ГолосеменныеКроме высших споровых растений в природе существует обширная группа растений, для которых характерны семена. Это - семенные растения. Они возникли 300 млн. лет тому назад. В это время климат на планете стал более сухим. Высшие споровые растения начали интенсивно вымирать. К измененным условиям окружающей среды смогли приспособиться растения, у которых возникло семя. Семя представляет собой маленькое растение, защищенное семенной кожурой и снабженное запасом питательных веществ. В таком виде растение может пережить неблагоприятные условия - сильные засухи, зимние холода и т. д., что обеспечивает ему успешное расселение. Впервые семя возникло у семенных папоротников, от которых произошли голосеменные. Древние голосеменные растения дали начало покрытосеменным растениям. Таким образом, группа семенных растений в настоящее время представлена на Земле двумя отделами - Голосеменные и Покрытосеменные.

Отдел Голосеменные включает в себя всего около 650 видов, однако они широко распространены по всему земному шару и играют важную роль в формировании растительного покрова. Среди голосеменных нет травянистых растений, мало кустарниковых. В основном это древесные растения.

Большинство голосеменных относится к хвойным растениям, значительная часть из них обычна для флоры Беларуси: это сосна обыкновенная и ель европейская, образующие обширные леса; можжевельник обыкновенный, произрастающий под пологом сосновых и еловых лесов. В озеленении городов часто применяют тисе ягодный, разные виды лиственниц. На месте вырубленных участков часто высаживают кедровые сосны и другие виды.

Что же объединяет голосеменные растения? У большинства из них есть шишки, а у тисcа и можжевельника - шишкоягоды.

Для голосеменных, как и для других высших растений, характерно закономерное чередование поколений в цикле развития - бесполого (спорофит) и полового (гаметофит).

Спорофит у голосеменных - это взрослое многолетнее древесное или кустарниковое растение. Гаметофит же развивается на спорофите. Гаметофиты формируются в шишках и надежно защищены от воздействия внешних условий специальными образованиями.

Оплодотворение у голосеменных, в отличие от папоротников, происходит без наличия воды.

В отличие от других групп высших растений, у голосеменных развивается главный корень, который имеет удлиненную или веретеновидную форму и способен сохраняться в течение всей жизни. От него отходят боковые корни. Многие голосеменные способны вступать своими корнями в симбиотические взаимоотношения с грибами и азотфиксирующими бактериями. У многих голосеменных листья игольчатые, площадь их невелика, что обеспечивает более экономное испарение воды. Только некоторые хвойные являются листопадными (например, лиственница), у остальных же хвоя живет на стебле от трех до семи лет, опадая и заменяясь постепенно. Поэтому они и в зимнее время остаются зелеными, за что их часто называют вечнозелеными растениями, хотя это и не так (ведь листья у них не вечные!).

В древесине голосеменных нет сосудов, поэтому движение воды по стволу происходит медленно. Трахеиды (длинные клетки) - выполняют функцию проводящей и механической ткани. У многих хвойных или в древесине, или в коре, или в коре и древесине одновременно расположены смоляные ходы, в которых образуется смола, или живица. Живица - это смесь твердых (канифоль) и жидких веществ, которые, пропитывая стенки трахеид, повышают устойчивость древесины к гниению. При поражении ствола и нарушении смоляных ходов живица вытекает и закрывает поверхность раны, препятствуя проникновению инфекции внутрь растения.

Живица сосны, вытекая из ран и застывая без доступа воздуха (в воде), превращается в янтарь - полудрагоценный материал, широко используемый для украшений, отделки помещений.

Жидкая составная часть живицы испаряется на воздухе и легко воспламеняется. Особенно много таких веществ в воздухе в жаркие дни, поэтому хвойные леса очень легко возгораются в жаркую и сухую погоду. Вот почему в лесах летом надо быть осторожным с огнем.

Эти же летучие вещества очень вредны для болезнетворных бактерий, поэтому в сосновых лесах воздух очень чистый. Не случайно санатории для многих инфекционных больных размещают в сосновых лесах.

Род Сосна наиболее многочисленный среди хвойных. Сосновые леса занимают огромные территории, образуя обширные леса самых разных природно-климатических условиях - на богатых и бедных почвах, песках, в горах, на болотах. Они широко распространены в Европе и Азии, по всей Беларуси. Деревья сосны обыкновенной достигают 50 м в высоту. Крона высоко поднята, ствол покрыт коричнево-красноватой корой. Корневая система мощная, глубоко залегающая.

Сосны светолюбивы, поэтому под пологом других пород растут плохо. У сосен, растущих на открытых местах, кроны опущены низко и хорошо развиты. Сосна обыкновенная очень неприхотлива к почвам, поэтому в условиях нашей республики леса из сосны обыкновенной произрастают в основном на бедных песчаных почвах.

У сосны ветви собраны в мутовки и каждый год формируется одна мутовка. Поэтому лет до 40-50 возраст сосны можно легко определить по количеству мутовок.

Игловидные листья (хвоинки, но не иголки!) прикреплены к укороченным побегам, а побеги расположены на других удлиненных побегах, поэтому создается впечатление, что хвоя собрана в пучки. В пучке может быть две хвоинки (двухвойные), как у сосны обыкновенной, три или пять (многохвойные), как, например, у кедровой сибирской сосны (неправильно называемой кедром). Кожица на хвое толстостенная, устьица погружены в глубь листа и на зимнее время заполняются воском, что уменьшает испарение; проводящих жилок в листьях сосен - одна или две.

Семена сосен содержат много масла, у многих видов они съедобны. У двухвойных сосен шишки к моменту созревания раскрываются и семена ветром разносятся далеко от материнских деревьев. У кедровых сосен шишки не раскрываются.

Размножение голосеменных

Голосеменные были первыми истинно сухопутными растениями, способными заселять относительно засушливые области. Это объясняется тем, что отсутствие воды в среде вовсе не является для них препятствием к половому размножению. Для всех же иных групп высших растений присутствие воды для полового размножения - совершенно необходимое условие, поскольку именно в ней подвижные сперматозоиды перемещаются в направлении к архегонию.

Если внимательно рассмотреть весной ветку сосны обыкновенной, можно обнаружить, что из верхушечной почки развиваются побеги текущего года и на их вершине расположены маленькие (не более 5 мм длиной) красноватые шишечки. Каждая шишечка состоит из оси, к которой прикреплены чешуи. В основании каждой чешуи лежат два семязачатка (семяпочки). Семязачатки - особые образования, из которых развиваются семена. Семязачаток представляет собой спорангий, окруженный покровами. Покровы на вершине семязачатка не смыкаются и образуют пыльцевход. В спорангии формируется одна мегаспора, которая увеличивается в размерах и прорастает в женский гаметофит. На нем формируется два архегония с яйцеклетками - женскими гаметами. Женский гаметофит никогда не покидает пределов спорангия. Шишки, в которых формируются семязачатки, называют женскими.

В основании молодых побегов формируются мужские шишки.

Они мелкие, желтые, собраны в колоски - в группы мужских шишек. Каждая шишка состоит из оси и чешуи. С нижней стороны чешуи имеются по два спорангия, где образуется множество микроспор. Каждая микроспора покрывается плотной оболочкой, и ее содержимое делится. В результате формируются пыльцевые зерна с воздушными мешками, которые заполнены воздухом. Поэтому пыльца легко переносится ветром. Перенос пыльцы с мужских шишек на женские называется опылением.

Пыльцевые зерна являются мужским гаметофитом, который состоит из четырех клеток. Впоследствии здесь образуются мужские половые клетки - спермии. В отличие от гамет папоротников (сперматозоидов) спермии голосеменных неподвижны (не имеют жгутиков).

Когда пыльцевые зерна сформируются, спорангии разрываются и пыльца ветром переносится на женские шишки к семязачаткам. После опыления чешуи женских шишек смыкаются и шишки "поникают", опускаясь вершиной вниз. Это предохраняет шишки от попадания воды между чешуями и их загнивания. Однако к этому времени семязачатки еще не готовы к оплодотворению. Только через год, в мае следующего года, происходит оплодотворение. Пыльцевые зерна прорастают через пыльцевход. Одна из клеток пыльцевого зерна образует пыльцевую трубку, которая проникает внутрь семязачатка. По пыльцевой трубке опускаются два спермия, образованные в пыльцевом зерне накануне. Вот почему для оплодотворения голосеменным не нужна вода. Функцию доставки спермиев к яйцеклеткам выполняет пыльцевая трубка. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой; другой спермий погибает. Так происходит оплодотворение и образуется зигота. В результате деления зиготы образуется зародыш семени - зачаток нового растения. Как видим, гаметофиты у голосеменных утратили самостоятельность и живут на спорофите. Зародыш спорофита, формирующийся после оплодотворения, питается за счет гаметофита и находится внутри семени, т.е. надежно защищен от воздействия неблагоприятных условий окружающей среды.

Семя является результатом перестройки всего семязачатка после оплодотворения. Оно состоит из зародыша, запаса питательных веществ (эндосперма), необходимых для его развития и прорастания, а также семенной кожуры.

Зародыш состоит из оси - зародышевого корешка с корневым чехликом и верхушечной меристемой на одном конце и верхушечной меристемой и несколькими семядолями (видоизмененные листья) на другом. Зародыш и эндосперм окружены семенной кожурой. Эндосперм формируется в ходе развития семени из клеток спорангия.

Запомните особенности образования семян у голосеменных растений. 1. В оплодотворении участвует один спермий, поэтому оно называется простым. 2. Эндосперм образуется в семязачатке до оплодотворения, и таким образом зародыш имеет питательные вещества, а потому семена сохраняются дольше, чем споры. Следовательно, повышается гарантия появления новых организмов. 3. Для оплодотворения не требуется вода, поскольку спермий передвигаются по пыльцевой трубке.

После оплодотворения мужские шишки усыхают и опадают, а женские начинают усиленно расти (шишки второго года). Сначала они зеленые, затем становятся бурыми. В декабре шишки раскрываются и семена выпадают из них. Каждое семя благодаря крылышку ветром далеко относится от материнского дерева, обеспечивая тем самым расселение хвойных растений. Таким образом, у сосны обыкновенной от опыления до созревания семян проходит один год и восемь месяцев. У елей, лиственниц, пихт семена созревают в год опыления, т.е. осенью, а у лиственницы уже в августе семена высеваются из шишек.

Попав в благоприятные условия, зрелое семя прорастает, образуя вначале проросток, а затем - молодое растение. Через какое-то время растение вырастает, на нем образуются мужские и женские шишки, и цикл повторяется.

Значение голосеменных в биосфере и народном хозяйстве

Значение голосеменных в природе и жизни человека чрезвычайно велико. Несмотря на небольшое число видов в общей флоре Земли, они занимают огромные территории. Как и все зеленые растения, они способны к фотосинтезу. Потребляя углекислый газ и выделяя кислород, голосеменные поддерживают стабильный газовый состав атмосферы. Кроме того, хвойные породы выделяют в атмосферу особые летучие вещества, убивающие бактерии, и таким образом очищают воздух. Эти вещества называют фитонцидами (греч. фитон - растение, цаедо - убивать).

Многие хвойные неприхотливы, поэтому произрастают в таких условиях обитания, где другие породы не могут жить (болотистые места, пески, склоны гор). Это обогащает зеленый покров нашей планеты и предохраняет поверхность Земли от разрушения водой и ветром.

Сосна играет важную роль в борьбе с разрушением почвы. Естественное заселение лесных высечек и пожарищ, запущенных полей начинается с появления на этих участках светолюбивых, неприхотливых сосны, березы, осины. Поселившись на сыпучих песках, сосна укрепляет их.

Хвойные леса, так же как и лиственные, задерживают таяние снега, что обогащает почву влагой. Кроме того, тенистые еловые леса удерживают влагу в почве и регулируют водный баланс на обширных территориях.

Произрастая в условиях невысоких температур и занимая бедные почвы, хвойные леса образуют тайгу, которая препятствует проникновению холодного северного воздуха Арктики в южные районы. Следовательно, хвойные леса смягчают климат средней полосы, в том числе и Беларуси.

В нашей стране наиболее распространена сосна обыкновенная, образующая леса по всей территории и в самых разных условиях. В северной части Беларуси наиболее распространенной породой является ель европейская. Можжевельник не образует чистых лесов и широко распространен в качестве подлеска.

Площадь лесов в нашей республике составляет 6 672 000 га, при этом на долю хвойных приходится примерно 2/3. Однако из-за ценности хвойной древесины деревья всегда вырубались в большом количестве. Особенно много ценных лесов вырубили фашисты в Беловежской пуще и окрестностях Минска. Высаженные на этих площадях леса еще не достигли возраста рубки. Поэтому сейчас из всей площади хвойных лесов только 4-5% является спелой древесиной. На остальной площади леса еще молодые и не должны вырубаться. Вырубаемые леса ежегодно восстанавливаются путем посадки сеянцев хвойных пород, выращиваемых из семян в питомниках. Но, создавая новые леса, человек должен знать законы, по которым лес развивается в природе. Только тогда они будут устойчивы и продуктивны.

Семена некоторых хвойных (например, кедровой сосны) употребляются в пищу. Семенами хвойных питаются многие обитатели леса: белки, дятлы, сойки, клесты, мыши и другие.

Голосеменные широко используются в народном хозяйстве.

Древесина сосны и ели очень однородна, поэтому является прекрасным сырьем для получения бумаги, тканей, строительного материала, идет на изготовление музыкальных инструментов, шпал, опор для линий электропередачи. Ее применяют во всех отраслях народного хозяйства.

В результате подсочки сосны обыкновенной (поранение ствола специальными ножами) получают живицу (смолу), которая используется при изготовлении лаков, скипидара, канифоли, взрывчатых веществ, нитроглицерина и других (более 300 наименований продукции).

Хвоя сосны, ели, пихты используется в приготовлении зубной пасты, туалетного мыла, одеколонов, в качестве добавок в корм скоту. Хвоя богата витамином С, поэтому используется для лечения цинги, ревматизма.

В Сибири и на Дальнем Востоке, где произрастают кедровые сосны, их семена используются для получения масла, кедрового молока.

Конечно, человеку нужна древесина. Но нельзя забывать, что лес - это источник чистого воздуха. Здесь растут грибы, ягоды. Это место отдыха человека и обитания большого количества животных и птиц, поэтому вырубать можно только спелые леса и в таких объемах, сколько может быть восстановлено.

Учитывая большую ценность хвойных, в нашей республике ведутся работы по расширению их видового состава. В озеленении широко применяются туя, можжевельник казацкий, сосна Веймутова и Банкса, псевдотсуги, лиственница. Лиственницу высаживают и на месте вырубленных лесов.

Кроме озеленения, эти растения находят применение и в других сферах деятельности. Широко используется лиственница. Ее древесина отличается чрезвычайной стойкостью к гниению. Археологи установили, Что изделия из лиственницы сохраняются в течение 25 веков.

Во времена Петра I лиственница считалась главным материалом для строительства больших и малых судов. Теперь же деревянные корабли Ушли в прошлое, и лиственница уступила место металлу, но она осталась не менее необходимой человеку в его жизни.

В Европе начиная с древних времен древесину лиственницы европейской широко использовали для строительных целей. Амфитеатр Древнего Рима, сваи построек в Венеции сооружены из древесины лиственницы.

Использовалась она и для постройки домов. Если строителям не хватало этого дерева на весь сруб, то хотя бы нижний венец они стремились положить из лиственницы.

Из древесины лиственницы изготавливают шпалы, которые по прочности не уступают железобетонным и даже превосходят их по обеспечению "мягкости" пути.

Из древесины лиственницы в некоторых странах делают канализационные трубы, мосты, паркет. Опилки из древесины лиственницы используют в качестве грубого корма для крупного рогатого скота. Они не только утоляют голод, но и лечат.

Высокой декоративностью обладает тисс ягодный, за которым закрепилось название "красное дерево". Тисс считается классическим видом для стриженых изгородей, бордюров и фигурных композиций. При стрижке деревьев можно сформировать различные фигуры. Могучие фигуры тигров, слонов, медведей, крокодилов, оленей в висячих садах Семирамиды были сформированы из тисса.

Очень стойко к гниению и повреждению различными насекомыми древесина можжевельника. Из этой древесины делают искусственный мрамор, который невозможно отличить от настоящего. Можжевельник применяют для изготовления разнообразных сувениров, посуды, а его шишки - для приготовления лекарств.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+