Систематика высших растений

Ботаника. Экзамен. Систематика высших растений

Систематика высших растений

Квысшим растениям относятся все наземныелистостебельные растения, размножающиесяспорами или семенами.

Основныеотличия высших и низших растений:

1)Средаобитания:у низших – вода, у высших – в основномсуша.

2)Развитие у высших растений разнообразныхтканей -проводящей, механической, покровной,из которых состоят органы.

3)Наличие у высших растений вегетативныхорганов:

-Корень- закрепление в почве и водно-минеральноепитание

-Лист-фотосинтез

-Стебель- транспорт в-в(восходящие и нисходящиетоки)

(стебельс листьями +почки=побег)

4)Высшиерастения обладают покровной тканью– эпидермисом, выполняющей защитныефункции

5)Усиленная механическая устойчивостьстебля высших растений за счёт толстойклеточной стенки,пропитанной лигнином.

6)Органыразмножения:у большинства низших растений –одноклеточные, у высших растений -многоклеточные. Органы размножениявысших растений формируются на разныхпоколениях: на гаметофите(антеридии и архегонии) и на спорофите(спорангии).

Наосновании признаков, которые имеютсяу высших растений называются: устьичные,зародышевые, побеговые, телломные исосудистые растения.

Сосудистыерастения– все высшие растения, за исключениеммхов.

Высшиерастения произошли от зелёных, пресноводныхили солоновато водных гетеротрихальныхводорослей. Первыми высшими растениямибыли риниофиты– безлистные, биохотомические растения.Конечные веточки этих растений называлисьтелломы.

Вцикле развития всех высших растений,за исключением мхов, преобладаетспорофит.Только у мхов гаметофит преобладаетнад спорофитом.

Растениябывают: 1)Равноспоровые– они образуют одинаковые споры и каждаяспора прорастает в разнополый гаметофит.

2)Разноспоровые -из женской споры образуется женскийгаметофит, из мужской – мужской гаметофит.

Спора-одноядерная, гаплоидная клетка (n)c2-мя оболочками.

Споровыерастения:

  1. Риниофиты – ископаемые растения (Rhyniophyta)

  2. Моховидные

  3. Псилотофидные

  4. Плауновидные

  5. Хвощевидные

  6. Папоротниковидные

Приоплодотворении необходима вода

Высшиесеменные растения:

  1. Отдел Голосеменные

  2. Отдел Цветковые (Покрытосеменные)

Приоплодотворении вода не нужна

1.Общая характеристика отдела Bryophyta Отдел Bryophyta – Моховидные

МОХОВИДНЫЕ– самая примитивная, древнейшая группавысших растений, появилась около 400 млн.лет назад.

Количествовидов:в настоящее время бриологи описалиоколо 20 тысяч видов мхов.

Местообитаниемхов: моховидныераспространены повсюду (поселяются напочве, скалах, пнях, деревьях), кромеморей и сильно засоленных почв, встречаютсядажев Антарктиде. Мхи предпочитают затенённыеувлажнённые места.

Строениетела мхов:мхи – низкорослые многолетние травянистыерастения размером от 1 мм до несколькихсантиметров, реже до 60 см и более.

Теломхов либо разделено на стебель (каулидии)и мелкие листья (филлоиды) напримерсфагнум и кукушкин лен, либо представленослоевищем, не разделенным на органы(маршанция).Характерныйпризнак всех моховидных— отсутствие корней.

Всасывание водыи прикрепление к субстрату осуществляетсяу них ризоидами, представляющими собойвыросты эпидермы. Поглощение и испарениеводы осуществляется всей поверхностьюгаметофита.

Умохообразных нет развитой проводящейсистемы (трахеид, сосудов, ситовидныхтрубок). Встречаются как однодомные,так и двудомные растения. Внутреннеестроение их относительно простое.

Длямоховидных, как и для всех высшихрастений, характерно правильноечередование полового и беспологопоколений. В цикле развития доминируетгаплоидный гаметофит (составляетосновное тело растения).

Спорофит – несодержит хлорофилла и пожизненноприкреплён к гаметофиту и питается засчёт него.

Развитиемхов происходит очень интересно.Оплодотворение возможно только приналичии воды, поскольку в ней могутдвигаться сперматозоиды. На одномрастении образуются мужские клетки сожгутиками, на другом растении, на самыхмакушках, созревают крупные женскиеклетки.

  Во время дождя или туманаподвижные мужские клетки в капле водыустремляются к женским и сливаются сними.

Из оплодотворенной женской клетки (зиготы) развивается спорофит, которыйназывается спорогоном( он представляет собой коробочкус ножкой,расширенной в нижней части в стопу –гаусторию,с помощью которой он, присасываясь кгаметофиту, живёт за счёт его).

(калиптра-остатокбрюшка архегонии)

Связьгаметофита и спорофита очень ограничена.Гаметофит не только питает, но и защищаетспорофитное поколение, помогает врассеивании спор («ложная ножка»поднимает коробочку над растением,архегоний, разрываясь своим брюшком,прикрывает коробочку).

Вкоробочке образуется огромное количествоспор. Каждая спора мельче манной крупицы.Когда споры созревают, у коробочкиоткрывается крышечка, или в ней образуютсямаленькие поры, через которые спорывылетают на свободу. Попав в благоприятныеусловия, спора прорастает. Индивидуальнаяжизнь мохообразных начинается спрорастанием споры.

Чаще всего принабухании споры экзина лопается, аинтина вместе с содержанием спорывытягивается и дает начало одноряднойнити либо однослойной пластинке, несущейризоиды. Это начальная стадия развитиягаметофита называется протонемой(от греч. protos – первичная, nema – нить).

Она либо постепенно превращается вовзрослый талломный гаметофит(упечёночников) , либо на протонемеформируются почки, дающие началовзрослому листостебельному гаметофиту).

ВегетативноМохообразные размножаются с помощьюспециальных органов (выводковых почек,листьев, частей листьев, веточек),вегетативно способен размножаться испорофит (ножка).

Мхиспособны аккумулировать многие вещества,в том числе радиоактивные. Некоторыемоховидные (Sphagnum) обладают антибиотическимисвойствами и находят применение вмедицине.

Торфяные залежи, образованныев основном сфагновыми мхами, издавнаэксплуатируются как источник топливаи органических удобрений.

Отделмоховидные, делится на три класса: 1)Рожкоцветы(Антоцеротовые); 2)Печеночники(маршанциямногообразная); 3)Листостебельныемхи (кукушкинлён, сфагнум).

Источник: https://studfile.net/preview/6378347/

Лекция

Систематика высших растений

Лекция № 1

  1. Систематика как наука

  2. Общая характеристика сосудистых растений

  3. Сосудисто-споровые растения

Систематика как наука

Систематика – это наука о разнообразии растительных организмов, определяющая их место в системе органического мира. Существует систематика животных, микроорганизмов, грибов и растений. В ботанике различают систематику низших растений и систематику высших растений.

Систематика – важнейшая отрасль биологии, в том числе и ботаники. Без систематики немыслимо развитие ни теоретической, ни экспериментальной ботаники (селекции, семеноводства, интродукции растений и др.).

Любая наука характеризуется тремя составными частями: предмет изучения, задачи, которые ставит перед собой наука, и методы исследования. Задачами систематики являются описание растений, их наименование, классификация и построение эволюционной системы растительного мира.

Если раньше задачами систематики растений было создание системы растительного мира, установление классификации или распределение по группам знакомых ему форм на основе изучения их строения, присвоения им названий с целью их различия, то в настоящее время задачи систематики становятся гораздо сложнее.

На основе эволюционного учения необходимо показать развитие всего растительного мира от форм древнейших и примитивных до современных и самых сложных; установить родственные связи, происхождение растений, т.е.

прежде всего дать по возможности правильную, стройную картину развития всего растительного мира, или его филогенеза, в которой каждый вид имел бы свое место в системе в связи с другими родственными ему формами.

Систематика растений должна быть филогенетической, отражающей не только разнообразие существовавших ранее и современных форм, но и их происхождение, связи и развитие на протяжении всей истории органической жизни на Земле.

Таким образом, систематика растений состоит из 3 разделов:

1).  таксономия, то есть теория и практика классификации растений;

2).  номенклатура – совокупность существующих названий таксонов и система правил, регулирующих установление и использование этих названий;

3).  филогения – устанавливает родство растений в историческом плане.

Каждая наука имеет свои специфические методы исследования, частично общее с другими близкими и родственными ей дисциплинами.

В настоящее время для построения филогенетической системы необходимо использовать достижения многих близких наук – морфологии, анатомии, эмбриологии, палеоботаники, экологии и географии растений, биохимии, генетики и др.

Применение методов и достижений этих наук в филогенетической систематике неизбежно и обязательно. Методы эти можно разделить на три основные группы: морфологические в широком смысле, физиолого-биохимические и экспериментально-генетические.

Система, которую используют современные ботаники, является иерархичной, она строится по принципу «коробка в коробке». Любая ступень иерархии называется таксономическим рангом (категорией).

Иерархия таксонов и правила наименования растений (номенклатура) регулируются обязательным для всех ботаников Международным кодексом ботанической номенклатуры.

Любая ступень таксонов называется таксономией.

Номенклатура растений состоит из обозначений таксонов (т.е. систематических единиц, или категорий, для определения ранга – например, класс, семейство и проч.) и названий (например, Anthophyta, Malus domestica). Определение понятия «таксон» дано в словаре.

Согласно кодексу ботанической номенклатуры, принята следующая система таксономических рангов (категорий) (приводятся только главные).

Таксономический ранг (русское название)Таксономический ранг (латинское название)Окончание в латинском названииПример
ОтделRegnum– ophytaMagnoliophyta
КлассClassis– opsidaMagnoliopsida
ПорядокOrdo– alesMagnoliales
СемействоFamilia– aceaeMagnoliaceae
РодGenus-//- Magnolia
ВидSpecies-//- M. grandiflora

Для паразитных грибов и культурных растений употребляются еще дополнительные таксоны: для первых – биологическая форма, для вторых – в пределах разновидности сорт.

При бинарной номенклатуре, как принято со времен Линнея, после латинского названия вида ставится сокращенно фамилия автора вида, т.е. автора, давшего ему название по правилу приоритета.

Фамилия автора вида для Линнея обозначается одной буквой L., например Rosa canina L. (т.е. Линней – Linnaeus), а для других обозначается несколькими буквами, например D.C. (Декандоль), Max.

(Максимович) и др.

В качестве основного таксона – единицы измерения органической природы, в частности растений, принят вид. Учение о виде имеет очень большую историю, насыщенную острой борьбой противоречивых взглядов. Понятие вида, как известно, впервые в науке было твердо применено и регламентировано К.

Линнеем в его классическом труде «Виды растений» (1753). Датой выхода в свет этого произведения определяется начало научной систематики растений. Однако понятие растительного вида как систематической единицы было высказано гораздо раньше – впервые К. Геснером (1559) и другими исследователями, а затем Д.

Реем в его «Истории растений» (1686-1704). Последний считал, что принадлежность растений к одному виду определяется возможностью происхождения их из семян одного и того же или подобных друг другу растений. Несмотря на подчеркнутое в этом определении постоянство вида, Д.

Рей признавал способность его изменяться вследствие вырождения семян. Он даже заявлял, что «у растений происходит превращение видов».

К. Линней, по-видимому, не обратил внимания на высказывания Рея о виде и сам, по существу, не дал определения этой основной систематической единицы. Он говорил лишь: «Видов различных форм существует столько, сколько создало бесконечное Существо», т.е. бог.

Разновидности же, по Линнею, это различные растения, выросшие из семян одного и того же вида; они появляются из-за случайных причин (климата, почвы и др.), а при отсутствии этих причин вырастают растения, подобные исходным родительским. Виды делятся на разновидности, а объединяются в роды.

«Родов столько, сколько различных плодоношений дают естественные виды». Далее К. Линней говорил, что «разновидности – чаще произведения культуры, виды и роды – создание природы, а порядки и классы – произведения и природы и искусства».

Таким образом, он подчеркивал частичную искусственность этих последних систематических единиц.

Дальнейшие исследования показали, что установленные Линнеем виды не всегда таковы. Во многих случаях они представляют собой группу более или менее устойчивых наследственных систематических единиц и потому линнеевский вид в этих случаях должен быть разбит на ряд видов. По определению, данному академиком В.Л.

Комаровым, вид – это «морфологическая система, помноженная на географическую определенность», т.е. вид определяется морфологическими признаками и определенным ареалом. В.Л. Комаров сам признавал, что это формалистическое определение, необходимое лишь для практической работы систематика.

Вид есть систематическая категория, эволюционирующая в природе, его надо понимать не в статике, а в динамике, согласно закону всеобщего изменения и развития. Поэтому в формулировке, учитывающей эти моменты, В.Л.

Комаров (1945) говорил, что «вид есть совокупность поколений, происходящих от общего предка и под влиянием среды и борьбы за существование обособленных отбором от остального мира живых существ; вместе с тем вид есть определенный этап в процессе эволюции».

В современной ботанике, как и в науке в целом, следует признать, что наши знания находятся на самом начальном этапе объяснения природы. Наука приобрела «неклассический» (неопрагматический) характер.

Неклассический характер современной систематики проявился и при понимании вида у растений. Долголетняя дискуссия о критериях «биологических видов», т.е.

естественных видов, сотворенных самой природой и генетически изолированных друг от друга, завершилась признанием того, что эта категория не универсальна. Оказалось, что на «биологические» виды распадается не все разнообразие растений.

У самоопыляющихся существуют микровиды – жорданоны, есть гибридизирующие совокупности «полувидов» (сингамеоны), имеются «виды-двойники» (морфологически сходные, но различающиеся генетически) и «виды-близнецы» (морфологически различные, но с одинаковым генотипом).

В систематику пришло понятие «таксономический вид», которым обозначаются совокупности растений примерно одинакового объема. Если существует «биологический вид», то «таксономический вид» совпадает с ним по объему.

Если совокупность растений не развивается на такие «хорошие виды», то виды выделяются условно. Их трудно определить даже опытному ботанику.

Для одной и той же совокупности растений разные ученые сегодня выделяют разное число видов (в более крупном и более мелком объеме) и группируют эти виды в разное число родов, семейств и порядков.

Это вызывает частые дискуссии и ревизии таксономии, выход – единое понимание системы. Пример такого коллективного договора – два издания «Сосудистые растения СССР» (1981) и «Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР)» (1995). Автор – С.К. Черепанов.

Вопросы для самостоятельной работы

1.     В чем заключается космическая роль растений?

2.     Объясните, с какими проблемами связано создание бинарной номенклатуры?

3.     Назовите ученых, сделавших заметный вклад в развитие систематики растений. С какими этапами развития биологии они связаны?

4.     Расскажите о разных подходах к созданию филогенетических систем, дайте обзор основным филогенетическим системам.

Общая характеристика сосудистых растений

Высшие растения отличаются от низших многими признаками, которые связаны с тем, что они по преимуществу – обитатели суши, хотя часть высших (гидрофиты) ведет вторичный водный образ жизни (семейства Нимфейные, Рдестовые, Рясковые).

Наземная среда гораздо разнообразнее водной, экологические факторы широко варьируют, в том числе в обеспечении водой, для этого выработались многочисленные приспособления, основные – проводящие и покровные ткани. Проводящие ткани развивались в процессе эволюции – от трахеид к сосудам и от ситовидных клеток к ситовидным трубкам с клетками-спутницами.

Покровные ткани тем совершеннее, чем засушливей условия (толстая кутикула, опушение, восковой налет). У ксерофитов совершенствуется устьичный аппарат, для преодоления силы тяжести и ветра сформировались механические ткани (склеренхимные волокна), которые объединены вместе с проводящими тканями в систему сосудисто-волокнистых пучков – стелу (центральный цилиндр).

Разные представители обладают стелами разных типов, при повышении уровня развития возрастает площадь соприкосновения проводящих элементов с прочими тканями. В ходе эволюции из примитивной протостелы возникли сифоностела деревьев, эустела травянистых Двудольных и атактостела Однодольных.

Тело высших расчленено на стебли и листья. В связи с этим их называют листостебельными растениями (Cormophyta) – лат.cormos”- побег. Однако А.Л. Тахтаджян справедливо отрицает универсальность этого названия, т.к.

среди высших есть талломные Мохообразные, а первые наземные растения – Риниофиты – еще не имели сформированных побегов. Поглощение воды у первых наземных растений осуществлялось с помощью ризоидов – одноклеточных или многоклеточных однорядных нитей.

В процессе эволюции по мере увеличения размеров тела происходило формирование специализированных органов – корней с корневыми волосками.

Большую роль в жизни высших играют мутуалистические взаимоотношения с грибами, азотфиксирующими бактериями (снабжение азотом).

Жизненный цикл

Воздушно-почвенная среда обитания привела к формированию у всех высших единой схемы жизненного цикла.

У водорослей, например, существуют самые разные варианты жизненных циклов: гаплонтный, при этом диплоидна только зигота, первое деление которой – мейоз, и вся жизнь проходит в гаплоидной фазе (хламидомонада, спирогира, улотрикс); диплонтный – гаплоидны только гаметы, и вся жизнь проходит в диплоидной фазе (фукус); изоморфный диплогаплонтный – все особи внешне одинаковы, но одни из них диплоидны и образуют споры, другие гаплоидны и образуют гаметы (ульва, диктиота).

У всех высших один и тот же гетероморфный (гаметофит и спорофит внешне различаются) диплогаплонтный (с чередованием гаплоидного и диплоидного поколения) жизненный цикл.

При этом у всех, кроме моховидных, преобладает спорофит и редуцирован (чем больше, тем выше уровень организации) гаметофит.

У споровых растений (Папоротниковидные, Хвощевидные, Плауновидные) гаметофит – автономный организм, а у Цветковых он развивается (паразитирует) на спорофите, что позволяет наилучшим образом обеспечить вероятность оплодотворения и развития зародыша дочернего спорофита.

Семя – высшее достижение приспособления растений к жизни на суше. Только у Моховидных преобладающим поколением является гаметофит, которому подчинен уменьшенный в размерах спорофит, «паразитирующий» примерно так же, как гаметофит на спорофите у семенных растений.

Появившись в нижнем палеозое, высшие споровые стали быстро распространяться по поверхности Земли. На палеозойскую эру приходит расцвет Папоротниковидных, Членистостебельных, Плауновидных.

В мезозое господствующее положение переходит к Голосеменным, а в кайнозое с изменением климата достигают расцвета Покрытосеменные.

Быстрое освоение суши объясняется не только совершенством вегетативных органов, но и принципиальными изменениями, которые претерпели репродуктивные органы – гаметангии и спорангии.

У всех высших сформировались многоклеточные спорангии и гаметангии, имеющие стенку из живых клеток, удерживая влагу, предохраняет гаметы и споры от высыхания.

Мужской половой орган – антеридий – имеет овальную или шаровидную форму. Под однослойной стенкой располагается сперматогенная ткань, из которой формируются жгутиковые сперматозоиды.

Ко времени их созревания и наличия воды стенка вскрывается, и сперматозоиды по воде двигаются по направлению к женскому половому органу – архегонию, имеющему колбовидную форму; узкая верхняя часть называется шейкой, нижняя расширенная – брюшком.

Внутри шейки под защитой стенки расположены шейковые канальцевые клетки, в брюшке – одна-две брюшные канальцевые клетки. На дне брюшка помещается одна крупная яйцеклетка. К моменту ее созревания шейковые и брюшные канальцевые клетки, верхние клетки ослизняются, по слизи шейки в направлении яйцеклетки двигаются сперматозоиды и оплодотворяют ее.

В результате полового процесса образуется диплоидная зигота. Она формирует диплоидный спорофит, который заканчивает свое развитие образованием многоклеточного спорангия со спорами.

У всех высших, за исключением Мохообразных, спорангии возникают на специальных органах, которые называются спорангиофорами.

В спорангиях всех высших растений в результате мейотического (редукционного) деления возникают тетрады гаплоидных спор. Характерной чертой всех высших является наличие в оболочке спор спорополлинина – вещества, близкого к кутину, благодаря чему споры могут длительное время сохранять жизнеспособность. Из гаплоидных спор формируется гаплоидное половое поколение – гаметофит.

У Мохообразных гаметофит занимает ведущее положение. Спорофит представлен лишь коробочкой и гаусторией.

Гаметофит, назначение которого состоит в осуществлении полового процесса, подвергся у большинства высших значительной редукции и существует в виде недифференцированного таллома, заростка, или проталлиума (protallium).

Каково же происхождение высших растений? Длительное время исходной группой рассматривались бурые водоросли, но существуют различия в пигментном составе и запасных питательных веществах.

Современные ученые в большинстве считают предками высших зеленые многоклеточные водоросли, обладавшие гетеротрихиальным талломом (сходство пигментного состава, запасных питательных веществ, наличие у некоторых современных хеторовых многокамерных гаметангиев).

В составе высших выделяется несколько отделов, которые объединены в 3 группы:

Бессосудистые споровые:

Отдел Мохообразные – Bryophyta

Сосудисто-споровые:

Плауновидные – Lycopodiophyta

Хвощевидные – Equisetophyta

Папоротникообразные – Polypodiophyta

Семенные:

Голосеменные – Pinophyta

Покрытосеменные – Magnoliophyta

Кроме того, к высшим растениям относятся вымерший отдел Проптеридофитов – Propteridophyta и отдел Псилотовидные – Psilotophyta.

Вопросы для самостоятельной работы

1.     Перечислите важнейшие таксоны водорослей, грибов и лишайников. На основе каких признаков строилась их классификация?

2.     Перечислите представителей низших растений с преобладанием в жизненном цикле гаплобионта, диплобионта, дикариона.

3.     Приведите пример водорослей с изоморфным и гетероморфным циклом развития.

4.     В чем существенные отличия низших растений от высших?

Сосудисто-споровые растения

К сосудисто-споровым растениям принадлежат растения с развитой проводящей системой, которые расселяются спорами. В жизненном цикле чередуются крупный хорошо развитый спорофит и маленький, просто устроенный гаметофит – заросток.

В рамках сосудистых споровых растений четко дифференцируются 2 основные группы таксонов по особенностям жизненного цикла: с одинаковыми спорами и с разными.

При равноспоровости огромное количество спор бросается на ветер (как у моховидных), спора может прорасти и сформировать заросток, как правило, обоеполый. Однако у некоторых растений из числа хвощей возможно формирование однополых заростков (при недоразвитии архегониев или антеридиев). Равноспоровость достигается наивысшего расцвета у Папоротниковидных.

У разноспоровых растений, которые есть среди папоротников и плаунов, образуется 2 вида спор – крупные макроспоры дают начало женским гаметофитам, мелкие микроспоры дают начало мужским гаметофитам. Женский гаметофит развивается эндоспорически, не покидая материнский организм, за счет большего количества питательных веществ в макроспоре.

Вопросы для самостоятельной работы

1.     Охарактеризуйте особенности половых органов высших растений.

2.     Какое строение имеют гаметофиты высших растений?

3.     Запишите в тетрадь краткую схему жизненного цикла спорового растения.

4.     Каким образом происходит распространение споровых растений?

Источник: http://www.bsu.ru/content/page/1415/hecadem/bashaeva_tg/cl_284/files/m14481.htm

Систематика высших растений

Систематика высших растений

Проблема происхождения высших растений

Предпосылки выхода растений на сушу.Появление наземных, или высших, растений ознаменовало начало новой эры в жизни нашей планеты. Освоение растениями суши сопровождалось появлением новых, наземных, форм животных; сопряженная эволюция растений и животных привела к колоссальному разнообразию жизни на земле, изменила ее облик.

Предпосылки появления наземных растений:

1. независимый ход эволюции растительного мира подготовил появление новых, более совершенных форм.

2. за счет фотосинтеза морских водорослей в атмосфере земли произошло увеличение количества кислорода; к началу силурийского периода оно достигло такой концентрации, при которой оказалась возможной жизнь на суше.

3. в начале палеозойской эры на обширных территориях земли происходили крупнейшие горообразовательные процессы, в результате которых возникли Скандинавские горы, горы Тянь-Шань, Саяны. Это вызвало обмеление многих морей и постепенное появление суши на месте бывших мелких водоемов.

Если раньше водоросли, населявшие литоральную зону, только в отдельные кратковременные периоды жизни оказывались вне воды, то по мере обмеления морей они переходили к более длительному пребыванию на суше.

Это, очевидно, сопровождалось массовой гибелью водорослей; выживали лишь те немногие растения, которые смогли противостоять новым условиям жизни.

Выход растений на сушу начался, очевидно, в конце силура (400 млн. лет назад).

В 1859 году канадский геолог Джеймс Досон в девонских отложениях на полуострове Гаспе в Канаде обнаружил остатки удивительно примитивного высшего растения не похожего ни на одно из известных науке в то время.

Его вильчато разветвленные стебли были лишены листьев, а проводящая система имела примитивный тип организации.

Досон дал своему растению название Psilophyton princeps, что можно перевести на русский язык как “голорос первичный”.

Позднее в Шотландии были найдены и другие, еще более примитивные растения: риния, хорнеофит и куксония. Эти древние растения были выделены в особый отдел, для обозначения которого прежде употреблялось название “псилофиты” (Psilophyta), но в настоящее время многие ученые предпочитают название “риниофиты” (Rhiniophyta).

Риниофиты – это силуро-девонские растения, которые дали начало всему разнообразию наземной флоры, относятся к пойкилогидричесим растениям. Они жили наполовину в воде, водный обмен у них не стабилизирован и жизненные процессы зависели от наличия влаги в окружающей среде. Предполагается, что предками всех существующих растений были водоросли, в частности, зеленые.

Первые наземные растения стелились по земле, тело было дорзовентральной («дорзум» – спина, «вентер» – живот) структуры пластинчатой формы, с воздухом соприкасались одной стороной.

С момента выхода на сушу растения развиваются в двух основных направлениях: гаметофитном и спорофитном. Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Растение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую: гаметофит и спорофит.

Гаметофит — это половое поколение, на котором образуются половые органы — антеридии и архегонии. Спорофит — неполовое поколение, на котором формируются органы неполового размножения. Спорофит — это нормально развитое растение, кото­рое имеет корень, стебель и листья.

На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Подобная смена поколений в цикле развития растений сложилась эволюционно, в ходе естественного отбора. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное — остальными высши­ми растениями, включая цветковые.

Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.

Таким образом, как приспособление к новым условиям жизни на суше появляется спорофит, тело которого приобрело стеблевидную форму. Это был небольшой стебель с верхушечной точкой роста и вертикальным положением, зеленый. Впоследствии как приспособление к увеличению ассимилирующей поверхности появляются листья – вторичные органы и последним возникает корень.

Предки современных наземных растений имели форму дихотомически ветвящихся теломов. В результате процесса «перевершинивания» происходит смена типа ветвления и морфологическая и физиологическая дифференциация ветвей.

Более сильные ветви, принявшие направление материнских, становятся осевым органом (стеблем) с осевой симметрией.

Более слабые ветви прекращают верхушечный рост, прекращается ветвление и они уплощаются, становятся листьями.

Происхождение стебля

Стебель — существенная часть растений, он легко воспроизводит и корни, и листья. Главные функции стебля — механическая поддержка кроны и проводящая. По коре его идет ток питательных веществ из листьев в корни, чем обусловливается рост и корневой системы. По древесине, идет водный ток из корней в листья.

Основная форма стебля — форма колонны — так проста, что в этом отношении никакой особой эволюции от крупной морской водоросли лессонии через стволы плауновых деревьев каменноугольной эпохи к стволам крупных хвойных и лиственных деревьев не замечается.

Наоборот, анатомия стебля дает очень сложную картину постепенного усложнения и усовершенствования проводящего аппарата.

У бурых водорослей в центральной части их стебля находятся длинные трубчатые клетки, имеющие анастомозы и сообщающиеся одна с другой с помощью ситовидных пластинок. Последнее — не что иное, как поперечные перегородки, отделяющие одну клетку от другой.

Протоплазмы же их проходят через поры сит, неся с собой питательные вещества.

Ствол массивен, ассимиляция происходит в поверхностных слоях ткани, внутренние части, затененные наружными, будут голодать, если их не будет пронизывать система трубочек с движущимися растворами внутри.

У мхов, в их тонких стеблях, в центре находится проводящий цилиндр из узких тонких трубчатых клеток, образующих точно пригнанные вертикальные ряды.

Поперечные разрезы шлифов стеблей псилофитов показывают сразу, что эти первые растения суши были построены сложнее мхов, хотя и сходны с ними.

У ринии в центре стебля находился участок толстостенных клеток, проводивших воду от корневища к верхушкам побегов.

Участок этот был окружен кольцом многочисленных тонкостенных трубчатых клеток, проводивших питательные вещества от зеленых верхних частей растения в корневище.

Поперечное сечение стебля Rhynia gwynnevaughanii: 1 – кутикула; 2 – наружный слой фотосинтезирующих клеток, но еще не эпидермис; 3 – склеренхима со стереидными пучками проводящих клеток (аналоги сосудов); 4 – устьице; 5 – центральный пучок клеток; 6 – центральная полость

У астероксилона на продольных шлифах видны водоносные клетки — трахеиды с характерными кольчатыми или сетчатыми утолщениями на стенках.

Сосуды в стебле Asteroxylon. Диаметр сосуда 25 мкм. Райни, Шотландия, нижний девон.
Реконструкция Asteroxylon

Совокупность всех таких проводящих клеток, имеющая вид внутреннего шнура, пролегающего между более рыхлой мякотью коры стебля, получила наименование стеле, или столба.

Эволюция стеле папоротников, приведшая к большому разнообразию и строения, и расположения, в тех случаях, когда их много, привела в конце концов к выработке наиболее рационального построения древесины и коры у цветковых растений.

Если у папоротников древесина всегда состоит из водоносных клеток или трахеид, то у хвойных в их молодых тканях уже есть небольшие спиральные сосуды (в протоксилеме), у гнетовых их значительно больше и они принимают некоторое участие также и в строении вторичной древесины.

У однодольных не развит еще камбий, т. е. специальная зародышевая или образовательная ткань проводящих пучков, что мешает им срастаться вместе и расти в толщину.

Поэтому у этих строение стволов менее плановое, менее совершенное, чем у двудольных растений, дающих благодаря камбию полное разделение ствола на кору и древесину.

Таким образом, процесс эволюции охватывает все детали строения стебля, делая его достаточно совершенным орудием как механической крепости растения, так и физиологической связи между двумя активными системами органов растительной жизни, именно между листовой и корневой системами.

Происхождение листа

Первые листья, которые вполне оправдывают такое их обозначение, — это листья некоторых псилофитов (род Asteroxylon), обладавшие, по-видимому, уже вполне развитым устьичным аппаратом. Листья ископаемых и современных плаунов следуют за ними.

Эти листья все еще примитивные: у них нет завершенного разделения на черешок и пластинку, нет развитой сети жилок; анатомически оба основных аппарата листа, фотосинтетический — палисадная паренхима — и транспирационный — паренхима губчатая, выражены несовершенно, как несовершенно и различие между верхней и нижней сторонами листа.

Правда, подобные листья встречаются и у растений, принадлежащих к высоко организованным семействам, но там это результат упрощения, вызываемого внешними условиями, здесь же — первичное строение.

У папоротникообразных, названных Джеффреем Pteropsida, листья крупные, с хорошей дифференцировкой на черешок и пластинку. Их примитивность сказывается главным образом в там, что они растут верхушкою, а не основанием, как листья цветковых. Такой способ роста позволяет им развивать нередко добавочный рост отдельных частей листа, курчавость краев и другие уродливости.

У цветковых имеется колоссальное разнообразие листовых форм и строений. Сеть жилок в своей более простой форме дает очень мало анастомозов.

Главные жилки располагаются параллельно одна другой, и при перерезке любой из них примыкающий к верхней части перерезанной жилки участок ткани засыхает. Более прогрессивный тип жилкования — сетчатый.

Если перерезать одну из главных жилок у листа этого типа, то ткань кругом остается жива, так как получит воду обходным путем, через боковую сеть.

Такие сложные листья, как листья гороха, акации и массы других бобовых, со свободным движением отдельных частей, с организованным отводом продуктов ассимиляции из тканей (мякоти) в ситовидные трубки и пр.

, являются наиболее совершенным выражением эволюции листа.

От листа плауновых до листа гороха пройден сложный и долгий путь, приведший к выработке прекрасного пластичного, сообразно условиям среды, аппарата фотосинтеза; фотосинтез же, как известно, — это главный физиологический процесс зеленых растений.

Происхождение корня

Полярность, т. е. противоположение испаряющей части растения и части, всасывающей воду, — вот первый импульс к образованию первых корнеподобных органов.

Гаметофиты мхов, даже наиболее крупных (исключение – сфагновые мхи и мхи подводные), поглощают воду ризоидами, т. е. отдельными клетками, покрывающими нижнюю часть стебля. Никакого подобия настоящего корня у мхов нет, как вообще его нет ни у одного гаметофита гаплоида.

У древнейшей группы наземных растений, у псилофитов, корней не было вовсе, воду они вбирали, так же как и мхи, с помощью ризоидов. Только у рода астероксилон, побеги которого слабо напоминают плауновые растения, есть вильчато разветвленные, отходящие от корневища отростки, напоминающие корни.

У плаунов, хвощей и у всех папоротников, как у растений диплоидных, корни уже вполне развиты. Они всегда невелики, отходят от корневища или от коры стебля и неглубоко погружаются в почву. Ввиду того, что все эти растения жили и живут во влажных местностях, они могут довольствоваться поверхностными корнями.

Чем крупнее растение, чем более развита его испаряющая крона, тем более повышается потребность в глубоко зарывающейся в почву мощной корневой системе.

У голосеменных растений впервые появляется стержневой корень, закладывающийся уже в период развития зародыша в семени. Такой корень дает возможность молодому растению быстро углубиться в почву и распределить боковые корни в таком слое почвы, который наилучше обеспечивает водоснабжение растения.

Однако у корня есть и еще функция — это функция прикрепления к почве, функция механическая. Уже у крупных морских водорослей типа ламинарии от нижней части стебля отходят мощные ризоиды, впивающиеся в камни и удерживающие водоросль на определенной глубин. Здесь функция всасывания не имеет значения, все дело в механическом сопротивлении среде.

Корни наших деревьев должны отвечать огромному сопротивлению, так как ветер очень сильно давит на обширную площадь кроны; дерево гнется, иногда ломается, а корни не поддаются, сохраняя связь между деревом и почвой. Зато при условиях, неблагоприятных развитию корневой системы, ветровал неизбежен.

У растений, живущих на очень сухих почвах, поражает длина корней, часто во много раз превышающая в вышину наземные части растения.

Анатомически корень состоит из основного цилиндра, коры, конуса нарастания и защищающего этот конус чехлика. Кора на некотором расстоянии от конца корня несет зону корневых волосков, усиливающих всасывание.

Осевой цилиндр содержит в себе проводящие воду сосуды, через которые она поступает в стебель. Клетки коры развивают колоссальное осмотическое давление, обеспечивающее движение воды и сосудах.

Если корень находится в симбиозе с грибками, образуя микоризу, то корневые волоски, как правило, отсутствуют.

Наконец, корень постоянно растет и своими движениями при этом роет землю.

Подвергаясь действию внешних факторов: силе тяжести, свету, теплу, влажности, присутствию кислорода воздуха и химизму почвенного раствора, — корень растет неравномерно, искривляется и проникает в наиболее благоприятные для него слои почвы.

Таков результат длительной, постоянно поддерживающейся борьбы за существование. Разумеется, и эта способность корня ориентироваться в почве далась не сразу, а выработалась постепенно.

Источник: https://studopedia.su/15_184598_sistematika-visshih-rasteniy.html

Высшие растения в биологии – классификация и характерстика, примеры

Систематика высших растений

Водоросли, согласно устаревшей классификации, относятся к низшим растениям. Их привычными местами обитания являются океаны, моря и прочие водоёмы.

Благодаря особенностям окружающей среды и способу питания эти древнейшие организмы имеют довольно примитивное строение.

Тело (слоевище) состоит из однотипных клеток, способных к фотосинтезу, отсутствуют защитные покровы и специфические органы, необходимые для транспортировки питательных веществ.

К главным признакам высших растений (лат. Embryophyta) можно отнести их сложное строение, развившееся в результате эволюции.

Чтобы нормально существовать в воздушной среде, потребовалась необходимость в активном теплообмене, а также в защите от высыхания (эпидермис и устьица).

Для обеспечения всего организма питательными веществами развилась транспортная система, состоящая из специализированных проводящих тканей.

Основным отличием группы наземных растений от водорослей является их разделение на корень, стебель и лист. Характеристика высших растений:

  1. Бо́льшая часть видов обитает на суше.
  2. Наличие различных тканей, имеющих чёткую специализацию.
  3. Половые и бесполые органы размножения.
  4. Зигота превращается в многоклеточный зародыш, состоящий из однородных клеток, которые становятся дифференцированными в процессе развития.
  5. Чередование полового (гаметофита), появляющегося из споры, и бесполого (спорофита), вышедшего из зиготы, поколений.
  6. В жизненном цикле доминирует спорофит (кроме мохообразных).
  7. Разделение организма на три основные части.

В отличие от океана, откуда произошли все живые организмы, условия существования на земле отличаются большей вариативностью. Именно с этим фактором связано невероятное многообразие и богатство форм растительной жизни. Однако, несмотря на колоссальные различия внешнего вида, природа размножения у всех высших растений остаётся неизменной.

Классификация и жизненные формы

С момента выхода на сушу высшие растения развивались в двух основных направлениях. Они породили две эволюционные ветви — гаплоидную и диплоидную.

Первая представлена отделом моховидных, у которых в жизненном цикле преобладает гаплоидное половое поколение — гаметофит.

Вторая, включающая все остальные отделы, отличается преобладанием бесполого поколения — спорофита. Классификация высших растений в биологии:

  1. Риниофиты (Rhyniophyta).
  2. Зостерофилофиты (Zosterophyllophyta).
  3. Мохообразные (Bryophyta).
  4. Плауноподобные (Lycopodiophyta).
  5. Псилотовидные (Psilotophyta).
  6. Хвощевидные (Equisetophyta).
  7. Папоротниковидные (Polypodiophyta).
  8. Голосеменные или сосноподобные (Gymnospermae или Pinophyta).
  9. Покрытосеменные или цветковые (Angiospermae или Magnoliophyta).

Два первых пункта в списке относятся к вымершим классам. Они существовали в раннем и среднем девоне и заметно отличались от современных видов, находясь на низшей ступени развития. Возможно, представители этих отделов обитали в воде.

Из-за различных схем размножения всю наземную растительность можно разделить на два типа — споровый и семенной. Каждый вид в зависимости от происхождения и места обитания имеет ряд отличий, присущих только ему. У эмбриофитов можно выделить несколько характерных жизненных форм:

  1. Дерево — это многолетний и довольно крупный организм, имеющий твёрдый ствол и крону, состоящую из более тонких ответвлений (тополь, берёза, клён).
  2. Кустарник — более мелкий. Он состоит из множества тонких стволиков высотой от 0,5 до 6 метров (орешник, сирень).
  3. Кустарничек отличается низкорослостью (не выше полуметра) и мощной корневой системой (брусника, клюква).
  4. Трава — это большая группа растений, обладающих тонким и мягким стволом. Эта форма отличается большим разнообразием — от однолетней до многолетней. Высота может варьироваться от сантиметра до нескольких метров (укроп, пион, мята, банан, сахарный тростник).

В зависимости от критериев существует несколько различных систематик растительных форм жизни. Некоторые представители эмбриофитов повторно вернулись в водную среду и стали внешне походить на своих низших предков. Их строение существенно отличается от примитивных водорослей.

Вымершие отделы

Первые представители наземной растительности исчезли ещё в среднем девоне. Организм этих растений был довольно примитивен, не отличался сложным строением и походил на водоросли. Привычного разделения на корень, стебель и листья тогда ещё не существовало. Считается, что риниофиты являются общим предком для мхов, хвощей, плаунов и папоротников.

Появление зостерофиллофитов произошло в раннем девоне. Это небольшая группа, представители которой, как и риниофиты, отличались простым строением и жили в воде или на берегу. Они имели прямостоячие, короткие и покрытые толстым защитным слоем стебли с колосовидными спорангиями на верхушке. Процесс фотосинтеза осуществлялся всей поверхностью растения.

Мохообразные (Bryophyta)

особенность Bryophyta заключается в цикле размножения с преобладанием полового поколения. Для осуществления репродуктивного процесса им обязательно требуется влажная среда. Именно поэтому мхи растут в сырых и болотистых местах и отличаются небольшими размерами. Отдел мохообразных включает в себя три класса:

  1. Печёночники произрастают в тропической местности, покрывая плотным ковром деревья, почву и прочие поверхности.
  2. Антоцеротовые насчитывают около 300 видов. Обитают в тёплом климате. В России можно встретить лишь несколько представителей этого класса.
  3. Мхи растут в северных и умеренных широтах.

Представители отдела довольно неприхотливы и могут выживать в самых экстремальных условиях, при необходимости впадая в анабиоз. Благодаря этому обеспечивается высокая выживаемость и конкурентоспособность.

Плауноподобные (Lycopodiophyta)

Один из самых древних отделов в настоящее время представлен лишь немногими видами селлагинелл и плаунов. Остальные представители давно вымерли.

Современные плауновидные — это травянистые вечнозелёные растения, живущие несколько лет и внешне напоминающие мхи. В отдел входит два класса:

  1. Плауновые включают в себя около 400 видов.
  2. Полушниковые — не более 700 видов.

Все плауноподобные отличаются наличием корней, вильчатым ветвлением стебля, а также маленькими листьями. Существуют равноспоровые и разноспоровые виды. В древние времена эти растения были очень распространены. В карбоне произрастало немало древовидных форм, которые впоследствии сформировали колоссальные залежи каменного угля.

Псилотовидные (Psilotophyta)

Этот отдел малочисленный, он включает два рода и всего 12 видов, распространённых в тропических широтах. Псилотовидные характеризуются простым строением организма, что говорит об их чрезвычайно древнем происхождении. Они очень похожи на вымерших риниофитов.

Из-за отсутствия корней представители отдела Psilotophyta растут на других деревьях, но могут селиться на почве и камнях. Листья также отсутствуют. Ветвящаяся надземная часть имеет множественные выросты, напоминающие чешуйки, а также разветвлённую систему воздушных корневищ. Процесс размножения осуществляется при помощи спор.

В качестве примера можно привести декоративный папоротник или псилот голый. Своему названию это растение обязано отсутствию листьев.

Хвощевидные (Equisetophyta)

В современной флоре отдел представлен единственным родом, включающим 30 видов. Растут они в самых разнообразных местах — от болот до леса и пашни. Все хвощи — это многолетние травы. Высота стебля варьируется от нескольких сантиметров до метра и более. Сросшиеся в трубки листья имеют чешуевидную форму и не отличаются большим размером.

Растения характеризуются боковым ветвлением. По некоторым вегетативным функциям они сходны со злаками. Ткани и органы хорошо дифференцированы и отличаются высоким уровнем совершенства. Размножаются с помощью переносимых ветром спор.

Расцвет хвощей пришёлся на каменноугольный период. В те далёкие времена можно было встретить древовидные образцы, достигавшие более 25 метров в высоту.

Папоротниковидные (Polypodiophyta)

Отдел представлен 12 тысячами видов и может по праву называться самым распространённым среди современных споровых растений. Папоротниковидные отличаются невероятным разнообразием жизненных форм. Помимо многолетней травы встречаются и настоящие деревья высотой 20—30 метров и диаметром ствола до 50 см. В то же время размер некоторых видов не превышает нескольких миллиметров.

Характерной особенностью папоротников является небольшой побег. Они широко распространены по всему земному шару, особенно в тропических широтах. Polypodiophyta включает в себя несколько классов:

  • ужовниковые;
  • кладоксилеевые;
  • мараттиевые;
  • зигоптериевые;
  • полиподиевые.

Папоротники почти не имеют практического значения для человека. Мякоть некоторых видов годится для употребления в пищу. Растение может применяться в лекарственных целях.

Голосеменные (Gymnospermae)

Отдел можно назвать типичным примером высших растений, отличающихся высокоразвитым строением.

Его представители — это преимущественно вечнозелёные кустарники и деревья, но иногда встречаются листопадные виды и даже лианы. Форма листьев отличается большим разнообразием — от иголок до чешуек.

Все голосеменные по определению имеют открытые семяпочки и размножаются семенами. Отдел включает 6 классов:

  • семенные папоротники;
  • беннеттитовые;
  • гнетовые;
  • саговниковые;
  • хвойные;
  • гингковые.

Первые два класса на сегодняшний день являются полностью вымершими. На сегодняшний день науке известно около 700 видов голосеменных. Самыми известными представителями, произрастающими в России, являются ель и сосна.

Покрытосеменные (Angiospermae)

В современной флоре покрытосеменные или цветковые являются самым распространённым и многочисленным отделом высших растений. Они впервые появились около 140 млн лет назад и постепенно достигли апофеоза развития. К их главным особенностям можно отнести наличие органов размножения в виде цветов, а также двойное оплодотворение. Классификационная таблица:

Класс двудольные Класс однодольные
Магнолиды Частуховые
Астериды Пальмовые
Гамамелидиды Лилииды
Кариофиллиды Имбирные
Дилленеиды Коммелиновые
Розиды

На сегодняшний день насчитывается около 352 тыс. видов цветковых растений. Столь большое разнообразие связано с эффективным приспособлением представителей отдела к изменчивой окружающей среде.

Источник: https://nauka.club/biologiya/vysshie-rasteniya.html

Biz-books
Добавить комментарий