Семенные растения: общая характеристика

Происхождение семенных растений. В девонском и каменноугольном периодах палеозойской эры климат в основном был теплым и влажным, резких климатических изменений не происходило. Эти условия были благоприятны для господства на суше споровых растений: процесс оплодотворения полностью зависел от наличия капельно-жидкой воды, споры могли прорастать только при наличии достаточной влажности, развитие гаметофита требовало повышенной влажности и температуры. Однако когда климат на Земле начал меняться, споровые растения оказались перед угрозой вымирания. В конце каменноугольного периода на смену теплому и влажному пришел холодный и сухой климат. В следующем пермском периоде палеозоя и в начале мезозойской эры климатические условия характеризовались чередованием сухих и влажных периодов. Преимущества получали растения, чье половое размножение не зависело от наличия воды, гаметофит развивался на спорофите, а зародыш нового спорофита был защищен от возможных неблагоприятных условий.

Более прогрессивными на этом этапе эволюции оказались те растения, у которых существовала разноспоровость, или гетероспория, – дифференциация спор на два типа: крупные мегаспоры и мелкие микроспоры. Гетероспория имела важное биологическое значение. Мегаспора, в отличие от микроспор, содержит большой запас питательных веществ. Поэтому более крупный женский заросток не только обеспечивает возможность полового процесса, но и служит для питания развивающегося из зиготы молодого спорофита.

Разноспоровые растения образуют огромное количество микроспор, из которых развиваются очень мелкие редуцированные мужские заростки. Большое число мужских заростков увеличивает вероятность их прорастания вблизи женских заростков.

В результате эволюции разноспоровых растений в девоне возникли семенные папоротники, которые в дальнейшем дали начало семенным растениям. Появление семенных растений привело к довольно быстрому вымиранию преобладавших ранее крупных папоротникообразных, которые не выдержали конкуренции в новых климатических условиях.

Среди современных растений только два отдела характеризуются наличием семян: Голосеменные и Покрытосеменные.

Какие же признаки семенных растений позволили им занять господствующее положение в растительных сообществах?

Особенности семенных растений. Основная особенность семенных растений – размножение при помощи семян. Образование семени – это один из важнейших ароморфозов в эволюции растительного мира. Именно появление семени определило господство семенных растений. Спора содержит минимум питательных веществ и требует для дальнейшего развития сочетания многих благоприятных условий. По сравнению с ней семя содержит значительный запас питательных веществ, а зародыш спорофита внутри семени надежно защищен плотными покровами.

Семена образуются в гораздо меньших количествах, нежели споры. Однако громадное число слабо защищенных спор погибает, попав в неблагоприятные условия и не имея возможности их переждать. Максимальная обезвоженность тканей семян и наличие защитных покровов обеспечивают длительную жизнеспособность семян. Таким образом, семенные растения, сократив число производимых семян (по сравнению со спорами), резко повысили их жизнеспособность. Не вызывает сомнения, что размножение семенами более совершенно, чем размножение одноклеточными спорами.

Семя оптимально приспособлено к распространению, что обеспечивает широкое расселение семенных растений. В настоящее время семенные растения освоили все возможные среды обитания и представляют все существующие жизненные формы (деревья, кустарники, кустарнички, полукустарники и полукустарнички, наземные и водные травы).

Несмотря на то что семенные растения размножаются семенами, они все равно образуют споры. Семенные растения– это разноспоровые организмы. У них формируются микроспоры, дающие начало мужскому гаметофиту, и мегаспоры, дающие начало женскому гаметофиту. Следовательно, как и у других высших растений, у семенных растений существует чередование поколений – полового и бесполого. У семенных растений наблюдается дальнейшее совершенствование спорофита и дальнейшая редукция гаметофитов, существование женского гаметофита полностью зависит от спорофита. Гаметофит семенных растений формируется и развивается на спорофите.

Мегаспорангии семенных растений (нуцеллусы) находятся внутри семязачатков (семяпочек). С материнским спорофитом семязачаток связан посредством халазы, через которую он получает все необходимые питательные вещества. Снаружи семязачаток окружен защитным покровом – интегументом. В мегаспорангии развиваются мегаспоры, там же в дальнейшем формируется женский гаметофит (эндосперм с архегониями), в архегонии образуется яйцеклетка, происходит оплодотворение и развивается зародыш – главная часть семени.

Оплодотворению у семенных растений предшествует процесс опыления – перенос проросших микроспор (пыльцевых зерен) либо непосредственно на семязачаток (у голосеменных растений), либо на рыльце пестика (у покрытосеменных). Обратите внимание, что мужской гаметофит в составе пыльцевого зерна переносится с места своего возникновения к семязачатку, а женский гаметофит, образующийся из мегаспоры, развивается стационарно на материнском спорофите.

У семенных растений внутреннее оплодотворение. Это важнейшая адаптация, поскольку такой тип оплодотворения не зависит от наличия воды. Однако в таком случае исчезает необходимость в подвижных сперматозоидах, снабженных жгутиками. Действительно, за исключением некоторых голосеменных, мужские гаметы семенных растений не имеют жгутиков и не способны к самостоятельному передвижению. Такие неподвижные мужские гаметы растений называют спермиями. Каким же образом неподвижные спермии проникают к яйцеклетке?

Еще одним ароморфозом семенных растений является развитие пыльцевой трубки, с помощью которой спермии транспортируются к яйцеклетке. Через отверстие в интегументе – микропиле – они проникают в семязачаток.

Характеристика признаков семенных растений, позволивших им расселиться по всему земному шару, будет неполной, если мы не вспомним о такой особенности, как сложность строения проводящих тканей. У покрытосеменных растений сосуды древесины образуют наиболее совершенную проводящую систему. Появление сосудов в процессе эволюции обеспечило покрытосеменным высокую приспособленность к жизни на суше и, как следствие, их господство в современном растительном покрове Земли.

Подводя итоги вышесказанному, выделим основные признаки семенных растений как наиболее приспособленных к существованию на суше.

  1. Распространение семенных растений по всему земному шару и заселение ими всех существующих сред обитания.
  2. Современные семенные растения представлены всеми жизненными формами.
  3. Наличие высокоспециализированных проводящих тканей.
  4. Семенные растения разноспоровые, они имеют два типа спор. Мегаспоры развиваются в мегаспорангии (нуцеллусе), микроспоры формируются в микроспорангиях, образующихся в пыльнике.
  5. Размножение осуществляется семенами, внутри которых находятся зародыш нового спорофита и запас питательных веществ для его развития.
  6. Процесс оплодотворения не зависит от наличия воды. Мужские гаметы (спермии) проникают к яйцеклетке через пыльцевую трубку.
  7. В жизненном цикле семенных растений полностью доминирует спорофит и происходит дальнейшая редукция не только мужского, но и женского гаметофита, существование которого полностью зависит от спорофита.

Вопросы для повторения и задания

  1. Объясните, почему в процессе эволюции споровые растения оказались перед угрозой вымирания.
  2. Какие растения и почему оказались более прогрессивными для дальнейшей эволюции при изменении условий окружающей среды?
  3. Докажите, что образование семени – это один из важнейших ароморфозов в эволюции растительного мира.
  4. Что представляют из себя мегаспорангии семенных растений?
  5. Какое преимущество дает внутреннее оплодотворение семенных растений?
  6. Почему появление пыльцевой трубки у семенных растений считают ароморфозом?
  7. Вспомните и сформулируйте основные признаки семенных растений как растительных организмов, наиболее приспособленных к существованию на суше.