Многообразие растений. Основные отделы растений. Классы Покрытосеменных. Роль растений в природе и жизни человека

Предки растений или псилофиты вышли на сушу около 450 млн. лет назад. С этого момента началось их стремительное шествие по планете Земля. Появились гигантские папоротники, хвощи, плауны, затем пришла очередь голосеменных и покрытосеменных растений. Прогресс растительного мира продолжался тысячелетиями и привел к образованию 350 тыс. видов представителей флоры. Это основные продуценты на нашей планете, которые обеспечивают другие организмы питанием и образуют в процессе фотосинтеза кислород – основной элемент, участвующий в процессе дыхания.

Многообразие растений

Систематика предлагает следующую классификацию растительного царства:

Царство РастениЯ - схема

Это наиболее удобная и простая схема демонстрирует стройную картину растительного мира и ее постепенное усложнение в процессе эволюции. Чтобы разобраться в таксономических группах и особенностях строения, рассмотрим основные отделы растительного царства.

Основные отделы растений

Подцарство Низшие растения

Отдел Водоросли

Подцарство низших растений, образованное водорослями, появилось во времена, когда Землю покрывали моря. Водоросли не случайно выделили в отдельное подцарство, поскольку они сильно отличаются от своих «зеленых собратьев»: тело образовано слоевищем или талломом и не делится на ткани и органы, полностью зависят от водной среды.

Водоросли размножаются тремя способами:

  • вегетативно: кусочками слоевища;
  • бесполым способом с помощью спор;
  • половым процессом при слиянии гамет и коньюгации.

Среди водорослей распространены одноклеточные виды и колониальные формы. Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) не имеют оформленного ядра и относятся к прокариотам или доядерным организмам. Остальные представители подцарства – эукариоты. Питание простое:

  • одноклеточные водоросли используют фагоцитоз, окутывая поверхностью тела и переваривая пищевую частицу;
  • многоклеточные всасывают питательные вещества всей поверхностью слоевища.

Еще одна схема по систематике показывает классы водорослей, каждый их которых отличается особенностями строения. Это огромное подцарство, которое заполняет океаны, моря, реки, водоемы.

Подцарство Настоящие водоросли
Основные отделы Размножение Питание Примеры
Зеленые водоросли Неполовое (спорами и частями слани) половое Автотрофное Хламидомонада, хлорелла, вольвокс
Буровые водоросли Неполовое, половое, вегетативное Автотрофное Ламинария, алария, агарум
Красные водоросли Неполовое (спорами) половое Автотрофное Порфира, филловфора
Диатомовые водоросли Неполовое (делением) половое Автотрофное Пиннулярия, навикула

Водоросли производят до 80% органических соединений, необходимых в пищевых цепях. Это основные продуценты биомассы. Их роль этим не ограничивается:

Значение водорослей

Отдел Лишайники

Удивительные низшие растения, которые представляют собой симбиоз между автотрофной водорослью и гетеротрофным грибом. Одноклеточные водоросли в процессе фотосинтеза образуют органические вещества, а грибы снабжают организм растворенными минеральными солями. Так два разных организма помогают друг другу выжить.

Комплексная природа лишайников помогает сохранить жизнедеятельность в самых неблагоприятных условиях. Они способны получать питание из воздуха, росы, тумана, частичек пыли, дождя, а не только из почвы. Их можно встретить в условиях, мало пригодных для жизни: на скалах, крышах домов, старой древесине, стеклянных и пластиковых поверхностях.

Тело лишайника сплетено из особых нитей – гиф, между которыми расположены клетки водорослей. Они находятся под верхним корковым слоем, который защищает их от пересыхания. Гифы образуют утолщения, которые придают слоевищу форму и устойчивость. Нити тонкими «мостиками» соединены с водорослями, что позволяет извлекать нужные каждому организму продукты.

Систематики насчитали 20 тыс. видов лишайников. Они делятся на: 

  • листоватые состоят из слоевища и похожи на пластинки, которые крепятся к субстрату с помощью пучков гиф;
  • накипные (80%) образуют на поверхности похожий на корочку таллом, который прочно срастается с местом прикрепления;  
  • кустистые образуют кустики из тонких, перевитых нитей или стволиков. 

Лишайники размножаются вегетативно, с помощью кусочек слоевищ или спор. Под слоевищем образуются соредия и изидия (водоросли, опутанные нитями гиф). При нарушении коркового слоя они разносятся ветром и меняют местообитания. Лишайники растут очень медленно и живут столетиями.

Типы слоев лишайников


На заметку: Систематики до сих пор спорят о месте лишайников в системе органического мира. Одни утверждают, что это единый организм и относят их к самостоятельному таксону. По мнению других – это особая биологическая группа, где водоросли ведут себя как автотрофы, а грибы, как типичные гетеротрофы, не способные жить самостоятельно. 


Подцарство Высших растений

Отдел Мохообразные

Представлен 20 тыс. видов. Это наземные многолетние растения, устроенные довольно просто. Их характерные черты:

  • отсутствуют органы и ткани;
  • нет корней и проводящих пучков;
  • к земле крепятся с помощью ризоидов, которые поглощают воду из почвы;
  • образуют слоевище, иногда дифференцированное на стебель и листья;
  • преобладает половое размножение, для которого нужна водная среда;
  • при бесполом размножении развивается спорофит – коробочка со спорами.

Это древняя группа организмов существовала еще в каменноугольном периоде. Многолетние растения всегда любили влажные местообитания. Леса, болота, сырые луга – основное их «пристанище». Это источник биомассы, способной накапливать и удерживать воду. По строению и образу жизни – промежуточное звено  между низшими и высшими растениями, тупиковая ветвь эволюции.

Подцарство Высшие растения. Отдел Мохообразные
Признаки Характеристика
Строение Тело разделено на стебель и листовидные выросты — филлоиды. Корней нет, некоторые виды имеют ризоиды.
Питание Автотрофное (фотозинтез)
Размножение Неполовое (спорами, вегетативное), половое. Преобладает половое поколение — геметофит (заросток)
Примеры Сфагнум, кукушкин лен, маршанция
Значение Обуславливают закисание почвы; сфагновые мхи образуют торф

Мохообразные делятся на классы:

  • печеночные мхи или печеночники (маршанция);
  • антоцеротовые (дендроцероз);
  • листостебельные мхи (кукушкин лен, сфагнум).

Размножение происходит бесполым, половым и вегетативным способом. Половое размножение устроено довольно сложно. Общий процесс изображен на рисунке 1: 

Жизненный цикл мха
Рис. 1. Схема жизненненного цикла мха

 


На заметку: Способны задерживать влагу в теле, благодаря чему происходит заболачивание почв. Накапливают (собирают в себя) тяжелые металлы и радионуклиды. Обладают антисептическими свойствами и выделяют консерванты, поэтому в глубоких слоях болот находят хорошо сохранившиеся останки людей, животных, предметы быта.


Отдел Плауновидные

Это высшие споровые растения, которые достигли расцвета в каменноугольном периоде. В те времена они представляли собой плауны-колоссы, достигая в высоту 40 м. Древовидные плауны исчезли в палеозое, их законсервированные вымершие остатки дали начало каменноугольным отложениям. Относятся к травянистым многолетним вечнозеленым растениям, способным жить до 100 лет. Растения поселяются на земле и стволах деревьев.

Подцарство Высшие растения. Отдел Плаунообразные
Признаки Характеристика
Строение Преимущественно стелющиеся побеги, имеющие мелкие листья и придаточные корни. Стебель вилкообразно разветвляется, листки располагаются спирально.
Питание Автотрофное (фотозинтез)
Размножение Неполовое (спорами), преобладает спорофит
Примеры Молодильник, плаун булавовидный, селагинелла
Значение Используется в медицине, металлургии; вымершие виды — компонент залежей каменного угля

Характерные черты:

  • стебли ползучие, полегающие или свисающие;
  • чешуйчатые или игольчатые листья;
  • короткие корешки;
  • размножение при помощи спор при образовании спороносных колосков;
  • вегетативное размножение почками и побегами.

Местообитание – хвойные леса. Для Плауновидных характерен медленный рост: взрослого возраста они достигают к 20 годам. Их разнообразие невелико и составляет около 1400 видов. Примеры представителей этого растительного отдела: 

 

Плаун годичный

На верхушках ветвей у плауна годичного находится один колосок. Это вид, который чаще других встречается на просторах России.

Благовидный плаун

 

На верхушках ветвей у плауна булавовидного по 2–3 колоска. На популяцию растения отрицательно влияет то, что его собирают в декоративных целях (из него изготавливают венки, гирлянды для украшения домов), и после этого он восстанавливается очень медленно.

Баранец обыкновенный

 

У баранца обыкновенного споры образуются на верхней стороне листьев. Растение ядовито.

Дифазиаструм сплюснутый

 

У дифазиаструма сплюснутого листья чешуйчатые, очень маленькие и плотно прижатые к веточкам.

Среди плаунов встречаются ядовитые растения, поэтому животные ими не питаются. Из спор некоторых плаунов готовят натуральную детскую присыпку (тальк), а также лечат кожные высыпания. В промышленности готовят желтую и зеленую краски.

Отдел Хвощевидные

К предкам хвощей относятся псилофиты (первые растительноподобные организмы). Известны гигантские ископаемые формы, которые формировали леса наряду с хвощами и плаунами до каменноугольного периода (300 млн. лет назад). Современных видов всего 30 и произрастают они во влажных лесах Северного полушария.

Это многолетние травянистые растения, которые характеризуются:

  • жестким стеблем;
  • зелеными и бурыми побегами;
  • развитыми горизонтальными или вертикальными корневищами;
  • формированием клубеньков на корнях с запасом крахмала;
  • разделением стебля на узлы и междоузлия;
  • наличием кремнезема в стенках клеток, который выполняет защитную и укрепляющую функции;
  • размножением спорами в капельно-жидкой среде.
Подцарство Высшие растения. Отдел Хвощеобразные
Признаки Характеристика
Строение Членистое корневище с придаточными корнями и надземными побегами. Побеги состоят из междоузлий и узлов. Листья редуцированы до чешуек
Питание Автотрофное (фотозинтез)
Размножение Неполовое (спорами), преобладает спорофит
Примеры Хвощ болотный, хвощ полевой, хвощ лесной
Значение Биоиндикатор кислых почв: корм для животных; вымершие формы — компонент залежей каменного угля

Весной из корневищ на поверхности появляются бурые побеги со спороносными колосками. Когда споры вызревают и осыпаются, побеги хвоща отмирают и на их месте вырастают зеленые побеги спорофита, или вегетативные побеги. Они сильно ветвятся и покрыты чешуйчатыми листьями. В новых побегах идет процесс фотосинтеза, спорообразование для них не характерно.

Хвощ


Это интересно: В отличие от большинства растений хвощи не приносят весомой пользы человеку. Их рассматривают как злостные сорняки, вредные и ядовитые свойства которых исключают их использование в качестве кормовой базы для животных. Только хвощ пестрый – кормовая культура для северных оленей.


Отдел Папоротниковидные

Папоротники ведут свое происхождение от риниофитов, которые появились в девоне. Гигантские растения занимали огромные площади, образуя непроходимые леса в каменноугольном периоде. В те времена, они составляли конкуренцию хвощам и плаунам. 

Сейчас, это травянистые растения высотой 30-90 см, которые встречаются  в лесах умеренной зоны и деревянистые – в тропиках южных широт. Относятся к многолетникам и живут до 300 лет. Некоторые экземпляры достигают более «почтенного» возраста. Систематики насчитывают 10 тыс. видов папоротников.

Основные черты развития:

  • в качестве листа образуются перисто-рассеченные вайи;
  • побег видоизменен в корневище;
  • наличие корней;
  • образование проводящих тканей;
  • преобладает спорофит;
  • оплодотворение происходит в капельно-жидкой среде.
Подцарство Высшие растения. Отдел Папоротникообразные
Признаки Характеристика
Строение Тело разделено на корень, стебель и листья. Часто имеют корневище и придаточные корни, крупные листовые пластинки — вайи
Питание Автотрофное (фотозинтез)
Размножение Неполовое (спорами), преобладает спорофит
Примеры Орляк, кочедыжник женский, щитовник мужской
Значение Используется в производстве лекарств; вымершие виды — компонент залежей каменного угля

На нижней части листовой пластинки находятся спорангии (коричневые пятнышки, расположенные рядами). В них, путем мейоза, формируются гаплоидные споры. Споры попадают в почву, образуя заростки (гаплоидные гаметофиты). Они видны в виде зеленой пластинки с ризоидами. 

 

На заростках появляются гаметангии: антеридии и архегонии. В водной среде сперматозоиды из антеридиев перемещаются в архегонии: происходит оплодотворение яйцеклетки. Из зиготы вырастает новый папоротник – диплоидный спорофит. Таким образом, половое размножение происходит со сменой поколений.

Общий процесс размножения  изображен на схеме: 

Цикл развития папопоротника

Папоротники находят широкое применение: 

Использование папоротников


На заметку: Среди папоротников к наиболее распространенным относится щитовник мужской. Существовали семенные папоротники, но они вымерли, став родоночальниками отдела голосеменных.


Отдел Голосеменные

Таксон насчитывает всего 700 видов и ведет свое происхождение от древних папоротников. Получили широкое распространение в палеозое и мезозое. В каменноугольном периоде климат изменился: стало суше и заметно похолодало, поэтому господствующие папоротники, хвощи и плауны вымерли, а голосеменные сохранились благодаря ряду приспособительных особенностей.

Подцарство Высшие растения. Отдел Голосеменных
Признаки Характеристика
Строение Древесные растения: имеют корень, стебель (ствол), листья, у большинства видоизменены в иголки, семена (созревают в шишках)
Питание Автотрофное (фотозинтез)
Размножение Неполовое (семенное), преобладает спорофит
Примеры Кедр, сосна, ель, можжевельник
Значение Очищение атмосферного воздуха; сырье для изготовления бумаги; строительный материал; лекарственные и съедобные растения

Наиболее характерные черты:

  • древесные или кустарниковые вечнозеленые растения;
  • имеют настоящие семена, лишенные околоплодника, защищены чешуями шишек (стробилами);
  • растения однодомные: содержат семенные и пыльниковые шишки;
  • развиты разные ткани: основные, сосудистые, механические;
  • игольчатые листья (хвоинки) покрыты слоем толстой кутикулы;
  • старые листья заменяются на новые без листопада;
  • крупный стержневой корень с боковыми корешками, которые часто образуют микоризу.

Представители Голосеменных:

  • сосна обыкновенная;
  • пихта сибирская;
  • сосна кедровая;
  • ель;
  • лиственница;
  • можжевельник.

Семя развивается в семяпочке или семезачатке (мегаспорангии). В ней формируется женский гаметофит, образуется яйцеклетка и происходит процесс оплодотворения. Формируется зародыш, а семязачаток превращается в семя. Для оплодотворения не нужна вода и это огромный эволюционный прогресс, хотя сам процесс оплодотворения довольно сложен. Мужские гаметы, которые находятся внутри микроспоры, не имеют органоидов движения. Оплодотворение происходит за счет пыльцы (мужские шишки), которая переносится ветром на семенные (женские) шишки. Для голосеменных характерно семенное размножение. 

Пихта белая - строение голосеменных
Пихта белая. A — ветвь с мужскими шишками, женскими шишками и осью шишки; B — ветвь со зрелой шишкой; 1 и 2 — лист с обеих сторон; 3 — лист в поперечном разрезе; 4 — мужская шишка; 5 и 6 — пыльцевые мешки, закрытые и открытые; 7 — пыльца; 8, 9, 10 — кроющая чешуя с разных сторон; 11 и 12 — семенная чешуя с кроющей чешуёй и семенами; 13 и 14 — семя с крылом, показанное с разных сторон; 15 и 16 — то же в разрезе, с разных сторон.

Семя состоит из зародыша, гаплоидного эндосперма и семенной кожуры. Распространяются у большинства ветром, у некоторых (у тисса, можжевельника) — животными.

Итог вышесказанного: голосеменные – это обоеполые растения, опыляемые ветром. На одном растении образуются мужские и женские шишки. Гаметофиты состоят из пыльцевых зерен и яйцеклеток. Основная форма жизни – это спорофит, представленный кустарниковой или древовидной формой. 

Отдел Голосеменных растений делится на следующие классы:

Отдел голосеменных: классы

Устройство стебля (ствола) у голосеменных сложное. Ствол образован:

  1. Корой, которая защищает внутренние ткани.
  2. Древесиной, заполняющей внутреннее содержимое.
  3. Древесина на 90 % состоит из проводящей ткани (трахеиды) или лишь незначительный процент приходится на паренхиму.
  4. На концах трахеид расположены поры, через которые происходит фильтрация жидкости.
  5. Кора и древесина пронизана смоляными ходами, содержащими эфирные масла и смолу.
  6. Сердцевина развита слабо.
  7. На срезе ствола видны кольца прироста, связанные с активностью камбия - ткани, дающей не одинаковый прирост в толщину в разные сезоны.

К сведению: Современные голосеменные имеют листья-хвоинки, которые не опадают. Исключением является лиственница – листопадное дерево. У нее мягкие и плоские листья, расположенные в виде пучков. Древние голосеменные – саговники обладают крупной листовой пластинкой.


Отдел Покрытосеменные

Появились позже других, но обладают наиболее «продвинутыми» чертами: могут «похвастаться» наличием цветка и плода. С середины мезозойской эры до сегодняшнего дня, они занимают лидирующие позиции в растительном царстве. Землю населяет около 300 тыс. видов цветковых растений, которые заняли все континенты и большинство экологических ниш. Это наиболее многочисленный таксон.

Покрытосеменные обладают особой организацией:

  • наличие цветка, как органа полового и бесполого размножения;
  • образование завязи, заключенной в семяпочке, которая предохраняет от неблагоприятных факторов внешней среды;
  • характерно двойное оплодотворение, при котором образуется триплоидный эндосперм;
  • наличие запасающей ткани;
  • редуцированный гаметофит образует 2 спермия;
  • женский гаметофит образован 8 клетками зародышевого мешка;
  • развитая дифференциация вегетативных органов и тканей.
Подцарство Высшие растения. Отдел Покрытосеменные, или Цветковые растения
Признаки Характеристика
Строение Древесные и травянистые растения: имеют корень, стебель, листья, цветок, семена, плоды
Питание Автотрофное (фотозинтез), у насекомоядных растений — гетеротрофное (дополнительно)
Размножение Неполовое (семенное, вегетативное), преобладает спорофит
Примеры Пшеница, картофель, чеснок, астра
Значение Культурные, лекарственные, декоративные, кормовые и др. растения

Рассмотрим жизненный цикл цветкового растения:

Жизненный цикл растения

Покрытосеменные растения образуют два класса:

  1. однодольные
  2. двудольные.

Они значительно отличаются друг от друга, имеют свои характерные особенности.

Класс двудольные растения

Обладают следующими чертами:

  • зародыш образован двумя семядолями;
  • стержневой корневой  системой;
  • стебель растет в толщину благодаря камбию;
  • листья с сетчатым жилкованием;
  • цветки имеют двойной околоцветник;
  • у цветка количество лепестков кратно четному и нечетному числу;
  • жизненные формы – травы, деревья, кустарники.

К двудольным растениям принадлежит огромное количество знакомых семейств. Всего класс насчитывает 200 тыс. видов.

Основные семейства класса Двудольные
Семейство Формула цветка Соцветие Плод Признаки строения вегетативных органов
Крестоцветные Ч2+2П2+2Е2+4М1 Кисть Стручок, стручочек Стебли часто укороченные, листья простые, цельные или рассеченные, видоизмененные корни — корнеплоды
Розоцветные Ч5П5ТМ1 или Ч5П5ТМ Кисть, зонтик, щиток Костянка, яблоко, орешек Стебли часто с шипами, листья простые и сложные с прилистниками
Бобовые Ч5П+2+2Т9+1М1 Кисть, головка Боб Стебли травянистые, листья перисто-сложные с крупными прилистниками, часто видоизменены в усики
Пасленовые Ч5ПТ5М1 Кисть, завиток Ягода, коробочка Стебли вилкообразного ветвления, листья простые, некоторые виды имеют видоизмененные побеги — клубни

Класс однодольные растения

Характеризуется следующими чертами: 

  • зародыш состоит из одной семядоли;
  • корневая система имеет мочковатое строение;
  • для стебля не характерен рост в толщину;
  • лист простой с параллельным или дуговым жилкованием;
  • простой околоцветник;
  • число лепестков нечетное;
  • жизненные формы – травы и деревья (бамбук, пальма) 
Основные семейства класса Однодольные
Семейство Формула цветка Соцветие Плод Признаки строения вегетативных органов
Лилейные О3+3Т3+3М1 Кисть Ягода, коробочка Стебли часто видоизменены в луковицу, корень — в корневище; листья удлиненные, линейные или ланцетовидные; жилкование линейное или дуговое
Злаковые О2+2Т3М1 Сложный колос, початок. Цветки мелкие, опыляются ветром Зерновка Стебель — соломинка с полными междоузлиями и узлами. Листья состоят из линейной пластинки и пазухи, охватывающей стебель
Амариллисовые О3+3Т3+3М3 Зонтик Коробочка Большинство растений имеют длинные плоские листья, причем все парные листья располагаются только под парными, так же как и непарные, образуя два ряда

 


На заметку: Чтобы точно определить принадлежность к конкретному классу, нужно найти сочетание нескольких признаков. Один признак не дает представление о принадлежности к таксономической группе.


Роль растений в природе и жизни человека

Космическая роль зеленых растений состоит:

  1. накопление органической массы;
  2. накопление энергии;
  3. обеспечение постоянства содержания углекислого газа в атмосфере;
  4. накопление кислорода в атмосфере;
  5. создание почвы на Земле;
  6. фотосинтез.

Растения служат человеку в качестве:

  • источника пищи;
  • кормовой базы для животных;
  • производных для фармакологической промышленности (медпрепараты);
  • производных для химической промышленности (красители, химические соединения);
  • источника древесины – сырья для химической промышленности;
  • источника тканей – сырья для текстильной промышленности.

Перечислить многочисленную роль растений довольно сложно. Но главное – это продуценты, источник биомассы и кислорода, без которых жизнь на Земле невозможна. Они формировались тысячелетиями и принесли человеку все самое ценное в своем составе, научили пользоваться многими процессами в деятельности (бионика), помогли выжить в непростых климатических условиях и стали основным источником пищи.


Источники изображений:

Рис. 1 Энциклопедия Кругосвет

 

Смотри также:

5 апреля 2020, 20:52

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.