Отдел Покрытосеменные, или Цветковые

В этот отдел входят самые высокоорганизованные растения. У них имеются совершенно новые структуры, осуществляющие как половое, так и бесполое размножение, – цветок.

Все покрытосеменные, несмотря на своё многообразие, имеют общий план строения. Их органы подразделяют на репродуктивные, или генеративные, и вегетативные.

Репродуктивные, или генеративные, органы связаны с половым размножением растений. К ним относят цветок и плод с семенами.

Вегетативные органы составляют тело растения и осуществляют его основные функции, включая вегетативное размножение – это один из способов бесполого размножения. К ним относят корень, стебель, лист.

Цветок – это орган семенного размножения. Вспомним его строение. Цветоножка цветка – это относительно удлинённое междоузлие. Цветоножка связывает цветок с остальным растением. У многих видов цветковых она отсутствует или сильно укорочена, это сидячие цветки.

Расширенная дистальная часть цветоножки называется цветоложем, обычно оно уплощённое, но иногда может быть вогнутым или, наоборот, выпуклым. Цветоложе является сильно укороченной осью цветка, и в пазухах её очень коротких междоузлий располагаются все органы цветка.

Околоцветник образован чашечкой и венчиком. Венчик состоит из лепестков, а чашечка из чашелистиков.

У подавляющего большинства растений чашечка и венчик присутствуют в цветке одновременно, такой околоцветник называют двойным. Однако чаще всего имеется только чашечка или только венчик – такие цветки простые.

Цветок небольшого числа видов лишён околоцветника и поэтому называется беспокровным или голым.

Чашечка образована различным количеством чашелистиков, которые происходят из обычных вегетативных листьев. Они часто зелёные и фотосинтезируют. Основной функцией чашелистиков является защита развивающихся частей цветка до его распускания.

Венчик образован различным количеством лепестков.

Лепестки венчика, как и чашелистики, могут срастаться между собой краями (сростнолепестный венчик) или оставаться свободными (свободнолепестный венчик).

Вблизи основания лепестков иногда образуются дополнительные структуры, которые вместе называют привенчиком (коронкой).

Венчик развит у цветков, опыляемых насекомыми. У ветроопыляемых покрытосеменных венчик развит относительно слабо или вовсе редуцирован.

Тычинки цветка состоят из тычиночной нити и пыльника, образованного микроспорангиями. Отдельные микроспорангии называются пыльцевыми гнёздами.

Совокупность тычинок одного цветка называют андроцеем.

Плодолистики (гинецей) являются мегаспорофиллами. В типичных случаях плодолистик состоит из трёх частей: завязи, столбика и рыльца.

У покрытосеменных растений пыльцевые зёрна попадают не на семязачаток, как это происходит у голосеменных, а на рыльцевую область. При этом семязачатки скрыты в полости плодолистика и надёжно защищены его стенками.

Роль корня в жизни растения очень велика. Его функция – это питание растения, т. е. всасывание воды и минеральных веществ. Другая функция корня – укрепление растения в почве, а также вегетативное размножение растения. У многих растений корни участвуют в запасании питательных веществ.

У растений различают:

1. Главный корень. Он образуется из зародышевого и сохраняется на протяжении всей жизни всегда один.

2. Придаточные корни. Образуются в любой части растения (стебле, листьях).

3. Боковые корни. Ответвляются от корней (главного, дополнительных, боковых). Образуют при ветвлении корни 1-го, 2-го, 3-го и т. д. порядка.

Совокупность всех корней растения образует корневую систему. Корневая система формируется в течение всей жизни растения.

Различают два типа корневой системы: стержневую и мочковатую.

Стержневая корневая система характеризуется наличием хорошо выраженного главного корня, который образует стержень корневой системы с хорошо развитыми боковыми корнями.

Мочковатая корневая система, в отличие от стержневой, не имеет явно выраженного главного корня.

Осевой орган покрытосеменных представлен стеблем. Участки стебля, на которых развиваются листья, называют узлами, а участки стебля между двумя ближайшими узлами одного побега – междоузлиями.

Угол между листом и находящимся выше междоузлием носит название пазухи листа. Стебель с листьями и почками называется побегом.

Побеги растений могут по-разному располагаться относительно почвы и рядом расположенных растений.

Некоторые побеги сильно изменились и приспособились к определённым условиям существования. Это видоизменённые побеги (например, корневище, луковица, клубень).

Различают вегетативные побеги, которые выполняют функцию воздушного питания, и генеративные побеги – побеги, обеспечивающие размножение.

Лист, в отличие от других органов растения, имеет форму пластинки. Это позволяет ему уловить большее количество солнечного света. Главная часть листа так и называется – листовая пластинка. Пластинка переходит в стеблевидный черешок. Листовые черешки растений способны изгибаться, поворачивая пластинку к свету. Черешок переходит в основание – часть листа, посредством которой он присоединяется к стеблю.

На основании листа могут быть выросты, которые называются прилистники. Их обычно два. Они могут быть свободными или срастаться с основанием.

Именно листья в своих зелёных клетках образуют большую часть органических веществ. Кроме того, лист выполняет такие важные функции, как испарение воды и газообмен с внешней средой через устьица.

При наблюдении за ростом почки конского каштана, видно, что из почки появляются не листья, а молодой побег со множеством листьев и новыми почками. После разворачивания всех листьев, имеющихся в почке, рост побега продолжается за счёт роста верхушечной почки.

Таким образом, на вершине побега обычно имеется верхушечная почка, а в пазухах листьев – пазушные почки.

Почки, которые развиваются не в пазухе листа (на междоузлиях, листьях, корнях), называют придаточными.

После опадения листьев на побегах остаются листовые рубцы, над которыми расположены пазушные почки. Расположение пазушных почек повторяет расположение листьев на стебле.

Снаружи почки порыты плотными кожистыми почечными чешуями, защищающими их от воздействия неблагоприятных условий внешней среды.

На продольном разрезе почки виден зачаточный стебель, на верхушке которого находится конус нарастания, состоящий из клеток образовательной ткани.

На стебле почки расположены очень мелкие зачаточные листья, такие почки называют вегетативными или листовыми.

Генеративные, или цветочные, почки представляют собой зачаточные бутоны или соцветия, они крупнее вегетативных и имеют более округлую форму.

Таким образом, почка – это зачаточный, ещё не развившийся побег.

Развитие побега начинается с распускания почек. Когда почечные чешуи опадают, начинается интенсивный рост побега. Побег удлиняется за счёт деления клеток конуса нарастания. Здесь клетки делятся и тем самым обеспечивают нарастание массы клеток побега.

Выделяют три основные морфологические группы покрытосеменных: деревья, кустарники и кустарнички.

Одной из наиболее важных форм адаптации стало появление травянистых растений.

В зависимости от продолжительности жизни травянистые растения подразделяют на однолетние, двулетние и многолетние.

Однолетние растения отмирают сразу же после развития плодов.

Двулетние обычно в первый год жизни образуют только вегетативные органы, а во второй цветут и плодоносят.

Многолетние травы живут и плодоносят несколько лет, но при этом каждый год все надземные побеги у них отмирают, а подземные зимуют и на следующий год дают начало новому поколению надземных побегов.

Покрытосеменным растениям свойственно бесполое вегетативное и половое размножение.

В жизненном цикле цветковых растений наблюдается смена поколений.

У растений выделяют диплоидное поколение – бесполое, или спорофит, и гаплоидное поколение – половое, или гаметофит.

Важные части цветка – это пестик и тычинка. С их участием происходят сложные процессы полового размножения – опыление и оплодотворение.

Но сперва в будущем цветке начинают образовываться половые клетки.

У цветковых растений мужские гаметофиты столь малы, что помещаются внутри оболочки пыльцевого зерна и состоят всего лишь из нескольких клеток.

Женский гаметофит цветковых (зародышевый мешок) помещается внутри семяпочки и состоит в наиболее распространённом случае из 7 клеток (содержит 8 – либо 7 клеток, после слияния двух ядер в центральной клетке и образования вторичного ядра).

Образование мужского гаметофита (микрогаметогенеза) происходит после микроспорогенеза, в результате которого образуется одноядерная микроспора.

Из одной споры (микроспоры) с гаплоидным набором хромосом в результате двух митотических делений образуются три ядра: два из них – спермии и одно – вегетативное. При образовании пыльцевой трубки это вегетативное ядро переходит в пыльцевую трубку.

Процесс деления генеративной клетки и образование спермиев в пыльцевой трубке были впервые подробно изучены российским и советским цитологом и эмбриологом растений Сергеем Гавриловичем Навашиным в 1910 г. на лилейных растениях.

После образования гамет пыльник созревает и пыльца высыпается. Она несёт только генетическую информацию.

Женский гаметофит покрытосеменных растений – это зародышевый мешок, который закладывается и развивается внутри семяпочки.

Развитию женского гаметофита у высших покрытосеменных растений предшествует мегаспорогенез.

В результате двух делений мейоза материнской клетки мегаспоры образуется тетрада мегаспор. Каждая из клеток тетрады по числу хромосом является гаплоидной. Однако только одна из них продолжает развиваться, остальные три дегенерируют.

На следующем этапе осуществляется мегагаметогенез.

Оставшаяся функционировать мегаспора продолжает расти и затем её ядро претерпевает ряд делений. При этом сама клетка не делится, а делится только ядро.

В результате образуется зародышевый мешок, который состоит из шести гаплоидных клеток (одной яйцеклетки, двух синергид и трёх антипод) и одной диплоидной (центральной).

Пылинка попадает на рыльце пестика, и происходит опыление. После попадания пыльцы на рыльце начинается прорастание пыльцевого зерна. Экзина мужского гаметофита прорывается в области борозды или поры прорастания, и начинает формироваться пыльцевая трубка, которая растёт, проникает в рыльце, через столбик движется по направлению к завязи, где находится семязачаток.

Трубка растёт на кончике. В растущую пыльцевую трубку из пыльцевого зерна перемещается ядро клетки-трубки, а также спермин.

Обычно развитие пыльцевой трубки происходит при уже сформированных семязачатках в завязи. Достигнув завязи, пыльцевая трубка через микропиле проникает внутрь одного из находящихся там семязачатков.

Там пыльцевая трубка направляется к яйцевому аппарату, проникает в одну из синергид и освобождает спермин. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, в результате чего образуется зигота.

Другой спермий сливается с полярными ядрами центральной клетки, образуя триплоидное ядро (с тройным набором хромосом). Зигота даёт начало зародышу, а из триплоидной центральной клетки образуется ткань эндосперма.

Таким образом, оплодотворение, при котором одна мужская гамета сливается с яйцеклеткой, а вторая – с вторичным ядром, называется двойным оплодотворением.

Механизм оплодотворения цветковых – двойное оплодотворение, открыто отечественным учёным Сергеем Гавриловичем Навашиным в 1898 году.

Таким образом, оплодотворённый семязачаток развивается в семя.

Семена защищены околоплодником, т. е. они покрыты, что способствует их лучшему сохранению и распространению. Отсюда и название этого отдела высших растений – покрытосеменные (или цветковые).

Из зиготы возникает зародыш, из триплоидной центральной клетки – эндосперм, а из внешней части семязачатка (интегументов) образуется семенная кожура, из стенок завязи цветка – стенки плода.