Содержание
Семя. Строение семени. Прорастание семян — Kid-mama
Семя — орган полового размножения и расселения растений. Семенами размножаются голосеменные и покрытосеменные растения. [showads ad=left]У голосеменных семена лежат открыто (голо) на чешуях женских шишек, а у покрытосеменных семена находятся внутри плода. В семени есть зародыш растения, запас питательных веществ для него и плотная оболочка — семенная кожура.
При благоприятных условиях семя начинает прорастать — сначала из него появляется корень, а затем побег. На этой стадии развития растение называют проростком.
Рассмотрим подробнее семена цветковых растений, относящихся к покрытосеменным.
Снаружи семя покрыто плотной семенной кожурой, защищающей семя от высыхания, механических повреждений, проникновения микроорганизмов и грибов, а также от преждевременного прорастания. Иногда семенная кожура бывает очень твердой и толстой, например, у сливы и миндаля. Иногда она выполняет дополнительные функции, например, у ивы и тополя кожура имеет волоски, помогающие им летать по ветру.
У бересклета, чистотела, фиалки на кожуре имеется мясистый вырост. Этот вырост является лакомством для муравьев, которые растаскивают семена, способствуя их расселению.
На кожуре семени есть след от прикрепления семени к стенке плода. Он называется рубчик. Рядом с ним находится отверстие, через которое вода проникает внутрь семени — семявход (микропиле).
Под кожурой, внутри семени, находится зародыш растения. Он состоит из зародышевого корешка, стебелька, почечки и семядолей (семядолями называются первые листья). У двудольных растений (фасоль, тыква, яблоня, огурец) имеется две семядоли. У однодольных (пшеница, кукуруза, ландыш) — одна семядоля (отсюда их названия — одно- и двудольные).
У большинства растений — как однодольных, так и двудольных, зародыш внутри семени окружен эндоспермом — тканью, содержащей запас питательных веществ. Эти вещества необходимы зародышу для прорастания. Однако у некоторых двудольных растений эндосперма нет. Питательные вещества у них находятся в крупных мясистых семядолях, занимающих большую часть семени (фасоль, горох, тыква, яблоня и др. ).
Как происходит прорастание семени
Для прорастания семени необходимы следующие внешние и внутренние факторы:
Внешние:
- Вода — для растворения ферментов и питательных веществ.
- Кислород — для дыхания и получения энергии.
- Температура — для работы ферментов. Отличается для разных видов растений. Например, для прорастания семян клевера лугового и овса оптимальная температура от нуля до +1 градусов Цельсия, а для сладкого перца + 25 градусов.
- Свет — необходим для семян некоторых растений. Для других — наоборот, темнота (чернушка)
Внутренние:
- Зрелость зародыша — у некоторых растений, например, женьшеня, семена дозревают через 3 года.
- Проницаемость кожуры для воды. Семенная кожура содержит вещества, препятствующие проникновению воды (ингибиторы). Они препятствуют преждевременному прорастанию семян. Эти вещества разрушаются от механического трения (о камни), от высокой температуры (при пожаре), вымываются водой ( в сезон дождей у пустынных растений) или перевариваются в желудках животных. В результате кожура начинает пропускать внутрь семени воду, и оно прорастает.
- Запасные питательные вещества. Если их мало, семя не прорастет.
Сам процесс прорастания происходит так:
Внутрь семени через семявход попадает вода, растворяя ферменты и питательные вещества, при этом семя набухает. Затем из семени появляется зародышевый корешок и сразу растет вниз (положительный геотропизм), закрепляя семя в земле. Затем начинается рост побега, который быстро удлиняется и выносит на поверхность семядоли и почечку, из которой развиваются первые настоящие листья. Это надземное прорастание семян (наблюдается у фасоли, тыквы, березы, огурца и др.)
Семядоли у некоторых растений остаются в земле ( например, у гороха, каштана, настурции) — такое прорастание семян называют подземным:
Корень, образовавшийся из зародышевого корешка, называется главным. Он может жить долго, образуя стержневую корневую систему, либо недолго, корневая система при этом формируется из боковых и придаточных корней и называется мочковатой.
[showads ad=Nizhnii]
Покрытосеменные растения. – Книга для чтения по ботанике – Kaz-Ekzams.ru
admin
28.08.2010
0 Комментарии
Невидимые простым глазом бактерии, всевозможные водоросли с хлорофиллом в хроматофорах, грибы, лишенные хлорофилла, лишайники — все это растения, по сравнению с цветковыми, имеющие более простое строение. У них нет ни корней, ни стеблей, ни листьев, ни цветков, которыми обладают цветковые растения.
Живут на Земле и другие, более сложные растительные организмы с вегетативными органами и органами размножения. К ним относятся мхи, папоротники, голосеменные и цветковые растения.
Но самое сложное строение имеют цветковые растения. У них есть сложный по строению орган размножения — цветок, а в цветке — пестик. Внутри пестика расположены семяпочки. Растения других групп цветков не имеют.
Семяпочки, расположенные в завязи пестика, после опыления и оплодотворения дают семена, а стенка завязи, разрастаясь, образует плод; таким образом, семена у цветковых покрыты разросшимися и видоизменившимися после оплодотворения стенками завязи — околоплодником. Потому-то цветковые растения в отличие от других называют покрытосеменными.
Цветковые отличаются от других растений еще и тем, что только у них происходит такое оплодотворение, благодаря которому из оплодотворенной яйцеклетки формируется зародыш, а центральная клетка зародышевого мешка после слияния со спермием разрастается, образуя эндосперм с запасом питательных веществ для зародыша.
По высоте своей организации покрытосеменные оказались наиболее приспособленными к разнообразным условиям существования. Поэтому в настоящее время покрытосеменные занимают господствующее положение на Земле.
Растения, относящиеся к группе покрытосеменных, очень разнообразны. Среди них и деревья, и кустарники, и травы.
Одни из покрытосеменных живут несколько более месяца, например мокрица. Другие, как могучие дубы, могут жить сотни лет.
Некоторые имеют гигантские размеры. Таковы эвкалипты, достигающие более 100 м в высоту. А есть совсем крошечные растеньица, например ряска.
У многих покрытосеменных растений стебель прямостоячий. Но есть растения с вьющимися, лазящими и ползучими стеблями. Имеются также покрытосеменные растения с укороченными надземными и сильно видоизменившимися подземными стеблями.
Размеры и форма корней и листьев, их внешнее строение у разных цветковых растений тоже очень разнообразны.
Цветут они в разные сроки. Например, орешник зацветает рано весной, а липа — в середине лета.
Цветки покрытосеменных растений различны по величине, форме, окраске, строению. Это объясняется тем, что одни из них приспособлены к опылению ветром, другие — к опылению насекомыми, а третьи самоопыляются. Но оплодотворение у всех покрытосеменных
происходит одинаково. Попав на рыльце пестика, пыльца прорастает. Образуется пыльцевая трубочка со спермиями, которые проникают внутрь завязи по пыльцевой трубке, достигают семяпочки, где происходит оплодотворение.
Просмотров: 998
14.4: Семенные растения — покрытосеменные
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 7060
- OpenStax
- OpenStax
Со своего скромного и все еще малоизвестного начала в раннем юрском периоде (202–145,5 млн лет назад) покрытосеменные, или цветковые растения, успешно эволюционировали, чтобы доминировать в большинстве наземных экосистем. Покрытосеменные включают ошеломляющее количество родов и видов; с более чем 260 000 видов это подразделение уступает только насекомым с точки зрения разнообразия (рис. \(\PageIndex{1}\)).
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Эти цветы растут на границе ботанического сада в Белвью, штат Вашингтон. Цветковые растения доминируют в наземных ландшафтах. Яркие цвета цветов являются адаптацией к опылению насекомыми и птицами. (кредит: Мириам Фельдман)
Успех покрытосеменных растений является результатом двух новых структур, обеспечивающих репродуктивный успех: цветков и плодов. Цветы позволили растениям формировать кооперативные эволюционные отношения с животными, в частности с насекомыми, для целенаправленного распространения их пыльцы на женские гаметофиты. Плоды защищают развивающийся зародыш и служат агентом расселения. Различные структуры плодов отражают стратегии распространения, которые помогают распространять семена.
Цветы
Цветы представляют собой видоизмененные листья или спорофиллы, расположенные вокруг центрального стебля. Хотя они сильно различаются по внешнему виду, все цветы содержат одинаковые структуры: чашелистики, лепестки, пестики и тычинки. Завиток чашелистиков (чашечка) расположен у основания цветоноса или стебля и окружает цветочную почку до того, как она раскроется. Чашелистики обычно являются фотосинтезирующими органами, хотя бывают и исключения. Например, венчик у лилий и тюльпанов состоит из трех чашелистиков и трех лепестков, которые выглядят практически одинаково — это побудило ботаников ввести слово околоцветник. Лепестки (собирательно венчик) расположены внутри мутовки чашелистиков и обычно окрашены в яркие цвета для привлечения опылителей. Цветки, опыляемые ветром, обычно мелкие и тусклые. Половые органы расположены в центре цветка.
Как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\), рыльце, столбик и завязь составляют женский орган, плодолистик или пестик, который также называют гинецеем. Гинецей может содержать один или несколько плодолистиков в одном цветке. Мегаспоры и женские гаметофиты образуются и защищаются толстыми тканями плодолистика. Длинная тонкая структура, называемая столбиком, ведет от липкого рыльца, где откладывается пыльца, к завязи, заключенной в плодолистика. В яичнике находится одна или несколько семяпочек, каждая из которых после оплодотворения превратится в семя. Мужские репродуктивные органы, андроцей или тычинки, окружают центральный плодолистик. Тычинки состоят из тонкой ножки, называемой нитью, и мешковидной структуры, пыльника, в котором микроспоры образуются в результате мейоза и развиваются в пыльцевые зерна. Нить поддерживает пыльник.
Рисунок \(\PageIndex{2}\): На этом изображении изображена структура совершенного цветка. Совершенные цветы несут как мужские, так и женские цветочные органы. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
Плод
Семя формируется в завязи, которая увеличивается по мере роста семян. По мере развития семени стенки завязи также утолщаются и образуют плод. В ботанике плод — это оплодотворенная и полностью выросшая, созревшая завязь. Многие продукты, обычно называемые овощами, на самом деле являются фруктами. Баклажаны, цуккини, стручковая фасоль и болгарский перец технически являются фруктами, потому что они содержат семена и получены из толстой ткани завязи. Желуди и клен крылатый, научное название которого — самара, тоже являются фруктами.
Зрелые плоды можно охарактеризовать как мясистые или сухие. Мясистые фрукты включают знакомые ягоды, персики, яблоки, виноград и помидоры. Рис, пшеница и орехи являются примерами сухофруктов. Еще одно отличие состоит в том, что не все плоды происходят из завязи. Некоторые плоды образуются из отдельных завязей одного цветка, например малина. Другие фрукты, такие как ананас, формируются из соцветий. Кроме того, некоторые фрукты, такие как арбуз и апельсин, имеют кожуру. Независимо от того, как они образуются, плоды являются агентом распространения. Разнообразие форм и характеристик отражает способ расселения. Легкие, сухие плоды деревьев и одуванчиков разносятся ветром. Плавающие кокосы транспортируются водой. Некоторые фрукты окрашены, ароматизированы, сладки и питательны, чтобы привлечь травоядных, которые едят фрукты и рассеивают твердые непереваренные семена в своих фекалиях. У других фруктов есть шипы и крючки, которые цепляются за мех и цепляются за животных.
Жизненный цикл покрытосеменных
Фаза взрослой особи, или спорофита, является основной фазой в жизненном цикле покрытосеменных растений. Как и голосеменные, покрытосеменные разноспоровые. Они производят микроспоры, которые развиваются в пыльцевые зерна (мужские гаметофиты), и мегаспоры, которые образуют семязачаток, содержащий женские гаметофиты. Внутри микроспорангиев пыльников (рис. \(\PageIndex{3}\)) мужские микроспороциты делятся путем мейоза, образуя гаплоидные микроспоры, которые подвергаются митозу и дают начало пыльцевым зернам. Каждое пыльцевое зерно содержит две клетки: одну генеративную клетку, которая разделится на два спермия, и вторую клетку, которая станет клеткой пыльцевой трубки.
ART CONNECTION
Рисунок \(\PageIndex{3}\): На этой диаграмме показан жизненный цикл покрытосеменных растений. Пыльники и завязи — это структуры, которые укрывают настоящие гаметофиты: пыльцевое зерно и зародышевый мешок. Двойное оплодотворение — процесс, уникальный для покрытосеменных растений. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
Если бы у цветка не было мегаспорангиев, какие гаметы он не смог бы сформировать? Если бы у него не было микроспорангиев, какие гаметы не образовались бы?
В семязачатках женский гаметофит образуется, когда мегаспороцит подвергается мейозу с образованием четырех гаплоидных мегаспор. Один из них крупнее других и подвергается митозу с образованием женского гаметофита или зародышевого мешка. Три митотических деления производят восемь ядер в семи клетках. Яйцеклетка и две клетки перемещаются к одному концу зародышевого мешка (гаметофиту), а три клетки — к другому концу. Два ядра остаются в одной клетке и сливаются, образуя ядро 2 n ; эта клетка движется к центру зародышевого мешка.
Когда пыльцевое зерно достигает рыльца пестика, пыльцевая трубка отходит от зерна, прорастает вниз по столбику и проникает через отверстие в покровах семязачатка. Два спермия откладываются в зародышевый мешок.
То, что происходит дальше, называется событием двойного оплодотворения (рис. \(\PageIndex{4}\)) и характерно только для покрытосеменных растений. Один сперматозоид и яйцеклетка объединяются, образуя диплоидную зиготу — будущий эмбрион. Другой сперматозоид сливается с диплоидным ядром в центре зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку, которая разовьется в эндосперм: ткань, служащую запасом пищи. Зигота развивается в зародыш с корешком или небольшим корнем и одним или двумя листовидными органами, называемыми семядолями. Запасы пищи семени хранятся вне зародыша, а семядоли служат проводниками для передачи расщепленных запасов пищи развивающемуся зародышу. Семя состоит из затвердевшего слоя покровов, образующих оболочку, эндосперма с запасами пищи и, в центре, хорошо защищенного зародыша.
Рисунок \(\PageIndex{4}\): Двойное оплодотворение происходит только у покрытосеменных растений. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
Большинство цветов имеют как тычинки, так и плодолистики; однако некоторые виды самоопыляются. Они известны как «идеальные» цветы, потому что они содержат оба типа половых органов (Рисунок \(\PageIndex{2}\). Биохимические и анатомические барьеры на пути самоопыления способствуют перекрестному опылению. Самоопыление представляет собой тяжелую форму инбридинга. , и может увеличить количество генетических дефектов у потомства.
Растение может иметь совершенные цветки и, таким образом, иметь оба пола в каждом цветке; или на одном растении могут быть несовершенные цветки обоих видов (рис. \(\PageIndex{5}\)). В каждом случае такие виды называются однодомными растениями, что означает «один дом». Некоторые ботаники называют растения с идеальными цветками просто гермафродитами. Некоторые растения являются двудомными, что означает «два дома», и у них есть мужские и женские цветки («несовершенные цветы») на разных растениях. У этих видов все время происходит перекрестное опыление.
Рисунок \(\PageIndex{5}\): Однодомные растения имеют как мужские, так и женские репродуктивные структуры на одном и том же цветке или растении. У двудомных растений мужские и женские репродуктивные структуры находятся на разных растениях. (кредит а: модификация работы Лиз Уэст; кредит с: модификация работы Скотта Зоны)
Разнообразие покрытосеменных растений
Покрытосеменные классифицируются в одном подразделении Anthophyta. Современные покрытосеменные представляют собой монофилетическую группу, что означает, что они произошли от одного предка. Цветковые растения делятся на две основные группы в зависимости от строения семядолей, пыльцевых зерен и других признаков: однодольные, к которым относятся травы и лилии, и эвдикоты или двудольные, полифилетическая группа. Базальные покрытосеменные — это группа растений, которые, как полагают, разветвились до разделения на однодольные и эвдикоты, поскольку они проявляют черты обеих групп. Они классифицируются отдельно во многих классификационных схемах и соответствуют группе, известной как Magnoliidae. Группа Magnoliidae состоит из магнолий, лавров, водяных лилий и семейства перцев.
Базальные покрытосеменные растения
Magnoliidae представлены магнолиями: высокими деревьями с крупными ароматными цветками, состоящими из многих частей, и считаются архаичными (рис. \(\PageIndex{6}\) d ). Лавровые деревья производят ароматные листья и маленькие невзрачные цветы. Laurales — это небольшие деревья и кустарники, которые растут в основном в более теплом климате. Знакомые растения этой группы включают лавр, корицу, куст пряностей (Рисунок \(\PageIndex{6}\) a ) и дерево авокадо. Кувшинки состоят из кувшинок, лотоса (Рисунок \(\PageIndex{6}\) c ) и аналогичные растения. Все виды Nymphaeales процветают в пресноводных биомах и имеют листья, которые плавают на поверхности воды или растут под водой. Водяные лилии особенно ценятся садоводами и с древности украшают пруды и бассейны. Piperales — это группа трав, кустарников и небольших деревьев, которые растут в тропическом климате. У них маленькие цветки без лепестков, которые плотно собраны в длинные колоски. Многие виды являются источником ценных ароматов или специй; например, ягоды Piper nigrum (Рисунок \(\PageIndex{6}\) b ) — это всем известный черный перец, который используется для ароматизации многих блюд.
Рисунок \(\PageIndex{6}\): (а) южный пряный куст принадлежит к семейству лавровых, к тому же семейству, что коричный и лавровый лавр. Плодом (b) растения Piper nigrum является черный перец, основной продукт, которым торговали на маршрутах специй. Обратите внимание на маленькие, ненавязчивые соцветия. с) цветы лотоса, Nelumbo nucifera, выращивались с древних времен из-за их декоративной ценности; корень цветка лотоса едят как овощ. (d) красные ягоды магнолии, характерные для финальной стадии, только начинают появляться. (кредит a: модификация работы Кори Занкера; кредит b: модификация работы Франца Ойгена Кёлера; кредит c: модификация работы «berduchwal»/Flickr; кредит d: модификация работы «Coastside2»/Wikimedia Commons)
Однодольные
Растения из группы однодольных имеют одну семядолю в проростке, а также другие общие анатомические особенности. Жилки проходят параллельно длине листьев, а части цветка расположены в трех- или шестикратной симметрии. Пыльца первых покрытосеменных была моносулькатной (содержащей одну борозду или пору во внешнем слое). Эта особенность до сих пор наблюдается у современных однодольных. Настоящая одревесневающая ткань редко встречается у однодольных, а сосудистая ткань стебля не имеет какой-либо определенной структуры. Корневая система в основном придаточная (необычно расположенная), без основного стержневого корня. Однодольные включают знакомые растения, такие как настоящие лилии (не путать с кувшинками), орхидеи, травы и пальмы. Многие важные культуры, такие как рис и другие злаки (Рис. \(\PageIndex{7}\) a ), кукуруза, сахарный тростник и тропические фрукты, включая бананы и ананасы, относятся к однодольным.
Рисунок \(\PageIndex{7}\): Основными сельскохозяйственными культурами в мире являются цветковые растения. Один из основных продуктов питания, (а) рис, является однодольным, как и другие злаки, а (б) бобы — эвдикотами. Некоторые популярные цветы, такие как эта (c) лилия, являются однодольными; в то время как другие, такие как эта (d) маргаритка, являются эвдикотами. (кредит a: модификация работы Дэвида Нэнса; кредит b: модификация работы USDA, ARS; кредит c: модификация работы «longhorndave»/Flickr; кредит d: модификация работы «Cellulaer»/NinjaPhoto)
Эвдикоты
Эвдикоты, или настоящие двудольные, характеризуются наличием двух семядолей. Жилки образуют сеть в листьях. Части цветка состоят из четырех, пяти или многих мутовок. Сосудистая ткань образует кольцо в стебле. (У однодольных проводящая ткань разбросана по стеблю. ) Эвдикоты могут быть травянистыми (например, одуванчики или фиалки) или давать древесные ткани. Большинство эвдикотов производят трехбороздчатую или трехпоровую пыльцу с тремя бороздками или порами. Корневая система обычно закрепляется одним главным корнем, развившимся из зародышевого корешка. Эвдикоты составляют две трети всех цветковых растений. Многие виды, по-видимому, обладают характеристиками, принадлежащими к любой группе; поэтому классификация растения как однодольного или эвдикота не всегда четко очевидна (таблица \(\PageIndex{1}\)).
Таблица \(\PageIndex{1}\): Сравнение структурных характеристик однодольных и эвдикотовых | ||
---|---|---|
Характеристика | Однодольный | Эвдикота |
Семядоли | Один | Два |
Жилки на листьях | Параллельный | Сеть (разветвленная) |
Сосудистая ткань | Рассеянный | Расположены в виде кольца |
Корни | Сеть придаточных корней | Стержневой корень с большим количеством боковых корней |
Пыльца | Моносульфат | Трисулькат |
Части цветов | Три или кратное трем | Четыре, пять, кратные четырем или пяти и завитки |
КОНЦЕПЦИЯ В ДЕЙСТВИИ
Посетите этот веб-сайт для получения дополнительной информации об опылителях.
Резюме раздела
Покрытосеменные растения являются доминирующей формой растительной жизни в большинстве наземных экосистем, составляя около 90 процентов всех видов растений. Большинство сельскохозяйственных и декоративных растений относятся к покрытосеменным растениям. Их успех частично обусловлен двумя инновационными структурами: цветком и плодом. Цветы эволюционно произошли от видоизмененных листьев. Основными частями цветка являются чашелистики и лепестки, которые защищают репродуктивные части: тычинки и плодолистики. Тычинки производят мужские гаметы, которые представляют собой пыльцевые зерна. Плодолистики содержат женские гаметы, которые представляют собой яйца внутри яичников. Стенки завязи утолщаются после оплодотворения, созревая в плоды, которые могут способствовать распространению семян.
В жизненном цикле покрытосеменных преобладает стадия спорофита. Двойное оплодотворение — событие, уникальное для покрытосеменных растений. Цветковые растения делятся на две основные группы — однодольные и эвдикоты — по числу семядолей в сеянцах. Базальные покрытосеменные относятся к линии старше однодольных и эвдикотовых.
Art Connections
Рисунок \(\PageIndex{3}\): Если бы у цветка не было мегаспорангиев, гаметы какого типа он не смог бы образовать? Если бы у него не было микроспорангиев, какие гаметы не образовались бы?
- Ответить
Без мегаспорангиев яйцо не образовалось бы; без микроспорангиев пыльца не образовалась бы.
Глоссарий
- пыльник
- мешковидная структура на кончике тычинки, в которой образуются пыльцевые зерна
- Антофиты
- отдел, к которому относятся покрытосеменные растения
- базальные покрытосеменные
- группа растений, которая, вероятно, ответвилась до разделения однодольных и двудольных
- чашечка
- оборот чашелистиков
- плодолистик
- женская репродуктивная часть цветка, состоящая из рыльца, столбика и завязи
- венчик
- коллекция лепестков
- семядоли
- один (однодольный) или два (двудольный) первичный лист, присутствующий в семени
- двудольный
- группа покрытосеменных, зародыши которых имеют две семядоли; также известный как эвдикот
- эвдикоты
- группа покрытосеменных, зародыши которых имеют две семядоли; также известный как двудольный
- нить
- тонкий стебель, соединяющий пыльник с основанием цветка
- гинецей
- группа структур, составляющих женский репродуктивный орган; также называется пестик
- травянистые
- описывает растение без одревесневшей ткани
- однодольный
- Родственная группа покрытосеменных, дающая зародыши с одной семядолей и пыльцу с одним гребнем
- яичник
- камера, содержащая и защищающая семязачаток или женский мегаспорангий
- лепесток
- внутренняя часть листа изменена до чашелистика; разноцветные лепестки привлекают животных-опылителей
- пестик
- группа структур, составляющих женский репродуктивный орган; также называется плодолистиком
- чашелистик
- видоизмененный лист, закрывающий почку; внешняя структура цветка
- тычинка
- группа структур, содержащих мужские репродуктивные органы
- клеймо
- самая верхняя часть плодолистика, где откладывается пыльца
- стиль
- длинная тонкая структура, соединяющая рыльце с завязью
Авторы и авторство
Саманта Фаулер (Клейтонский государственный университет), Ребекка Руш (Общественный колледж Сэндхиллс), Джеймс Уайз (Хэмптонский университет). Оригинальный контент от OpenStax (CC BY 4.0; бесплатный доступ по адресу https://cnx.org/contents/b3c1e1d2-83…4-e119a8aafbdd).
Эта страница под названием 14.4: Seed Plants — Angiosperms распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- ОпенСтакс
- Лицензия
- СС BY
- Версия лицензии
- 4,0
- Программа ООР или издатель
- ОпенСтакс
- Показать оглавление
- нет
- Теги
Семенные растения: покрытосеменные – вводная биология: эволюционные и экологические перспективы
К концу этого раздела вы сможете:
- Описать основные части цветка и их назначение
- Подробная информация о жизненном цикле покрытосеменных растений
- Обсудите две основные группы, на которые делятся цветковые растения, а также объясните, чем базальные покрытосеменные растения отличаются от других
Со своего скромного и все еще малоизвестного начала в раннем юрском периоде (202–145,5 млн лет назад) покрытосеменные, или цветковые растения, успешно эволюционировали, чтобы доминировать в большинстве наземных экосистем. Покрытосеменные включают ошеломляющее количество родов и видов; с более чем 260 000 видов, подразделение уступает только насекомым с точки зрения разнообразия (рис. 1).
Рисунок 1: Эти цветы растут на границе ботанического сада в Белвью, штат Вашингтон. Цветковые растения доминируют в наземных ландшафтах. Яркие цвета цветов являются адаптацией к опылению насекомыми и птицами. (кредит: Мириам Фельдман)
Успех покрытосеменных растений является результатом двух новых структур, обеспечивающих репродуктивный успех: цветков и плодов. Цветы позволили растениям формировать кооперативные эволюционные отношения с животными, в частности с насекомыми, для целенаправленного распространения их пыльцы на женские гаметофиты. Плоды защищают развивающийся зародыш и служат агентом расселения. Различные структуры плодов отражают стратегии распространения, которые помогают распространять семена.
Цветы
Цветы представляют собой видоизмененные листья или спорофиллы, расположенные вокруг центрального стебля. Хотя они сильно различаются по внешнему виду, все цветы содержат одинаковые структуры: чашелистики, лепестки, пестики и тычинки. Завиток чашелистиков (чашечка) расположен у основания цветоноса или стебля и окружает цветочную почку до того, как она раскроется. Чашелистики обычно являются фотосинтезирующими органами, хотя бывают и исключения. Например, венчик у лилий и тюльпанов состоит из трех чашелистиков и трех лепестков, которые выглядят практически одинаково — это побудило ботаников ввести слово околоцветник. Лепестки (собирательно венчик) расположены внутри мутовки чашелистиков и обычно окрашены в яркие цвета для привлечения опылителей. Цветки, опыляемые ветром, обычно мелкие и тусклые. Половые органы расположены в центре цветка.
Как показано на рис. 2, рыльце, столбик и завязь составляют женский орган, плодолистик или пестик, который также называют гинецеем. Гинецей может содержать один или несколько плодолистиков в одном цветке. Мегаспоры и женские гаметофиты образуются и защищаются толстыми тканями плодолистика. Длинная тонкая структура, называемая столбиком, ведет от липкого рыльца, где откладывается пыльца, к завязи, заключенной в плодолистика. В яичнике находится одна или несколько семяпочек, каждая из которых после оплодотворения превратится в семя. Мужские репродуктивные органы, андроцей или тычинки, окружают центральный плодолистик. Тычинки состоят из тонкой ножки, называемой нитью, и мешковидной структуры, пыльника, в котором микроспоры образуются в результате мейоза и развиваются в пыльцевые зерна. Нить поддерживает пыльник.
Рисунок 2: На этом изображении изображена структура совершенного цветка. Совершенные цветы несут как мужские, так и женские цветочные органы. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
Fruit
Семя формируется в завязи, которая увеличивается по мере роста семян. По мере развития семени стенки завязи также утолщаются и образуют плод. В ботанике плод — это оплодотворенная и полностью выросшая, созревшая завязь. Многие продукты, обычно называемые овощами, на самом деле являются фруктами. Баклажаны, цуккини, стручковая фасоль и болгарский перец технически являются фруктами, потому что они содержат семена и получены из толстой ткани завязи. Желуди и клен крылатый, научное название которого — самара, тоже являются фруктами.
Зрелые плоды можно охарактеризовать как мясистые или сухие. Мясистые фрукты включают знакомые ягоды, персики, яблоки, виноград и помидоры. Рис, пшеница и орехи являются примерами сухофруктов. Еще одно отличие состоит в том, что не все плоды происходят из завязи. Некоторые плоды образуются из отдельных завязей одного цветка, например малина. Другие фрукты, такие как ананас, формируются из соцветий. Кроме того, некоторые фрукты, такие как арбуз и апельсин, имеют кожуру. Независимо от того, как они образуются, плоды являются агентом распространения. Разнообразие форм и характеристик отражает способ расселения. Легкие, сухие плоды деревьев и одуванчиков разносятся ветром. Плавающие кокосы транспортируются водой. Некоторые фрукты окрашены, ароматизированы, сладки и питательны, чтобы привлечь травоядных, которые едят фрукты и рассеивают твердые непереваренные семена в своих фекалиях. У других фруктов есть шипы и крючки, которые цепляются за мех и цепляются за животных.
Жизненный цикл покрытосеменных
Фаза взрослой особи, или спорофита, является основной фазой в жизненном цикле покрытосеменных растений. Как и голосеменные, покрытосеменные разноспоровые. Они производят микроспоры, которые развиваются в пыльцевые зерна (мужские гаметофиты), и мегаспоры, которые образуют семязачаток, содержащий женские гаметофиты. Внутри микроспорангиев пыльников (рис. 3) мужские микроспороциты делятся путем мейоза, образуя гаплоидные микроспоры, которые подвергаются митозу и дают начало пыльцевым зернам. Каждое пыльцевое зерно содержит две клетки: одну генеративную клетку, которая разделится на два спермия, и вторую клетку, которая станет клеткой пыльцевой трубки.
ВИЗУАЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Рис. 3: На этой диаграмме показан жизненный цикл покрытосеменных растений. Пыльники и завязи — это структуры, которые укрывают настоящие гаметофиты: пыльцевое зерно и зародышевый мешок. Двойное оплодотворение — процесс, уникальный для покрытосеменных растений. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
Если бы у цветка не было мегаспорангиев, гаметы какого типа он не смог бы образовать? Если бы у него не было микроспорангиев, какие гаметы не образовались бы?
Ответ:
Без мегаспорангиев яйцо не образовалось бы; без микроспорангиев пыльца не образовалась бы.
В семязачатках женский гаметофит образуется, когда мегаспороцит подвергается мейозу с образованием четырех гаплоидных мегаспор. Один из них крупнее других и подвергается митозу с образованием женского гаметофита или зародышевого мешка. Три митотических деления производят восемь ядер в семи клетках. Яйцеклетка и две клетки перемещаются к одному концу зародышевого мешка (гаметофиту), а три клетки — к другому концу. Два ядра остаются в одной клетке и сливаются, образуя 2 9ядро 0454 n ; эта клетка движется к центру зародышевого мешка.
Когда пыльцевое зерно достигает рыльца пестика, пыльцевая трубка отходит от зерна, растет вниз по столбику и проникает через отверстие в покровах семязачатка. Два спермия откладываются в зародышевый мешок.
То, что происходит дальше, называется событием двойного оплодотворения (рис. 4) и является уникальным для покрытосеменных растений. Один сперматозоид и яйцеклетка объединяются, образуя диплоидную зиготу — будущий эмбрион. Другой сперматозоид сливается с диплоидным ядром в центре зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку, которая разовьется в эндосперм: ткань, служащую запасом пищи. Зигота развивается в зародыш с корешком или небольшим корнем и одним или двумя листовидными органами, называемыми семядолями. Запасы пищи семени хранятся вне зародыша, а семядоли служат проводниками для передачи расщепленных запасов пищи развивающемуся зародышу. Семя состоит из затвердевшего слоя покровов, образующих оболочку, эндосперма с запасами пищи и, в центре, хорошо защищенного зародыша.
Рисунок 4: Двойное оплодотворение происходит только у покрытосеменных растений. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)
Большинство цветов имеют как тычинки, так и плодолистики; однако некоторые виды самоопыляются. Они известны как «идеальные» цветы, потому что они содержат оба типа половых органов (рис. 2). Биохимические и анатомические барьеры на пути самоопыления способствуют перекрестному опылению. Самоопыление является тяжелой формой инбридинга и может увеличить количество генетических дефектов в потомстве.
Растение может иметь совершенные цветы и, таким образом, иметь оба пола в каждом цветке; или на одном растении могут быть несовершенные цветки обоих видов (рис. 5). В каждом случае такие виды называются однодомными растениями, что означает «один дом». Некоторые ботаники называют растения с идеальными цветками просто гермафродитами. Некоторые растения являются двудомными, что означает «два дома», и у них есть мужские и женские цветки («несовершенные цветы») на разных растениях. У этих видов все время происходит перекрестное опыление.
Рисунок 5: Однодомные растения имеют как мужские, так и женские репродуктивные структуры на одном и том же цветке или растении. У двудомных растений мужские и женские репродуктивные структуры находятся на разных растениях. (кредит а: модификация работы Лиз Уэст; кредит с: модификация работы Скотта Зоны)
Разнообразие покрытосеменных растений
Покрытосеменные относятся к одному подразделению Anthophyta. Современные покрытосеменные представляют собой монофилетическую группу, что означает, что они произошли от одного предка. Цветковые растения делятся на две основные группы в зависимости от строения семядолей, пыльцевых зерен и других признаков: однодольные, к которым относятся травы и лилии, и эвдикоты или двудольные, полифилетическая группа. Базальные покрытосеменные — это группа растений, которые, как полагают, разветвились до разделения на однодольные и эвдикоты, поскольку они проявляют черты обеих групп. Они классифицируются отдельно во многих классификационных схемах и соответствуют группе, известной как Magnoliidae. Группа Magnoliidae состоит из магнолий, лавров, водяных лилий и семейства перцев.
Базальные покрытосеменные растения
Magnoliidae представлены магнолиями: высокими деревьями с крупными ароматными цветками, состоящими из многих частей, и считаются архаичными (рис. 6d). Лавровые деревья производят ароматные листья и маленькие невзрачные цветы. Laurales — это небольшие деревья и кустарники, которые растут в основном в более теплом климате. Знакомые растения этой группы включают лавровый лист, корицу, куст пряностей (рис. 6а) и дерево авокадо. Кувшинки состоят из кувшинок, лотоса (рис. 6с) и подобных растений. Все виды Nymphaeales процветают в пресноводных биомах и имеют листья, которые плавают на поверхности воды или растут под водой. Водяные лилии особенно ценятся садоводами и с древности украшают пруды и бассейны. Piperales — это группа трав, кустарников и небольших деревьев, которые растут в тропическом климате. У них маленькие цветки без лепестков, которые плотно собраны в длинные колоски. Многие виды являются источником ценных ароматов или специй; например, ягоды Piper nigrum (рис. 6b) — знакомый всем черный перец, который используется для придания аромата многим блюдам.
Рисунок 6: (а) южный пряный куст принадлежит к семейству лавровых, к тому же семейству, что коричный и лавровый лавр. Плодом (b) растения Piper nigrum является черный перец, основной продукт, которым торговали на маршрутах специй. Обратите внимание на маленькие, ненавязчивые соцветия. с) цветы лотоса, Nelumbo nucifera, выращивались с древних времен из-за их декоративной ценности; корень цветка лотоса едят как овощ. (d) красные ягоды магнолии, характерные для финальной стадии, только начинают появляться. (кредит a: модификация работы Кори Занкера; кредит b: модификация работы Франца Ойгена Кёлера; кредит c: модификация работы «berduchwal»/Flickr; кредит d: модификация работы «Coastside2″/Wikimedia Commons)
Однодольные
Растения группы однодольных имеют одну семядолю в сеянце, а также другие общие анатомические особенности. Жилки проходят параллельно длине листьев, а части цветка расположены в трех- или шестикратной симметрии. Пыльца первых покрытосеменных была моносулькатной (содержащей одну борозду или пору во внешнем слое). Эта особенность до сих пор наблюдается у современных однодольных. Настоящая одревесневающая ткань редко встречается у однодольных, а сосудистая ткань стебля не имеет какой-либо определенной структуры. Корневая система в основном придаточная (необычно расположенная), без основного стержневого корня. Однодольные включают знакомые растения, такие как настоящие лилии (не путать с кувшинками), орхидеи, травы и пальмы. Многие важные культуры, такие как рис и другие злаки (рис. 7а), кукуруза, сахарный тростник и тропические фрукты, включая бананы и ананасы, относятся к однодольным.
Рисунок 7: Основными сельскохозяйственными культурами в мире являются цветковые растения. Один из основных продуктов питания, (а) рис, является однодольным, как и другие злаки, а (б) бобы — эвдикотами. Некоторые популярные цветы, такие как эта (c) лилия, являются однодольными; в то время как другие, такие как эта (d) маргаритка, являются эвдикотами. (кредит a: модификация работы Дэвида Нэнса; кредит b: модификация работы USDA, ARS; кредит c: модификация работы «longhorndave»/Flickr; кредит d: модификация работы «Cellulaer»/NinjaPhoto)
Eudicots
Эвдикоты, или настоящие двудольные, характеризуются наличием двух семядолей. Жилки образуют сеть в листьях. Части цветка состоят из четырех, пяти или многих мутовок. Сосудистая ткань образует кольцо в стебле. (У однодольных проводящая ткань разбросана по стеблю.) Эвдикоты могут быть травянистыми (например, одуванчики или фиалки) или давать древесные ткани. Большинство эвдикотов производят трехбороздчатую или трехпоровую пыльцу с тремя бороздками или порами. Корневая система обычно закрепляется одним главным корнем, развившимся из зародышевого корешка. Эвдикоты составляют две трети всех цветковых растений. Многие виды, по-видимому, обладают характеристиками, принадлежащими к любой группе; поэтому отнесение растения к однодольным или эвдикотам не всегда четко очевидно (табл. 1).
Характеристика | Однодольный | Эвдикота |
---|---|---|
Семядоли | Один | Два |
Жилки на листьях | Параллельный | Сеть (разветвленная) |
Сосудистая ткань | Рассеянный | В виде кольца |
Корни | Сеть придаточных корней | Стержневой корень с множеством боковых корней |
Пыльца | Моносульфат | Трисулькат |
Части цветов | Три или кратное трем | Четыре, пять, кратные четырем или пяти и завитки |
КОНЦЕПЦИИ В ДЕЙСТВИИ
Посетите этот веб-сайт для получения дополнительной информации о вредителях.