9. Семя как орган размножения и расселения растений. Строение семян голосеменных и покрытосеменных растений.
Для семенных растений важнейшим эволюционным приобретением является внутреннее оплодотворение. Гаметофиты этих растений резко редуцируются. Женский гаметофит и образуемые им гаметы (яйцеклетки) не покидают мегаспорангия и остаются на материнском растениии (спорофит). Крайне редуцированный мужской гаметофит помещается в пыльцевом зерне. Очень важно что процесс оплодотворения не зависит теперь от наличия капельно-жидкой водной среды.
Единицей размножения у семенных растений служат семена. Семена, в отличие от спор, имеют вполне сформированный зародыш будущего спорофита и запасные питательные вещества, необходимые на первых этапах его развития. Плотные оболочки предохраняют семя от неблагоприятных природных факторов, губительных для большинства спор.
Семя представляет собой результат развития семязачатка. Центральная часть семязачатка представляет собой видоизмененный мегаспорангий, называемый нуцеллусом, который окружен особыми покровамим — интегументами. После оплодотворения из яйцеклетки внутри нуцеллуса формируется миниатюрный спорофит — зародыш семени, а интегументы разрастаясь и отвердевая защищают зародыш и питательные вещества семени. Мужские гаметы утратили подвижность и доставляются к женским гаметам пыльцевой трубкой. Доминирует спорофит, бесполое поколение.
Рассмотрим размножение голосеменных на примере сосны.
Мегаспорогенез. Весной на верхушке молодых побегов образуются женские шишки (1), на чешуйках (мегаспорофиллах) по два семязачатка (2). В нуцеллусе мегаспороцит (2n) претерпевает мейоз, образуется мегаспора (n), три клетки отмирают.
Мегагаметогенез. Ядро мегаспоры многократно делится, образуется до 2000 ядер, около них формируются клеточные оболочки. Зрелый женский гаметофит представлен гаплоидным эндоспермом (3) и двумя архегониями (4) с яйцеклетками внутри.
Микроспорогенез. У основания молодых побегов весной образуются желтые мужские шишки (5), на микроспорофиллах которых (6) из микроспороцитов в результате мейоза образуются микроспоры (n).
Микрогаметогенез. Каждая из них в результате двух митотических делений превращается в мужской гаметофит (7), состоящий из оболочек (экзины и интины), между которыми воздушные камеры), генеративной клетки (10) и вегетативной (9). Две проталлиальные клетки отмирают.
Опыление происходит весной, оплодотворение — через год, причем из генеративной клетки образуется два спермия, из которых один погибает, погибает и второй архегоний. Из диплоидной клетки образуется зародыш семени, из интегументов — кожура семени. Эндосперм гаплоидный.
Эволюционные преимущества семенных растений перед споровыми состоят в следующем: 1. половой процесс у них не зависит от капельножидкой среды; 2. семена — многоклеточные образования, а споры — одноклеточны; 3. в семени уже находится зародыш нового спорофита; 4. семя содержит запас питательных веществ, в отличие от споры; 5. число образующихся семян гораздо меньше, чем число образующихся спор; 6. внутреннее оплодотворение; развитие зародыша внутри семязачатка; Это позволяет признать, что семя более надёжная единица расселения, чем спора.
Семенные растения представлены двумя отделами: сосновые (или голосеменные) и цветковые (или покрытосеменные). Они являются разноспоровыми.
Семязачаток состоит из мегаспорангия — нуцеллуса и интегумента (покрова). Интегумент не полностью обрастает нуцеллус, остается узкий вход (канал) — микропиле, или пыльцевход. Внутри семязачатка образуются и развиваются мегаспора и женский гаметофит, а затем происходит оплодотворение и развитие зародыша. Мегаспорангий + интегумент = семязачаток. Семязачатки (семяпочки) Ц. р. заключены (в отличие от семязачатков голосеменных) в более или менее замкнутую полость завязи, образованной одним или несколькими сросшимися плодолистиками. Семязачатки голосеменных располагаются открыто на поверхности мегаспорофиллов, не образующих плодов. У покрытосеменных мегаспорофиллы, срастаясь краями, образуют полость, к внутренней поверхности которой и прикрепляются семязачатки. При созревании семян мегаспорофиллы образуют их вместилище, называемое плодом.
Характернейшая особенность Ц. р. и главное отличие цветка от стробилов голосеменных — наличие рыльца (которое у примитивных форм тянется вдоль шва плодолистика).
Строение семени: семя цветкового растения состоит из зародыша, эндосперма и семенной кожуры. Семенная кожура обычно многослойна. Её функция — защита зародыша от повреждений, проникновения микроорганизмов, от чрезмерного высыхания и преждевременного прорастания. Эндосперм — состоит обычно из крупных клеток запасающей ткани. Зародыш в основном состоит из меристематических тканей, в нем можно различить зародышевый корешок и стебелёк.
Строение семян однодольных растений: семя однодольных растений имеет одну семядолю. Запасные питательные вещества могут находиться как в эндосперме, так и в семядоле. Строение семян двудольных растений: зародыши имеют две семядоли. Семядоли фасоли крупные, содержат большой запас питательных веществ, необходимых зародышу. Однако не у всех двудольных растений запасные вещества содержатся в семядолях, у некоторых зародыш окружен эндоспермом, а семядоли развиты не сильно и выполняют функцию всасывания питательных веществ из эндосперма и передачи их зародышу.
Источник
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.
- Распространение семенных растений по всему земному шару и заселение ими всех существующих сред обитания.
- Современные семенные растения представлены всеми жизненными формами.
- Наличие высокоспециализированных проводящих тканей.
- Семенные растения разноспоровые, они имеют два типа спор. Мегаспоры развиваются в мегаспорангии (нуцеллусе), микроспоры формируются в микроспорангиях, образующихся в пыльнике.
- Размножение осуществляется семенами, внутри которых находятся зародыш нового спорофита и запас питательных веществ для его развития.
- Процесс оплодотворения не зависит от наличия воды. Мужские гаметы (спермии) проникают к яйцеклетке через пыльцевую трубку.
- 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.
Источник