Отдел Покрытосеменные(Цветковые)

Общая характеристика

 Покрытосеменные образуют один из наиболее крупных отделов царства растений — в нем насчитывается более 240000 видов. Они составляют основную часть растительной массы в биосфере. Покрытосеменные растения — это дуб, береза, яблоня, пшеница, рожь, капуста, пальма, подорожник и др. Многие виды покрытосеменных вошли в число культурных растений. Представители покрытосеменных произрастают повсеместно: в сухих и влажных местах, в холодных и жарких районах Земли. Одни живут очень недолго — несколько дней. Например, эфемеры крупка весенняя, проломные Турчанинова живут 35-60 дней и дают семена. Другие живут сотни лет. Например, платан восточный, или чинар, живет до 2000 лет, достигает 50 м в высоту, а его ствол — около 18 м в окружности. У растений, относящихся к этому отделу, семена покрыты тканями плода, который образуется из завязи пестика цветка. Благодаря этим особенностям отдел получил название Покрытосеменные или Цветковые. Сопоставление этих признаков убеждает, что покрытосеменные растения достигли более высокого уровня эволюционного развития, чем голосеменные и все другие представители царства растений. Покрытосеменные смогли произрастать в самых разных условиях обитания. Они оказались способными заселять различные почвы (кислые, соленые, плодородные, неплодородные), жить на камнях, стволах других растений, на стенах домов, произрастать в разных климатических зонах — от жаркого тропического пояса до холодных тундр. Произрастание в неодинаковых условиях способствовало образованию огромного разнообразия жизненных форм и экологических групп покрытосеменных растений. Среди них есть деревья, кустарники, кустарнички, полукустарники, травы. Среди трав имеются стержнекорневые, луковичные, корневищные, лианы, эпифиты, ползучие, клубнеобразующие и многие другие формы. Есть покрытосеменные влаголюбивые и сухолюбивые, светло - и тенелюбивые. Преобладающее число цветковых — настоящие автотрофные растения. Но среди них есть питающиеся гетеротрофное, например, растения-паразиты и растения-хищники (насекомоядные). Благодаря такому разнообразию цветковые заняли разные местообитания на Земле: от пустынь до болот и водоемов, от соленых морских побережий до высокогорных скал. Способность приспосабливаться к различным условиям обеспечила покрытосеменным большое биологическое разнообразие и господствующее положение в растительном мире. Покрытосеменные растения размножаются и расселяются семенами, но у них широко представлено и вегетативное размножение. У многих видов цветковых растений в процессе эволюции сформировались специализированные для вегетативного размножения органы: клубни, луковицы, усы, столоны, выводковые почки и др. Все растения отдела Покрытосеменные подразделяются на два класса: Двудольные и Однодольные.

Семяпочки цветковых растений защищены завязью.Завязь (ovarium) - нижняя утолщённая часть пестика цветка с замкнутой полостью внутри. Внутри расположены надёжно защищённые семяпочки. Пыльца, улавливаемая рыльцем пестика, через столбик попадает к семязачаткам, где происходит оплодотворение. Внутренняя влажная полость предохраняет семязачатки от высыхания, колебаний температуры и порчи насекомыми. Оплодотворенная завязь превращается в плод, в котором из семязачатков развиваются семена. Полость завязи часто разделяется сплошными или раздельными перегородками на гнезда. Такую завязь называют многогнёздной, а завязь без перегородок - одногнёздной. 

                                         Строение цветка

Верхняя свободно крепится к цветоложу и не срастается с другими отделами цветка, стенки ее сформированы исключительно плодолистиками, например, у злаков, лютиковых. Такие цветы называются подпестичными или околопестичными. Нижняя располагается под цветоложем. В ее образовании принимают участие другие отделы цветка: основания чашелистиков, тычинок и лепестков, которые крепятся у её вершины, например, у сложноцветных, орхидных, кактусовых. В этом случае цветок называются надпестичными. Полунижняя имеет свободную верхушку, так как она срастается не у самого верха с другими частями цветка, цветоложем или гипантием, например, у некоторых камнеломковых, такие цветки называются полунадпестичным.

                  Цветковые растения произрастают в разных условиях

Экстремальные по своим условиям местообитания освоены цветковыми растениями, строение которых во многом отличается от типичного. Так, для пустынь характерны колючие кустарники с мелкими кожистыми листьями, а также кактусы и другие суккуленты, т.е. виды с мясистыми зелеными частями (у агав, например, это листья), которые содержат специальную водозапасающую ткань. У большинства кактусов листьев нет вообще, и функцию фотосинтеза выполняют стебли - таким способом удается снизить потери влаги при испарении. У подводных цветковых растений необходимость в ксилеме отпадает, и она обычно отсутствует: их стебли мягкие, а листья часто нитевидные или рассеченные на тонкие сегменты с упрощенной анатомией. Иногда все тело этих растений пронизано системой воздухоносных полостей: в них накапливаются участвующие в процессах жизнедеятельности газы. Такая воздухоносная ткань (аэренхима) свойственна и многим растениям, нижняя часть которых укореняется под водой, а верхняя плавает на поверхности или поднимается над ней, например камышам и кувшинка. 

                                                                                                Жизненные формы покрытосеменных растений.                                                                                                                                                           

Жизненная форма растения не остается постоянной, а может меняться по мере взросления и старения. Важнейшую роль в становлении жизненной формы играет внешняя среда. Но это, конечно, не означает, что жизненная форма любого растения бесконечно пластична и зависит только от непосредственно действующих в данный момент условий. Каждый вид растений реагирует на внешние воздействия в рамках своих наследственно закрепленных возможностей. Земляника, например, не станет развесистым деревом даже в самой благоприятной для роста и ветвления обстановке. Говоря о гармонии с внешней средой, мы подразумеваем, что в сложившейся жизненной форме каждого вида проявляются черты наследственной, выработанной в процессе естественного отбора приспособленности к определенному комплексу внешних факторов. 

                                   Строение цветкового растения

Листья. Основная часть питательных органических веществ на Земле образуется в листьях цветковых растений. В типичном случае лист состоит из плоской листовой пластинки на черешке, который прикреплен своим основанием к стеблю. У места прикрепления находится два листоподобных выроста - прилистники. Впрочем, каждая из этих структур может отсутствовать. Листовые пластинки некоторых цветковых растений, например многих губоцветных и крестоцветных, - сидячие, т.е. отходят непосредственно от стебля без черешка; у других видов от листьев остаются только их влагалища с редуцированными до нитевидных структур пластинками (это можно наблюдать у злаков). Внутри листа находятся относительно рыхло упакованные клетки, богатые зеленым пигментом - хлорофиллом. В них и происходит фотосинтез. У верхней поверхности листа эти клетки обычно удлиненные и расположены бок о бок перпендикулярно поверхности: они образуют т.н. палисадную паренхиму. Нижележащие клетки по форме менее однородны и разделены воздухоносными межклетниками - это т.н. губчатая паренхима. Воздухообмен внутренних тканей листа с окружающей средой идет через маленькие отверстия в покрывающей его однослойной кожице (эпидермисе): в результате фотосинтезирующие клетки получают углекислый газ, необходимый для образования органики, и избавляются от "отходов производства" - кислорода. Эпидермис обычно покрыт снаружи восковым налетом (кутикулой) и относительно непроницаем для воды и газов, а клетки его к фотосинтезу неспособны. К сожалению, лист теряет достаточно много воды через испарение, что иногда может поставить под угрозу существование всего растения. Он снабжается водой по системе внутренних жилок, обычно образующих густую разветвленную сеть. Жилки состоят из клеток сосудистых тканей, доставляющих к фотосинтезирующим участкам воду с растворенными в ней минеральными солями и разносящих оттуда органику по всем частям растения. Поскольку некоторые клетки этой проводящей системы толстостенные, жилки одновременно играют роль и скелета листа, поддерживающего его в расправленном состоянии и обеспечивающего нормальное снабжение всех его частей светом и воздухом.

Стебель. По проводящим клеткам стебля вода с растворенными в ней минеральными солями поступает от корня в жилки листа, в которых имеются клетки того же типа. В молодом стебле эта водопроводящая система (ксилема) обычно образует начинающийся еще под землей цилиндр, служащий жесткой опорой для листьев, цветков и плодов и способный со временем сильно утолщаться и одревесневать, превращаясь в мощный многометровый ствол. Снаружи от ксилемы расположен аналогичный цилиндр - флоэма, состоящий из клеток, по которым идет транспорт органических веществ. Флоэма также заходит в жилки листа. Остальная часть стебля состоит из мягкой ткани, иногда фотосинтезирующей, в которой часто запасаются излишки питательных веществ. Центральная часть стебля - сердцевина - может разрушаться, и тогда в стебле на ее месте остается полость. Стебли с листьями (а также с цветками и плодами, которые, как считается, произошли от листьев) называются побегами.

Корень. Корневая система закрепляет растение в субстрате. В корне также находятся проводящие ткани - ближе к центру ксилема, дальше от центра - флоэма. Здесь могут накапливаться и большие количества запасных веществ, поэтому некоторые корни очень крупные. Кроме опорной и запасающей, важнейшая функция корней - всасывание: вода с растворенными в ней солями должна поступать из почвы в побеги и возмещать расходы и потери растения. Всасывание осуществляется т.н. корневыми волосками - многочисленными выростами поверхностных клеток корня в относительно узкой зоне около его кончика. Именно корневые волоски, проникающие между мельчайшими частицами почвы, обеспечивают огромную суммарную поглощающую поверхность подземной части растения. Наличие проводящей, или сосудистой, системы - характерная черта всех цветковых растений, которые во всем остальном по своему строению могут сильно различаться. Ксилема и флоэма у всех цветковых растений состоят в принципе из одних и тех же, более или менее одинаково расположенных элементов. Анатомически цветковые растения ближе всего к хвойным, саговниковым и другим голосеменным; более отдаленное эволюционное родство связывает их с папоротниковидными.

                                              Строение цветка

Цветок - это специализированный побег или, что более вероятно, система укороченных и тесно сближенных побегов, части которой образуют вокруг верхушки несколько концентрических кругов или спиралей. Снаружи обычно находится чашечка из зеленых чашелистиков, прикрывающих прочие части цветка в нераскрывшемся бутоне. Как правило, ближе к центру располагается венчик из ярко окрашенных и приятно пахнущих лепестков. Оба этих круга образуют т.н. околоцветник. Еще ближе к центру находятся тычинки, и, наконец, непосредственно в нем - один или несколько пестиков. Это уже собственно репродуктивные части цветка - соответственно мужские и женские. Иногда в цветке отсутствуют чашечка, венчик, весь околоцветник, тычинки или пестики. Например, отдельный цветок злаков состоит из трех тычинок и одного пестика, окруженных жесткими чешуями, которые ни лепестками, ни чашелистиками, строго говоря, не назовешь. У дубов цветки двух типов: одни состоят из тычинок с чашелистиками, другие - только из пестиков. Однако в любом случае, чтобы цветок мог принимать участие в размножении, в нем должны быть тычинки или пестики; если ни тех ни других нет, он стерилен. Впрочем, у некоторых видов стерильные цветки служат для привлечения опылителей (например, краевые "лепестки" в соцветиях подсолнечника), а человек специально выводит в декоративных целях "махровые" пионы, гвоздики и другие цветковые растения без тычинок и пестиков.

                                             Деревянистые растения

 У деревьев, кустарников и древовидных лиан надземные стебли не отмирают даже в суровые холодные или засушливые сезоны и периодически образуют новые листья, плоды и цветки. Такие стебли, разрастаясь в мощные стволы, могут жить сотни лет, достигая огромных размеров (крупнее они бывают лишь у некоторых хвойных). Значительная часть суши покрыта лесами, в которых господствуют именно деревья. Под их кронами формируется особая среда, в которой прекрасно себя чувствуют низкие теневыносливые растения. Опадающие листья, разлагаясь, обогащают почву мертвой органикой, которая служит пищей сапрофитам, в т.ч. и некоторым цветковым растениям, например подъельнику с его чешуевидными, почти бесцветными листьями. Травы, растущие в листопадных лесах, часто цветут лишь весной, пока листва на древесных кронах еще не раскрылась и ближе к почве достаточно света. Другие виды трав - эпифиты - поселяются там, где света всегда много, - на высоких ветвях, однако они обычно не паразитируют на древовидных растениях, а лишь используют их в качестве опоры. Особенно много эпифитов в тропиках, где к ним относятся, например, красиво цветущие орхидеи, бромелиевые и т.п. Впрочем, на деревьях поселяются и растения-паразиты, в частности омела, которая, хотя в какой-то степени и способна к фотосинтезу, но воду и основную часть питательных веществ высасывает из живых тканей растения-хозяина. Типичные лианы, которых также особенно много в тропических лесах, укореняются в почве, а затем взбираются наверх, к свету, по стволам и ветвям высоких деревьев, обвивая их своими гибкими побегами или цепляясь за их кору многочисленными придаточными корешками на стеблях (как плющ или сумах укореняющийся), специальными усиками (как виноград), крючковатыми шипами и т.п.

Размножение покрытосеменных

              Опыление

Репродуктивная часть тычинки - ее головка, т.н. пыльник. Обычно он состоит из четырех расположенных бок о бок пыльцевых мешков. Созревая, они вскрываются продольными трещинами или округлыми порами и высвобождают пыльцу - множество крошечных, летучих или липких пыльцевых зерен. Опыление ветром. Ветроопыляемые растения образуют огромные количества летучей пыльцы: большая ее часть теряется без пользы, и лишь отдельные пыльцевые зерна, случайно попав на рыльце пестика в цветке экземпляра того же вида, обеспечивают размножение. Такой способ опыления характерен для многих деревьев (не только цветковых, но и хвойных), злаков, осоковых и некоторых хорошо известных сорняков, например полыни и амброзии. Их летучая пыльца способна вызывать сенную лихорадку, от которой страдают многие люди. Особенно опасна в этом смысле цветущая в конце лета амброзия. Опыление насекомыми. Липкая пыльца может просто падать из пыльника на пестик, но чаще она переносится от цветка к цветку насекомыми (роль опылителей иногда играют также птицы и даже мелкие млекопитающие). Взаимоотношения цветковых растений с посещающими их цветки животными весьма интересны, и трудно объяснить их возникновение, не прибегая к понятию "цели". В результате часто можно слышать, что насекомые "ищут" вполне определенные цветки, а те, в свою очередь, "располагают" свои тычинки в расчете именно на данного гостя. Как бы там ни было, насекомых действительно привлекают к опыляемым цветкам их окраска и запах, не обязательно приятный. Мухи, например, летят на запах падали, распространяемый кирказоном и "скунсовой капустой" (симплокарпусом вонючим), а ночные бабочки реагируют на яркую белизну цветущих в сумерках видов. Проникая в цветок за пищей, опылитель невольно стряхивает на себя пыльцевые зерна и часть этой пыльцы может затем так же "нечаянно" оставить на рыльце пестика того же или другого цветка, не обязательно даже цветка этого же вида. Пищей таким насекомым служит либо сама пыльца, либо, в большинстве случаев, нектар - сладкая жидкость, образуемая различными по происхождению структурами - нектарниками и скапливающаяся в глубине венчика или в особых трубчатых лепестках - шпорцах, например у фиалок и живокости. Обычно насекомоопыляемый цветок устроен так, что добираться до нектара приходится, задевая за тычинки, которые в ряде случаев снабжены специальными реагирующими на такое прикосновение механизмами. Например, стенки пыльников могут находиться под давлением, как у кальмии (Kalmia): стоит до них дотронуться, как они взрываются и осыпают гостя пыльцевыми зернами. Среди таких приспособлений наиболее удивительны те, что обеспечивают перекрестное опыление, т.е. перенос пыльцы на пестик цветка не того же самого экземпляра растения (это называется самоопылением), а другого. Перекрестное опыление выгодно тем, что повышает разнообразие представителей вида, а следовательно, и шансы этой таксономической группы в целом, на выживание. Впрочем, вопреки мнению Дарвина, самоопыление тоже не всегда ведет к деградации, и многие растения постоянно им пользуются. У некоторых цветки вообще не раскрываются, и пыльца попадает на пестик без какого-либо внешнего переносчика. Однако перекрестное опыление, по-видимому, распространено более широко, даже среди ветроопыляемых видов: у многих из них цветки бывают либо пестичными, либо тычиночными (однополыми), причем часто одни растения бывают чисто женскими, а другие - чисто мужскими. Строение цветка и опыление. Во многих цветках тычинки созревают раньше или позже пестиков, так что самоопыление у них невозможно, однако пыльца может переноситься на другой экземпляр того же вида, пестики которого вполне готовы ее принять. Например, у шалфея (Salvia) сильно вытянутый и изогнутый коромыслом пыльник каждой тычинки напоминает рычаг: влезая в трубку венчика, насекомое неизбежно нажимает головой на его короткое плечо - длинное опускается, прикасается к спине насекомого и оставляет на ней порцию пыльцы. В более старых цветках пыльники уже пусты, зато пестик выгибается дугой так, что его рыльце находится как раз там, где должна появиться запачканная пыльцой спина опылителя. Трубчатые цветки одного и того же вида первоцвета бывают двух типов: у одних экземпляров пыльники расположены выше устья трубки, а рыльце пестика - в глубине, у других - наоборот. Пролезая головой вперед в трубку за нектаром, насекомые в первом случае пачкают пыльцой только спину, а во втором - только голову и оставляют потом пыльцу соответственно только на длинных или только на коротких пестиках, т.е. уже на других растениях. У некоторых фиалок на одном и том же растении одни цветки хорошо заметные, способные только к перекрестному опылению, а другие мелкие, нераскрывающиеся - для них возможно только самоопыление; последние, кстати, более плодовиты. Самый сложный механизм, обеспечивающий перекрестное опыление, возник у большинства видов орхидей. В центре их цветка находится т.н. колонка из единственной тычинки, сросшейся с пестиком. Пыльцевые зерна объединены в мешковидные массы - поллинии. Каждая из них находится в специальном углублении и снабжена ножкой, конец которой связан с липким диском (прилипальцем). Прилипальце прикрепляется к посетившему цветок насекомому настолько точно, что вся масса пыльцы может оказаться только на рыльце пестика другого цветка того же вида.

                         Оплодотворение

Наиболее сложно устроенная часть цветка - пестик. Он состоит из одного или нескольких плодолистиков, на стенках которых находятся зачатки семян - семяпочки. Семяпочки сосредоточены в нижней вздутой части пестика, называемой завязью, а верхняя его часть образует более или менее обширную и липкую "посадочную площадку" для пыльцы - рыльце. Часто оно поднимается над завязью на стержневидном столбике. Попав на рыльце, пыльцевое зерно получает из него воду и питательные вещества и прорастает пыльцевой трубкой, которая проникает в завязь и, в конечном итоге, в семяпочку. Там она прорывается и высвобождает две мужские гаметы. Одна из них сливается с находящейся в семяпочке яйцеклеткой - происходит оплодотворение и возникает зигота, дающая начало новому растению. Из зиготы развивается зародыш, а из окружающих его тканей запас питательных веществ для него (во многих случаях это эндосперм) и защитная оболочка - семяпочка превращается в семя. Таким образом, оплодотворение и развитие семян происходят внутри завязи. Именно этой структуре цветковые растения, называемые также покрытосеменными, в основном и обязаны своим эволюционным успехом. Зародыш внутри семени может находиться в состоянии покоя многие недели, месяцы и даже годы: он защищен от внешних воздействий семенной кожурой и снабжен запасом пищи; при благоприятных условиях он начнет расти, за счет внутренних резервов быстро увеличивая в размерах свои зачаточные структуры, и превратится в проросток. Этот процесс называется прорастанием семени. Размеры семян у цветковых весьма разнообразны - от микроскопических у орхидей до огромных у кокосовой пальмы. Одно растение может образовывать колоссальные их количества: подорожник и пастушья сумка - более пяти тысяч в год, полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris) - более миллиона. Некоторые семена съедобны, некоторые ядовиты, некоторые настолько тверды, что их не разрезать и ножом. Форма и окраска их самые разнообразные, они бывают гладкими и морщинистыми, липкими и волосистыми. То, что семена содержат запас питательных веществ, широко используется человеком. Пшеничную муку, касторовое масло или, например, сахар, содержащийся в зернах сладкой кукурузы, - все это мы получаем из эндосперма семян. В других случаях запасные вещества находятся внутри самого зародыша, в его мясистых съедобных семядолях. Так, например, обстоит дело у сои, арахиса, фасоли и гороха, семена которых лишены эндосперма.

Жизненный цикл цветкового растения                       

Цветок, уникальная для этого отдела растений структура, содержит дающие начало семенам и плоду репродуктивные органы: тычинки и пестики. Серия делений определенных содержащихся в них клеток (материнских клеток мегаспоры и микроспоры), включая т.н. редукционное деление (мейоз), приводит к образованию половых клеток (гамет) с половинным числом хромосом в каждой. Для оплодотворения мужская гамета (спермий) из пыльцевого зерна (точнее, ее ядро) должна слиться с женской (яйцеклеткой), которая находится в семяпочке, заключенной в завязи пестика. Для этого образуется прорастающая сквозь пестик пыльцевая трубка. При оплодотворении возникает зигота с нормальным для вида (двойным) числом хромосом. После серии ее делений формируется зародыш. Окружающие его ткани дифференцируются на наружную защитную оболочку семени и питательную ткань (эндосперм). Параллельно завязь (иногда вместе с соседними структурами) видоизменяется, превращаясь в плод. После периода покоя семя прорастает и зародыш развивается в новое растение. Жизненный цикл завершен.

Значение растений 

 Значение растений в природе и жизни человека. Как нам известно, все люди и животные дышат кислородом и выделяют углекислый газ. Количество углекислого газа в воздухе также увеличивается от сжигания топлива. А растения в свою очередь поглощают углекислый газ из воздуха на свету и выделяют кислород. Кроме этого растения обогащают воздух кислородом, уменьшая количество углекислого газа. Ввиду того, что кислород является необходимым компонентом для жизни людей и животных, жизнь на Земле без зелёных растений была бы невозможна. Чтобы обогатить города и сёла кислородом – проспекты, бульвары, улицы и т.д. озеленяют. Люди высаживают деревья, кустарники, обустраивают парки, бульвары, цветники, газоны. В общем, в любом городе на планете стараются как можно больше насадить растений, которые так необходимы для сохранения здоровья населения. Учитывая то, что растения поглощают углекислый газ, они также выделяют в воздух кислород и некоторые газообразные вещества, которые задерживают пыль и уничтожаю¬т вредные для здоровья микробы. Поэтому мы должны заботиться об охране наших растений, каждого листочка и приумножать зелёные насаждения, а точнее не забывать высаживать новые растения, ухаживать за ними, и охранять от повреждений. Значение растений при образовании в них органических веществ играет также немаловажную роль. Зелёные растения создают органические вещества, а люди и животные для своего питания получают их готовыми от зелёных растений. Люди выращивают культурные растения, чтобы в дальнейшем собирать урожаи плодов фруктов, овощей, зёрен и т.д. и употреблять их в пищу, заготавливать на зиму. А для сельскохозяйственных животных собирают зерна, силос, которые также необходимые для жизни животных, потому что содержат питательные органические вещества. Животные не могли бы существовать без зелёных растений, так как питаются готовыми органическими веществами, которые в них образуются. На больших лугах также можно найти много полезных органических веществ, которые используют как корм для скота. Для этого выгоняют скот на пастбища либо производят покосы трав и сбор сена. Но покосы необходимо производить в самом начале цветения трав, потому что в это время растения содержат больше всего сочных питательных веществ. Если покосы производить при цветении либо плодоношении, то травы грубеют, а их питательное качество значительно снижается. В итоге можно сказать, что значение растений в природе и жизни человека играет очень большую роль. Потому что зелёные растения дают людям пищу, сырьё для промышленности, а также корма для сельскохозяйственных животных.