Особенности растений

Растения – многоклеточные дифференцированные на ткани и органы фотосинтезирующие организмы, приспособленные главным образом к жизни в наземной среде.

Царство Растения объединяет не менее 300 000 ныне живущих видов, относящихся к 7 отделам:

	Моховидные	(преобладает гаметофит)
	Плауновидные
высшие споровые	Псилотовидные
	Хвощеовидные	сосудистые растения
	Папоротниковидные	(преобладает спорофит)
семенные	Голосеменные
	Покрытосеменные

Первые наземные растения (риниофиты) появились в начале силурийского периода около 415 – 430 млн. л.н. Несмотря на анатомическую и морфологическую простоту строения, это были уже типичные наземные растения (риния, куксония, астероксилон, хорнеофитон, псилофит и др.).

Большинство первых наземных растений не имело расчленения тела на стебель и листья, у них не было и корней (рис. 8.1). Тело их было представлено рядом осевых радиально-симметричных участков, обладавших дихотомическим ветвлением (мезомы). На конечных их разветвлениях (теломы) развивались спорангии. В нижней части развивались подземные участки тела, прикреплявшие растение к субстрату (ризомоиды). Они были покрыты ризоидами. У некоторых представителей (астероксилон и др.) уже появляются листья. Многие имели водорослевый облик (тениокрада и др.), другие напоминали уже современные плауны, хвощи и папоротники.

Это были земноводные растения. Их нижняя часть была погружена в воду или илистый грунт, а верхушки находились в воздушной среде.

В анатомическом строении появились проводящие пучки (концентрические амфикрибральные – ксилема окруженная флоэмой; такие проводящие пучки встречаются и у современных папоротникообразных растений, например, у орляка), кора (внутренняя и внешняя), эпидермис (с устьицами или без).

Считается, что риниофиты произошли от водорослей, скорее всего, многоклеточных зеленых. В этом убеждает сходство пигментного состава (преобладают хлорофиллы а и b, каротиноиды), запасных питательных веществ (крахмал, нерастворим, накапливается в пластидах), хорошее развитие половых органов.

Длительное время в качестве исходной группы рассматривались бурые водоросли, так как они имеют расчлененный, часто весьма специализированный таллом; у некоторых представителей формируются ткани (ламинария) и встречаются многокамерные гаметангии. Однако различия пигментного состава (содержатся хлорофиллы а и с, преобладает фукоксантин) и запасных питательных веществ (углеводы ламинарин, маннат – растворимые; жиры; накапливаются в цитоплазме) вызывают серьезные возражения по этим взглядам.

Большинство ботаников считает, что риниофиты и мохообразные произошли от водорослей независимо друг от друга. Риниофиты, или близкие к ним растения, дали начало споровым растениям, а мохообразные являются тупиковой ветвью в эволюции растений.

Основные отличительные признаки растений:

1. В основном наземные растения (встречаются и вторичноводные – элодея, сальвиния, кувшинки, рдесты и др.).

2. Многоклеточные.

3. Наличие тканей и органов.

Развитие различных тканей (проводящих, покровных, механических и др.) – неизбежное следствие переселения растений на сушу. Тело растений (за исключением некоторых мхов) расчленено на стебель и листья, поэтому их часто называют листостебельными. Большинство из них (исключая все мохообразные и некоторые другие высшие растения: сальвиния, вольфия, пузырчатка) имеют и корень.

Важнейшая ткань наземных растений, без которой невозможно освоение суши – эпидерма с устьицами (защита растений от высыхания в наземно-воздушной среде, регуляция газообмена). Однако возникновение эпидермы лишало наземные растения возможности поглощать воду всей поверхностью тела.

У самых первых наземных растений (имевших небольшие размеры) поглощение воды осуществлялось с помощью ризоидов (одно- и многоклеточных нитей). По мере увеличения размеров тела формировались сложные специализированные органы – корни с корневыми волосками.

Активное поглощение воды ризоидами и корнями способствовало возникновению и совершенствованию водопроводящей ткани – ксилемы.

Благодаря лучшему освещению активизировался процесс фотосинтеза. Это привело к повышению продуктивности, а, следовательно, к увеличению объема растений – произошло расчленение тела, возникло ветвление, образовались листья.

Вертикальное положение тела растений оказалось возможным только при условии возникновения механических тканей.

Появление листьев привело к увеличению эффективности фотосинтеза, т.е. накоплению органических веществ. Быстрое и равномерное распределение пластических веществ по всему телу растения оказалось возможным только при наличии совершенной проводящей ткани – флоэмы.

В условиях наземной среды у растений сформировались многоклеточные, хорошо защищенные от неблагоприятных факторов среды репродуктивные органы – гаметангии и спорангии.

4. Многоклеточные органы полового размножения (рис. 8.2.).

Б

а

в

б

А

Антеридии (мужские органы по­лового размножения) представляют со­бой овальные или шарообразные тельца, покрытые сверху стен­кой из стерильных кле­ток. Вну­три развивается сперматогенные клет­ки, из которых в дальнейшем в результате митоза обра­зуются многочисленные мужские гаметы– спер­матозоиды (подвижные, со жгу­­тиками) или спермии (неподвижные, без жгутиков).

Рис. 8.2. Строение антеридия и архегония. А – антеридий: а – внешний вид, б – внутреннее строение, в – сперматозоид; Б – архегоний. 1 – стенка, 2 – сперматогенная ткань, 3 – спер­матозоиды, 4 – яйцеклетка, 5 – брюш­ная канальцевая клетка, 6 – каналь­цевая клетка шейки.

Архегонии (женские органы по­лового размножения) представляют собой тельца колбообразной формы, состоящие из нижней части – брюшка и верхней, узкой – шейки. Стенка архегония состоит из одного слоя стерильных клеток. В брюшке созревает яйцеклетка – неподвижная женская гамета. Обычно над яйцеклеткой находятся брюшная канальцевая клетка и канальцевые клетки шейки, способные ослизняться, что содействует процессу проникновения мужских половых клеток к яйцеклетке.

Однако, у голосеменных антеридии редуцированы, а у покрытосеменных редуцированы и антеридии и архегонии.

5. Половой процесс оогамия – слияние мелкой подвижной (сперматозоида) или неподвижной (спермия) мужской гаметы с крупной неподвижной женской яйцеклеткой.

6.Правильное чередование в жизненном цикле двух поколений (рис. 8.3): полового (представлен гаметофитом (n), на котором образуются половые органы гаметангии дающие гаметы (n)) и бесполого (представлен спорофитом (2n), на котором образуются органы бесполого размножения спорангии дающие споры (n)).

Спорангий одет оболочкой из одного или нескольких пластов клеток. Внутри возникает многоклеточная спорогенная ткань – археспорий. При делении (митозе) ее клеток образуются материнские клетки спор, которые делятся (мейоз) и в ре­зультате образуются гаплоидные споры (тетрады).

Характерной чертой всех растений является наличие в оболочке спор спорополлинина – вещества, близкого по физическим и химическим свойствам к кутину. Благодаря боль­шой стойкости к химическим воздействиям и водонепроницаемости оболочек споры могут дли­тельное время (иногда десятилетиями) сохранять свою жизнеспособность.

В спорангиях части растений все споры одинаковые по размеру – это растения равноспоровые. У эволюционно более продвинутых таксонов образуются споры разной величины: мелкие – микроспоры и крупные – мегаспоры (макроспоры). Споры любого типа при прорастании образуют гаплоидный гаметофит, часто называемый заростком. Микроспоры при прорастании образуют мужской гаме­тофит, на котором развиваются только мужские половые органы антеридии. Из мегаспор образуется женский гаметофит с архегониями.

У равноспоровых растений гаметофит обоеполый, т.е. несет и антеридии и архегоний.

7. Наличие многоклеточного зародыша (образуется из зиготы).

В результате слияния мужских и женских гамет (оплодотворение) образуется зигота (2n). У растений зигота дает начало мно­гоклеточному зародышу, из которого развивается новый спорофит (всегда ди­плоидный), в спорангиях которого в результате мейоза образуются споры (всегда га­пло­идные).

Таким образом, полный жизненный цикл высшего растения (от зиготы до зи­готы) состоит из спорофита (от зиготы до образования спор) и гаметофита (от споры до зиготы).

Все растения, исключая мохообразные, характеризуются преоблада­нием в жизненном цикле спорофита, в органах которого имеются сосуды или трахеиды, поэтому их нередко называют сосудистыми растениями.

Эволюция растений, за исключением мохообразных, шла в направлении редукции гаметофита и усложнения спорофита.