Голосеменные: размножение и строение

Голосеменные: размножение и строение. Особенности размножения голосеменных растений

Голосеменные — это самые древние семенные растения нашей планеты. Они сыграли важную роль в развитии живой природы и продолжают занимать значимую позицию в жизни Земли. Хорошо известные нам ель, сосна, пихта, туя, тис или лиственница и малоизвестные вельвичия, сага или гинкго — все это представители группы, именуемой «Голосеменные растения». Строение и размножение их мы и рассмотрим далее в статье.

Происхождение и возраст

Возраст голосеменных — 350 млн лет. Они появились в верхнем девоне (Палеозой) и к началу мезозойской эры уже достигли расцвета. Предположительно их происхождение связывают с постепенной эволюцией споровых — папоротников. По сравнению с ними, новый вид растений уже имел семяпочки и пыльцевые зерна, непосредственно участвовавшие в формировании семени. Налицо был ряд преимуществ, которыми обладали голосеменные:

• размножение происходило без участия воды;
• семенная кожура и запас питательных веществ обеспечивали сохранность проростка.

По этим причинам спустя короткое время зеленый покров планеты уже составляли большей частью голосеменные, строение и размножение которых способствовало успешному освоению новых территорий и экологических ниш.

Особенности строения

В основном названные растения произрастают в форме деревьев и кустарников, чаще — вечнозеленых, и редко — листопадных. Иногда они могут достигать огромных размеров (секвойя, кедр). Листья в подавляющем большинстве у них игловидные либо имеют вид чешуек. Они называются хвоей и содержат смоляные ходы.

Древесина составляет большую часть ствола. В ней содержатся полые омертвевшие клетки с перфорированными стенками — трахеиды. Их наличие — признак, специфичный для этой группы растений. Именно по ним осуществляется восходящий ток воды от корня к листьям.

Помимо трахеид, древесина голосеменных содержит также смоляные ходы. Поэтому представителей растений этой группы легко узнать по душистому хвойному запаху. Смола пропитывает древесину, что препятствует ее загниванию. Благодаря этому, среди хвойных деревьев очень много долгожителей. Например, возраст некоторых секвой насчитывает около 3 тыс. лет.

Наиболее важное эволюционное преимущество, которым обладают голосеменные, — размножение без участия капельной влаги и наличие образований, выполняющих роль органов размножения.

Органы размножения голосеменных растений

Отсутствие цветов — ключевая особенность, которой обладают голосеменные. Размножение этих растений происходит при участии шишек, или стробил. Эти образования легко распознать на сосне, ели, пихте, лиственнице и других представителях хвойных. Их можно назвать органами полового размножения.

Обычно шишки разнополые — они могут быть мужскими и женскими и располагаться либо на одном растении (однодомные), либо на разных (двудомные), отличаясь размерами и окраской.

Мужские шишки называют микростробилами, а женские — мегастробилами. Стробила представляет собой укороченный и видоизмененный побег, на котором располагаются спорофиллы — видоизмененные листья. В микростробилах созревает пыльца. В мегастробилах — семязачатки.

Особенности размножения голосеменных

Обычно процесс размножения голосеменных растений рассматривают на примере сосны обыкновенной. Это однодомное растение, т. е. мужские и женские шишки у него развиваются на одном дереве. Первые из них более крупные, красноватой окраски. Вторые — мелкие, зеленоватые или сизые.

Схема размножения голосеменных растений достаточно проста. Когда в микростробилах созревает пыльца, она высыпается, распространяется ветром и может преодолевать большие расстояния. Для этого каждое пыльцевое зерно снабжено специальными приспособлениями — пыльцевыми мешками. Пылинки попадают на семязачатки, развивающиеся на мегастробилах. Так происходит опыление.

Обычно оно приходится на конец весны или начало лета. Опылившиеся женские шишки смыкаются, их чешуйки склеиваются смолой. Оплодотворение происходит в семязачатках внутри сомкнувшихся шишек.

Как происходит процесс оплодотворения

Внутри семязачатка находится женский гаметофит, или зародышевый мешок, который предварительно проходит несколько стадий созревания. Пыльца попадает на пыльцевход семязачатка, она начинает прорастать в пыльцевую трубку по направлению к архегонию (от греческого arche — «начало», gone — «материнская утроба»). Данное образование содержит в себе яйцеклетку. Всего в семязачатке их развивается два, но оплодотворению подвергается только один.

К тому моменту в пыльцевом зерне уже созрели два спермия и начали продвижение по растущей трубке. Когда один из спермиев достигает яйцеклетки, происходит оплодотворение. Второй спермий при этом отмирает. После слияния двух половых клеток образуется зародыш семени — зигота. Сам же семязачаток преобразуется в семя. Прорастая, оно будет пользоваться запасом питательных веществ.

Именно так происходит размножение голосеменных растений. Схема этого процесса приведена на фотографии.

Созревание и распространение семян

После того как произошло оплодотворение, начинается созревание семени. У сосны обыкновенной оба эти процесса длятся в течение 2 лет. Созревая, шишки одревесневают и меняют окраску. Постепенно их чешуйки размыкаются, и из них высыпаются семена.

Голосеменные растения не образуют плодов. Но для того чтобы распространятся на большие расстояния, семена имеют специальные приспособления — крыловидные пленчатые выросты, легко переносимые ветром.

Численность видов и представители

Описываемая группа насчитывает около 600-700 видов. Не все из них сохранились до наших дней, некоторые представители существуют только в ископаемом виде. Например:

• кордаитовые;
• беннетитовые;
• семенные папоротники.

Остальные представители распространены по всему земному шару и произрастают во всех климатических зонах: от южных тропических (саговые пальмы) до холодных северных широт (кедр, лиственница, ель, сосна).

Самый древний представитель голосеменных, существующий по сей день, — Гинкго Билоба (двулопастное). Это растение названо живым ископаемым, так как оно произрастает на планете с мезозойской эры, о чем свидетельствуют многочисленные отпечатки в отложениях древних горных пород.

Эволюционное развитие

Первые голосеменные, возникшие в Палеозойской эре, обладали целым рядом преимуществ, позволявших им в то время занять доминирующую позицию на планете. Эти эволюционно новые признаки носят название ароморфозов и позволяют выйти на новый уровень в освоении новых территорий и экологических ниш. Выделяют несколько таких особенностей, которыми обладают голосеменные:

1. Размножение осуществляется без участия водной среды. Это позволило заселить большие территории на суше.
2. Оплодотворение происходит внутри семязачатка и защищено от внешних воздействий — такие особенности размножения голосеменных растений обеспечивают большую сохранность будущего растения.
3. Появление семени позволило обеспечить будущий зародыш защитными покровами (семенная кожура) и запасом питания (эндосперм), что, в свою очередь, увеличило численность растений этой группы.

Именно эти черты отличали их от предков — папоротникообразных. Следующим, и на сегодняшний день последним, этапом эволюционного развития растительного мира является появление покрытосеменных растений.

Значение голосеменных

Роль голосеменных растений трудно переоценить. Именно они наполняют около трети лесов земного шара, участвующих в очистке воздуха и постоянном обновлении кислорода. Кроме того, появление и широкое распространение на планете растений, продуцирующих большое количество кислорода, привело к появлению других организмов, способных использовать этот газ в процессе своего дыхания.

Хвойные — основные поставщики древесины для различных сфер жизни человека. Это сырье активно используют в изготовлении мебели, строительстве, производстве судов и в других стратегически важных областях хозяйственной деятельности. Волокна древесины ели особенно ценны при изготовлении высококачественных сортов бумаги.

Голосеменные нашли широкое применение в медицине. Особые вещества — фитонциды, выделяемые практически всеми хвойными деревьями, способны очищать воздух от болезнетворных микробов. По этой причине большинство санаториев и здравниц строят на территории хвойных лесов. Такая терапия способна значительно облегчить или устранить многие легочные заболевания.

Размножение голосеменных растений

Большинство голосеменных составляет такая группа растений, как хвойные (сосна, ель, лиственница и др.). Их размножение с помощью семян похоже. Поэтому, говоря о размножении голосеменных, обычно описывают размножение сосны обыкновенной, т. к. это наиболее распространенное растение.

У голосеменных существуют мужские и женские шишки. В мужских шишках созревают пыльцевые зерна, которые представляют собой часть мужского гаметофита, в котором, в свою очередь, в дальнейшем созревают спермии. В женских шишках образуется женский гаметофит, в котором образуются яйцеклетки.

Слово «гаметофит» означает, что в клетках такого образования содержится одинарный набор хромосом. Само растение из группы голосеменных представляет собой спорофит, т. е. в его клетках содержится двойной набор хромосом.

У большинства хвойных на одном растении есть как мужские, так и женские шишки. При этом они располагаются в разных местах веток. У сосны мужские шишки собраны в группы и находятся в основаниях веток, а женские располагаются по одиночке на концах веток. Мужские и женские шишки отличаются также по цвету и размеру. Женские крупнее.

У сосны пыльцевые зерна созревают в конце весны и высыпают из мужских шишек, разносятся ветром. Каждое пыльцевое зерно имеет два так называемых воздушных мешка. Это облегчает его вес и дает возможность дольше лететь на ветру. Далеко не всем пыльцевым зернам везет достигнуть женских шишек.

Тот факт, что на одном растении есть мужские и женские шишки еще не означает, что происходит самоопыление (то есть пыльца одного растения опыляет женские шишки своего же растения). Обычно происходит опыление шишек другого растения, то есть происходит перекрестное опыление.

В женской шишке сосны на каждой чешуйки располагается по два семязачатка. Всего в шишке много семязачатков, так у нее много чешуек. Когда пыльца попадает в шишку, ее внешние чешуйки смыкаются. Таким образом происходит опыление. Однако оплодотворения, то есть слияния спермия и яйцеклетки у сосны в первый год не происходит.

Через год в мужском гаметофите (пыльцевом зерне), который в прошлом году попал с помощью ветра в женскую шишку, развиваются два спермия. В женском гаметофите созревает яйцеклетка. Яйцеклетка сливается с одним из спермиев. Второй погибает. Происходит оплодотворение, в результате которого образуется зигота.

Зигота — это уже спорофит, так как содержит двойной набор хромосом. Один набор от мужского растения (от спермия), а другой — от женского (от яйцеклетки). Зигота делится и развивается в зародыш, — это новое растение, оно сочетает в себе признаки материнского и отцовского растения. Однако зародыш развивается внутри женского гаметофита, то есть за счет питательных веществ материнского растения. Женский гаметофит окружает зародыш клетками с питательными веществами, снаружи находятся защитные оболочки. Зародыш и все эти образования вместе называются семенем. Зародыш состоит из зародышевых корешка, стебелька, семядолей и почечки.

Семя у сосны созревает долго. Еще где-то год. Только на третий год после опыления женские шишки раскрываются и семена выпадают. У сосны они имеют дополнительные образования в виде крылышек, которые облегчают их перенос на дальние расстояния ветром.

Таким образом, в жизненном цикле голосеменных преобладает спорофит, представляющий собой само фотосинтезирующее растение. Гаметофит редуцирован и служит только для размножения, а питается за счет спорофита. Образование семени — это эволюционный прогресс. Ведь в нем содержится запас питательных веществ, а значит у зародыша больше шансов прорасти. Кроме того, голосеменным для оплодотворения не нужна вода, как папоротникам и мхам. Поэтому голосеменные более широко распространены.

Цикл развития голосеменных растений на примере сосны обыкновенной;

В жизненном цикле сосны обыкновенной доминирует спорофит – взрослое дерево, включающее в себя: корень, ствол, ветви (удлинённые побеги), укороченные побеги, листья, мужские и женские шишки.

Стержневая корневая система сосны достигает в глубину 20–30 м и может вступать в симбиоз с мицелием (телом) грибов, например, маслят, создавая микоризу (грибокорень). Гифы (выросты мицелия) оплетают корни сосны от кончиков к зоне всасывания и проникают внутрь, подключаясь к проводящим пучкам. Поглощая органические вещества из растения, гриб поставляет в растение воду с минеральными веществами.

Ствол – вертикальный одревесневший стебель достигает в высоту 30–40 м. Ветви (удлинённые побеги) на стволе располагаются мутовками, покрыты сидячими, спирально расположенными бурыми чешуеобразными листочками и заканчиваются яйцевидными, конусообразными, коричневыми почками. В пазухах чешуевидных листочков развиваются укороченные побеги, из которых растет по два листка – хвоинки. Пара листьев сосны обыкновенной, длиной 3–8 см, толщиной 1,5–2 мм, при основании покрытых влагалищем, функционирует (живет) 3–5 лет и опадает вместе с укороченным побегом.

Мужские шишки – спороносные колоски (стробилы), образуются весной у основания молодых удлиненных побегов. Они собраны на общей оси. Каждая отдельная шишка длиной 8–12 мм, желтого или розового цвета, состоит из короткого стержня (оси), на котором спирально расположены редуцированные спороносные листья – микроспорофиллы. С нижней стороны микроспорофиллов расположены по два микроспорангия. В микроспорангиях – пыльцевых камерах, в результате деления мейозом диплоидных клеток спорогенной ткани образуются гаплоидные микроспоры. В свою очередь микроспоры делятся митозом и образуют четырёхклеточный мужской гаметофит – пыльцу. Пыльцевое зерно включает в себя вегетативную, генеративную (антиридиальную) и две проталиальные клетки. Проталиальные клетки являются резервными, поэтому, отставая через некоторое время в росте, отдают свой ресурс на развитие генеративной и вегетативной клеток, быстро дегенерируют и исчезают. Клетки пыльцы окружены двумя оболочками – внешней, толстой – экзиной и внутренней, тонкой – интиной. В двух местах экзина не срастается с интиной, образуя вздутия – воздушные мешки.

Женские конусовидные шишки, длиной 3–7 см, появляются на верхушках удлиненных побегов одиночно или группой по 2–3 шт. Состоят из оси, на которой спирально расположены покровные и семенные чешуи – мегаспорофиллы (женские спороносные листья). С верхней стороны семенных чешуй, у их основания, находятся по два семенных зачатка, прикрытые покровными чешуями. Семенной зачаток представляет собой мегаспорогенную ткань – нуцеллус, окружённый покровной тканью – интегументом. На верхушке семенного зачатка, обращенного к оси шишки, в интегументе остаётся отверстие – пыльцевход (микропиле).

Весной (в мае) после созревания пыльцы микроспорангии мужских шишек раскрываются, и пыльца разносится ветром. Опыление – это процесс попадания пыльцы на микропиле семенных зачатков. Во время опыления чешуи женских шишек широко раскрыты. Пыльца заносится воздушными потоками (ветром) между чешуями, прилипает к клейкой жидкости, которая выделяется из микропиле. Вследствие подсыхания клейкой жидкости пыльца затягивается через пыльцевход на нуцеллус. После опыления микропиле зарастает, чешуи женской шишки смыкаются, и вся шишка снаружи герметизируется (заливается) смолой. После попадания на нуцеллус вегетативная клетка пыльцы прорастает в него пыльцевой трубкой. Генеративная клетка заходит внутрь вегетативной клетки и движется в ее апикальной части. Следующие 13 месяцев пыльцевая трубка медленно врастает в нуцеллус, в направлении будущего женского гаметофита.

Рис. 40. Схема жизненного цикла сосны обыкновенной

Рис. 41. Жизненный цикл сосны обыкновенной

Через месяц после опыления одна клетка нуцеллуса – археспориальная клетка делится мейозом, образуя четыре гаплоидные мегаспоры. Три из них отмирают, а наиболее удалённая от микропиле четвертая мегаспора начинает расти. Ее развитие в мегагаметофит (женский гаметофит) начинается через шесть месяцев после опыления и требует для завершения своего формирования еще полгода. В течение этого времени клетка мегаспоры митотическим разделением увеличивает количество своих ядер примерно до 2000 шт. На 13 месяц после опыления в мегаспоре происходит цитокинез – разделение многоядерной клетки клеточными стенками, которые локализуют ядра в отдельных клетках. Образованная гаплоидная ткань называется эндоспермом. На 13–15 месяц после опыления ближе к микропиле из клеток эндосперма формируются два-три редуцированных архегония с яйцеклетками в середине. Эндосперм с двумя архегониями представляет собой женский гаметофит (заросток).

В период формирования женского гаметофита пыльцевая трубка (вегетативная клетка) прорастает через нуцеллус и эндосперм, заходит в один из архегониев. К этому моменту генеративная клетка пыльцы внутри вегетативной клетки (пыльцевой трубки) делится на две дочерние клетки – стерильную (клетку-ножку) и сперматогенную (клетку тела). После чего сперматогенная клетка делится на два спермия. Пыльцевая трубка с двумя спермиями в середине представляет собой полностью развитый мужской гаметофит. Проникнув в архегоний и достигнув яйцеклетки, апикальная часть клеточной стенки пыльцевой трубки разрушается, в полость архегония вливается цитоплазма, и один из спермиев соединяется с яйцеклеткой, формируя зиготу, другой спермий погибает. Процесс оплодотворения происходит приблизительно на 13-15 месяц после опыления. Обычно оплодотворяются и начинают развиваться в зародыши оплодотворенные яйцеклетки (зиготы) всех архегониев (полиэмбриология), однако, как правило, только один зародыш формируется полностью.

Следующие полгода (6 месяцев) после оплодотворения происходит формирование семени из семенного зачатка: зигота развивается в зародыш, эндосперм остаётся в качестве запасающей ткани семени, интегумент формирует оболочку семени с крыловидным выростом, нуцеллус расходуется на развитие эндосперма и зародыша. Семена сосны обыкновенной черного цвета диаметром 4-5 мм, с перепончатым крыловидным выростом оболочки семени длиной 12-20 мм, полностью вызревают в ноябре-декабре, через 18-21 месяц после опыления. Женские шишки при созревании становятся матовыми от серо-светло-коричневого до серо-зеленого цвета; открываются (широко раскрывают свои чешуи) с февраля по апрель и вскоре опадают.

Покрытосеменные или Цветковые растения –отдел высших семенных растений, особенностью которых является наличие цветка – органа полового размножения, в котором плодовые листочки (пестик), заключают в себе семенные зачатки. Другой особенностью покрытосеменных является образование в семенном зачатке семиклеточного женского гаметофита – зародышевого мешка и оплодотворение в нём двух клеток (яйцеклетки и центральной диплоидной клетки) – двойное оплодотворение. Отдел покрытосеменных насчитывает более 250 тыс. видов растений.

Урок на тему «Размножение голосеменных растений»

Разделы: Биология

Цели:

• познакомиться с размножением голосеменных растений;
• установить преимущество семенного размножения перед размножением спорами.

I. Определение темы урока.

– Какое жизненно важное свойство всех живых организмов мы с вами изучали на предыдущих уроках?

– Что такое размножение?

– Размножение – это увеличение числа особей.

– Какие виды размножения вам известны?

– Размножение каких отделов растений мы рассмотрели?

– Водорослей, мхов, папоротников.

– Сейчас мы определим объект нашего изучения.

Задание: Вашему вниманию предоставляются загадки. Вам необходимо выяснить о каком растении идет речь. (На магнитной доске появляются иллюстрации отгаданных растений.)

Что же это за девица?
Не швея, не мастерица,
Ничего не шьет,
А в иголках круглый год. (Ель)

Елочка отличная
Только необычная —
К холодам у этой елки
Осыпаются иголки. (Лиственница)

В жару слезою желтой плачет,
А в холод слезы прячет.
Не лиственница и не елка,
Хоть есть и шишки, и иголки. (Cосна)

Шишки словно у сосны,
Но орешки в них вкусны. (Кедр)

Зеленеет кустик стройный,
Как сосна и елка хвойный,
Но не колки, как у елки
И у сосны, его иголки. (Можжевельник)

– К какому отделу относятся все эти растения?

– Отдел Голосеменные растения.

– Вспомните основные признаки , характерные для голосеменного растения.

– Голосеменные – это очень древняя группа высших семенных растений.

• Голосеменные имеют стебель, корень, листья – хвоинки, чешуйки.
• Голосеменные имеют своеобразный орган – шишки.
• Голосеменные образуют семена, с помощью которых размножаются и распространяются.
• Семена лежат открыто на поверхности чешуек шишек.

– Итак, какова же тема сегодняшнего урока?

– Размножение голосеменных растений.

II. Постановка цели.

– Прежде чем мы перейдем к рассмотрению вопроса о размножении голосеменных, нам необходимо вспомнить основные понятия, которыми мы будем оперировать сегодня на уроке.

Игра “Биологическое лото”.

– На ваших столах лежат карты с определениями понятий. Понятия на большой карте закрываются соответствующими им маленькими карточками.

Проверка правильности выполненного задания на магнитной доске. При правильном выполнении этого задания получилась веточка сосны.

– Веточка какого растения получилась в результате правильного выполнения задания?

– Получилась веточка сосны. Именно на примере этого растения мы и будем рассматривать вопрос о размножении голосеменных растений.

III. Объяснение нового материала.

– Сейчас приступим к рассмотрению основного нашего вопроса. Выскажите свое предположение о способах размножения голосеменных растений, исходя из их названия.
Основным способом размножения голосеменных является половой способ, то есть размножение с помощью специализированных половых клеток – гамет. Вегетативное размножение встречается очень редко.

Рассказ учителя с использованием аппликации на магнитной доске:

Сосна – однодомное растение. Весной на молодых ветвях сосны видны маленькие шишки двух видов: зеленовато-желтые собраны тесными группами у основания молодых побегов, красноватые сидят поодиночке на их вершинах. Шишки представляют собой видоизмененные побеги. Красноватые шишки – женские шишки. На каждой чешуйке красной шишки развиваются по два семязачатка, в которых находятся женские гаметы – яйцеклетки, имеющие гаплоидный набор хромосом.

Зеленовато-желтые шишки – мужские. На чешуях зеленоватых шишек развиваются по два пыльцевых мешочка. В них созревает пыльца. Пыльца включает в себя пыльцевое зерно, состоящее из вегетативной и генеративной клеток и два воздушных мешочка, которые придают легкость пыльце. Пыльца легко может переноситься ветром.
Весной сосны начинают “пылить”, то есть из мужских шишек начнет высыпаться пыльца. Созревшая пыльца высыпается, подхватывается ветром и переносится в женские шишечки на пыльцевход семязачатков. Этот процесс называется опылением.
Голосеменные производят огромное количество пыльцы. Объясните почему?

– Перенос пыльцы ветром зависит от случая, малоэффективен, поэтому у хвойных образуется очень много пыльцы.

– После опыления чешуи красноватых шишек смыкаются и склеиваются смолой. Оплодотворение у сосны происходит только на следующий год – через 12–14 мес. после опыления. Пыльца прорастает, из вегетативной клетки зерна образуется пыльцевая трубка, а из генеративной клетки внутри этой трубки образуются два спермия. В семязачатках закрывшихся шишек происходит оплодотворение. В оплодотворении участвует только один спермий, второй – погибает. В результате оплодотворения образуется зигота с диплоидным набором хромосом. Зигота дает начало зародышу, а из всего семязачатка образуется семя с запасом питательных веществ, который находится в эндосперме. Оболочка семени образуется из покрова семязачатка.

– Шишки растут и одревесневают. Семена сосны созревают через полтора года после опыления, а высыпаются из шишек почти через два года.
Итак, в результате полового размножения у голосеменного растения образуются семена, состоящие из зародыша, эндосперма и семенной кожуры. Каждое семечко снабжено крылышком – это приспособление для распространения семян ветром. Попадая в почву, семя прорастает в проросток, который дает начало молодому растению.

Задание: В ядре клеток листьев сосны находится 24 хромосомы. Какой набор хромосом содержат половые гаметы данного растения: яйцеклетки и спермии?

– Появление семени – важный этап в эволюции растений. В чем заключается преимущество семенного размножения перед размножением спорами?

– В семени зародыш в течение длительного времени сохраняется от неблагоприятных условий. У всех семян имеется запас питательных веществ, который увеличивает шансы молодого растения на выживание. Семенное размножение не зависит от наличия воды.

IV. Работа в парах.

– У вас на столах выданы листы, имеющие двойную окраску (красная и зеленовато-желтая) и карточки с основными периодами размножения сосны: красноватые шишки, зеленовато-желтые шишки, по 2 семязачатка на чешуйке, по 2 пыльцевых мешочка с пыльцой на чешуйке, женские гаметы – яйцеклетки ( n ), перенос пыльцы ветром, прорастание пыльцевой трубки с двумя мужскими гаметами – спермиями (n), оплодотворение, зигота (2n), зародыш семени (2n) + запас питательных веществ, проросток, молодое растение. Ваша задача: составить схему размножения голосеменных.

Задание с сигнальными карточками: Какие утверждения верны? (Учащиеся, поднимая сигнальные карточки красной или зеленой стороной, сигнализируют о своей готовности к ответу на утверждение. Красный цвет – “не согласен с утверждением”; Зеленый цвет – “утверждение верно”)

1. Только у голосеменных растений имеется специализированный орган – видоизмененный побег – шишка.
2. На побегах хвойных растений развивается три типа шишек.
3. В женских шишках хвойных образуется пыльца.
4. В мужских шишках образуются семязачатки с яйцеклетками.
5. Пыльцевое зерно состоит из вегетативной и генеративной клеток.
6. Вегетативные и генеративные клетки не играют ни какой роли в процессе оплодотворения.
7. Половые гаметы: яйцеклетка и сперматозоид имеют гаплоидный набор хромосом.
8. После оплодотворения яйцеклетки и сперматозоида образуется зигота с гаплоидным набором хромосом.
9. На чешуйках шишки образуется по два семени с крылышками.
10. Запас питательных веществ в семени голосеменных находится в зародыше.

1. Голосеменные относят к особой группе высших растений – семенным растениям.
2. Образование семян – прогрессивный шаг эволюции.
3. Семена лежат открыто (голо) на семенных чешуях шишек. Образуются из семязачатков в результате опыления и оплодотворения.

VI. Домашнее задание.

1. Cоставить письмо Незнайки вашему классу по теме сегодняшнего урока.
2. Объясните русскую поговорку: «Не расти яблочку на елке. Не бывать шишке на рябине».

Литература.

1. А. Скворцов и др. Универсальное учебное пособие. Биология 6–11 классы. М. “АСТ-ПРЕСС”, 2000
2. В.В. Пасечник. Биология 6 класс. М. “Дрофа”, 2001
3. Н. А. Заостровцева. Конспекты по биологии. Санкт-Петербург. “Питер”, 1998
4. С.Г. Мамонтов. Биология для школьников старших классов. М. “Дрофа”, 1997
5. Т.Л. Богданова и др. Биология. Справочник для старшеклассников. М.”АСТ- ПРЕСС ШКОЛА”, 2002
6. Г.П. Яковлев и др. Ботаника. М. “Высшая школа”, 1990
7. Дмитриева Т.А. и др. Биология. 1600 задач, тестов и проверочных работ. М. Издательский дом “Дрофа”, 1999.

Отдел голосеменные. Строение и размножение на примере сосны обыкновенной. Основные представители голосеменных и их роль в природе

Голосемянные растения, у которых не бывает плодов и семена лежат открыто, голо. К ним относятся хвойные растения, которые имеют хвою (это видоизмененные листья)

Строение:

— Корневая система стержневая (сосна) или мочковатая (ель);

— Стебель с тонкой корой и мощной древесиной.

— Листья видоизмененные в иглы или чашуйки, они расположены на уделенных или укороченных побегах, листья многолетнии (искл. лиственница)

Размножение: половое – семенами. Размножение голосеменных. Сосна, как и все хвойные растения, размножается семенами. На чешуях раскрывшихся шишек семена расположены по два и лежат открыто, поэтому относят к голосеменным растениям. Размножение семенами — основной признак, по которому голосеменные отличаются от растений, размножающихся спорами. Голосеменные растения плода не образуют.

Весной на ее молодых ветвях видны маленькие шишки. Одни из них зеленовато-желтые. Они собраны тесными группами у оснований молодых побегов. Другие красноватые, одиночные. Каждая шишка состоит из оси и сидящих на ней чешуй. На чешуях зеленоватых шишек развиваются по два пыльцевых мешочка. В них созревает пыльца. Оболочка каждой пылинки имеет два пузырька, наполненных воздухом.

Такие пылинки ветер переносит на большие расстояния .

— Красноватые шишки сосны находятся они на вершинах молодых веток. На чешуях красноватых шишек развиваются семязачатки (семяпочки), по два на чешуе. Созревшая пыльца высыпается, и ее подхватывает ветер. Опыление произведут те пылинки, которые будут перенесены на пыльцевходы семязачатков. После опыления семязачатков чешуи красноватых шишек смыкаются и склеиваются смолой. В пылинках образуются мужские гаметы, а в семязачатках — женские. Оплодотворение происходит в семязачатках закрывшихся шишек. Из зиготы развивается зародыш, из всего семязачатка — семя, а шишки растут и древеснеют. Сначала они зеленые, затем коричневые.

— Семена у сосны созревают через полтора года после опыления, а высыпаются из шишек почти через два года. В семенах голосеменных растений имеется ткань, содержащая запас питательных веществ. Эта ткань окружает зародыш. Семена сосны имеют пленчатые крылышки, благодаря которым они распространяются ветром. Но у семян некоторых сосен крылышек нет. Семена сосны сибирской («кедровой сосны») называют «кедровыми орешками». Шишки сосны обыкновенной небольшие, длиной всего 4-5 см. Еловые шишки крупнее, длиной 10-15 см. Семена в шишках ели созревают осенью того же года, когда произошло опыление. В январе — марте созревшие семена высыпаются, подхватываются ветром и скользят по ледяному насту.

— Значение голосеменных. Ель, сосна, пихта, лиственница, можжевельник и все другие голосеменные растения имеют большое значение в природе и в жизни человека. Вместе с другими зелеными растениями они образуют органические вещества, усваивают углекислый газ из воздуха и выделяют кислород. Естественное заселение лесных вырубок и пожарищ, заброшенных полей начинается с появления на этих участках светолюбивой, неприхотливой сосны, березы, осины. Поселившись на сыпучих песках, сосна закрепляет их. Сосны выделяют особые летучие вещества, которые подавляют развитие многих вредных бактерий не только в лесу, но и в его окрестностях. Хвойные леса, как и лиственные, задерживают таяние снега, что обогащает почву влагой.

В народном хозяйстве древесину сосны и ели используют как ценный строительный и поделочный материал. С помощью химической обработки из древесины сосны получают искусственные волокна, подобные шелковым нитям. Из древесины ели изготовляют бумагу. Древесина голосеменных растений — ценное сырье для многих отраслей промышленности. Сосну сибирскую называют в Сибири кедром. Но настоящие кедры растут в горах Северной Африки, на востоке Средиземноморской области и в Гималаях; у нас их культивируют на Черноморском побережье Кавказа и в Крыму. Из семян сосны сибирской получают хорошее пищевое «кедровое» масло.

Размножение голосеменных растений

Содержание

1. Схема размножения голосеменных растений
2. Развитие семени
3. Что мы узнали?
4. Оценка доклада

• Тест по теме

Схема размножения голосеменных растений

Основным способом размножения голосеменных растений является размножение семенами. Вегетативный способ встречается достаточно редко и практически не используется для распространения данных видов растительного царства.

От покрытосеменных видов они отличаются тем, что не имеют такого органа, как цветок, и не образуют вокруг семени плода.

Схему размножения голосеменных растений демонстрируют, в основном, на примере сосны. С наступлением весны на ветвях этого дерева образуются шишки двух видов:

• мужские– имеют зеленовато-жёлтый цвет, располагаются у основания молодого побега;
• женские– имеют красноватый оттенок, находятся на вершинах веток.

По своему строению шишка имеет ось и прикреплённые к ней чешуйки. В женском организме на каждой чешуйке созревают два семязачатка, внутри которых находятся яйцеклетки. В мужской шишке образуются два пыльцевых мешочка, в которых зреет пыльца.

Рис. 1. Строение женской шишки.

После созревания она высыпается и вместе с ветром разносится на большие расстояния. Попадая на женскую шишку, происходит опыление, в результате которого шишка закрывается и склеивается смолой. Внутри неё пыльца начинает прорастать в пыльцевую трубку, в которой созревают спермии. Этот процесс занимает около года. За это время подготавливаются два спермия, один из которых сольётся с женской яйцеклеткой, а другой погибнет. В результате слияния женских и мужских гамет происходит созревание семени.

Рис. 2. Схема размножения сосны

Образование пыльцевой трубки имеет большое значение в приспособленности голосеменных растений к условиям существования в наземном пространстве.

Развитие семени

После оплодотворения из зиготы начинает развиваться зародыш, а из семязачатка формируется семя.

Зигота содержит диплоидный набор хромосом. Зародыш, который образуется из зиготы, сочетает в себе признаки как отцовского, так и материнского организма. Вокруг него располагаются питательные вещества, которые необходимы для роста и развития. Снаружи находится защитная оболочка, которая оберегает внутреннее содержимое от воздействий окружающей среды. Зародыш со всеми образованиями (корешки, почечки, стебельки, семядоли) называют семенем.

Созревание семени занимает приблизительно полтора года. Изначально зелёные шишки со временем начинают деревенеть и приобретают коричневый цвет. Шишка с созревшими семенами раскрывается, и они выпадают наружу. Раскрытие происходит через 2-3 года после опыления. У сосны для их распространения имеются крылышки, которые легко подхватываются ветром и разносятся на более дальние расстояния.

В отличие от папоротников и мхов для оплодотворения голосеменным растениям не нужна вода. Это объясняет их широкое распространение на планете.

Сосновые шишки обычно небольшого размера 4-5 сантиметров, еловые длиннее – 10-15 сантиметров. В отличие от сосны, созревание семян у ели происходит осенью того же года, что и опыление. В конце зимы – начале весны они высыпаются и разносятся по окрестностям. Семена сибирской сосны (кедра) называют кедровыми орешками, их употребляют в пищу.

Рис. 3. Разновидности шишек.

Что мы узнали?

Основным способом размножения голосеменных растений является размножение семенами. Для этого на деревьях и кустарниках формируются шишки двух видов (мужские и женские). В мужских организмах зреют пыльцевые зёрна, которые ветром переносятся в женские шишки. После попадания пыльцы шишка склеивается и начинается процесс созревания семени. Весь процесс от опыления до созревания длится около 18 месяцев. Созрев, шишка раскрывается, и семена высыпаются наружу. Отличительной чертой голосеменных растений от цветковых представителей является то, что их семя не защищено околоплодной оболочкой. Поэтому отдел данных растений и получил такое название – голосеменные.

Размножение сосны

Сосны можно размножить, прививкой, черенками и семенами. Как правило, вегетативные методы размножения сосны отличаются надежностью и более быстрыми результатами. Но чаще всего такое дерево размножают семенами.

Выращивание сосны из семян

Для посева используют хорошо вызревшие свежие семена. Сбор шишек следует проводить в последние дни октября либо в первые ― ноября, в данный период семена в них будут уже полностью вызревшие и пригодные для посева. Следует учесть, что шишки обязательно надо срывать с сосны, а не собирать с земли. Их понадобится хорошенько просушить, для этого разложив в комнате на листе бумаги либо ткани, разместив их при этом рядом с отопительным прибором. Из хорошо высохших шишек можно легко извлечь семена. На хранение их ссыпают в плотно закрывающиеся банки из стекла, которые убирают в прохладное место. За 8–12 недель до высева семена необходимо перебрать, после чего их на некоторое время ссыпают в емкость, наполненную водой. Всплывшие семена рекомендуется собрать и выбросить. Те же семена, что утонули, надо стратифицировать. Для начала их на 30 мин. помещают в раствор марганцевого калия, который должен быть окрашен в слабый розовый цвет. После чего их промывают и в течение 24 часов выдерживают в чистой воде, затем их соединяют с увлажненным песком. Смесь ссыпают в капроновый чулок, который убирают на полку холодильника не менее чем на 4 недели.

Высев семян проводят во второй декаде апреля. Субстрат должен быть легким, но не обязательно насыщенным питательными веществами. Так, для высева можно использовать речной песок, который треть часа нужно прокалить в духовом шкафу, нагретом до 200 градусов. Контейнер сначала заполняют песком, затем сверху насыпают двухсантиметровый слой опилок, на поверхности которого следует равномерно распределить семена, при этом заостренный кончик у них должен быть направлен вниз. Каждое семечко нужно немного вдавливать в субстрат, после чего его поверхность засыпают слоем опавшей хвои, толщина которого должна быть 10–15 мм. Посевы обильно поливают при помощи пульверизатора, после чего емкость сверху накрывают пленкой. Первые сеянцы, как правило, показываются уже в апреле, но могут и несколько позже. Посевы нуждаются в систематическом проветривании и поливе, а еще нужно своевременно убирать скопившийся на пленке конденсат.

После того как покажутся первые сеянцы, емкость нужно перенести в теплое и хорошо освещенное место, которое должно иметь надежную защиту от сквозняков. Во время формировки у растеньиц второй пары иголок, им понадобится пересадка в настоящую почвосмесь для сосен. Высадку саженцев в открытую почву проводят через 2–3 года в весеннее время, при этом меж ними следует соблюдать дистанцию в 0,3–0,5 м. При высадке нужно быть крайне аккуратными, чтобы корешки растения не оголились и не были травмированы, а еще надо постараться не стряхнуть с них микрозу, от которой зависит нормальный рост и развитие деревца. Корень саженца необходимо аккуратно подрезать, после чего его погружают в болтушку, состоящую из перегноя и садовой земли (1:2), воды добавляют столько, чтобы получилась консистенция густой сметаны. Затем сосенки высаживают в лунки, которые следует подготовить заблаговременно. Поливы саженцев на школьной грядке производят 1 раз в 7 дней. Когда деревца будут политы, вокруг них следует взрыхлить поверхность грунта, а еще вырвать всю сорную траву. А на второй год весной перед тем, как начнется сокодвижение, сосенки следует подкормить, внеся для этого в грунт 25 грамм суперфосфата, 0,5 килограмм перепревшего навоза и 10 грамм калийной селитры из расчета на 1 квадратный метр грядки. Удобрения необходимо заделать на десятисантиметровую глубину. Спустя 4 года после пересадки в школку саженцы можно будет высадить на постоянное место, делают это весной либо в начале осени.

Размножение сосны черенками

Черенкование данной культуры рекомендуется проводить в осеннее время. Нарезают одревесневшие черенки, длина которых может варьироваться от 80 до 120 мм, берут их с пяточкой (с куском древесины от ветви, на которой находился черенок). Для их заготовки следует выбрать облачный день. Черенки нарезают с верхушечных боковых побегов средней части кроны, которые обращены на север. Черенки необходимо не срезать, а сильным быстрым движением вниз и в сторону отрывать с куском древесины и коры (пяточкой).

Перед посадкой черенков их пяткам понадобится небольшая зачистка от заусенцев и иголок. Затем черенки следует выдержать 4–6 ч в двухпроцентном растворе Фундазола, марганцевого калия (темно-розового окраса) либо Каптана. А незадолго до высадки пяточку и нижний край отрезка нужно подвергнуть обработке раствором Эпина, Корневина либо Гетероауксина. Высадку черенков производят в почвосмесь, в состав которой входит перегной, листовая земля и песок, взятые в равных частях. Высаживают их под наклоном, а потом сверху накрывают прозрачным колпаком, чтобы создать необходимые для укоренения парниковые условия. Каждый день черенки следует проветривать, а с колпака нужно убирать конденсат. На зиму емкость с черенками рекомендуется убирать в подвал, а весеннее время ее следует перенести на улицу. Черенки укоренятся спустя 1,5–4,5 месяца, при этом у них в одно и то же время отрастут и молоденькие побеги, и корешки. С наступлением следующей весны в мае месяце черенкам нужно устроить полив раствором Корневина либо Эпина. Высадку сосенок в открытую почву можно будет произвести спустя еще 1 год.

Размножение сосны прививкой

Как правило, прививкой сосну размножают лишь садоводы, имеющие опыт в этом деле, но при желании это может сделать и новичок. У прививки вприклад имеется очень важное преимущество, а именно, благодаря данному методу привойный черенок гарантировано сохранит все сортовые признаки родительского растения.

Как подвой можно взять растение, возраст которого от четырех до пяти лет. А нарезку привоя производят с прироста, возраст которого 1–3 года. С черенка надо оборвать все иголки, они должны остаться лишь около почки, находящейся в верхней части. У подвоя нужно оборвать все боковые почки и обрезать длинные побеги.

Прививкой следует заняться в весеннее время, как только начнется сокодвижение, либо в середине летнего периода. Весной сосну прививают на прошлогодний побег, а летом ― на побег нынешнего сезона.

Размножение сосны

Хвойными деревьями часто украшают придомовые территории, высаживают в парках и скверах. Все потому, что в любое время года они смотрятся одинаково красиво. С каждым годом на сосну растет спрос. В связи, с чем ее постоянно разводят, чтобы удовлетворить потребности покупателей. Так как же размножается сосна?

Основным способом размножения сосны будет семенной. Только он обеспечит приживаемость саженца до 90%. В осенний период готовят грядки. В них помещают семена и слегка присыпают грунтом. Достаточно слоя в один сантиметр. Сверху трамбуют. За зиму они пройдут стратификацию холодом.

Молоденькие росточки очень нежные и требовательны к вниманию. Из-за его недостатка многие погибают. Просто они чувствительны к солнцу, их надо притенять, а также постоянно поливать.

Можно самостоятельно дома попробовать вырастить сосну. Для этого в начале зимы семена помещают в холодильник при температуре -1 градус на стратификацию. В середине весны высевают в дерновый грунт, который вы подготовили в ящичках заранее. Сверху засыпают торфом и создают парниковый эффект с помощью пленки, которой накрывают ящик с семенами. В ящике появившиеся всходы будут расти до трех лет, так как их рост медленный. Только спустя три года их высаживают на постоянное место произрастания. Обязательно с частью грунта, в котором находятся корни. Их оголять нельзя, так как саженец тогда в будущем погибнет.

Для получения декоративной сосны используют размножение прививкой. Так, на четырехлетний саженец прививают веточку. Она сохранит все сортовые признаки дерева, с которого ее срезали. Черенкование не используют, оно не дает результатов, потому что укоренение происходит плохо.

Размножение сосны

Саженец хвойного дерева ценится высоко, а приживается плохо. Чтобы получить пять взрослых сосен, необходимо высадить 25 небольших саженцев. В такой ситуации встаёт вопрос, а можно ли самому вырастить хвойник из семечка?

Конечно можно, размножение сосны подчиняется общим правилам, но имеет некоторые особенности. Как правильно проращивать семена?

Размножение сосны: общие правила роста

Наилучшие условия для роста сосны – это супесчаный некислый грунт и влажный воздух. При их наличии деревья растают ввысь до 40 м, а их стволы занимают два обхвата в диаметре. Такие «корабельные» стволы произрастают на берегах Балтики.

Однако сосны могут расти и в менее благоприятных условиях: на кислых почвах, при небольшой влажности, небогатом питании. В таких условиях рост деревьев замедляется, и растение редко достигает даже 10 м.

Чем более условия грунта и влажности удалены от идеальных, тем сложнее семечку прорасти, а дереву – достигнуть больших высот. Поэтому количество проросших семян в неблагоприятных условиях — заметно меньше.

Сосны растут – на берегу моря и рядом с болотом, на равнине и в горах (до 2000 м). Единственное общее требование для всех регионов произрастания – свет. Сосна не выносит затенения и перестаёт развиваться при недостатке солнечного освещения.

Существует два способа размножение дерева: семенами и черенками. Черенки можно привить на другой живой столб или укоренить в почве. Для сосны укоренение черенков – почти всегда проигрышное мероприятие. А вот привить черенок редкого хвойного дерева — проще.

Размножение сосны семенами – самый эффективный способ получить собственные саженцы. Начнём с главного – сбор семян и подготовка условий для посадки.

Когда собирать семена для посадки?
Семена сосен созревают всю осень и становятся зрелыми в середине зимы. В это время и можно собирать посадочный материал.

Осенние семена также можно проращивать, но их всхожесть значительно меньше.

Как достать семена?
Шишку, опавшую с дерева, подбирают, приносят домой, кладут в тёплое место. Если положить шишку на блюдечке или в коробке на отопительную батарею, то через несколько дней её чешуйки раскроются, семена высыпятся на дно тарелки или коробки.

Куда можно садить?
В открытый грунт (весной) и в ящики (короба, можно зимой). Посадки в короба – более подконтрольны и дают больший процент прорастания. В открытом же грунте семена часто поедаются грызунами.

Необходима ли стратификация?
Нет, стратификация для семян хвойников не обязательна, но ею можно ускорить их рост. В природных условиях семена прорастают после зимнего набухания в холодной талой воде и после смены температур – потеплении. Можно имитировать природные условия – уложить семена во влажный песок и поставить их в морозильную камеру. Выдержать там до 2 месяцев, после – вынуть и сполоснуть в тёплой воде, после чего уложить в песок для дальнейшего проращивания.

Как готовить грунт?
Если проращивать планируется в земле, то обустраивается яма глубиной 30-40 см, на дне которой делают дренаж (слой щебня толщиной 20 см). При проращивании в коробах обязательно делают в их нижней части отверстия для оттока влаги, и также укладывают слой дренажа. Поверх дренажных камней насыпают грунтовую смесь (земля, торф, песок в одинаковых пропорциях). Щебень и отверстия обеспечивают отток лишней влаги и аэрацию корней будущего растения.

Какова глубина заделки семян?
Мелкие семена при посадке в короб высевают на небольшую глубину – до 1 см. Их можно просто рассыпать по поверхности грунта и потом – взрыхлить и заровнять.

При посадке в открытый грунт глубину заделки оставляют также 1 см. Делают борозды 3 см и засыпают их на 2 см песком. Поверх песка на глубину борозды высевают стратифицированные семена. И засыпают их сверху подготовленной смесью земли, песка и торфа. Поверх – насыпают небольшой слой торфа. Он предупреждает грибковые заболевания молодых сосенок.

Как поливать?
Для прорастания сосновых семян их необходимо часто увлажнять. Из песчаного грунта вода быстро уходит вниз. Поэтому необходим полив несколько раз в день.

Если посадки сделаны в короба, можно облегчить уход за прорастающими семенами: установить короб в ёмкость с водой (поддон) и накрыть его сверху полиэтиленом. При испарении влаги она будет оседать под плёнкой, не покидая внутреннего пространства.

Когда будут первые ростки?
Сосна прорастает ориентировочно через месяц после посадки. Весь этот период необходимо увлажнять почву и не допускать её пересыхания (здесь также помогает полиэтиленовое укрытие).

Размножение черенками

Размножение сосны черенками – более трудоёмкий процесс, чем размножение семенами. Поэтому к нему обращаются тогда, когда выращивание растения из семян не даёт нужного результата (при выращивании декоративных видов растений). Черенок не укореняют, а прививают на подвойное дерево. Непосредственное укоренение черенков сосны не делают. Из-за небольшого количества калюса под корой — корни не образуются, дерево не получается.

Как прививать черенки?

• Готовим черенки — прутики длиной 5-6 см, диаметром около 5 мм, вверху прутика должна быть почка. Нарезаем их из побегов возрастом от 1 до 3 лет. Лучше всего брать прирост прошлого года. После нарезания черенков (с них удаляют (срезают) хвою).
• Выбираем дерево-подвой. Это может быть хвойник возрастом не старше 5 лет. У него также вырезают хвою и боковые побеги длиной больше 6 см. Лучшим местом для прививки является молодой побег. Он должен быть достаточно сформированным. Поэтому вначале весны прививают черенок на прошлогодний побег. А в середине лета – на побег текущего кода, который уже успел сформироваться.

Важно: прививать можно ранней весной и в середине лета (первая половина июля). Однако лучший эффект и наибольший процент приживаемости наблюдается при ранневесенних прививках.

Прививать сосну – сложнее. А вот вырастить саженцы из семечка – просто и доступно каждому человеку.