Отдел Голосеменные

Общая характеристика

Растения, относящиеся к отделу Голосеменные, так же как и цветковые, характеризуются тем, что производят семена.

К голосеменным растениям относятся ель, сосна, гинкго, лиственница, кедр, эфедра и др. Все они с давних пор широко используются человеком для его нужд.

Голосеменными эти растения называются потому, что их семена лежат открыто (голо) на поверхности чешуй шишек, а не в плодах, как у цветковых растений.

С помощью семян голосеменные размножаются и расселяются по земной поверхности. Семена голосеменных развиваются из семязачатков после того, как произойдет оплодотворение (слияние спермия с яйцеклеткой). Напомним, что семязачаток — это многоклеточное образование, в котором развивается яйцеклетка.

Оплодотворение внутри семязачатка, развитие там зародыша и формирование семени у взрослого растения — главное биологическое преимущество голосеменных растений перед споровыми в условиях жизни на суше.

В семенах (в отличие от спор) есть запас питательных веществ, они защищены семенной кожурой, и в них формируется зародыш нового растения. Как вы помните, зародыш семени состоит из зародышевого корня и зародышевого побега с зародышевыми листьями (семядолями). Семя — более надежный орган размножения и расселения, чем спора. Как только семя в благоприятных условиях прорастает, появившийся корешок легко укореняется. Семядоли проростка расправляются, и растение начинает самостоятельную жизнь.

Голосеменные — древесные растения: деревья, кустарники, редко лианы; трав среди голосеменных нет. У большинства из них имеются хорошо развитые ткани: фотосинтезирующие, проводящие, покровные, механические, запасающие и образовательные. Стебель голосеменных способен расти в толщину вследствие деления клеток камбия. Листья у большинства представителей голосеменных чешуевидные или игольчатые (хвоя).

Среди растений отдела Голосеменные много древних видов, как вымерших, так и современных. Наиболее знакомые и важные представители голосеменных растений — класс Хвойные.

Хвойные растения и их значение

Хвойные — самая многочисленная группа голосеменных растений. Их насчитывается свыше 550 видов. Они играют важную роль в природе: образуют леса, создавая тем самым условия жизни разнообразным представителям живого мира.

Хвойные растения участвуют в почвообразовании и имеют большое водорегулирующее и почвозащитное значение; широко используются их древесина, хвоя, семена, смолы, кора. Задача людей — сохранить биологическое разнообразие голосеменных растений.

Хвойные появились на Земле более 350 млн лет назад в Северном полушарии. Около 150 млн лет назад они стали господствующими в растительном покрове планеты. Хвойные — самые древние из всех ныне живущих семенных растений.

Среди хвойных есть низкорослые и стелющиеся формы (например, кедровый стланик — сосна карликовая или сосна горная, можжевельник казацкий), кустарники (можжевельник, эфедра) и растения-гиганты (секвойя вечнозеленая достигает 112 м в высоту и 11 м в диаметре). Такие крупные деревья, как ель, сосна, лиственница, пихта, кипарис, кедр, обычно живут по 200-400 лет, достигая в высоту 35-40 м.

Многообразие хвойных

Наиболее распространенные хвойные растения в нашей стране — ель, сосна, пихта, лиственница и можжевельник.

Сосна — светолюбивое высокоствольное дерево, произрастающее на любых почвах: песчаных, каменистых, болотных. Хвоинки сосны длиной 4-5 см по две или по пять сидят на очень кротких боковых побегах, расположенных на ветвях. Хвоинки живут 2-4 года, что определяет вечнозеленость сосны. У сосны сибирской (ее часто неправильно называют кедром) на укороченных побегах сидят по пять хвоинок. Это очень красивое дерево с белой, легкой и мягкой древесиной.

Ель в отличие от сосны — теневыносливое растение, произрастающее на плодородных почвах с достаточным увлажнением. Хвоинки ели — короткие, колючие, одиночно сидят на ветвях (рис. 100, 1), они живут 7-9 лет, некоторые виды, например ель шренка, - 13 лет. Ель — вечнозеленое растение. Ее древесина, как и у сосны, прочная и душистая. Она используется как строительный материал, как сырье для изготовления бумаги. Из хвои получают витамин C. Еловые леса значительно темнее сосновых боров. Они занимают в нашей стране огромные территории.

Ветки с шишками хвойных растений
Ветки с шишками хвойных растений: 1 — ель; 2 — пихта; 3 — лиственница; 4 — можжевельник

Пихта похожа на ель, но имеет более темные, мягкие и плоские хвоинки, гладкую кору на стволе. Нижние ветви, соприкасаясь с почвой, могут укореняться и образовывать новое, дочернее растение. Поэтому в некоторых местах пихтовые леса труднопроходимы.

У лиственницы хвоинки мягкие, собраны пучками по 20-40 штук на укороченных побегах. Ежегодно осенью лиственница сбрасывает хвою как листопадное растение. Древесина лиственницы очень тяжелая (тонет в воде), долговечная, красивая, розоватого или светло-коричневого оттенка, но трудно обрабатываемая из-за твердости. На территории России лиственничные леса занимают самые большие территории.

Можжевельник не образует лесов, но как низкорослое деревце произрастает в сосновых борах и ельниках. Хвоя у можжевельника обыкновенно игольчатая, древесина очень прочная и твердая. Шишки у него сочно-мясистые, шаровидные, созревающие на 2-3-й год. Растение это медленно растет и долго живет, оно широко используется в медицине, пищевой промышленности, парфюмерии и как декоративное.

Развитие семян у хвойных

Весной можно увидеть, что на верхушках молодых побегов сосны появляются маленькие (около 5 мм) зеленые женские шишки. У основания других молодых побегов среди хвои располагается скопление овальных мелких мужских шишек. На чешуях женских шишек ничем не защищенные, как голые, лежат семязачатки, в каждом из них образуется яйцеклетка. В мужских шишках развивается пыльца — совокупность пылинок, в которых позже образуются мужские половые клетки — спермии.

Сосна обыкновенная и ветка с шишками первого и второго рода
Сосна обыкновенная и ветка с шишками первого и второго рода; мужские (1) и женские (2) шишки

Спермии у голосеменных — неподвижные клетки, без жгутиков. Появление такого типа мужских половых клеток — значительный этап в эволюции растений, обусловленный жизнью и развитием организмов на суше. Оплодотворение у голосеменных происходит без помощи воды. Благодаря этому голосеменные оказались способными освоить на Земле различные места обитаний, в том числе и в засушливых районах.

Пылинки разносятся ветром и попадают на семязачатки, голо лежащие на чешуйках женской шишки. После опыления чешуи шишки смыкаются, склеиваются смолой и начинается процесс подготовки к оплодотворению. При этом пылинка, прорастая, образует спермии и пыльцевую трубку, которая доставляет их к семязачатку, несущему яйцеклетку. Оплодотворение происходит в семязачатке лишь через 13 месяцев после опыления. У сосны шишки и семена созревают на второй год после опыления, а у ели — в тот же год.

После оплодотворения из зиготы развивается зародыш и формируются семена. Когда созреют семена, чешуи шишки раздвигаются и семена выпадают из нее. На семенах имеется пленчатое "крыло", которое позволяет им с помощью ветра далеко отлетать от материнского растения. Похожим образом размножаются все хвойные растения.

Способность голосеменных образовывать пыльцевую трубку, осуществляющую доставку неподвижных мужских гамет (спермиев) к яйцеклетке, - прогрессивный биологический шаг в эволюции растений, обусловленный жизнью в наземно-воздушной среде.

У сосны сибирской семена крупные, тяжелые, с большим запасом питательных веществ (их называют кедровыми орешками). У них нет "крыла", и распространяются они животными (кедровкой, бурундуком, белкой). Кедровые орешки — очень ценный пищевой продукт.

Голосеменные — древесные растения. Размножаются преимущественно семенами, которые развиваются из семязачатков, лежащих открыто на чешуях женских шишек. Оплодотворение происходит без помощи воды. Эта особенность выработалась в связи с жизнью в наземно-воздушной среде.