§ 15. ВИЩІ РОСЛИНИ

Основні поняття й ключові терміни: ВИЩІ РОСЛИНИ. Мохоподібні. Судинні спорові рослини. Насіннєві рослини.

Пригадайте! Хто такі зелені рослини?

Посидонія океанічна (Posidonia oceanica) — найбільша рослина у світі, яка росте колоніями на дні Середземного моря неподалік від Балеарських островів. Разом з іншими морськими травами посідонія утворює підводні луки на глибині від 1 до 50 м. Дослідження однієї з колоній виявили рекорди рослинного світу: довжина сягає 8 км, а вік — від 12 000 до 200 000 років. Цікаво, це водорість чи наземна рослина, яка повернулася до життя у воді?

Які особливості вирізняють вищі рослини?

ВИЩІ РОСЛИНИ, або Ембріофіти (Embryophyta), або наземні рослини, — група зелених рослин, пристосованих до життя на суходолі. За сучасними уявленнями, до вищих рослин належать Мохоподібні та Судинні рослини, представлені групами Судинні спорові та Насіннєві. Ембріофіти походять від прісноводних зелених водоростей, а їхніми найближчими сучасними родичами є харові водорості. Через те у вищих рослин є ознаки, що вказують на спорідненість із водоростями. Їхні клітинні оболонки побудовані з молекул целюлози, що утворюють каркас, занурений у матрикс із геміцелюлози й пектинів. Клітинні оболонки, як правило, прозорі для сонячного світла, дуже стійкі до хімічних й механічних впливів, проникні для води й розчинених речовин. У зелених рослин двомембранні пластиди з хлорофілами а і b, утворюється полісахарид крохмаль, що відкладається про запас у вигляді зерен у стромі пластид тощо.

Проте умови життя на суші дуже відмінні від умов життя у воді: вони мінливіші та різноманітніші. Це стало причиною великих змін у організації наземних рослин: а) наявність тканин; б) поява вегетативних органів — кореня та пагона, що здійснюють усі процеси життєдіяльності; в) ускладнення циклу відтворення. На відміну від своїх гаплоїдних предків вищі рослини характеризується чергуванням в онтогенезі двох поколінь — нестатевого (гаметофіт) і статевого (спорофіт). Гаметофітне покоління продукує гаплоїдні статеві клітини — гамети. Гамети зливаються в зиготу, з якої формується багатоклітинний зародок (ембріон), а згодом і спорофіт.

Нестатеве покоління шляхом мейозу утворює спори, з яких розвивається гаметофіт (іл. 40).

Іл. 40. Цикл відтворення вищих рослин

Отже, ВИЩІ РОСЛИНИ (Ембріофіти) — це багатоклітинні рослини, в яких наявні тканини, органи та відбувається цикл відтворення з чергуванням поколінь.

Які особливості та різноманітність Мохоподібних?

Мохоподібні — це невисокі трав’янисті рослини, які є найбільш примітивними з вищих рослин. Про це свідчить їхня подібність із водоростями, як-то: відсутність ксилеми і флоеми, наявність ризоїдів, сланева будова тіла. Водночас мохоподібні є вищими рослинами, які мають ознаки пристосування до життя на суходолі. У них з’явились покривні й основні тканини, прості за будовою стебло і листки. Для мохоподібних характерне чергування поколінь, але на відміну від інших вищих спорових рослин у їхньому циклі відтворення гаметофіт переважає над спорофітом.

Мохоподібні включають три групи: Антоцерові, Печіночники і Справжні мохи. Типовим представником Антоцерових є антоцерос гладкий. Ця рослина цікава тим, що її слань має слизисті порожнини, в яких поселяються ціанобактерії з роду Носток.

Найбільш відомими представниками Печіночників є маршанція мінлива (печіночник звичайний), яка трапляється там, де ніколи не буває сухо: по берегах річок, у болотистих місцях, на вогких скелях, зрубах старих колодязів, стінах сільських хат тощо.

Найвідомішими представниками справжніх мохів є зозулин льон і сфагнові (торф’яні) мохи (іл. 41). Дослідженням мохоподібних займається окремий розділ ботаніки — бріологія.

Іл. 41. Представники мохоподібних: 1 — антоцерос гладкий; 2 — маршанція мінлива; 3 — зозулин льон звичайний; 4 — сфагнум випнутий

Отже, Мохоподібні — вищі спорові безсудинні рослини, в яких у життєвому циклі переважає гаметофіт.

Які особливості та різноманітність спорових та насіннєвих рослин?

Для Судинних рослин (Tracheophyta), до яких належать Судинні спорові та Насіннєві, характерна тенденція до переваги і вдосконалення спорофіта при одночасному спрощенні гаметофіта. У цієї групи вже з’являються провідні тканини, які виконують дві важливі функції. По-перше, вони утворюють транспортну систему, що здійснює переміщення поживних речовин і води по всьому тілу. По-друге, тіло рослини отримує внутрішню опору.

Судинні спорові рослини (Pteridophyta) — вищі рослини, які розмножуються та розселюються за допомогою спор. Спори у цих рослин — особливі округлі клітини, які слугують для нестатевого розмноження та розселення. Вони мають оболонки для захисту від несприятливих умов, хлоропласти, ядро, незначаний запас поживних речовин. Спорові рослини поширені на вологих ділянках суходолу. У повітряному середовищі, яке є досить сухим і сприяє випаровуванню води, статевий процес значно ускладнюється. Через те у таких рослин формуються стійкі проти висихання спори. Вони розсіюються, потрапляють у сприятливі умови, і з них виростає покоління, що утворює гамети. І саме на цьому етапі вода є вирішальним чинником існування, оскільки забезпечує зустріч чоловічих гамет із жіночими. Із гамет після запліднення утворюється зигота, з якої формується багатоклітинний зародок, а згодом і спорофіт. За сучасними уявленнями, до судинних спорових рослин належать Плауни, Хвощі, Папороті (іл. 42).

Іл. 42. Представники судинних спорових рослин: 1 — плаун булавоподібний; 2 — хвощ лісовий; 3 — щитник чоловічий

Насіннєві (Spermatophyta) — група вищих судинних рослин, які розмножуються та розповсюджуються за допомогою насіння. До насіннєвих рослин належать Саговники, Хвойні, Гінкгові, Гнетові та Квіткові (іл. 43). Ознаками вдосконалення насіннєвих рослин є: 1) розмноження насінням, що містить зародок майбутньої рослини, запас поживних речовин і насіннєву шкірку, що захищає зародок від несприятливого впливу середовища; 2) поява пилку й запилення, що забезпечує перенесення пилкових зерен із сперміями до насіннєвих зачатків з яйцеклітинами; 3) наявність насіннєвого зачатка, що забезпечує запліднення та розвиток зародка за рахунок поживних речовин добре розвиненого нестатевого покоління; 4) запліднення незалежне від води, внутрішнє (спермії проникають до насіннєвого зачатка з яйцеклітиною через пилкову трубку, а не через водне середовище). Ці ознаки дали змогу насіннєвим рослинам пристосуватися до наземних умов життя і досягти вищого рівня розвитку порівняно зі споровими рослинами.

Іл. 43. Представники насіннєвих рослин: 1 — саговник поникаючий; 2 — сосна звичайна; 3 — гінкго дволопатеве; 4 — вельвічія дивна; 5 — магнолія великоквіткова

Отже, судинні рослини поділяють на дві групи — судинні спорові й насіннєві.

Самостійна робота

Розпізнавання різних представників рослин і складання схем класифікації

Вправа 1. Розгляньте запропоновані види рослин. Зіставте ілюстрації з відповідними назвами видів. Укажіть ознаки, за якими ви розпізнавали запропоновані види рослин.

Види вищих рослин: 1 — калина звичайна; 2 — плаун-баранець; 3 — сосна сибірська; 4 — хвощ польовий; 5 — зозулин льон волосконосний; 6 — орляк звичайний.

Вправа 2. За допомогою таблиці визначте їхню належність до однієї з груп вищих рослин.

Таблиця. ДЕЯКІ ОЗНАКИ ОСНОВНИХ ГРУП ВИЩИХ РОСЛИН

Морфологічні ознаки дорослої особини

Стебло нерозгалужене, листки дрібні, зелені, коренів немає, ризоїди на стеблі, архегонії та антеридії на верхівках рослин

Стебло дихотомічно розгалужене, листки дрібні, з однією жилкою, корені додаткові, спороносні колоски (стробіли)

Стебло членисте, з вузлами, містить кремнезем, листки редуковані, корені додаткові від кореневища, стробіли

Стебло підземне (кореневище) з додатковими коренями, листкоподібні пагони (вайї), спорангії у сорусах

Стебло прямостояче, є тонка кора, деревина, камбій, листки у вигляді хвої, корені головні й бічні, насіння в шишках

Стебла трав’янисті або дерев’янисті, листки прості або складні, корені головні, бічні й додаткові, квітка, насіння, плоди

Вправа 3. Визначте положення одного з видів у системі зелених рослин і заповніть схему класифікації.

Біологія + Англійська мова

«Alternative energy can be found in plants. Indeed it sounds like science fiction, but Dutch scientists have found a way to harvest electricity from plants. When the plants perform photosynthesis, they convert solar energy into chemical energy (carbohydrates) that they use to grow. However, they don’t use it all themselves. Some of this energy is released through the roots to feed microorganisms that in turn provide minerals to the plants. But it’s not a perfectly closed system, so some energy escapes, and this is what scientists have been able to harvest».

Перекладіть текст й оцініть значення досліджень з отримання електричного струму за допомогою рослин.

Завдання для самоконтролю

1. Хто такі вищі рослини? 2. Назвіть основні групи вищих рослин 3. Хто такі мохоподібні? 4. Назвіть декілька представників мохоподібних. 5. Хто такі судинні рослини? 6. Назвіть групи судинних рослин

7. Які особливості вирізняють вищі рослини? 8. Назвіть особливості та різноманітність Мохоподібних. 9. Які особливості та різноманітність спорових та насіннєвих рослин?

10. Оцініть наукові дослідження рослин у галузі альтернативних джерел енергії.

Таблиця “Які бувають рослини: різноманітність і зовнішня будова”

Одні водні, інші сухопутні, одні мікроскопічні, а інші гігантські. Зустрічаються вони навіть в сухих пустелях і поблизу полюсів. Рослини бувають дикорослими, що ростуть в природі без участі людини, і культурними, що розводяться людьми.

Культурні своєю чергою діляться на Кімнатні та садові рослини, польові та городні культури.

Залежно від терміну життя і плодоношення рослини ділять на:

• багаторічні – ті, що живуть багато років і дають плоди або багато разів (полікарпіки), або раз в житті – перед смертю (монокарпіки);
• дворічні – квіти і плоди з’являються тільки на 2 рік життя;
• однорічні – давши плоди в перший же рік життя вони гинуть, а на наступний рік поновлюються від насіння або коренів.

Наука про рослини ділить їх на прості і складні (одноклітинні і багатоклітинні). Клітина одноклітинної рослини – це самостійний живий організм, в якому всі функції виконують її частини (органели). Ознаки одноклітинних рослин не відрізняються від інших представників царства.

До багатоклітинних відносяться частина водоростей, вищі спорові, голонасінні і покритонасінні рослини. Багато рослин мають органи. У науці орган – це частина тіла тварин або рослин з певною будовою та функціями.

Органи бувають генеративними (беруть участь в статевому розмноженні) і вегетативними (забезпечують життєдіяльність організму). Не всі багатоклітинні мають таку будову. Немає органів у нижчих рослин, до яких належать тільки водорості. Тіло вищих рослин ділиться на спеціалізовані органи.

Таблиця з поясненнями на тему “Які бувають рослини: різноманітність і зовнішня будова”

Ця таблиця надає загальний огляд різноманітності та зовнішньої будови різних типів рослин.

Запилення у рослин та його основні способи

Запилення – це процес перенесення пилкових зерен до частин рослини, у яких розміщені насінні зачатки з яйцеклітинами. У квіткових рослин запилення – це перенесення пилку з пиляка тичинок на приймочку маточки, у голонасінних пилок потрапляє безпосередньо на насінний зачаток. Відбувається запилення під час цвітіння квіткових рослин, а в голонасінних – під час формування шишок. У процесі розвитку квітки в пиляках тичинок утворюються пилкові зерна, які містять чоловічі гамети – спермії. У зав’язі маточок формуються насінні зачатки, всередині яких дозрівають жіночі гамети – яйцеклітини. Після дозрівання пиляки розтріскуються і пилкові зерна звільняються. Пилок повинен потрапити на приймочку маточки і закріпитися там, тому пилкові зерна і приймочка мають для цього певні пристосування. Отже, запилення у квіткових рослин здійснюється для того, щоб чоловічі гамети, які розвиваються у пилкових зернах, змогли зустрітися з жіночими гаметами, які формуються в насінному зачатку.

У квіткових рослин розрізняють два способи запилення: самозапилення і перехресне запилення.

Самозапилення – перенесення пилку з пиляка тичинки на приймочку маточки в межах однієї квітки. Самозапилення приводить до збільшення гомозиготності популяцій, обмежує пристосованість рослинних організмів до умов середовища, тому зустрічається в рослин рідко. Самозапилення властиве багатьом культурним рослинам (наприклад, пшениця, рис, горох, квасоля), а також частині дикорослих видів (фіалка, чина). Пристосуванням рослин до самозапилення є запилення у квітках, які взагалі не розкриваються, або самозапилення в бутонах ще до їх розкривання (у ячменю, вівса, проса). А, наприклад, у фіалки на одній рослині є квітки, які розкриваються і запилюються перехресно, і є квітки, які не розкриваються і самозапилюються. Рослини, для яких властиве лише самозапилення, у природі зустрічаються рідко. Переважна більшість самозапильних рослин можуть запилюватися і перехресно. При відсутності чинників, які здійснюють для них перехресне запилення, рослини самозапилюються. Самозапилення необхідне також для поширення рослин на великі відстані. Зазвичай від території існування виду віддаляються окремі особини і в нових умовах вони не можуть запилюватися перехресно, тому дають насіння лише після самозапилення. Ще однією перевагою самозапилення є більша надійність, особливо у випадках, коли рослини одного виду зустрічаються доволі рідко і ростуть на великих відстанях одна від одної. Отже, самозапилення, незважаючи на те, що зменшує пристосованість організмів, надає рослинам певні переваги: забезпечує насіннєве розмноження особин, які віддалені одна від одної.

Перехресне запилення – перенесення пилку з пиляка тичинки однієї квітки на приймочку маточки іншої квітки цієї самої або іншої рослини (наприклад, у вишні, яблуні). Забезпечує збільшення гетерозиготності популяцій, що обумовлює процвітання виду і можливість росту в різних умовах завдяки швидкому пристосуванню. Здійснюється перехресне запилення природним (комахами, вітром, водою тощо) та штучним (людиною) шляхами. Основними способами перехресного запилення є запилення комахами – ентомофілія (понад 80% перехреснозапильних рослин), анемофілія – вітром (береза, ліщина), гідрофілія – водою (валіснерія, стрілолист), орнітофілія – птахами (у тропічних рослин) та ін. Рослини мають певні особливості в будові квіток, що забезпечує певний спосіб перехресного запилення.

У вітрозапильних рослин квітки безбарвні, малопомітні, з невеликою оцвітиною, без запаху і нектару. Пилку утворюється дуже багато, він сухий, гладенький, дрібний та легкий. Приймочки маточок у квітках широкі або довгі, з волосками або вкриті клейким слизом, що допомагає краще вловлювати пилок. До вітрозапильних рослин належать багато лісових дерев (дуб, бук, граб, вільха, осика), дерев із суцвіттям сережка (грецький горіх, береза, ліщина), трав’янистих злакових рослин (жито, кукурудза, пшениця) тощо.

До комахозапильних рослин належить переважна більшість квіткових рослин. Приблизно 90% їх запилюються за допомогою бджіл, ос, джмелів, мух, метеликів, жуків, мурашок тощо. У квіток цих рослин є такі пристосування, як нектарники, яскраве забарвлення оцвітини, великі розміри або суцвіття, запах. Пилкові зерна великі, липкі, з горбкуватими виростами.

Квітки рослин, для яких характерне запилення водою (стрілолист), утворюють водостійкий пилок, мають велику оцвітину, яка виконує роль паруса. Запилення квітів птахами (колібрі, нектарниці) зустрічається здебільшого в тропічних широтах. Квіти фуксії, евкаліптів, алое мають, зазвичай, рідкий нектар, червоне забарвлення і зовсім не пахнуть.

Штучне запилення – це запилення, яке здійснюється людиною для підвищення урожаю і отримання нових сортів рослин. Застосовується в садівництві, квітникарстві, овочівництві, лісовому господарстві. Для підвищення врожаю проводиться тоді, коли природне запилення ускладнюється, наприклад, якщо під час цвітіння погодні умови несприятливі. При виведенні нових сортів рослин застосовуються спеціальні методики штучного запилення, завдяки чому створено високоврожайні сорти яблунь, груш, персиків, пшениці декоративні сорти троянд, сенполій та ін.

При перехресному запиленні зародок збагачується різною спадковою інформацією від обох батьківських форм. Тому в багатьох квіткових рослин є пристосування, які запобігають самозапиленню. Передусім це: 1) дводомність – розташування тичинок і маточок на квітках різних екземплярів; 2) гетеростилія – розташування тичинок і маточок на різних рівнях за допомогою стовпчиків різної довжини; 3) дихогамія – неодночасне дозрівання тичинок і маточок в одній квітці.