Царство растения
НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ Thallophyta – слоевцовые, или талломные – характеризуются отсутствием дифференциации тела на корень, стебель, лист, отсутствием тканей.
ВОДОРОСЛИ Algae - представлены на Земле более 20 000 видами. Обычно водные растения, встречаются также в почве. Это одноклеточные, колонниальные и многоклеточные растения, иногда тканевого строения. Тело водорослей – таллом, слоевище, не имеет настоящих листьев, стеблей и корней, хотя у них есть внешне похожие части. Пластиды у водорослей называются хроматофорами. Представляют собой тело в виде ленты или пластинки различной формы, в хроматофорах находятся тельца, богатые белковыми веществами, называемыми пиреноидами. Кроме хлорофилла, содержат другие пигменты: каротин, ксантофилл, фикоциан, фикоэритрин, фукоксантин. Различная окраска водорослей имеет приспособительное значение. На больших глубинах свет поглощает красный пигмент, поэтому красные и бурые водоросли расположены на больших глубинах. Клетки водорослей отграничены снаружи цитоплазматической мембраной – плазмалеммой. Кнаружи от нее находится клеточная стенка. Нередко в клеточной стенке присутствуют добавочные компоненты: кремний, карбонат кальция, редко хитин, кремнезем. Цитоплазма располагается тонким постенным слоем, в ней хорошо различимы элементы ЭР, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, хроматофоры, ядра.
Размножение осуществляется различными способами: вегетативно – разрывом на отдельные участки талломов (фрагментация), либо делением клетки пополам; бесполое – с образованием спор или зооспор. Половой процесс – хологамия (цельный брак) – слияние 2-х одноклеточных особей; изогамия – гаметы одинаковы по величине и строению; гетерогамия, оогамия. Клетки водорослей, в которых вырабатывается гамета, называются гаментангиями. Гаметангии оогамного процесса называются оогониями (вырабатывают яйцеклетки) и антеридиями (вырабатывают сперматозоиды). Есть конъюгация – две вегетативные клетки соединяются направленными друг к другу выростами и протопласты этих клеток сливаются через копуляционный канал.
На водорослях можно легко проследить различные пути эволюции: 1 – от одноклеточных форм через колониальные к многоклеточным; 2 – от пассивно или активно передвигающихся форм до прикрепленных к субстрату; 3 – от бесполого к половому размножению, постепенно усложняющемуся.
Водоросли – древнейшие фотосинтезирующие организмы на Земле, создавшие ее кислородную атмосферу. От них произошли растения, заселившие сушу. Геохимическая роль водорослей связана, прежде всего, с круговоротом в природе кальция и кремния. Крупные водоросли используют в пищу, в медицине, как корм для скота, служат сырьем для получения агара, альгинатов, йода; объект аквакультуры (ламинарии, макроцистис, порфира). Многие водоросли – важное звено в процессе биологической очистки сточных вод, некоторые используются как биоиндикаторы загрязнения водоемов.
ВЫСШИЕ СПОРОВЫЕ РАСТЕНИЯ заселили сушу в середине-конце силурийского периода, около 415-430 млн. лет назад. Как и сейчас, много лет назад наземные условия существования резко отличались от условий жизни в воде. Поэтому переход предков растений в совершенно новые для них условия обитания (воздушной и почвенной) мог произойти лишь при условии появления у них приспособлений для водоснабжения и транспорта питательных веществ, для защиты от высыхания.
Сложные дифференцированные многоклеточные организмы, приспособленные к жизни в наземной среде. Тело растения расчленено на стебли, листья и корни, имеются эпидермис и устьица, комплекс проводящих тканей, многоклеточный зародыш. Эволюция высших растений шла по пути возрастающего приспособления к наземному образу жизни. Выжили те, кто приспособился к новым условиям обитания, благодаря развитию специализированных органов: листьев, при помощи которых осуществляется процесс фотосинтеза; стеблей, на которых формируются листья и благодаря которым осуществляется связь между листьями и корнями в передвижении питательных веществ; корней, расположенных в почве, в которой они закрепляются и из которой поглощают минеральные вещества и воду. Половой процесс усложнился, появились многоклеточные половые органы – архегонии – в них развивается яйцеклетка и антеридии – в которых формируются многочисленные сперматозоиды.
Архегоний имеет колбообразную форму. Нижняя расширенная часть – брюшко, в нем развивается яйцеклетка, верхняя узкая часть – шейка. Яйцеклетка защищена архегонием, что предохраняет ее от высыхания. После оплодотворения образуется зигота. Антеридий – орган овальной формы с отверстием для выхода зрелых сперматозоидов.
У высших растений хорошо выражена ритмическая смена поколений: полового (гаметофита) и бесполого (спорофита). У большинства высших растений доминирует спорофит (исключение – мхи). На гаметофите образуются половые органы, в них развиваются половые клетки, после слияния гамет из диплоидной зиготы развивается бесполое поколение – спорофит. На нем в спорангиях образуются гаплоидные споры. Из споры формируется опять гаметофит. Таким образом, спорофит диплоиден, гаметофит – гаплоиден. Споры у высших растений образуются в специальных образованиях – многоклеточных спорангиях, возникающих на диплоидном спорофите. Споры лишены жгутиков, неподвижны, в разной степени кутинизированы и приспособлены к пассивному распространению (преимущественно ветром).
Мхи, плауны, хвощи и папоротники размножаются главным образом спорами, их объединяют в группу высших споровых растений. Высшие растения, имеющие архегоний, называются архегониальными.
ГОЛОСЕМЕННЫЕ Gymnospermatophyta, Pinophyta – древняя группа, берущая свое начало с верхнего девона, но их бурное развитие происходит в пермском и мезозойском периоде, когда споровые растения начинают угасать. Их возникновение связано с местными внутриматериковыми оледенениями, виды оказались способными осваивать обширные пространства в умеренных областях Северного полушария, где они и поныне занимают господствующее положение в сложении растительного мира. В конце мезозоя, в меловом периоде, начинают исчезать и некоторые голосеменные (бенеттитовые, семенные папоротники), однако многие хвойные в настоящее время широко представлены на Земле, играют немаловажную роль в жизни природы.
Широкое распространение объясняется тем, что размножение у них осуществляется не спорами, а семенами. Новый способ размножения оказался наиболее соответствующим наземному образу жизни растений, и только с приобретением его, высшие растения порвали древнюю связь с водной средой, необходимой в момент оплодотворения, и стали вполне сухопутными. Таким образом, молодые растения вступают в самостоятельную жизнь более жизнеспособными, чем споровые растения.
Все голосеменные – разноспоровые растения; имеются микро- и мегастробилы (мужские и женские шишки) различной формы. В микроспорангиях формируются микроспоры. Микроспоры заключены в оболочку и называются пылинками, а их совокупность – пыльцой. Пыльца разносится ветром и попадает непосредственно на семязачаток (женскую шишку). Происходит оплодотворение, из семязачатка формируется семя. Из оплодотворенной яйцеклетки формируется зародыш, состоящий из корешка, стебелька и почечки.
Современные голосеменные в подавляющем большинстве растения крупные, древесные, реже кустарниковые. Листья современных голосеменных весьма различны, в виде хвои или чешуевидные, как правило, вечнозеленые (исключение лиственница).
ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ, ИЛИ ЦВЕТКОВЫЕ РАСТЕНИЯ (Angiospermae, Anthophyta, Magnoliophyta) - наиболее крупный отдел растительного царства, насчитывающий более 350 семейств, 13 тысяч родов и до 240 тысяч видов. В настоящее время покрытосеменные распространены по всему земному шару.
Автотрофные растения – важнейший активный компонент биосферы. От их жизнедеятельности зависит течение общебиосферных процессов обмена веществ и трансформации энергии, газовый состав атмосферы, климат, водный режим суши, характер процессов почвообразования.
В наземных условиях цветковые обычно доминируют в растительном покрове, составляют «каркас» большинства экосистем. Они формируют среду обитания животного населения, которые связаны с ними самыми разнообразными трофическими и иными связями.
Покрытосеменные растения отличаются необычайным полиморфизмом, удивительной эволюционной пластичностью и могут существовать в самых разнообразных условиях обитания, вплоть до безводных пустынь, скал, солончаков и т.д. Это единственная группа среди высших растений, представители которой сумели вторично освоить морскую среду: в соленых водах морских мелководий вместе с водорослями растут десятки видов покрытосеменных.
Разнообразие размеров и жизненных форм растений поражает воображение. Самый крохотный представитель – ряска вольфия достигает 1-1,5 мм в диаметре, гигантские эвкалипты вырастают до 100 м. Деревья, кустарники, кустарнички, полукустарники и травы, плотоядные растения – это общеизвестные примеры. Все это дает цветковым растениям возможность в полной мере реализовать свой эволюционно-адаптационный потенциал.
Признаки покрытосеменных - по давней традиции характерным признаком считают цветок, существенные его части – андроцей и гинецей. Важнейшая часть пестика – завязь, в которой, как в замкнутой полости, развиваются семязачатки. Одна из наиболее характерных особенностей покрытосеменных – двойное оплодотворение, одно из следствий которого – формирование питательной ткани (эндосперма).
Происхождение покрытосеменных остается тайной до сих пор. В основе родословия современных растений лежала некая вымершая к настоящему времени группа – общий предок, имеющий общий комплекс признаков по отношению ко всем ныне живущим покрытосеменным. Эти древние покрытосеменные в свою очередь, берут начало от неизвестного нам предкового таксона, скорее всего от каких-то мало специализированных голосеменных. Возникновение первичных цветковых было результатом мощного арогенеза (быстрый и важный эволюционный скачок), он создал возможности для интенсивной адаптивной эволюции и дифференциации. Необычный полиморфизм цветковых сформировался в основном уже в процессе быстрой эволюции древних покрытосеменных. В итоге эволюционной дифференциации возникло большинство порядков современных цветковых растений. Они представляют собой лучи одного веера, выходящие из одной точки, и практически одновозрастны в эволюционном отношении. Отдел покрытосеменные делится на классы: двудольные Dicotyledoneae и однодольные Monocotyledoneae. Они сформировались и обособились друг от друга на заре эволюции покрытосеменных, образуя как бы две большие семьи.