Значение сфагновых мхов в природе очень велико. В листовидных частях тела они накапливают большое количество воды и, разрастаясь плотными дернинами, вызывают заболачивание. Отмирающие части растения формируют торф. Процесс торфообразования происходит благодаря отсутствию кислорода и созданию сфагновыми мхами кислой среды, что препятствует размножению бактерий и развитию процессов гниения. Старые болота имеют важное хозяйственное значение для разработок залежей торфа, который используется как топливо, удобрение, подстилка для скота. В виде спрессованных плит торф используется как стройматериал. Болота и леса, в которых произрастают мхи, служат накопителями влаги и влияют таким образом на водный режим соседних территорий.
Папоротникообразные. Общая характеристика. Внешнее строение на примере щитовника. Строение листа папоротника. Способы размножения. Цикл развития. Экология, роль в природе, практическое значение
Папоротниковидные, или папоротники, произошли от псилофитов и представляют собой одну из наиболее древних групп высших растений. Ископаемые формы папоротников известны с девонского периода палеозойской эры. В каменноугольном периоде эти растения наряду с хвощами и плаунами занимали господствующее положение в растительном мире Земли.
В настоящее время папоротники представлены большим числом видов (более 10 тыс.), распространены очень широко и встречаются в самых разных местообитаниях. Размеры их колеблются от нескольких миллиметров до 25 м (у тропических древовидных форм).
В жизненном цикле папоротников, как у всех высших растений, кроме моховидных, преобладает фаза диплоидного спорофита. Спорофит, как правило, многолетний. В лесах умеренной зоны у обычных папоротников побег короткий, находится в почве и представляет собой корневище.
Стебли нередко дихотомически ветвятся. В стебле имеется хорошо развитая проводящая ткань, между пучками которой располагаются клетки паренхимной ткани. Листья вырастают из почек корневища и развертываются над поверхностью почвы. Они обладают верхушечным ростом и достигают больших размеров. В большинстве случаев листья совмещают две функции -- фотосинтеза и спорообразования.
На нижней поверхности листа находятся спорангии, в которых образуются гаплоидные споры. В благоприятных условиях спора прорастает, и из нее формируется небольшая пластинка -- заросток (гаметофит). Гаметофит папоротников обоеполый, на нем развиваются женские (архегонии) и мужские (антеридии) половые органы, где образуются яйцеклетки и сперматозоиды. Оплодотворение происходит в капле воды. Из зиготы развивается зародыш, после его укоренения заросток отмирает. Зародыш развивается в спорофит. У некоторых папоротников споры имеют неодинаковые размеры. Мелкие споры (микроспоры, или мужские споры) при прорастании дают начало гаметофиту, на котором образуются мужские органы размножения. Из крупных спор (мегаспор, или женских спор) развивается гаметофит, продуцирующий яйцеклетки. Накопление питательных веществ в спорах, особенно в мегаспорах, создает значительные преимущества для разноспоровых папоротников. Гаметофит начинает развиваться внутри споры благодаря питательным веществам, которые в ней содержатся. Вследствие быстрого развития оплодотворение происходит раньше обычного. Питательные вещества мегаспоры обеспечивают также благоприятные условия для зародыша спорофита. Весь цикл развития завершается быстрее. Вследствие перечисленных особенностей развития разноспоровые папоротники хорошо переносят меняющиеся условия среды. Папоротникам свойственно также вегетативное размножение посредством специальных почек.
Папоротники используются человеком. Молодые сочные листья некоторых видов употребляются в пищу как салат. Многие виды выращиваются для аквариумов. Папоротники, живущие в симбиозе с азотфиксирующими цианобактериями, применяют также как источник азота на рисовых полях.
ткань плод растение спорофит
Голосеменные. Общая характеристика и особенности развития. Цикл развития и размножение. Распространение хвойных, их экология, роль в природе и практическое значение
К голосеменным относится около 700 видов деревьев и кустарников, размножающихся семенами. Голосеменные возникли в девонском периоде палеозойской эры от первичных разноспоровых папоротников, вымерших в начале каменноугольного периода. Наивысшего расцвета голосеменные достигли в конце палеозойской и в мезозойскую эру. К концу мезозоя многие группы голосеменных вымерли. Современные виды, несмотря на их небольшое число, распространены по всему земному шару, а в Северном полушарии образуют огромные массивы хвойных лесов.
Процесс оплодотворения у голосеменных не зависит от присутствия воды. В спорангиях образуются два вида спор -- микроспоры (мужские споры) и мегаспоры (женские споры). Микроспоры дают начало мужскому гаметофиту, состоящему всего из нескольких клеток. Мегаспора находится внутри спорангия, она образует женский гаметофит. Мегаспорангий вместе с окружающим его покровом называется семязачатком или семяпочкой. После оплодотворения яйцеклетки из семязачатка развивается семя. Перенос пыльцы ветром и образование пыльцевой трубки, по которой спермий проникает в яйцеклетку, обеспечивают независимость оплодотворения от наличия капельно-жидкой влаги.
В состав отдела Голосеменные входят несколько классов, из которых наиболее распространен класс Хвойные. Почти все виды хвойных представлены деревьями (сосна, ель, пихта, лиственница).
В стебле на поперечном разрезе различают тонкую кору, хорошо развитую древесину и плохо выраженную сердцевину. В старых стволах сердцевина едва заметна. Древесина голосеменных устроена проще, чем у цветковых растений, она состоит в основном из трахеид. Паренхимы в древесине очень мало или она совсем отсутствует. У многих видов в коре и древесине имеются смоляные каналы, заполненные смолой, эфирными маслами и другими веществами.
Листья у большинства хвойных жесткие, игольчатые (хвоя) и не опадают в неблагоприятное время года. Они покрыты толстым слоем кутикулы, устьица погружены в ткань листа, что снижает испарение воды.
Размножение хвойных, например сосны, происходит следующим образом. Сосна -- обоеполое ветроопыляемое растение. На верхушках молодых стеблей образуются два вида шишек (видоизмененных побегов) -- мужские и женские (рис. 212). Мужские шишки имеют ось, к которой прикреплены чешуйки. На чешуйках находятся по два пыльника, где развиваются пыльцевые зерна. Женская шишка тоже состоит из оси, на которой расположены семенные чешуйки. На поверхности чешуек женских шишек находятся по две семяпочки. В каждой семяпочке мегаспора делится на четыре клетки; одна развивается в женский гаметофит. Каждый гаметофит содержит по одной яйцеклетке. Пыльцевое зерно, содержащее четыре микроспоры, попадает на семяпочку, одна из микроспор прорастает и формирует пыльцевую трубку, из другой образуются два спермия. По пыльцевой трубке один из спермиев проникает в семяпочку и оплодотворяет яйцеклетку. Из зиготы развивается зародыш. Семя с запасом питательных веществ (эндоспермом) одето защитными оболочками. На второй год после образования женской шишки и переноса на нее микроспор семена высыпаются и разносятся ветром.
Рис. 10. Схема опыления у сосны:
А -- ветка с шишками; Б -- женская шишка в разрезе; В -- семенная чешуя с семязачатками; Г-- семязачаток в разрезе; Д-- мужская шишка в разрезе; Е -- пыльца; Ж -- семенная чешуя с семенами; / -- мужская шишка; 2 -- молодая женская шишка; 3-- шишка с семенами; 4 -- шишка после высыпания семян; 5 -- покров; 6 -- семявход; 7 -- эндосперм; 8 -- яйцеклетка; 9 -- пыльцевая трубка со спермиями
Появление семени -- важный ароморфоз в эволюции голосеменных растений. Запас питательных веществ в семени обеспечивает жизнь и развитие зародыша в самом уязвимом -- начальном периоде онтогенеза. Прочные семенные покровы защищают зародыш от неблагоприятных факторов среды. Эти эволюционные приобретения и независимость оплодотворения от присутствия воды послужили причиной широкого распространения голосеменных на суше.
Голосеменные растения играют важную роль в хозяйственной деятельности человека. Многие из них -- прекрасный строительный материал. Сердцевину некоторых тропических форм (например, саговниковых) употребляют в пищу (табл. 1).
Таблица 1
Распространение, биология и хозяйственное значение хвойных
|
Растение |
Распространение и биология хвойных |
Хозяйственное значение |
|
|
Сосна (около 100 видов) |
Распространена в умеренной зоне Северного полушария, в субтропиках (главным образом в горах), в европейской части России, в Сибири, доходит до Охотского моря. Светолюбивое быстрорастущее дерево. Нередко формирует чистые леса (боры) или растет совместно с другими хвойными (елью, пихтой), на юге - с дубом, липой. Образует леса на песчаных почвах, реже на болотах. Живет до 400 лет |
Древесину используют в кораблестроении, вагоностроении, в авиационной промышленности, для изготовления мебели. Из живицы получают корабельную смолу, канифоль, скипидар. Хвоя содержит много витамина С. Из молодых побегов изготавливают лекарства. Пыльцу применяют в медицине вместо спор плауна. Семена кедровой сосны съедобны |
|
|
Ель (около 50 видов) |
Распространена в Западной Европе, в европейской части России, в Западной Сибири. Образует чистые леса или с примесью березы, сосны, на юге растет с кленом, липой, дубом. Живет около 300 лет |
Древесину используют как строительный материал, топливо, сырье в бумажной промышленности. При перегонке древесины получают смолу, канифоль, вар, скипидар. Кора содержит дубильные вещества |
|
|
Пихта (около 40 видов) |
Распространена в Северной Америке, Юго-Восточной Азии, Средиземноморье, Средней Европе, Гималаях, на Кавказе, в Сибири. Теневыносливая, холодостойкая. Нижние ветви легко укореняются. Образует большие леса. Растет на равнинах, в горах |
Древесина -- строительный, поделочный материал, сырье для изготовления бумаги. Из хвои получают эфирное масло, из молодых веток - борнеол (камфару), бальзам (для лечения ран). Красивое декоративное дерево (пихта кавказская). Древесина красноватая, богатая смолой, крепкая, устойчивая к разрушению в воде. Из нее изготавливают шпалы, крепления для шахт, бумагу. Используется также в кораблестроении |
|
|
Лиственница (свыше 20 видов) |
Распространена в Азии, Европе, Северной Америке, в северных и восточных районах европейской части России, в Западной Сибири, в Карпатах. Единственное хвойное растение умеренной полосы, которое на зиму сбрасывает хвою. Светолюбива, холодостойка |
Древесина твердая, долговечная, хорошо противостоит гниению. Используется для подводных сооружений, в кораблестроении, для изготовления паркета, мебели и др. |
|
|
Кедр (4 вида) |
Распространен в Средиземноморье, Западных Гималаях. Высокое дерево с развесистой кроной |
Древесина очень крепкая, используется в кораблестроении |
|
|
Тис (около 8 видов) |
Распространен на Кавказе, в Крыму, Западной Европе, в горах Северной Америки, Малой Азии. Чистых лесов не образует. Древесина желто-красная. Единственное хвойное растение, которое не образует смолу |
Древесина ценится за твердость и устойчивость к гниению, используется для строительных, столярных и токарных работ, изготовления мебели |
|
|
Кипарис (свыше 15 видов) |
Распространен в умеренно теплых областях Европы, Азии, Северной Америки; в культуре --в Крыму и на Кавказе. Деревья с пирамидальной или развесистой кроной |
Древесина мягкая, легкая, используется для изготовления мебели и как поделочный материал |
|
|
Можжевельник (около 60 видов) |
Распространен в Северном полушарии (от Арктики до субтропиков). Небольшие деревья или кустарники, образуют светлые леса |
Древесина используется для различных изделий. Побеги содержат ядовитое эфирное масло, используемое в медицине |
Покрытосеменные. Общая характеристика и отличительные признаки покрытосеменных. Характеристика класса двудольных и класса однодольных. Экология и распространение березовых, их роль в народном хозяйстве
Покрытосеменные -- наиболее современная и самая многочисленная группа растительного мира: по числу видов (около 250 тыс.) она превосходит все остальные группы высших растений вместе взятые. Цветковые произрастают во всех климатических зонах и в самых разных экологических условиях -- от тропических лесов до пустынь и тундр. Широкое распространение растений этого отдела обусловлено прогрессивными особенностями строения, которые они приобрели в процессе эволюции.
Цветковые растения произошли от группы вымерших водорослей, которая дала начало и семенным папоротникам. Таким образом, голосеменные и покрытосеменные растения -- параллельные ветви эволюции, имеющие общего предка, но затем эволюционировавшие независимо друг от друга. Остатки первых цветковых растений обнаруживаются в раннемеловых отложениях. Начиная с середины мелового периода (примерно 100 млн лет назад) цветковые быстро распространяются по всему земному шару.
Морфологическое разнообразие цветковых очень велико. Строение вегетативных и генеративных органов у них достигает наибольшей сложности, ткани характеризуются высокой степенью специализации. Покрытосеменные имеют наиболее совершенную проводящую систему, обеспечивающую быстрый приток воды и минеральных веществ от корней к листьям, почкам, цветкам и быстрый отток органических веществ. Прогрессивная форма ветвления -- симподиальная -- способствовала увеличению числа цветочных почек и, как следствие этого, образованию большого количества семян. При этом увеличилась также листовая поверхность.
Для покрытосеменных характерны интенсивный обмен веществ, быстрое накопление органического вещества в процессе фотосинтеза, образование разнообразных биологически активных веществ, быстрый рост и приспособленность к самым разным экологическим условиям. Семяпочка этих растений в отличие от всех предыдущих групп защищена от неблагоприятных воздействий завязью, отсюда и название этого отдела -- Покрытосеменные в отличие от голосеменных, у которых семяпочка не защищена покровами. Развитие мужского и женского гаметофитов у покрытосеменных предельно сокращен. Таким образом, гаметофиты образуются в результате минимального числа митотических делений и минимальной затраты строительного материала.
Все многообразие спорофитных форм цветковых растений может быть сведено к двум основным типам -- древесному (деревья и кустарники) и травянистому. Травянистая жизненная форма, свойственная большинству покрытосеменных, характеризуется более высокой приспособленностью к резким колебаниям условий внешней среды, чем древесная. Травы -- молодая в эволюционном отношении группа растений, которая произошла от древесных форм путем редукции камбия и сокращения длительности жизненного цикла.
Цветковые -- единственная группа растений, способная к образованию сложных многоярусных сообществ.
Отдел Покрытосеменные делится на два класса -- Двудольные и Однодольные. Название класса «Однодольные» обусловлено тем, что в зародыше семени находится одна семядоля. Однодольные существенно отличаются от двудольных рядом признаков: 1) у них развита мочковатая корневая система, корень имеет первичное строение (в нем отсутствует камбий); 2) листья в большинстве простые, с дуговым или параллельным жилкованием; 3) проводящие пучки в стебле закрытые, разбросаны по всей толще стебля; 4) цветки трехчленного типа. Важнейшие семейства класса -- Злаковые и Лилейные.
Систематический признак двудольных -- наличие двух семядолей в зародыше. Отличительные особенности двудольных следующие: 1) корневая система стержневая с развитыми боковыми корнями; 2) корень и стебель имеют вторичное строение, есть камбий; 3) сосудисто-волокнистые пучки стебля открытого типа, расположены концентрически; 4) листья как простые, так и сложные, с сетчатым жилкованием, лишь у небольшого числа видов жилкование иное (двудольное растение подорожник имеет дуговое жилкование); 5) цветки пяти- и четырехчленного типа; 6) в созревших семенах эндосперм хорошо выражен у ряда видов: пасленовых, зонтичных и др. Но у бобовых, сложноцветных и других (например, фасоль, горох, подсолнечник) развит слабо или совсем отсутствует, и запасные питательные вещества находятся непосредственно в семядолях зародыша. Культивируемые и дикорастущие цветковые растения объединяют в важнейшие семейства Крестоцветных, Бобовых, Пасленовых, Сложноцветных, Розоцветных и др.
Тема №3. Основы фитоценологии. Биогеоценоз, его организация, границы. Экологические факторы, закон относительного действия факторов, закон оптимума. Фитоценоз, его структура, границы, флористический и экобиоморфный составы, внутриценозные образования (ярусы, фитоценологические горизонты, синузия, парцеллы). Различия в ценотической значимости фитоценоза, ценотические популяции. Возрастные группы многолетних растений, размножающихся семенами, - латентные, виргинильные, генеративные и сенильные особи