Общая характеристика растений. Низшие и высшие растения

Растения – это многоклеточные фотосинтезирующие эукариотические организмы.

Все растения входят в отдельное биологическое царство Растения. Вспомним, что в настоящее время большинство учёных выделяют ещё три царства живых организмов: Животные, Грибы и Бактерии. К каждому царству относятся организмы, которые имеют общие особенности внешнего и внутреннего строения.

К растениям относятся мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные и покрытосеменные растения. Нередко к растениям относят также водоросли.

По данным Международного союза охраны природы, было описано около 320 тысяч видов растений, из них около 280 тысяч видов покрытосеменных. Однако это число увеличивается, так как постоянно открываются новые виды. Разные растения характерны для лугов, лесов, безводных пустынь и топких болот.

Растения являются объектом исследования науки ботаники. Ботаника – это комплексная наука, включающая несколько разделов:

· Анатомия растений изучает их внешнее и внутреннее строение.

· Физиология растений изучает процессы их жизнедеятельности.

· Систематика растений – классификацию.

· Геоботаника – распространение растений по материкам и континентам.

· Экология растений – их связь друг с другом и окружающей природой.

Несмотря на огромное разнообразие растений, для них характерны общие признаки. Рассмотрим их.

· Клетки растений имеют плотные клеточные стенки, содержащие целлюлозу.

· В клетках находятся зелёные пластиды – хлоропласты, содержащие зелёный пигмент хлорофилл. Благодаря им большинство растений имеет зелёный цвет. Но есть и исключения. Заразиха (или петров крест) имеет светло-бурую или желтоватую окраску.

· Растения ведут прикреплённый образ жизни.

· Запасное питательное вещество в клетках – крахмал.

· Растут в течение всей жизни.

Все растения в зависимости от строения делят на две большие группы – низшие растения и высшие растения. Рассмотрим эти группы.

К низшим растениям относятся водоросли. Тело наиболее примитивных водорослей может состоять из одной клетки, например, хлорелла и хламидомонада. К многоклеточным водорослям относятся, например, ульва и анфельция.

Низшие растения не имеют настоящих корней, стеблей и листьев. Их тело называется «слоевище» или «таллом». Органы размножения низших растений устроены просто, и чаще всего они одноклеточные.

В ходе эволюции низшие растения появились раньше высших. Однако в настоящее время они широко распространены по всему земному шару. Для низших растений характерна огромная биомасса и высокая способность к размножению. В водных сообществах они являются первым звеном цепей питания (их основой). Поэтому они очень важны для нормального течения энергетических процессов в живой природе.

Ранее учёные относили к растениям бактерии, сине-зелёные водоросли (или цианобактерии), миксомицеты (или слизевики), грибы и лишайники. Однако это отдельные царства и группы в живой природе. Грибы и слизевики, в отличие от растений, питаются готовыми органическими веществами и не осуществляют фотосинтез. Лишайники – это симбиоз гриба и водоросли. Они выделены в отдельную систематическую группу. Бактерии и цианобактерии – прокариоты. Они не имеют оформленного ядра и тоже не могут считаться растениями.

К высшим растениям относятся мхи, хвощи, плауны, папоротники, голосеменные и покрытосеменные растения.

Среди высших растений выделяют две большие группы: споровые и семенные растения. К споровым растениям относятся мхи, хвощи, плауны и папоротники. Они размножаются с помощью спор. К семенным растениям относятся голосеменные и покрытосеменные (или цветковые) растения. Они размножаются с помощью семян.

Семена голосеменных растений лежат открыто на чешуевидных листьях, образующих шишку. Эти растения не образуют цветков и плодов.

Покрытосеменные – наиболее высокоорганизованные растения. Их главная особенность – наличие органа полового размножения (цветка).

Растения (в первую очередь, покрытосеменные) представлены разными жизненными формами – среди них есть деревья, кустарники и травы. Деревья – это обычно крупные растения с многолетними деревянистыми стволами. Кустарники отличаются от деревьев тем, что имеют не один ствол, а несколько стволиков, отходящих от общего основания. Травы (или травянистые растения) имеют зелёные сочные стебли, они почти всегда ниже деревьев и кустарников. Но есть и исключения. Банан растёт в высоту от 2 до 7 метров. Существуют и крошечные травянистые растения. На поверхности водоёмов живёт ряска, размер каждого растения – несколько миллиметров.

Высшие растения имеют чётко дифференцированные ткани, которые выполняют специализированные функции. Это является важной отличительной особенностью высших растений. В теле растений выделяют образовательные, основные, проводящие, механические и покровные ткани.

У высших растений из тканей образуются органы – корень, стебель и листья. Исключение составляют мхи. Они имеют стебель и листья, но не имеют корней. В почве они закрепляются с помощью ризоидов.

Выделяют две группы органов. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) участвуют в процессах жизнедеятельности и в бесполом размножении. Генеративные органы (или репродуктивные) – цветок и плод с семенами – обеспечивают половое размножение.

Высшие растения имеют многоклеточные органы полового и бесполого размножения. Органы полового размножения – гаметангии. В них образуются половые клетки – гаметы. Это отличает половые органы высших растений от низших растений, у которых все клетки способны преобразовываться в гаметы.

Мужские гаметангии называются «антеридии», женские – «архегонии». Они защищены оболочкой, образованной бесплодными клетками. В антеридиях образуется большое количество мелких мужских гамет (сперматозоидов), которые имеют жгутик и способны передвигаться. Неподвижные мужские гаметы называют спермиями. В архегониях развивается одна яйцеклетка. В отличие от сперматозоидов, яйцеклетки неподвижны, имеют более крупные размеры и обладают значительным запасом питательных веществ.

Рассмотрим жизненный цикл высших растений на примере папоротниковидных. В жизненном цикле существует две фазы: гаметофит и спорофит. Они закономерно сменяют друг друга. Гаметофит – гаплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле. Гаметофит развивается из спор и образует половые клетки (гаметы), осуществляет половое размножение. Гаплоидные гаметы сливаются и образуют диплоидную зиготу. Она даёт начало зародышу. Необходимо сказать, что у низших растений образовавшиеся в результате деления зиготы клетки сразу же используются для построения слоевища и в последующем мало изменяются.

У высших растений гаметы всегда образуются в результате митоза. Это принципиально отличает их от половых клеток животных, которые образуются в результате мейоза. Фазу гаметофита ещё называют гаметофазой или гаплофазой. Гаметофит бывает однодомным или двудомным. На однодомном гаметофите происходит одновременное развитие яйцеклетки и сперматозоидов. У двудомных растений гаметофиты формируют либо только мужские органы, либо только женские.

В ходе эволюции растений происходит постепенная редукция гаметофита. Чем выше уровень организации гаметофита, тем лучше развиты органы полового размножения (гаметангии). У мхов они многочисленны, у папоротниковидных их меньше, у голосеменных они подвергаются редукции, у всех цветковых вовсе не образуются.

Вернёмся к жизненному циклу папоротниковидных. Из зиготы развивается спорофит. Это диплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле растений. Так как спорофит образован диплоидными клетками, то его другое название – диплофаза. Спорофит не образует гаметы, на нём формируются споры. Он образован диплоидными клетками, но его споры гаплоидные, так как образуются в процессе мейоза. Споры растений, грибов, некоторых других организмов развиваются в особых многоклеточных органах бесполого размножения – спорангиях.

Количество образовавшихся при этом спор зависит от того, какое это растение – равноспоровое или разноспоровое. У равноспоровых в результате мейоза возникают четыре споры (тетрада). Они имеют одинаковое строение и размеры. В зависимости от внешних условий из неотличимых с виду спор развиваются гаметофиты, на которых формируются как мужские, так и женские половые органы. У разноспоровых растений образуется два вида спор: женские мегаспоры и мужские микроспоры. При мейозе образуется только одна мегаспора, три меньшие клетки погибают. По традиции мегаспоры называют женскими спорами, но употребление этого термина в прямом смысле некорректно, так как спорофит представляет собой бесполое поколение. Следовательно, отдельные особи изначально нельзя делить на мужские и женские.

На формирующихся далее гаметофитах образуются только женские половые органы (архегонии). Также в результате мейоза образуются четыре микроспоры, имеющие более мелкие размеры, чем макроспоры. Микроспоры традиционно считают мужскими спорами, так как на развивающихся из них гаметофитах формируются только мужские половые органы (антеридии).

Вы уже знаете, что гаметофит равноспоровых растений (плаунов, хвощей и части папоротников) хорошо развит. Он способен к фотосинтезу и обеспечивает половые органы органическими веществами. В дальнейшем у разноспоровых растений, к которым относятся голосеменные и покрытосеменные, происходит редукция гаметофита. Часто он не выходит за пределы споры и не осуществляет фотосинтез. Органические вещества, которые необходимы для его развития, изначально запасаются в споре.

В зависимости от преобладания гаплоидной или диплоидной фазы высшие растения делят на две группы. Первая – растения, у которых преобладает гаметофит, а спорофит развит слабо (моховидные). Плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные относятся ко второй группе.

У этих растений преобладает спорофит, гаметофит при этом в большей или меньшей степени редуцируется.

Значение растений в природе велико. Они обогащают воздух кислородом и поглощают углекислый газ. Растения служат пищей растительноядным животным, которыми в свою очередь питаются хищники.

Люди тоже питаются растениями и продуктами их переработки. Используют растения как сырьё для различных отраслей промышленности, для приготовления лекарств, как строительный материал и топливо. Горох, фасоль выращивают для получения семян. Яблони, груши, вишни, томаты дают сочные плоды. Морковь, свёклу, петрушку выращивают ради корней. Розы, астры, жасмин, сирень разводят ради красивых цветков. Из плодов пшеницы готовят хлеб, макароны и кондитерские изделия.