Общая характеристика царства Растения

Отличительные признаки растений от других живых организмов:

· относительная неподвижность организма и его связь с субстратом;

· наличие пластид – хлоропластов, хромопластов и лейкопластов в клетках;

· разветвленность поглощающей поверхности тела;

· постоянный рост;

· проявление раздражимости;

· наличие целлюлозной клеточной оболочки;

· способность к фотосинтезу – автотрофное питание.

Общие признаки с другими живыми организмами:

• клеточное строение;
• общие механизмы роста, развития, размножения и обмена веществ.

Эволюция растений шла в направлении от споровых к семенным, от низших к высшим. Первоначально развитие растительных организмов происходило в водной среде – водоросли. Затем растения стали осваивать сушу.

Значение растений – создают основной запас биомассы на планете, т.е. являются продуцентами.

Среда обитания: водная, почвенная, воздушная.

2. Низшие растения – водоросли: черты, эволюция тела растений.

Водоросли — сборная группа низших, преимущественно водных, растений. Характерной особенностью всех водорослей является то, что их тело не расчленено на вегетативные органы (корень, стебель, лист), а представлено талломом, или слоевищем. По этой причине их называют талломными, или слоевищными, растениями. В отличие от высших растений у них обычно отсутствуют ткани, а органы полового и бесполого размножения, как правило, одноклеточные. Общей для водорослей является также способность к фототрофному способу питания. Вместе с тем у некоторых водорослей наряду с автотрофным существует гетеротрофный тип питания (например, у эвгленовых).

Водорослям присуще исключительное морфологическое разнообразие. Они бывают одноклеточные (хламидомонада, хлорелла), колониальные (вольвокс) и многоклеточные, среди которых встречаются нитчатые (спирогира, улотрикс) и пластинчатые (ульва, ламинария и др.). Каждая из этих форм имеет различные размеры — от I мкм до нескольких десятков метров (некоторые бурые и красные).

В настоящее время различают 9 основных типов морфологической структуры тела водорослей. Из них4 относятся к одноклеточным формам, 1 — к неклеточным, остальные 4 — к многоклеточным(колониальные формы, будучи существенным этапом на пути усложнения организации водорослей, все жеявляются лишь разновидностью одноклеточного строения).

1. Амебоидная структура представлена одноклеточными организмами, лишенными твердой клеточной оболочки и постоянной формы тела. Такие организмы, выпуская псевдоподии, способны совершать ползающие движения, подобно простейшим животным — амебам. Псевдоподии часто бывают длинными и тонкими, и тогда их называют ризоподиями (отсюда другое название этой структуры -ризоподиальная). Иногда несколько клеток подобного строения соединяются своими ризоподиями или даже сливаются в плазмодии. В процессе эволюции она была самым первым этапом при возникновении клеточного уровня жизни.

2. Монадная структура свойственна одноклеточным организмам с твердой клеточной оболочкой или достаточно прочным перипластом и характеризуется наличием у таких клеток одного, двух или нескольких жгутиков, с помощью которых они активно двигаются в воде. Некоторые монадные формы вторично лишены жгутиков, и тогда, как правило, их тело способно менять свою форму (метаболия). Среди водорослей этого уровня организации часто встречаются колониальные формы, представляющие собой собрание отдельных клеток монадного строения, объединенных слизью в одно целое. Форма таких колоний и строение слизи у разных водорослей могут существенно различаться; в некоторых случаях клетки бывают связаны друг с другом плазмодесмами.

3. Коккоидная структура характеризуется отдельными клетками, снабженными твердой оболочкой и в вегетативном состоянии постоянно лишенными жгутиков или псевдоподиев. Вследствие такого устройства водоросли коккоидной структуры не способны к активному движению (исключение составляют только десмидиевые и диатомовые водоросли, но аппарат движения у них совершенно другой —выделение слизи), они или свободно живут и могут лишь пассивно переноситься водой, или прикрепляются к субстрату. Форма таких клеток необычайно разнообразна — от простой шаровидной до самой причудливой; оболочка у них гладкая или с различными выростами, цельная или пористая и т. д. Многим водорослям коккоидной структуры свойственно образование колоний различной формы, со слизью или без нее.В эволюционном отношении коккоидная структура интересна как такая ступень морфологической дифференциации водорослей, на основе которой стало возможно возникновение многоклеточных талломов.

4. Пальмеллоидная структура представляет собой усложненный вариант коккоидной структуры, выражающийся в образовании водорослями достаточно крупных, преимущественно прикрепленных к субстрату слизистых тел определенной формы, содержащих внутри множество коккоидных клеток. Клетки объединяются в этой слизи чисто механически и плазматических связей не имеют. Такое строение широко распространено среди водорослей, но о пальмеллоидной структуре говорят лишь тогда, когда оно является постоянной формой их вегетативного роста; если же только временной стадией, то тогда его называют пальмеллевидным состоянием.

5. Нитчатая структура, как следует из названия, представлена талломами, состоящими из нескольких, нередко очень многих клеток, расположенных в форме нити. Нити могут быть простыми и разнообразно ветвящимися, свободноживущими, прикрепленными и объединенными в слизистые колонии. Вместе с тем распадение нитей на участки и даже на отдельные клетки является обычным способом вегетативного размножения многих нитчатых водорослей.

6. Разнонитчатая структура (иногда ее называют гетеротрихальной). Талломы данной структуры, будучи нитчатыми в своей основе, подразделяются на две части: стелющуюся по субстрату, горизонтальную, и прямо стоящую, вертикальную. В исходном варианте горизонтальная часть состоит из ветвящихся, обычно тесно расположенных нитей, которые или отчетливо различимы, или полностью смыкаются в сплошную псевдопаренхиматическую клеточную пластинку, нарастающую по периферии и уже не имеющую следов нитчатого строения. Вертикальную часть образует одна или многие, часто ветвящиеся нити, на которых обычно развиваются органы размножения.

7. Пластинчатая структура характеризуется многоклеточными слоевищами в форме пластинок, состоящих из одного, двух или нескольких слоев клеток. Образование их всегда начинается с нити и происходит в результате продольного деления клеток, составляющих нить. Если возникающие продольные перегородки располагаются строго в одном направлении, то пластинка сохраняется однослойной; при возникновении перегородок, параллельных первоначальной пластинке, образуется два и более клеточных слоев. Двухслойные пластинчатые слоевища у некоторых водорослей еще на начальных стадиях их формирования превращаются в трубку или мешок вследствие расхождения слоев в середине при сохранении их связи по краям. В результате этого внутри образуется полость, а стенки становятся однослойными. Трубчатые слоевища по мере разрастания могут ветвиться.

8. Сифональная структура представляет собой особый тип строения, свойственный только некоторым водорослям и нередко называемый неклеточным. Отличительной чертой его является отсутствие внутри слоевищ клеточных перегородок при наличии большого количества ядер. Такие слоевища иногда достигают довольно крупных размеров, а внешнее их расчленение может быть очень сложным.

9. Харофитная структура, свойственная только харовым водорослям (отдел Charophyta), характеризуется крупными многоклеточными слоевищами линейно-членистого строения, состоящими из главного побега с ветвями и отходящими снизу ризоидами и сидящих на нем мутовками членистых боковых побегов, у некоторых форм ветвящихся. Места расположения мутовок на главном побеге называют узлами, части главного побега между узлами — междоузлиями. Междоузлия и членики боковых побегов всегда образованы только одной сильно вытянутой клеткой, но у многих видов рода хара (Chara) эти клетки снаружи обрастают еще одним слоем линейно расположенных дополнительных клеток, слагающих так называемую кору. Харофитная структура настолько своеобразна, что пути ее возникновения до сих пор остаются неясными, а в эволюционном отношении она является, несомненно, тупиковой.

3. Структура низших растений.

Зеленые водоросли

Зеленые водоросли – это отдел низших растений, который включает в себя водоросли зеленого цвета, имеющих разные размеры и морфологическую структуру. Зеленые водоросли содержат в себе пластины хлорофилла и каротиноиды.

В качестве запасного вещества выступает крахмал, реже – масла. Зеленые водоросли имеют многоклеточные и одноклеточные формы. Одноклеточные водоросли могут жить не только в водоемах, но и в лужах, на снегу, в почвах.

Многоклеточные зеленые водоросли преимущественно обитают в верхних слоях водоемов, для продуктивного осуществления процесса фотосинтеза.

Бурые водоросли

Бурые водоросли – это отдел охрофитовых водорослей. В современной биологии насчитывается около 2000 видов бурых водорослей. Абсолютное большинство бурых водорослей обитают в морях.

Только 6 видов в процессе эволюции смогли приспособиться к обитанию на суше. В хроматофорах бурых водорослей содержится фукоксантин – пигмент, который придает им бурую окраску.

Наиболее известными бурыми водорослями являются Ламинария, Цистозейра и Макроцистис. Фактически полное отсутствие хлорофилла делает бурые водоросли независимыми от процесса фотосинтеза. Именно поэтому ареол их обитания – морское дно.

Красные водоросли

Красные водоросли – группа водорослей, в теле которых содержится красный пигмент фикоэритрин. В зависимости от количества этого пигмента, окрас красных водорослей колеблется в цветовом диапазоне от розового до тёмно-вишнёвого цвета.

Красные водоросли обитают преимущественно в морях. Несмотря на малое количество хлорофилла, эти растения осуществляют фотосинтез. Красные водоросли широко используются в промышленном производстве, многие из них используются в качестве пищи.

Ученые предполагают, что красные водоросли – одни из первых растений на земле, так как существовали еще в меловый период.

4.Эволюция, характеристика высших растений, риниофиты.

Высшие растения – организмы, которые имеют морфологическое расчленение тела на вегетативные органы, главные из которых – побег и корень.

Особенности высших растений:

• всегда имеют морфологическое расчленение тела на вегетативные органы (побег, корень, лист, стебель, почка). У водорослей (низших растений) нет настоящих корней, побегов, листьев, стеблей и почек;
• всегда имеют многоклеточное строение органов полового и бесполого размножения (гаметангии: мужские – антеридии, женские – архегонии);
• всегда в процессе слияния гамет образуется зигота, которая всегда дает начало зародышу (у низших растений после деления зиготы клетки сразу используются для построения слоевища);
• всегда имеют две жизненные фазы, закономерно сменяющих друг друга, - гаметофита и спорофита (у низших растений смена фаз происходит на разных этапах, в связи с чем выделяют несколько типов редукции – гаметическая, спорическая, зиготическая);
• всегда имеют ткани, основные группы: образовательные, основные, проводящие, покровные, механические, выделительные (нет у примитивных одноклеточных водорослей).

Воздушно-наземная среда обитания отличается от водной. Плотность воды больше, чем воздуха. Поэтому вода как бы поддерживает тела в своей толще. На суше воздух не может «удержать» растения, и сила тяжести заставила бы их упасть, если бы наземные растения не имели прочных механических тканей. В водной среде нет недостатка воды, растение ее может поглощать всем телом. В воздухе же очень мало воды, и она там в виде паров. Растение уже не может поглощать ее всем телом. Поэтому потребовалось развить корневую систему, которая всасывает воду из почвы. Чтобы доставлять воду к другим органам, потребовалась проводящая система.

Таким образом, выход растений на сушу постепенно привел к образованию различных тканей и органов. Произошла специализация частей тела. Корни растения осуществляют почвенное питание, всасывая воду с растворенными в ней минеральными веществами. Листья осуществляют воздушное питание, синтезируя органические вещества на свету. Стебель обеспечивает передвижение воды и веществ.

Долгое время наземными растениями были только споровые растения — мхи, папоротники, хвощи и плауны. Для их размножения необходима вода, поэтому они не могут жить на суше везде.

Около 250 млн лет назад климат на Земле стал холоднее и суше. Это привело к появлению голосеменных растений, которые могли переносить такие условия. У голосеменных появились почки, защищенные от неблагоприятных условий почечными чешуями. Появилось размножение семенами, когда при оплодотворении вода уже не нужна. Спермий доставляется к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки. Также у семян есть запас питательных веществ. Голосеменные смогли освоить засушливые и холодные места обитания, а там, где обитали споровые растения, постепенно вытесняли их.

Около 150 млн лет назад появились покрытосеменные растения. К этому времени климат на Земле стал еще более сухим, стало теплее. Покрытосеменные растения более приспособлены к обитанию в сложных и разнообразных условиях из-за более сложного своего строения. Происходило совершенствование тканей растений, появилась листопадность. Формирование цветка, разные способы опыления, двойное оплодотворение, образование плода давали цветковым растениям преимущества. Распространенность среди цветковых растений вегетативного размножения, разные его способы позволили быстро занимать пространства. Цветковые растения и их животные-опылители (в основном насекомые) тесно связаны между собой. Их эволюция шла совместно, взаимно-обусловлено. Растения и насекомые приспособились к жизненным циклам друг друга.

Многие растения, которые существовали в прежние времена, не дошли до наших дней. Большинство из них вымерли, так как оказались неприспособленными к изменившимся условиям обитания или были вытеснены более приспособленными видами. Некоторые растения были уничтожены человеком. Вымершие растения изучает палеоботаника. Изучая ископаемые остатки растений, ученые могут проследить их эволюционный путь во времени.

РИНИОФИТЫ, первые наземные растения. Существовали в силуре – верхнем девоне. Примитивные сосудистые растения выс. 20–70 см, иногда до 3 м, без корней и листьев, с протостелическим (единый центральный проводящий пучок ксилемы, окружённый кольцом флоэмы) стеблем, преимущественно с дихотомическим вильчатым ветвлением и спорангиями на концах побегов, реже – вдоль побегов. Возможно, что спорофит и гаметофит существовали в виде самостоятельных растений. Росли по берегам водоёмов, располагаясь частично в воде или на насыщенных водой участках суши. Происхождение не ясно. Считаются предками других высших растений. Выход риниофитов на сушу – одно из важнейших событий в эволюции биосферы.

Мохообразные

Особенности мохообразных:

• мохообразные – единственный отдел высших растений, у которых гаметофит (гаплоидная жизненная фаза) является преобладающим поколением;
• простота строения клеток;
• простота строения тела – отсутствие настоящих вегетативных органов («стебель» не является настоящим «стеблем» -каулидия и «лист» не является настоящим «листом» - филлидия, у наиболее простых тело является слоевищем (таллом);
• не имеют корней (прикрепляются к субстрату нитевидными ризоидами);
• у большинства отсутствуют проводящие, механические ткани, слабо развиты и другие ткани.

6. Папоротники, хвощи и плауны.

Отдел папоротникообразные:

• Класс папоротниковидные
• Класс плауновидные
• Класс хвощевидные (членистые)

Особенности папоротникообразных:

• у всех растений преобладающим поколением является спорофит (диплоидная жизненная фаза);
• не имеют настоящих листьев (их «листья» называются – плосковетка, вайя или предпобег);
• не имеют цветков и семян;
• размножаются только спорами (спорангии);
• оплодотворение возможно только при наличии капельно-жидкой воды.

Тема 4. Голосемянные и покрытосемянные растения.

Сходство голосеменных и покрытосеменных растений:

· имеют хорошо развитые корни, стебли, листья;

· образуют семена;

· семена не заключены в истинный плод (иногда покрыты мясистыми или твёрдыми структурами (тис ягодный, кедровый орех).