві клітини входять у жіночий гаметофіт крізь спеціальні пилкові трубки. Таким чином, жодного негативного впливу ззовні вони не зазнають.
Наступним етапом удосконалення наземних рослин стала поява насінини — зародка нової рослини із захисними оболонками і запасом поживних речовин. Тканини зародка не містять хлорофілу і не можуть здійснювати фотосинтез, тобто не можуть утворювати органічних речовин. Тому для проростання насінина повинна мати готові поживні речовини. Зріла насінина, відокремившись від материнського організму, здатна певний час зберігати життєздатність зародка і забезпечувати його проростання, доки він сам не почне виробляти необхідні речовини.
За насінного розмноження рослини змогли поселятися на сухих місцях, де ще не було їм конкурентів. Захисні оболонки насінини дали змогу протягом тривалого часу зберігати життєздатність зародка поза материнським організмом. Наявність оболонок і дуже малі розміри пилкових зерен забезпечили можливість перенесення їх вітром, водою чи тваринами на досить значні відстані і збереження життєздатності протягом тривалого часу. Усе це визначило переваги насінного розмноження над споровим.
Відділ Голонасінні. Будова, розмноження, різноманітність.
До голонасінних належать тільки деревні рослини (дерева, кущі або ліани). Розвиток мегаспор і утворення насіння відбувається на споролистках, котрі розміщуються на верхівках гілок у шишках. Насінні зачатки лежать на поверхні мегаспоролистків відкрито, нічим не захищені. Мікроспори утворюються на споролистках, зібраних у стробіли меншого розміру. У стеблах голонасінних рослин відсутня серцевина, а елементи провідної тканини — ситоподібні трубки — мають спрощену будову.
Вегетативне розмноження спостерігається лише в деяких видів голонасінних. Наприклад, сосна гірська, яка зростає у високогір’ї Карпат, досить часто розмножується кореневими паростками.
У сучасній флорі налічується близько 800 видів голонасінних. Поширення їх зв’язане з місцями, де поселялися історичні попередники сучасних папоротеподібних, хоча в природі вони не збереглися. Перші голонасінні з’явилися на Землі ще в палеозої, тобто близько 500 млн. років тому, а досягли розквіту в мезозойську еру (близько 200 млн. років тому). Центрами походження і розповсюдження голонасінних вважають південно-західне узбережжя Північної Америки і Південно-Східну Азію. Відділ включає шість класів: Насінні папороті (вимерли), бенетитові (вимерли), саговникові (близько 100 видів), гінкгові (один вид), хвойні (600 видів) та гнетові (80 видів).
Саговникові — це тропічні дерева до 20 м заввишки з колоноподібним стовбуром, на верхівці якого є крона з великих (до 2—4 м завдовжки) пірчастих листків. У стеблах саговників є серцевина, багата на крохмаль. Через це деякі їх види використовують у їжу.
Саговники — дводомні рослини, в яких стробіли і шишки розміщені на верхівках стебел. Вони можуть чергуватися зі звичайними вегетативними листками. Насінний зачаток оточений покривом, який добре захищає його. Після запліднення насінний зачаток перетворюється на насінину і відразу відпадає від материнської рослини. Зародок формується вже потім, коли насінина лежить на землі. Зовнішній шар покриву стає м’ясистим, набуває червоного забарвлення, і, як і внутрішній соковитий шар, постачає зародку поживні речовини.
Єдиним представником класу Гінкгових у сучасній флорі є гінкго дволопатевий. Це листопадне високе дерево (до 30—40 м заввишки) з розлогою кроною та віялоподібними листками. Шишка містить, як правило, два насінних зачатки, а мікростробіл схожий на сережку. Гінкго — лікарська рослина, походить з Південно-Східного Китаю; використовується в озелененні як оригінальна декоративна рослина.
Хвойні — найчисленніша і найпоширеніша група сучасних голонасінних. Хвойні мають здерев’янілі, шкірясті або соковиті шишки. Листки здебільшого голчасті, дрібні, сидячі (ялина), рідко ланцетоподібні (араукарія) чи лускоподібні (туя). Голчасті листки більшості представників називають хвоєю (ялина, сосна та ін.). Серед хвойних є однодомні та дводомні рослини, більшість видів — вічнозелені. Поширені хвойні переважно в північній півкулі; в південній півкулі їх менше. У тропіках трапляються тільки в горах. Отже, ці рослини краще розвиваються в умовах помірної температури. Багато видів утворюють суцільні зарості — лісові або чагарникові.
Хвойні мають пагони двох типів: укорочені та видовжені. Укорочені ростуть повільно, а видовжені забезпечують швидкий ріст у довжину. В більшості хвойних накопичуються речовини, які людина здавна широко використовує. Це — скипидар, каніфоль, ефірні олії, бальзами. У всіх хвойних стробіли і шишки — одностатеві. Чоловічі стробіли мають вісь, на якій щільно розміщені спороносні листки. Пилкові зерна, що утворюються на них у пилкових мішках, містять дві клітини: вегетативну, яка формує пилкову трубку, і генеративну, з якої утворюються два спермії. Пилкове зерно має подвійну оболонку, котра надійно захищає його протягом тривалого часу. Для кращого поширення вітром пилок у багатьох видів хвойних має повітряні пухирці.
Мал.2.6.30. Чоловічі стробіли ялини
Шишки хвойних досить різноманітні своєю будовою. В тиса ягідного вони взагалі не утворюються (споролисток лише один). У решти видів шишка має вісь, котра несе споролистки, кожен з яких розвивається в пазусі покривного листка. покривний листок з часом твердіє, дерев’яніє. В кипариса покривний і спороносний листки зростаються. Споролистки, на яких утворюються насінні зачатки, перетворюються на насінну луску. Насінні зачатки вкриті покривами. На верхівці зачатка вони не зростаються, залишаючи отвір для проростання пилку — пилковхід.
Мал.2.6.31. Шишки сосни звичайної (1) та сибірської (2)
У насінині накопичується запас поживних речовин, необхідних для проростання зародка, тому його охоче поїдають тварини. Насіння сосни сибірської, відоме під назвою «кедрові горішки», вживає людина.
Хвойні дають цінну деревину, яка має різноманітне застосування. З неї добувають каніфоль, скипидар. Хвоя є джерелом вітамінів. Оскільки хвоя виділяє в повітря значну кількість летких хімічних сполук — фітонцидів, здатних вбивати хвороботворні бактерії, у хвойних лісах розташовують санаторії. Більшість хвойних є декоративними рослинами.
Завдяки ланцетоподібній формі листків досить своєрідними хвойними рослинами є араукарія та подокарпус, поширені в південній півкулі. До 2000 років і більше доживає тис ягідний («негний-дерево»).
Мал.2.6.32. Тис ягідний. Гілка з однонасінними шишками. Кожна насінина має соковитий придаток – арилус.
Через цінну деревину, з якої виготовляють меблі та інструменти, його було майже винищено в XVII—XVIII ст. Тому цей вид занесений до Червоної книги України. Його вирощують у садах і парках як декоративну рослину. Найбільше місце зростання тиса ягідного в природних умовах України — урочище Княжий двір на Івано-Франківщині.
Ялиця має плоску м’яку хвою з білуватими поздовжніми смужками знизу. Шишки в ялиці спрямовані вгору. З її деревини виробляють музичні інструменти. З кори і молодих гілок добувають бальзам, а з листків — ефірну олію, яка є цінною лікарською сировиною. В Україні зростає переважно в Карпатах.
Ялина, або смерека — тіневитривала рослина, яка утворює величезні лісові масиви по всій північній півкулі Землі. Зрілі шишки ялини повислі. Деревина м’яка і легка. Вона широко використовується в будівництві, з неї виготовляють меблі. З хвої добувають вітамін С.
Модрина — листопадне хвойне дерево. Це — світлолюбна рослина, яка має дуже міцну і стійку деревину. Її часто використовують для виготовлення шпал, як будівельний матеріал (особливо у шахто- та кораблебудуванні). Модрина утворює величезні масиви в тайзі, в Україні трапляється рідко.
Кедри — могутні дерева, до 40—50 м заввишки, з красивими шатроподібними кронами. Хвоїнки зібрані пучками (по 30—40 штук), жорсткі й темні. Деревина використовується як будівельний матеріал та для виготовлення меблів. Різні види кедрів поширені в Гімалаях та субтропіках, оскільки це теплолюбні рослини. Як декоративні дерева їх здавна вирощують у Південній Європі, а в Україні — в садах і парках Південного берега Криму.
Сосни поширені найбільше в регіонах з помірним кліматом, у більш теплих місцевостях трапляються в горах. Сосни — вічнозелені дерева, що утворюють ліси на піщаних ґрунтах, вапняках, у горах. Вони досить світлолюбні, швидко ростуть. Деревина сосни широко використовується у виробництві меблів, будівельній промисловості. Сосну сибірську іноді називають сибірським кедром, хоча це неправильно. Її насіння велике за розміром, вживається в їжу, з нього добувають олію.
Секвойї є найбільшими на нашій планеті деревами. Зростають лише на заході Північної Америки. Вони досягають 100 м у висоту і живуть до 2500 років, набуваючи діаметра стовбура до 9 м. Ще довговічнішими є секвойядендрони. вони ростуть у горах Каліфорнії, досягаючи віку 4000 років!
До хвойних належать також кипариси — вічнозелені дерева з лускоподібними листками; туї та ялівці — кущі або дерева. В Україні ялівці ростуть у Криму, в Карпатах та деяких інших регіонах. Зрілі шишки в них нерозкривні, соковиті, схожі на ягоди.
Характерною особливістю класу Гнетові є наявність навколо насінного зачатка соковитого покриву, який частково закриває насінину. В Україні росте типовий представник цього класу — ефедра двоколоскова.
Мал.2.6.33. Зарості ефедри двоколоскової
Листки в неї редуковані, шишки дрібні, складаються з небагатьох мегаспоролистків. Рослини дводомні, до 40 см заввишки, дуже отруйні. Трапляються на півдні у степах, на кам’янистих схилах. Насіння ефедри двоколоскової має арилуси, а тому виглядає, наче яскраво-червоні ягоди, які охоче поїдають птахи. Молоді пагони містять ефедрин, що використовується в медицині. Досить незвичайною ззовні рослиною є вельвічія. Вона росте лише в пустелях Південно-Західної Африки. Живе до 100 років. Стовбур вельвічії короткий (не вище 50 см). Від його країв відходять два великих шкірястих листки (до 2—8 м завдовжки), які ростуть протягом усього життя цієї рослини.