Семенные растения

На этой странице вы узнаете

• «Семя vs спора»: какое размножение эффективнее и почему?
• Как семенные растения смогли стать практически независимыми от влажности среды?
• Можно ли найти ягоды у Голосеменных растений?

Вспомните любое культурное растение: картофель, пшеница, морковь, лук… Все они относятся к семенным. А какие деревья мы увидим, если пойдем в лес за грибами? Ель, сосну, березу — и это тоже семенные растения. Среди всех растительных форм жизни (трав, кустарников или деревьев) первыми в голову приходят представители семенных растений: эта группа занимает господствующее положение среди современной флоры Земли. А почему — вы узнаете при прочтении этой статьи.

Общая характеристика

К семенным растениям относятся представители следующих отделов.

• Голосеменные; 

Если при упоминании этого отдела вы подумали о ели или сосне, то вы совершенно правы, ведь самый известный класс среди Голосеменных — Хвойные.

• Покрытосеменные. 

Другое название этого отдела — Цветковые. Сразу можно вспомнить множество примеров таких растений: роза, яблоня, тюльпан, астра.

Для двух этих отделов характерен ряд общих признаков.

1. Размножение семенами

Это намного эффективнее, чем размножение спорами. 

«Семя vs спора»: какое размножение эффективнее и почему? Спор у растения образуется гораздо больше, чем семян. Маленькие и легкие споры, состоящие из одной клетки, совсем не имеют запаса питательных веществ, так что они быстрее распространяются ветром на большие расстояния. Дополнительную защиту спор обеспечивает плотная оболочка, которая позволяет спорам пережить неблагоприятные условия. Семя — это многоклеточный орган, включающий зародыш будущего растения, запас питательных веществ (эндосперм) для его развития и семенную кожуру. Эти структуры делают семя гораздо более крутым органом размножения, чем спора.   Чтобы получать нужные элементы из почвы, зародышу сначала необходимо «отрастить» корешок и листья, но для этого тоже требуется энергия. Ее можно получить из эндосперма — своеобразной «кладовой», которую заботливо заполнила родительская особь для будущего потомства. Семенная кожура защищает зародыш от воздействия неблагоприятных факторов среды. Даже если какое-нибудь животное съест семя, то оно сможет преодолеть пищеварительный тракт и остаться жизнеспособным!

2. В жизненном цикле преобладает бесполое поколение — спорофит

На спорофите в период размножения созревает гаметофит (половое поколение). Чтобы лучше разобраться с понятиями «гаметофит» и «спорофит», читайте статью «Споровые растения».

Женский гаметофит семенных называется «зародышевым мешком», а мужской — «пыльцевым зерном».

Свои названия гаметофиты семенных растений получили не просто так. В зародышевом мешке после оплодотворения развивается (кто бы вы думали?) зародыш будущего растения. Мешок служит своеобразной «колыбелью» для формирования и созревания семени.

Пыльцевое зерно образуется в пыльцевых мешках тычинок (у Цветковых) или шишек (у Голосеменных). Это та самая пыльца (по структуре и виду она напоминает пыль), которая осыпается с растений и доставляет много проблем людям, так как является аллергеном, вызывающим, соответственно, аллергию.

• 

• 

3. Разноспоровость

Все семенные растения разноспоровые. Это означает, что существуют женская и мужская споры. Женская называется макроспорой, так как она очень крупная. Мужская спора маленькая, поэтому ее называют микроспорой.

Как запомнить эти термины? Можно сравнить женскую и мужскую споры семенных растений с половыми клетками животных, которые вы представляете лучше всего (например, человека). Женская половая клетка (яйцеклетка) гораздо больше мужской (сперматозоида). Аналогично женская макроспора больше мужской микроспоры. 

4. Для полового размножения не нужна вода

Как семенные растения смогли стать практически независимыми от влажности среды? У них есть особый артефакт, который помогает пройти уровень игры «размножение» с бОльшим комфортом, чем другие растения. Это пыльцевая трубка. Пыльцевая трубка — специализированный орган, прорастающий из вегетативной клетки пыльцевого зерна и осуществляющий доставку неподвижных спермиев прямо в зародышевый мешок. Теперь гаметам (половым клеткам) для встречи не требуется наличие воды — оплодотворение происходит в женском гаметофите — зародышевом мешке, благодаря прорастанию пыльцевой трубки!

Пыльцевое зерно состоит из вегетативной и генеративной клеток. Все, что называется «генеративным», в биологии отвечает за половое размножение. Так и запомним: вегетативная клетка прорастает в пыльцевую трубку, а генеративная делится с образованием двух спермиев (мужских половых клеток растений).

Все эти признаки позволяют Голо- и Покрытосеменным растениям произрастать в местах, где обитание споровых невозможно! Например, они населяют холодные и засушливые территории, где ощущается острый недостаток влаги. Семенные растения смогли приспособиться и успешно противостоять многим неблагоприятным факторам среды, будь то высокие температуры или отсутствие света. 

Тем не менее на Земле долгое время господствовали споровые растения. Переход к процветанию семенных произошел далеко не сразу — это сложный эволюционный путь, переломным моментом которого стало появление семенных папоротников.

Семенные папоротники

Семенные папоротники — это древние вымершие растения. Именно их поедали травоядные динозавры палеозоя. Считается, что современные семенные растения произошли от этой группы папоротников, которые также обладали признаками Голосеменных растений.

Признаки папоротников	Признаки Голосеменных
Вайи — видоизмененные перисто-рассеченные листья	Размножение семенами, в которых не были найдены зародыши
Отсутствие шишек: семена формировались на нижней стороне листа, как споры у обычных папоротников	Многообразие форм. Семенные папоротники были представлены в основном древесными и лиановидными растениями

До сих пор остается загадочным отсутствие зародыша, подтвержденное при изучении многих сотен ископаемых семян этих папоротников. Несмотря на указанную проблему, семенные папоротники стали новой ветвью развития флоры Земли и мостиком к появлению Голосеменных растений.

Отдел Голосеменные

Голосеменные — отдел высших семенных растений, включающий более 1100 видов. Группа названа так, потому что семена этих растений лежат открыто («голо») на чешуйках шишек и не защищены цветком или плодом.

Голосеменные растения обладают важными особенностями, выделяющими их среди семенных растений:

• Большинство представителей имеют видоизмененные листья — иголки (хвоинки) или чешуи. Такое приспособление помогает Голосеменным растениям уменьшить испарение влаги и пережить холодное время года.
• Преобладают древесные и кустарниковые формы.

• 

• 

• Стержневая корневая система представлена развитым главным корнем, уходящим глубоко в почву, и многочисленными боковыми корнями. Такая система позволяет растению обеспечить себя водой и питательными веществами из глубин почв.

Стержневая корневая система

• Отсутствуют настоящие сосуды — компоненты проводящей ткани (ксилемы), состоящие из мертвых клеток, которые обеспечивают восходящий ток воды и минеральных веществ от корня. Вместо сосудов у Голосеменных растений есть трахеиды — элементы проводящей системы, представленные вытянутыми мертвыми клетками, которые не имеют отверстий (перфораций) между собой, что отличает их от полноценных сосудов. Подробнее о других тканях растений, их строении и функциях можно узнать в статье «Ткани растений. Органы растений. Часть 1».
• Наличие шишек — видоизмененных побегов, значимых для полового размножения.

• 

• 

Можно ли найти ягоды у Голосеменных растений? Голосеменные растения, в отличие от Покрытосеменных, не формируют цветки и плоды. Но что вы скажете, если посмотрите на ветки можжевельника или тиса? Трудно придумать слово лучше, чем «ягоды». На самом деле, это разросшиеся сочные шишки, напоминающие плоды Цветковых растений. В строго биологическом смысле ягодами они, конечно, не являются, но для представителей Голосеменных выглядят очень интересно и необычно.

Для успешного прохождения школьной программы по ботанике и сдачи ОГЭ или ЕГЭ по биологии важно знать жизненный цикл Голосеменных растений.

1. Взрослое растение (спорофит) содержит 2 типа шишек: мужские и женские.

Мужские шишки мелкие, желтые, расположены группами в основании побега. Женские шишки красные, расположены на верхушке побега. 

2. На каждой семенной чешуе женской шишки находится по 2 семязачатка, содержащего мегаспорангий. Из ткани мегаспорангия образуется материнская клетка мегаспоры.
3. На каждой семенной чешуе мужской шишки находится микроспорангий. Из ткани микроспорангия образуется материнская клетка микроспоры.
4. Материнская клетка мегаспоры делится мейозом. Образуется тетрада мегаспор (то есть группа из четырех мегаспор), из которых развивается только одна (остальные три погибают).
5. Мегаспора растет, образуя женский гаметофит, в котором можно выделить 2 архегония: в них образуются яйцеклетки (женские половые клетки). 
6. Материнская клетка микроспоры делится мейозом. Образуются микроспоры, каждая из которых делится еще раз митозом, что приводит к образованию пыльцевого зерна (одна клетка становится генеративной, а другая — вегетативной).
7. Пыльцевое зерно ветром переносится на семязачаток (происходит опыление). Генеративная клетка делится митозом и образует 2 спермия (один из которых погибает).
   Вегетативная клетка делится митозом и образует пыльцевую трубку, которая врастает в женский гаметофит. Спермий по трубке проникает к яйцеклетке, оплодотворяя ее. Образуется зигота (2n). 
8. Из покровов семязачатка образуется семенная кожура, а из женского гаметофита — эндосперм (n). Формируется семя, которое затем попадает в почву. Семя прорастет и даст начало новому бесполому поколению.

Жизненные циклы Голосеменных и Покрытосеменных растений имеют много общего, за исключением некоторых моментов, о которых мы узнаем чуть позже. Достаточно понять логику одного из них и помнить про особенности другого цикла.

Время практики! Решим задание, аналогичное № 3 КИМ ЕГЭ. Этот тип заданий проверяет ваши знания о генетической информации в клетке, о жизненных циклах разных организмов, а также умение проводить расчет количества хромосом и ДНК.

Задание. Клетки микроспорангия можжевельника содержат 22 хромосомы. Сколько хромосом содержат клетки эндосперма можжевельника?

Решение. 
— Клетки микроспорангия — это часть диплоидного (2n) спорофита, поэтому они имеют диплоидный набор хромосом — 2n = 22 хромосомы.

— Эндосперм (n) Голосеменных растений образуется из гаплоидной макроспоры (n) митозом и имеет такой же набор хромосом — 1n (в два раза меньше диплоидного) = 11 хромосом. 

Правильный ответ: 11

Если проведение таких расчетов сейчас для вас затруднительно, то рекомендуем обратиться к схеме жизненного цикла Голосеменных растений в начале статьи и решить задание, анализируя схему.

Классы, входящие в отдел Голосеменные растения, можно рассмотреть в виде таблицы.

В таблице мы затронули такие важные понятия, как древесина, сердцевина и реликты. Давайте же узнаем, что это такое.

Древесина — вид проводящей ткани растений, включающей сосуды или трахеиды, состоящие из мертвых клеток. Древесина обеспечивает восходящий ток (от корней к листьям) воды и растворенных веществ. 

Подробнее о древесине и других тканях растений, их строении и функциях можно узнать в статье «Ткани растений. Органы растений. Часть 1».

Сердцевина — внутренний слой стебля, образованный клетками запасающей ткани, в котором накапливаются органические вещества. 

Подробнее о сердцевине также можно узнать в статье «Ткани растений. Органы растений. Часть 1».

Реликты (реликтовые виды) — живые свидетельства существования почти вымершей группы организмов.

Ароморфозы Голосеменных растений

Ароморфоз — прогрессивное эволюционное изменение организма, приводящее к общему повышению уровня организации. 

Обобщим все, что мы узнали об этом отделе, и выделим их эволюционные достижения:

• Появление семени с зародышем и запасом питательных веществ в эндосперме → повышение выживаемости потомства.
• Развитие всех видов тканей, усложнение организации, появление главного корня → увеличение многообразия жизненных форм и возможных мест обитания.
• Появление пыльцевого зерна (развитие пыльцевой трубки для проведения спермия) и семязачатка → снижение значения воды для размножения.

Благодаря этим и другим особенностям Голосеменные растения стали очень важны для биосферы и человека.

Значение Голосеменных растений

• Производят намного больше кислорода, чем Покрытосеменные, за счет увеличенной суммарной площади поверхности листьев.
• Являются звеном в цепях питания: пища для растительноядных животных.
• Формируют среду обитания для многих других организмов.
• Используются для изготовления бумаги и ценной древесины, производства эфирных масел.
• Применяются в медицине для получения лекарственных препаратов. Например, Голосеменные растения используют для получения камфоры — препарата, используемого для стимуляции дыхания. 

Отдел Покрытосеменные (Цветковые)

Покрытосеменные — отдел современных семенных растений, насчитывающий более 300 тысяч видов. 

Этот отдел самый многочисленный и распространенный на Земле, он включает травы, кустарники, древесные формы и лианы. Что же такого особенного в Цветковых, что они заняли господствующее положение даже среди семенных растений?

• Цветок и плод (специализированные генеративные органы) защищают зародыш, покрывая его. Именно за счет этого Покрытосеменные получили свое название. 

Пестики — женские половые (генеративные) органы Покрытосеменных растений, состоящие из завязи, столбика и рыльца.

Пестики бывают совершенно разных форм, цветов и размеров. Эти параметры зависят от среды обитания, способа опыления цветков и многого другого.

• 

• 

Тычинки — мужские половые (генеративные) органы Покрытосеменных растений, состоящие из тычиночной нити и пыльника.

В связи с появлением таких необычных репродуктивных органов жизненный цикл Цветковых растений тоже изменился.

• Появилось двойное оплодотворение. Как вы помните, при оплодотворении у Голосеменных растений сливается только одна пара гамет: 1 спермий  + 1 яйцеклетка.

Он очень похож на жизненный цикл Голосеменных, за исключением момента двойного оплодотворения: у счастливых обладателей цветков оба спермия участвуют в размножении. Один сливается с яйцеклеткой с образованием зиготы (будущего зародыша), а второй — с диплоидной (2n) центральной клеткой, в результате чего формируется триплоидный (2n + n = 3n) эндосперм.

Подробнее о жизненном цикле Покрытосеменных растений и двойном оплодотворении можно прочитать в статье «Размножение и развитие организмов».

Среди Цветковых растений выделяют два больших класса, представители которых имеют существенные различия во внутреннем и внешнем строении. Название классов основано на количестве семядолей — частей семени, развивающихся в первые листья молодого растения.

Подробнее о представителях различных классов Покрытосеменных и их различиях вы можете прочитать в статье «Классы и семейства Покрытосеменных растений».

Такие удивительные и разнообразные организмы не могли занимать в биосфере средние позиции, поэтому они прочно обосновались в жизни Земли и людей.

Значение Покрытосеменных растений

• Большинство из них — фототрофы, они способны самостоятельно производить органические вещества, используя энергию солнечного света. Таким образом, Цветковые растения формируют основную биомассу планеты, обеспечивая питательными веществами всех тех, кто не способен делать это при помощи энергии Солнца или химических реакций.
• В процессе фотосинтеза они выделяют кислород — газ, необходимый для дыхания большинства живых организмов. 

Подробнее о процессе получения органики с использованием энергии Солнца можно познакомиться в статье «Фотосинтез, хемосинтез, энергетический обмен».

• Покрытосеменные растения служат основой природных сообществ: они формируют места обитания (и пропитания) для других организмов.
• Многие Цветковые используются в качестве сырья для производства лекарственных препаратов и бытовой химии (гелей для душа, шампуней). К таким растениям относятся, например, ромашка, лаванда.
• Картофель, томат, лук и прочие культурные растения люди употребляют в пищу.
• Декоративную функцию выполняют розы, тюльпаны, нарциссы и другие. Мы дарим их на праздники близким, выращиваем в садах и огородах.

Теперь повторим все, что мы рассмотрели в этой статье, и выделим отличительные черты двух отделов семенных растений.

Время практики! Решим задание, аналогичное № 22 КИМ ОГЭ.

Задание.Рассмотрите рисунки 1 и 2 с изображениями органов семенных растений. Как называются отделы семенных растений, органы которых обозначены цифрами 1 и 2? В чем заключаются различия между этими отделами, исходя из рисунка?

• 

• 

Решение. 
1) Под цифрой 1 указан орган растения из отдела Голосеменные (шишка), под цифрой 2 — из отдела Покрытосеменные (плод).

2) Различие между Голосеменными и Покрытосеменными заключается в том, что семена Голосеменных растений не защищены, располагаются на шишке открыто, а семена Покрытосеменных защищены, находятся внутри плода.

Пора сделать перерыв и дать мозгу систематизировать изученный материал! Если эта статья показалась вам трудной, рекомендуем ознакомиться со статьей «Споровые растения» и повторить основы ботаники о тканях и органах растений.

Термины

Биосфера — оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности. О происхождении этого термина и его значении рассказывается в статье «Биосфера».

Мейоз — деление, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом в два раза.

Палеозой — эра в истории развития Земли, приходящаяся на 542-248 млн лет назад. Палеозой включает в себя появление трилобитов, грибов, лишайников, расцвет древесных папоротников и их вымирание, а также появление динозавров. О геохронологическом развитии нашей планеты подробно рассказано в статье «Основные этапы эволюции органического мира».

Побег — это надземная часть растения, состоящая из стебля, листьев и почек.

Фактчек

• К семенным растениям относятся представители отделов Голосеменные (семена лежат открыто) и Покрытосеменные (семена и органы размножения защищены цветком и плодом). 
• Размножаются семенные растения семенами. Такой способ не нуждается в воде и дает зародышу растения первичный запас питательных веществ, что намного эффективнее размножения спорами.
• Семя — многоклеточный орган, имеющий в составе зародыш, эндосперм и семенную кожуру.
• В жизненных циклах семенных растений преобладает бесполое поколение (спорофит), дающее начало мужскому микроспорангию и женскому мегаспорангию, из которых впоследствии развиваются соответствующие гаметофиты.
• Зародышевый мешок — женский гаметофит, пыльцевое зерно — мужской. Эти органы и у Голосеменных, и у Цветковых растений принимают участие в оплодотворении, но Покрытосеменные имеют существенное отличие — их оплодотворение называется двойным, так как в нем участвуют оба спермия. 
• Образующийся благодаря двойному оплодотворению триплоидный эндосперм Цветковых растений гораздо выгоднее гаплоидного эндосперма Голосеменных: он содержит больше питательных веществ для развития зародыша.

Проверь себя

Задание 1.
Где располагаются семена Голосеменных растений?

1. На нижней стороне листа
2. На чешуях шишек
3. Внутри шишек
4. В цветке

Задание 2.
Чем семена отличаются от спор?

1. Ничем
2. Потребностью в воде для прорастания
3. Они характерны только для высших споровых растений
4. Запасом питательных веществ

Задание 3.
К какому отделу относится кипарис?

1. Покрытосеменные
2. Голосеменные
3. Папоротниковидные
4. Моховидные

Задание 4.
Какая характеристика верна для листьев Ели обыкновенной?

1. Они редуцированы
2. Они сложные
3. Представлены чешуями
4. Они видоизменены

Задание 5.
Какой набор хромосом имеет эндосперм лилии?

1. Гаплоидный
2. Диплоидный
3. Триплоидный
4. Полиплоидный

Ответы: 1. — 2; 2. — 4; 3. — 2; 4. — 4; 5. — 3.