Лекция по ботанике «Низшие и высшие споровые растения»

Подготовка к ЕГЭ. Лекции по ботанике. Низшие и высшие споровые растения

Гагарина Татьяна Михайловна

г. Уссурийск

Подцарство Низшие растения. Водоросли.

Местообитание водорослей.

В самом названии «водоросли» зашифровано основное место обитания этих организмов. Действительно большинство водорослей - обитатели пресных и морских водоемов. Они населяют толщу воды (фитопланктон) или прикреплены к дну ризоидами (фитобентос). Однако водоросли можно встретить и на почве, и во льдах, и в составе лишайников, и даже внутри волоса ленивца!

Строение тела водорослей.

Водоросли могут быть одноклеточными, колониальными или многоклеточными.Тело многоклеточных водорослей не имеет тканей и органов, состоит из одинаковых клеток, поэтому называется слоевище, или таллом. Клетки водорослей имеют строение, типичное для растений. Пластиды у водорослей бывают двух типов: мелкие дисковидные (хлоропласты) и крупные разнообразной формы (хроматофоры).

Образ жизни водорослей.

Питаются водоросли автотрофно за счет фотосинтеза. Минеральные вещества и воду поглощают всей поверхностью тела. Дышат они, используя кислород воздуха (аэробно). Размножаются вегетативно, бесполым и половым путем. При вегетативном размножении отделяются части слоеви­ща. При бесполом - в особых клетках (спорангиях) образуются споры, из которых развиваются организмы, подобные материнскому. При половом размножении происходит образование и слияние половых клеток (гамет). У некоторых водорослей при половом размножении про­исходит чередование поколений (спорофита и гаметофита).

Многообразие водорослей.

В подцарстве Низшие растения выделяют одиннадцать отделов водорослей. Мы рассмотрим только три из них.

Отдел Зеленые водоросли самый обширный на данное время. В нем можно встретить как одноклеточные, так и многоклеточные формы. Все они отличаются в первую очередь чисто-зелёным цветом своих слоевищ. Ученые считают, что именно зеленые водоросли стали предками высших растений. Представителями этого отдела являются хламидомонада, хлорелла, спирогира, улотрикс, ульва и другие.

Представители: хламидомонада, хлорелла, улотрикс, спиро­гира.

Хламидомонада – одноклеточная зеленая водоросль. Она имеет два жгутика для передвижения в воде. Определить направление движения ей помогает светочувствительный глазок (стигма), расположенный в крупном чашевидном ярко-зелёном хроматофоре. Две мелкие сократительные вакуоли необходимы клетке для выведения избытка воды из организма. Кроме автотрофного питания, эта удивительная водоросль способна к поглощению органических частиц из внешней среды, т.е. гетеротрофному питанию. В благоприятных условиях (летом) хламидомонада размножается с помощью спор. Клетка теряет жгутики и делится. В результате внутри образуется от четырех до восьми спор со жгутиками. Оболочка разрывается, и споры выходят во внешнюю среду, где вырастают во взрослых особей. В неблагоприятных условиях (осенью) происходит половое размножение и включает следующие этапы: Образование гамет. Выход гамет и образование зигот. Нарастание защитной оболочки. Деление зиготы мейозом при наступлении подходящих условий. Образование 4 молодых самостоятельных клеток.

Хлорелла - одноклеточная зеленая водоросль без жгутиков. Хроматофор у неё чашевидной формы. Хлорелла в процес­се фотосинтеза образует много органических веществ и выде­ляет большое количество кислорода, так как усваивает в десять раз больше сол­нечной энергии, чем другие растения. Помимо этого, ее клетки содержат много полезных для человека веществ. Эти свойства определили использование хлореллы в космических кораблях. Размножается хлорелла только бесполым путем. Как и хламидомонада, она обитает в толще пресной воды и служит кормом простейшим и другим мелким животным.

Нитчатые водоросли. Улотрикс - водная нитчатая водо­росль, ведущая прикрепленный образ жизни. Хроматофор имеет форму незамкнутого кольца.

Род Спирогира. Спирогира - водная гаплоидная нитчатая во­доросль. Ко дну водоема не прикрепляется. Размножается половым путем. Разнополые соседние нити располагаются друг напротив друга. Между соседними клет­ками образуются мостики. Происходит конъюгация.

Представители отдела Бурые водоросли - обитатели морей. В основном, это крупные организмы с ризоидами для прикрепления ко дну моря. Среди них нет одноклеточных и колониальных. В клетках, кроме зеленых хлорофиллов, содержатся дополнительные бурые пигменты, придающие им характерную окраску. Представители рода ламинария широко известны под названием «морская капуста».

Ламинария. Представители рода Ламинария - крупные (до 20 метров длиной) мно­голетние морские водоросли. Они имеют листоподобное слоевище, прикрепленное ко дну ризоидами. Верхняя часть слоевища ежегодно отмирает. В морях на глубине 5-10 метров ламинарии образуют «водорослевые леса», которые служат местом обитания и пищей для большого количества видов морских животных. Человек издавна использует ламинарию в пищу, как удобрение, в медицинских и косметологических целях. Клетки ламинарии способны накапливать йод, необходимый для здоровья человека.

Большинство представителей отдела Красные водоросли – это морские глубоководные ор­ганизмы. У красных водорослей, кроме обычных пигментов, имеются дополнительные синие и красные. Это позволяет им осуществлять фотосинтез на глубине водоема, куда проникает мало солнечного света. Большинство красных водорослей имеют многоклеточное сильно разветвленное слоевище. Из красных водорослей получают агар-агар, используемый для приготовления пастилы, зефира, мороженого. Агар высоко оценили микробиологи, т.к. он является хорошей питательной средой для разведения бактерий и грибов в лаборатории. Из представителей широко распространена порфира.

Значение водорослей в природе и в жизни человека.

Производители органических веществ водоемах, служат пищей для животных.

В процессе фотосинтеза  выделяют кислород.

В эволюции - предки высших растений.

Играют существенную роль в почвообразовании.

Употребление в пищу, например, ламинарии.

Получение удобрений.

Изготовление лекарств и пищевых добавок, содержащих йод, бром.

Подцарство Высшие растения

Количество видов: более 300 тысяч.
Среда обитания: в основном наземные растения, но есть и водные

Тело высших растений имеет органы. Первыми в эволюции появляются побеги - это стебли с листь­ями и почками. Затем возникают корни, что позволяет наилучшим образом прикрепляться к почве. У наиболее организованных высших растений можно увидеть семя, цветок, плод. Эти органы участвуют в половом размножении и называются генеративными. Все органы высших растений состоят из ткане­й. Появление тканей и органов связано с переселением расте­ний из водной среды на сушу.

Споровые и семенные растения. Высшие растения можно разделить на две группы: споро­вые и семенные.

Споровые растения расселяются при помощи спор. У них образуются гаметангии с гаметами и спорангии со спорами. Для оплодотворения необходима вода.

Семенные растения расселяются при помощи семян. Функцию генеративных органов у голосеменных растений выполняют шишки, а у покрытосеменных - цветки. Для оплодотворения вода не нужна. У них возникает новый процесс - опыление. У покры­тосеменных растений осуществляется двойное оплодотворе­ние.

Отделы Высших растений

Моховидные;

Плауновидные;

Хвощевидные;

Папоротниковидные;

Голосеменные;

Покрытосеменные.

Отдел Моховидные

Количество видов. В настоящее время биологи описали около 20 тысяч видов мхов.

Местообитание мхов.

Мхи встречаются на всех континентах, даже в Антарктиде. Они поселяются на почве, скалах, пнях, деревьях, предпочитая затенённые сырые места.

Строение тела мхов.

Мхи - низкорослые травяни­стые растения.  Тело мхов либо разделено на стебель и мелкие листья (сфагнум, кукушкин лен), ли­бо представлено слоевищем, не разделенным на органы (мар­шанция). У них отсутствуют настоящие корни. К поч­ве они прикрепляются с помощью тонких нитевидных выростов - ризоидов. Механическая, покровная, проводящие ткани развиты очень плохо. А цикле развития преобладает гаметофит. (взрослое растение), Спорофит – коробочка на ножке, в нем развиваются споры. (паразитирует на гаметофите, не способен к фотосинтезу)

Образ жизни мхов.

Мхи питаются, создавая себе органические вещества на свету в процессе фотосинтеза (автотрофно). Воду они поглощают всей поверхностью тела. Дышат, используя кислород воздуха (аэробно).

Развитие мха – Кукушкин лен. Кукушкин лен – обоеполое растение. На мужских растениях митозом образуются антеридии, где развиваются мужские гаметы со жгутиками. На женских растениях образуются архегонии, где созревают крупные женские яйцеклетки.  Во время дождя или тумана подвижные мужские клетки в капле воды устремляются к женским и сливаются на ними. Оплодотворенная женская клетка (зигота) начинает развиваться митозом в коробочку на ножке (спорофит). В коробочке (спорогон) мейозом образуется огромное количество спор. (n) Когда споры созревают, у коробочки открывается крышечка, или в ней образуются маленькие поры, через которые споры вылетают . Попав в благоприятные условия, спора делится митозом и прорастает в тонкую нить - протонему, на которой вскоре можно будет увидеть юные зеленые травинки мха с маленькими ризоидами.

Мхи могут размножаться частями растения или специальными почками, т.е. вегетативно. 

Многообразие мхов.

Класс Печеночники. Среди мхов встречаются представители, у которых тело не разделено на органы, а представлено слоевищем. Примером может служить маршанция. Этот мох поселяется на пожарищах и способствует зарастанию обожженных почв и почв, лишенных растительного покрова.

Класс Листостебельные .Один из самых распространенных мхов в нашей стране - Кукушкин лен. Он произрастает в лесах и на боло­тах, образуя густые плотные скопления, которые называют дерновины. Кукушкин лен раздельнополое растение, на верхушке женских растений развивается спорофит – коробочка на ножке.Стебель не ветвится, листья узкие, темно-зеленые, имеются ризоиды.Участвует в почвообразовании, может вызвать заболачивание мест обитания.

Торфяной мох (сфагнум) произрастает на болотах, в тундре, во влажных лесах. Его стебли ветвистые, нарастая верхушкой по три сантиметра в год. При этом его нижняя часть отмирает и обра­зует торф. Ризоидов нет. Листья узкие, светло зеленые однослойные и состоят из двух типов клеток: хлорофиллоносных зеленых, живых и бесцветных мертвых водоносных. Зеленые клетки узкие, мертвые – имеют поры и утолщения стенок; они легко наполняются водой. Водоудерживающая способность сфагновых мхов примерно в 20 раз превышает сухую массу

Значение мхов в природе и в жизни человека

Мхи часто поселяются в таких местах, которые недоступны для других растений. В этом случае они вслед за лишайниками играют большую роль в почвообразовании.

Мхи участвуют в регуляции водного баланса леса. Они препятствуют испарению влаги из почвы.

Запасая воду, мхи могут вызвать заболачивание почв.

На лугах мхи препятствуют семенному возобновлению трав, в лесах — прорастанию семян деревьев.

Широкое применение  в хозяйственной деятельности человека нашел торф. Он используется в качестве топлива, подстилки для домашних животных, удобрения. Из торфа можно получить воск, парафин, краски, изготовить бумагу и картон. В строительстве торф используется как теплоизолирующий материал.

Отдел Папоротниковидные

Жизненные формы – травы, в тропических лесах есть древовидные. Представители – Щитовник, Орляк.

Строение тела папоротников.

Папоротники имеют листья, стебли и корни. Хорошо развиты проводящая, покровная и механическая ткани. Когда молодые листья появляются на свет, они закручены спирально, как улитки, а потом расправляются. они не только фотосинтезируют, но и образуют споры на нижней стороне своей пластинки. Недаром ученые дали листьям папоротника свое собственное название – вайя (от греческого «пальмовая ветвь»). Вайи прикрепляются к стеблю, который под землей образует многолетнее корне­вище – подземный побег. От корневища отходят хорошо развитые придаточные корни папоротника. Обратите внимание корневище – это не огромный корень, а подземный побег..

Образ жизни папоротников.

Питаются папоротники, образуя для себя на свету органические вещества в процессе фотосинтеза, из почвы всасывают минеральные вещества и воду при помощи корней. Дышат, используя кислород воздуха.

Рассмотрим цикл развития папоротников на примере щитовника мужского, широко распространенного в наших лесах. Взрослое растение – спорофит.2n. В начале лета на нижней стороне вайи образуются митозом спорангии. Они собраны группами, которые на­зываются сорусы. Внутри спорангиев мейозом образуются гаплоидные споры, которые рассеиваются ветром. Число спор на одном растении может достигать миллиарда. У некоторых папорот­ников споры имеют неодинаковые размеры.

В благоприятных условиях спора делится митозом и прорастает в маленькую зеленую сердцевидную пластинку величиной 1 кв. см. Это гаметофит папоротника, который называется заросток. К поч­ве он прикреплен ризоидами. Заросток обоеполый, т. е. на нем формируются митозом как антеридии со сперматозоидами, так и архегонии с яйцеклетками. Оплодо­творение происходит в водной среде. Образуется зигота. Из зиготы 2n митозом прорастает молодой спорофит – взрослое растение.

Ве­гетативное размножение происходит с помощью частей корне­вища и с помощью выводковых почек, образующихся на ли­стьях.

Многообразие и значение папоротников в природе и в жизни человека.

Папоротники являются важным компонентом многих растительных сообществ. Они создают не только органические вещества и кислород, но и особый микроклимат в лесу.

Древние древовидные папоротники сыграли важную роль в об­разовании каменного угля. В настоящее время древовидные папоротники встречаются в тропиках.

Молодые вайи папоротника орляка употребляют в пищу как салат.

Такие папоротники, как асплениум, применяют в качестве декоративных растений.

Некоторые виды папоротников применяются в медицине для лечения открытых ран, кашля, болезней горла, как глистогонное средство (щитовник мужской).

Некоторые виды (азолла) используют в качестве зеленого удобрения, обогащающего почву

Отдел Хвощевидные

Строение хвоща полевого

Хвощ полевой имеет членистый стебель с хорошо развитыми узлами и междоузлиями, мелкие чешуйчатые листья собраны в мутовки по 6-12 листьев. Стебель пропитан кремнеземом - SiO2, что делает его несъедобными для скота, многих диких животных.

Подземная часть растения включает сильно разветвленное корневище, от которого вглубь почвы отходят придаточные корни. У хвоща полевого отдельные боковые ветви корневища могут видоизменяться в клубни, запасающие питательные вещества.

Весной первыми у хвоща полевого появляются спороносные побеги, заканчивающиеся спороносными колосками. Стебель у них коричневого цвета, хлорофилл отсутствует. Спороносный побег отвечает за половое размножение. Спороносный побег отмирает после спороношения Цикл развития как у папоротника, только споры n образуютcя в спороносных колосках 2n мейозом

Отдел Плауновидные

Плауны - многолетние травянистые корневищные растения. Являются одними из самых древних высших растений. Это вечнозеленые растения, Часто обитают в хвойных лесах. Представители: плаун булавовидный, полушник озерный, селагинелла сибирская.

Рассмотрим плауны на примере типичного представителя - плауна булавовидного. Листья у плауна булавовидного расположены густо, покрывают стебель. Листья цельные, мелкие. Стебель стелющийся, побег разделяется на надземную и подземную части. От подземной части отходят придаточные корни. Споры n развиваются в спороносных колосках 2n, которые образуются на взрослом растении мейозом.