Многообразие и роль растений

Предшественники растений, известные как псилофиты, вышли на сушу примерно 450 миллионов лет назад, и с этого момента началось их быстрое распространение по всей планете Земля. Постепенно появились гигантские папоротники, хвощи, плауны, а затем пришла очередь голосеменных и покрытосеменных растений. Прогресс растительного мира продолжался тысячелетиями и привел к формированию более чем 350 тысяч видов растений. Они являются основными производителями нашей планеты, обеспечивая питание для других организмов и производя кислород в процессе фотосинтеза, который является неотъемлемым элементом для дыхания.

Многообразие растений

В рамках систематики предлагается следующая классификация растительного царства:

Эта удобная и простая схема позволяет наглядно представить развитие растительного мира и его постепенное усложнение в процессе эволюции. Для более детального изучения таксономических групп и особенностей строения растений, рассмотрим основные отделы растительного царства.

Основные отделы растений

Подцарство Низшие растения

Отдел Водоросли

Во времена, когда Земля была покрыта морями, появилось подцарство низших растений, представленных водорослями. Отдельное выделение водорослей в подцарство объясняется их существенными отличиями от других «зеленых собратьев». Водоросли имеют таллом, тело, которое не разделено на ткани и органы, и полностью зависят от водной среды.

Водоросли размножаются тремя способами: вегетативно — через фрагментацию таллома, бесполым способом — с помощью спор, и половым процессом — при слиянии гамет и коньюгации. Среди водорослей встречаются одноклеточные виды и колониальные формы. Сине-зеленые водоросли, также известные как цианобактерии, не имеют ядра и относятся к прокариотам или доядерным организмам. Остальные представители подцарства относятся к эукариотам.

Питание водорослей простое: одноклеточные водоросли используют фагоцитоз, окутывая пищевую частицу поверхностью своего тела и переваривая ее, а многоклеточные впитывают питательные вещества через всю поверхность своего таллома.

Систематическая классификация водорослей показывает различные классы, каждый из которых отличается особенностями строения. Это огромное подцарство, занимающее океаны, моря, реки и водоемы.

Водоросли являются основными производителями органических соединений в пищевых цепях, от которых зависит до 80% всех органических соединений. Они играют ключевую роль в процессе производства биомассы. Однако, их важность простирается далеко за эту функцию:

Отдел Лишайники

Удивительные лишайники представляют собой уникальный симбиоз между автотрофными водорослями и гетеротрофными грибами. В этой симбиотической взаимосвязи одноклеточные водоросли выполняют фотосинтез, производя органические вещества, тогда как грибы обеспечивают организм минеральными солями. Таким образом, два разных организма сотрудничают, чтобы обеспечить свою выживаемость.

Лишайники обладают комплексной природой, которая позволяет им выживать даже в самых неблагоприятных условиях. Они способны получать питание из различных источников, таких как воздух, роса, туман, пыль, дождевые капли, а не только из почвы. Можно встретить лишайники даже на поверхностях, где жизнь кажется невозможной, таких как скалы, крыши домов, старые деревья, стекло и пластик.

Тело лишайника состоит из специальных нитей, называемых гифами, между которыми расположены клетки водорослей. Гифы находятся под защитным корковым слоем, который предотвращает пересыхание. Гифы образуют утолщения, придающие структуре лишайника форму и прочность. Эти нити соединены с водорослями тонкими «мостиками», позволяющими обмениваться необходимыми продуктами между организмами.

Согласно систематикам, на сегодняшний день было учтено около 20 тысяч видов лишайников, которые могут быть классифицированы следующим образом:

1. Листоватые лишайники состоят из слоевища и имеют форму пластинок, которые крепятся к субстрату с помощью пучков гиф.
2. Накипные лишайники (составляющие около 80% всех лишайников) образуют на поверхности таллом, похожий на корочку, который прочно срастается с местом прикрепления.
3. Кустистые лишайники образуют кустики из тонких, переплетенных нитей или стволиков.

Лишайники размножаются вегетативным способом, с помощью отделения кусочков слоевища или спор. Под слоевищем образуются специальные структуры, называемые соредиями и изидиями, где водоросли окружены нитями гиф. При нарушении защитного коркового слоя эти структуры могут быть разносимы ветром и способствовать изменению мест обитания лишайников. Лишайники растут очень медленно и могут прожить веками, оставаясь долговечными организмами.

Подцарство Высших растений

Отдел Мохообразные

На сегодняшний день известно около 20 тысяч видов представителей этой группы растений. Они являются наземными многолетними организмами, которые имеют относительно простую структуру. Вот их характеристики:

1. Отсутствие органов и тканей.
2. Отсутствие корней и проводящих пучков.
3. Крепление к почве осуществляется при помощи ризоидов, которые поглощают воду из окружающей среды.
4. Образование слоевища, иногда с дифференцированным стеблем и листьями.
5. Преобладание полового размножения, требующего наличия водной среды.
6. При бесполом размножении развивается спорофит, который представляет собой коробочку, содержащую споры.

Эта древняя группа организмов существовала еще в каменноугольном периоде. Многолетние растения всегда предпочитали влажные местообитания, такие как леса, болота и сырые луга. Они играют важную роль в качестве источника биомассы, способной накапливать и удерживать воду. По своей структуре и образу жизни они являются промежуточным звеном между низшими и высшими растениями, представляя собой тупиковую ветвь эволюции.

Мохообразные делятся на классы:

• печеночные мхи или печеночники (маршанция);
• антоцеротовые (дендроцероз);
• листостебельные мхи (кукушкин лен, сфагнум).

Размножение происходит бесполым, половым и вегетативным способом. Половое размножение устроено довольно сложно. Общий процесс изображен на рисунке 1:

Отдел Плауновидные

Это высшие споровые растения, которые достигли своего расцвета в каменноугольном периоде. В то время они представляли собой высокорослые плауны-колоссы, достигающие высоты до 40 метров. Древовидные плауны исчезли в палеозое, и их ископаемые остатки стали основой для образования каменноугольных отложений. Эти растения относятся к травянистым многолетним вечнозеленым растениям, способным прожить до 100 лет. Они обитают на земле и на стволах деревьев.

Характеристики Плауновидных:

• Стебли ползучие, полегающие или свисающие.
• Листья могут быть чешуйчатыми или игольчатыми.
• Корешки короткие.
• Размножение происходит при помощи спор и образования спороносных колосков.
• Происходит также вегетативное размножение посредством почек и побегов.

Местообитание Плауновидных растений — хвойные леса. Эти растения характеризуются медленным ростом, и к 20 годам они достигают взрослого возраста. Всего в этом растительном отделе присутствует около 1400 видов. Некоторые примеры представителей Плауновидных включают:

Среди Плауновидных встречаются ядовитые растения, поэтому животные избегают их как пищевой источник. Некоторые виды плаунов используются для получения спор, которые используются в производстве натуральной детской присыпки (тальк) и лечении кожных высыпаний. Кроме того, из некоторых плаунов извлекают желтую и зеленую краски в промышленности.

Отдел Хвощевидные

К предкам хвощей относятся псилофиты, первые растительноподобные организмы. Существовали гигантские ископаемые формы, которые вместе с хвощами и плаунами формировали леса до каменноугольного периода (300 миллионов лет назад). Сегодня известно всего 30 видов хвощей, которые произрастают во влажных лесах Северного полушария.

Хвощи — это многолетние травянистые растения, которые обладают следующими характеристиками:

• Жесткий стебель.
• Зеленые и бурые побеги.
• Развитые горизонтальные или вертикальные корневища.
• Формирование клубеньков на корнях с запасом крахмала.
• Разделение стебля на узлы и междоузлия.
• Присутствие кремнезема в клеточных стенках, который выполняет защитные и укрепляющие функции.
• Размножение осуществляется спорами в капельно-жидкой среде.

Весной из корневища хвоща появляются бурые побеги, на которых образуются спороносные колоски. После того, как споры созревают и распыляются, побеги отмирают, а на их месте вырастают зеленые вегетативные побеги спорофита. Эти побеги сильно ветвятся и покрыты чешуйчатыми листьями. В новых побегах происходит процесс фотосинтеза, в то время как спорообразование для них не характерно.

Отдел Папоротниковидные

Папоротники произошли от риниофитов, которые появились в девонском периоде. В каменноугольную эпоху они образовывали гигантские растения, занимающие обширные территории и формирующие густые леса, конкурируя с хвощами и плаунами.

В настоящее время папоротники представляют собой травянистые растения высотой от 30 до 90 см, которые обитают в лесах умеренной зоны, а также деревянистые виды, произрастающие в тропиках южных широт. Они являются многолетними растениями и могут достигать возраста до 300 лет, некоторые экземпляры даже проживают ещё больше времени. Систематики насчитывают около 10 тыс. видов папоротников.

Основные черты развития папоротников:

• Их листья имеют перисто-рассеченную структуру, напоминающую вайи.
• Побеги претерпевают изменения и превращаются в корневища.
• У папоротников развиты корни.
• В растениях образуются проводящие ткани.
• Спорофит является доминирующей фазой жизненного цикла.
• Оплодотворение происходит в капельно-жидкой среде.

На нижней части листовой пластинки папоротников располагаются спорангии, которые выглядят как коричневые пятнышки, расположенные в рядах. Внутри спорангиев, путем мейоза, формируются гаплоидные споры. Эти споры попадают в почву и прорастают, образуя гаплоидные гаметофиты, которые называются заростками. Заростки можно увидеть в виде зеленой пластинки с ризоидами.

На заростках появляются гаметангии, такие как антеридии и архегонии. В водной среде сперматозоиды, которые образуются в антеридиях, перемещаются к архегониям, где происходит оплодотворение яйцеклетки. В результате этого оплодотворения образуется зигота, из которой затем развивается новый папоротник, называемый диплоидным спорофитом. Таким образом, папоротники размножаются половым путем с чередованием поколений.

Общий процесс размножения папоротников представлен на схеме.

Папоротники имеют множество практических применений:

Отдел Голосеменные

Этот таксон, состоящий из всего 700 видов, имеет свое происхождение от древних папоротников. Он достиг широкого распространения в палеозое и мезозое. Однако в каменноугольном периоде климат претерпел изменения: стало суше и заметно похолодало, что привело к вымиранию господствующих папоротников, хвощей и плаунов. Вместе с тем, голосеменные растения сумели выжить благодаря ряду адаптивных особенностей.

Голосеменные растения обладают несколькими характерными чертами:

• Они являются древесными или кустарниковыми вечнозелеными растениями.
• У них есть настоящие семена, которые лишены околоплодника, и они защищены чешуями шишек, также известными как стробилы.
• Растения однодомные, то есть на одном растении присутствуют как семенные, так и пыльниковые шишки.
• В их строении присутствуют различные ткани, включая основные, сосудистые и механические.
• Листья голосеменных растений имеют форму иголок (хвоинок) и покрыты слоем толстой кутикулы.
• Они обновляют свои листья без листопада, заменяя старые новыми.
• Голосеменные растения имеют крупный стержневой корень с боковыми корешками, которые часто образуют симбиотическое сотрудничество с грибами (микоризу).

Некоторые из известных представителей голосеменных растений включают:

• Обыкновенная сосна.
• Сибирская пихта.
• Сосна кедровая.
• Ель.
• Лиственница.
• Можжевельник.

Семена голосеменных растений развиваются в семяпочках или семязачатках, которые являются мегаспорангиями. Внутри семязачатки формируется женский гаметофит, включающий яйцеклетку, и происходит процесс оплодотворения. Затем образуется зародыш, а сама семязачатка превращается в полноценное семя. Однако для оплодотворения не требуется вода, и это считается значительным эволюционным прогрессом, хотя сам процесс оплодотворения достаточно сложен.

Мужские гаметы, находящиеся внутри микроспор, не обладают органоидами для активного движения. Оплодотворение происходит благодаря пыльце, которая является мужскими шишками и переносится ветром на женские шишки, содержащие семена. Таким образом, голосеменные растения осуществляют семенное размножение.

Семена голосеменных растений состоят из зародыша, гаплоидного эндосперма и семенной кожуры. Большинство голосеменных растений распространяются при помощи ветра, хотя некоторые виды, такие как тис и можжевельник, распространяются животными.

Вывод из всего вышесказанного: голосеменные растения являются обоеполыми и опыляемыми ветром. На одном растении могут образовываться как мужские, так и женские шишки. Гаметофиты состоят из пыльцевых зерен и яйцеклеток. Основная форма жизни голосеменных растений представлена кустарниковыми или древовидными формами.

Отдел голосеменных растений делится на следующие классы:

Стебель (ствол) у голосеменных растений имеет сложную структуру. Он состоит из следующих основных элементов:

1. Кора: это внешний слой стебля, который защищает внутренние ткани от внешних воздействий. Кора содержит различные клетки, такие как эпидермис, колленхима и склеренхима.
2. Древесина: это основная часть стебля, заполняющая внутреннее пространство. Древесина состоит преимущественно из проводящей ткани, такой как трахеиды, а также может содержать некоторое количество паренхимы.
3. Фильтрационные поры: на концах трахеид расположены микроскопические отверстия, через которые происходит фильтрация жидкости и передача воды и питательных веществ внутрь стебля.
4. Смоляные ходы: кора и древесина стебля пронизаны смоляными ходами, которые содержат эфирные масла и смолу. Это помогает защитить растение от насекомых, болезней и других вредителей.
5. Сердцевина: в центре стебля находится сердцевина, которая обычно слабо развита. Сердцевина состоит из мягких клеток и служит для поддержки и хранения веществ.
6. Кольца прироста: на срезе ствола видны годичные кольца, которые связаны с активностью камбия — специализированной ткани, ответственной за прирост стебля в толщину. Каждое кольцо представляет собой слой новой древесины, образовавшейся в течение года.

В целом, устройство стебля голосеменных растений представляет сложную адаптированную структуру, позволяющую растению выполнять свои жизненные функции, включая поддержку, проведение воды и питательных веществ, а также защиту от внешних факторов.

Отдел Покрытосеменные

Покрытосеменные растения, появившиеся позже других, обладают передовыми характеристиками. Они выделяются наличием цветков и плодов. С середины мезозойской эры они занимают ведущее положение в растительном мире. На Земле насчитывается около 300 000 видов цветковых растений, которые заселяют все континенты и большинство экологических ниш. Это самый многочисленный таксон.

У покрытосеменных растений есть следующие особенности:

• Наличие цветка, который является органом полового и бесполого размножения.
• Образование завязи в семяпочке, которая защищает зародыш от неблагоприятных внешних условий.
• Характерное двойное оплодотворение, в результате которого образуется трехнаправленный эндосперм.
• Присутствие запасающей ткани.
• Редуцированный гаметофит, который образует два спермия.
• Женский гаметофит, образованный восьмью клетками зародышевого мешка.
• Развитая дифференциация вегетативных органов и тканей.

Жизненный цикл цветкового растения:

Покрытосеменные растения образуют два класса: однодольные и двудольные. Эти классы значительно отличаются друг от друга и имеют свои характерные особенности.

Класс двудольные растения обладают следующими чертами:

• Зародыш образован двумя семядолями.
• Имеют стержневую корневую систему.
• Стебель растет в толщину благодаря камбию.
• Листья обычно имеют сетчатое жилкование.
• Цветки характеризуются двойным околоцветником.
• Количество лепестков в цветке кратно четному или нечетному числу.
• Жизненные формы могут быть представлены травами, деревьями или кустарниками.

К классу двудольных растений принадлежит огромное количество знакомых семейств. Всего этот класс насчитывает около 200 тысяч видов.

Класс однодольные растения характеризуется следующими чертами:

• Зародыш состоит из одной семядоли.
• Корневая система имеет мочковатое строение.
• Для стебля не характерен рост в толщину (отсутствует камбий).
• Лист имеет простую форму с параллельным или дуговым жилкованием.
• Цветок обычно простого строения.
• Число лепестков в цветке обычно нечетное.
• Жизненные формы могут быть представлены травами и деревьями, такими как бамбук и пальмы.

Однодольные растения представляют собой важную группу растений, которые имеют значительное значение как в сельском хозяйстве, так и в естественной флоре.

Роль растений в природе и жизни человека

Зеленые растения играют важную роль в космосе и для человека:

Космическая роль зеленых растений:

• Накопление органической массы путем фотосинтеза.
• Накопление и хранение энергии в органических веществах.
• Обеспечение постоянного содержания углекислого газа в атмосфере через фотосинтез и участие в углеродном цикле.
• Накопление кислорода в атмосфере путем выделения его в результате фотосинтеза.
• Создание почвы на Земле через деятельность корневых систем и разложение органических остатков.

Роль растений для человека:

• Источник пищи: растения предоставляют пищевые продукты, включая фрукты, овощи, зерно, орехи и другие растительные продукты.
• Кормовая база для животных: многие животные питаются растениями, поэтому они являются важным источником корма для сельскохозяйственных животных.
• Производство фармацевтических препаратов: растения используются для получения лекарственных сырьевых материалов, из которых производятся медицинские препараты.
• Промышленное использование: растения предоставляют сырье для производства химических соединений, красителей и других химических продуктов.
• Источник древесины: растения, особенно деревья, предоставляют древесину, которая используется в строительстве, производстве мебели, бумаги и других отраслях промышленности.
• Источник текстильных материалов: некоторые растения предоставляют волокна, которые используются для производства текстильных материалов и одежды.

Растения играют непреодолимо важную роль в поддержании экосистемы и обеспечении жизни на Земле. Они предоставляют нам пищу, кислород, материалы и множество других благ, и их сохранение и устойчивое использование являются важной задачей для сохранения природы и благополучия человечества.

Рекомендуем по теме

Список ученых-биологов и их вклад в развитие биологии