Загальна характеристика відділу голонасінних Біологія хвойних Чергування поколінь у сосни звич

На тему:

“Загальна характеристика відділу голонасінних. Біологія хвойних. Чергування поколінь у сосни звичайної”

Голонасінні дістали таку назву тому, що їхнє насіння розвивається на споролистках відкрито, не обгорнуте стінкою зав'язі ("голе"). Поява насіння, яке має запас поживних речовин і захищене шкіркою, — значний ароморфоз, що зумовив широке й швидке поширення голонасінних рослин на суші. В процесі еволюції насінина з'явилась раніше, ніж квітка й плід. У голонасінних насіння не захищене стінками плоду і лежить відкрито на спорофілоносних листках. Не менш важливим пристосуванням до життя на суші є можливість внутрішнього запліднення (без води). Пилок голонасінних рослин переноситься повітряними течіями. Потрапляючи на розміщений відкрито насіннєвий зачаток (насіннєву бруньку), він утворює пилкову трубку, яка досягає яйцеклітини і забезпечує злиття гамет. Після запліднення з насіннєвих зачатків формується насіння. В насінині вже є зародок з корінцем, бруньками і зародковими листками (сім'ядолями), вкритими насіннєвою шкіркою і забезпеченими запасом поживних речовин.

З'явившись у кам'яновугільному періоді палеозойської ери, голонасінні досягли розквіту і набули значного поширення в мезозойську еру. Проте вже на кінець ери багато з них вимерло, поступившись місцем покритонасінним рослинам.

Сучасні голонасінні поділяють на чотири класи: саговники, гінкгові, гнетові і хвойні. Найбільше значення з них мають хвойні.

Хвойні — найчисленніші і найпоширеніші сучасні голонасінні рослини, їх налічують 560 видів. За своїм значенням у природі і для людини вони посідають друге місце після покритонасінних і являють собою групу рослин, що перебуває в розквіті. За зовнішнім виглядом — це дерева і кущі різних розмірів: від карликових сосен (соснапігмей гірських і субальпійських торфовищ заввишки до 1 м) до гігантських дерев (секвоя — 100 м заввишки і 11 м у діаметрі, мамонтове дерево — до 12 м у діаметрі). Трав'янистих рослин серед хвойних не виявлено.

Назву рослинам дали через голчасті (лускоподібні) листки — хвою, яка розміщена на вкорочених пагонах поодинці або зібрана в пучки. У більшості хвойних листки багаторічні, однак у деяких видів вони обпадають щороку (модрина).

Типовими представниками хвойних є сосна звичайна і ялина — основні лісоутворювальні породи лісової зони.

Сосна — світлолюбна рослина, зовнішній вигляд якої залежить від умов життя. В густому лісі дерева сосни прямі, стрункі, з гладеньким стовбуром, досягають 35—40 м заввишки. "Прозора" крона розміщується на самій верхівці. Нижні бічні гілки не витримують затінення і рано відмирають. На відкритих місцевостях сосни мають крислату крону. Соснові ліси зустрічаються в найрізноманітніших умовах, у тому числі на піщаних ґрунтах, болотах, крейдяних горах, голих скелях.

Коренева система сосни стрижнева, дуже добре розвинена. Крім довгих коренів, головних або бічних, є короткі дрібні і дуже галузисті бічні, як правило, з мікоризою. Додаткових коренів немає. Форма кореневої системи залежить від типу ґрунту. Так, на піску у сосни крім глибоких коренів розростаються численні поверхневі, на болотах — лише поверхневі корені.

Стовбур сосни має тонку кору (флоема голонасінних не містить клітин супутників) і масивну деревину, яка складається з трахеїд. Паренхіми в деревині дуже мало. Вона розміщена навколо смоляних ходів — видовжених міжклітинних просторів у вигляді каналів, заповнених ефірними оліями, смолою, бальзамом. Усі ці речовини виділяються клітинами одношарового епітелію, який вистилає смоляний хід.

У стовбурах сосни чітко виражені річні кільця приросту деревини. Вони утворюються, як і у квіткових рослин, у результаті сезонної періодичності в діяльності камбію.

Сосна — вічнозелене дерево, її листки — сизо-зелені голки (хвоя) — живуть 2—3 роки. Розміщуються попарно на молодих гілках на верхівках укорочених пагонів. Поверхня хвої вкрита товстим шаром кутикули, під якою знаходяться дрібні клітини епідермісу з сильно потовщеними стінками. Продихи містяться глибоко в мезофілі і заповнені зернами воску. Таке розміщення продихів є пристосуванням для зменшення випаровування води. Завдяки цьому взимку сосна за наявності хвої випаровує води в десятки разів менше, ніж оголені покритонасінні.

Ранньої весни на гілках сосни із зимуючих бруньок з'являються нові пагони. Розрізняють два типи пагонів: видовжені, вкриті буруватими лусками, і вкорочені, що сидять у пазухах цих лусочок і несуть по дві хвоїни. Молоді хвоїни нових пагонів м'які, мають яскраво-зелене забарвлення. У другій половині літа на кінці видовжених пагонів закладаються бруньки, що надійно захищені щільно притисненими одна до одної тонкими лусками, вкритими Шаром смоли. Це зимуючі бруньки.

Мал. Розвиток сосни:

а — гілка спорофіта з жіночими (1) І чоловічими (2) шишками; б — жіноча шишка в розрізі (фрагмент); в — насіннєва луска з насіннєвими зачатками; г — насіннєвий зачаток у поздовжньому розрізі; д — частина чоловічої шишки в поздовжньому розрізі; е — мікроспорангій; е — пилкове зерно; ж — насінина в поздовжньому розрізі; з — насіннєва луска з двома насінинами; 3 — сьогорічний пагін, 4 — минулорічний пагш (видовжений), 5 — вкорочений пагін

Розмножується сосна насінням (мал. 70). Плодоношення розпочинається на 30—40х роках життя. До цього часу на деревах формуються шишки двох видів: дрібні чоловічі, до 2,5 см завдовжки, і великі жіночі (у деяких видів до 45 см завдовжки).

Червонуваті жіночі шишки утворюються на верхівках сьогорічних пагонів наприкінці весни. На осі такої шишки розміщено 2 види лусок: зовнішні — покривні — і внутрішні — насінні. На зовнішньому боці насіннєвої луски розміщені два насінні зачатки з пилковходами на верхівках. Всередині кожного насіннєвого зачатка з макроспори після мейозу формується гаплоїдний жіночий заросток з двома архегоніями. В кожному архегонії знаходяться велика яйцеклітина і 2—4 дрібні шийкові клітини.

Чоловічі шишки дозрівають на верхівках минулорічних пагонів. У них до осі прикріплені жовтуваті листочки, що несуть на собі по два мікроспорангії, в яких дозрівають мікроспори — пилкові зерна.

Сосна, як і всі голонасінні рослини, запилюється вітром. Пізньої весни або на початку літа насіннєві луски жіночих шишок дещо відхиляються. Велика кількість пилку (полегшеного завдяки наявності двох повітряних мішків між екзиною та інтиною), принесеного вітром, потрапляє між насіннєві луски і затримується, прилипаючи до густої рідини, що виділяється через пилковхід. Рідина змочує пилкові зерна і всмоктує їх усередину насіннєвого зачатка приблизно впродовж 10 хв.

Після запилення насіннєві луски зближуються і залишаються щільно притисненими до достигання насіння. У сосни від запилення до запліднення минає 12— 14 місяців. Запліднення (не подвійне) починається з проростання пилкової трубки, яка повільно просувається до яйцеклітини. Злиття жіночих і чоловічих ядер також відбувається повільно. Ендосперм голонасінних гаплоїдний.

Отже, у голонасінних рослин чоловічі клітини досягають жіночих завдяки наявності пилкової трубки і не потребують для цього процесу води, що є важливим пристосуванням до життя на суші.

Після утворення диплоідного ядра зиготи розпочинаються розвиток зародка і формування насінини. Із заплідненої яйцеклітини розвивається зародок насінини, який складається з корінця, стебельця, кількох сім'ядоль (5— 12) і бруньки, з покривів насіннєвого зачатка формуються покриви насінини.

Дозріває насіння наприкінці другого літа після запилення або на початку осені. У міру дозрівання жіноча шишка дуже розростається, з червоної вона стає зеленою, а потім — бурою. У дозрілої бурої шишки взимку або напровесні луски відхиляються, насіння висипається. Насінина сосни має прозорі крильця, за допомогою яких переноситься вітром. Висипання насіння відбувається через 1,5 року після запилення.

Насіння сосни проростає на будьякому грунті: піщаному, кам'янистому, болотному, навіть на голих скелях. Молоді паростки можуть витримувати заморозки, нестачу вологи, але гинуть у тіні. Сосонки швидко ростуть, збільшуючись за рік на 30—40 см. Починаючи з другого року життя, дерево щороку утворює кільце (мутовку) гілок. За їх числом можна підрахувати, скільки років сосні.

Ялина — вічнозелене високе струнке дерево з конусоподібною кроною. На відміну від сосни ялина тіньовитривала, у зв'язку з цим нижні гілки живуть довго. Хвоя ялини коротка, жорстка, сидить поодиноко, вкриваючи всю гілку, живе на дереві від 5 до 9 років. Коренева система поверхнева, тому сильні вітри можуть вивернути дерево з коренями. До грунту вибагливіша, ніж сосна.

Розмножується ялина, як і сосна, насінням, але шишки у неї більші, насіння дозріває пізно восени того ж року. Стиглі шишки розкриваються, вивільняючи насіння тієї ж осені або взимку, після чого відпадають цілком. Насіння проростає навесні наступного року на вологому поживному грунті в тіні дерев. Перші 15 років ялина росте повільно, щорічний приріст становить 5—15 см, після чого вона починає рости швидше і переганяє сосну.

Крім сосни (близько 100 видів) і ялини (до 50 видів) широко відомі такі хвойні, як модрина, смерека, кедр, кипарис, ялівець, туя, тис.

Хвойні рослини поряд з покритонасінними мають велике значення в природі і для людини. У хвойних лісах нагромаджується велика біомаса. Україна належить до малолісних країн. Лише 13,9 % її території зайнято лісами, але їх основу становлять рослини класу хвойних (47,8 %), серед яких поширені представники родів: тис, ялиця, ялина, сосна (23 види), модрина, ялівець. У лісах різних районів північної півкулі головними утворювачами ландшафтів є хвойні. Так, сосни утворюють світлі сухі соснові бори, можуть рости разом з ялиною і в мішаних лісах. На піщаних грунтах сосна затримує рух пісків, закріплює грунт ярів і урвищ. Ялина разом із смерекою утворюють темнохвойну тайгу. В Україні — на Поліссі І на піщаних терасах річок лісостепової та степової зон — ялина входить до складу суборів (природних соснових лісів з домішками берези, дуба, осики, ялини тощо).

Ліси на схилах гір і по берегах річок зменшують весняні наводки і затримують вітри. Сніг у лісі тане повільно, вода затримується в грунті, випаровується поступово, що створює сприятливий мікроклімат для інших рослин, тварин і людини.

Ліси й парки міст очищують повітря, збагачують його киснем. Багато дерев, особливо хвойні, виділяють фітонциди — речовини, які вбивають мікроорганізми, тому соснові ліси є чудовим місцем для відпочинку і оздоровлення людей. Деревину голонасінних широко використовують як будівельний матеріал, сировину для целюлознопаперової промисловості. Сухою перегонкою деревини соснових, а також із живиці (прозорої ароматної смоли, що виділяється з ран сосни) добувають скипидар, каніфоль. Хвою використовують у медицині, оскільки вона містить аскорбінову кислоту (вітамін С), каротин. Насіння деяких соснових використовують у їжу (кедрові горішки). Багато представників хвойних є декоративними рослинами (туя, тис, модрина, кипарис).

У соснових лісах живе багато різних тварин і птахів.