Семенные растения и их общая характеристика

Одним из важнейших приобретений в эволюции растений стало семя. В отличие от споровых, семенные растения размножаются семенами.

Эволюционное развитие семенных растений шло по пути дальнейшей редукции гаметофита. Все семенные растения разноспоровые, и их крайне редуцированный гаметофит заключен внутри мегаспоры. Мегаспора находится в мегаспорангии - нуцеллусе. Нуцеллус покрыт одним или двумя дополнительными слоями ткани - интегументами. Они полностью заключают в себя спорангий, оставляя лишь отверстие на верхушке - микропиле. Нуцеллус и интегумент вместе называются семязачатком.

На мегаспоре - женском гаметофите развивается яйцеклетка. После оплодотворения формируется миниатюрный спорофит, а интегументы превращаются в семенную кожуру. Так формируется семя.

Семена при созревании отделятся от материнского растения и обычно имеют разнообразные приспособления для распространения.

Древнейшие из известных семенных растений относятся к позднему девону (около 360 млн. лет назад). Это были семенные папоротники.

Современные семенные растения представлены двумя отделами: голосеменными (Pinophyta) и покрытосеменными (Magnoliophyta).

Семязачатки голосеменных располагаются открыто на поверхности мегаспорофиллов, не образующих плодов. У покрытосеменных мегаспорофиллы, срастаясь краями, образуют полость, к внутренней поверхности которой и прикрепляются семязачатки. При созревании семян мегаспорофиллы образуют их вместилище, называемое плодом.

Голосеменные — древняя группа, берущая свое начало с верхнего девона и органично связанная о группой праголосеменных растений. Расцвет голосеменных приходится на мезозойскую эру, когда господствовали теплолюбивые

виды. К концу мезозоя происходит сокращение таких теплолюбивых форм, как беннеттитовые, саговниковые, семенные папоротники. Второе рождение голосеменные обрели благодаря появлению холодостойких видов в недрах мезозойской флоры. Возможно, что их возникновение было связано с местными внутриматериковыми оледенениями. Эти виды оказались способными в кайнозойскую эру осваивать обширные пространства в умеренных и умереннохолод- ных областях Северного полушария, где они и поныне на больших территориях занимают господствующее положение в сложении растительного покрова. Широкое распространение голосеменных в значительной степени объясняется тем, что размножение у них осуществляется семенами. Семя как зачаток нового организма представляет собой комплексный многоклеточный орган, состоящий из зародыша, запасающих тканей эндосперма и многослойной семенной кожуры, надежно обеспечивающей сохранность зародыша. У большинства голосеменных семена обладают периодом покоя. Таким образом, молодые растения вступают в самостоятельную жизнь более жизнеспособными, чем споровые растения.

При прорастании семени первым появляется зародышевый корешок, который формирует стержневую корневую систему; лишь у немногих видов главный корень заменяется системой боковых или придаточных корней. Наличие главного корня явилось базой для возможного формирования крупных древесных форм. Этому способствовало также наличие длительно функционирующего камбия, который формирует древесину — водопроводящую ткань, обладающую большой механической прочностью. Среди современных голосеменных преобладают древесные формы, однако важно подчеркнуть, что среди древних палеозойских видов в разных систематических группах голосеменных встречались формы травянистые, кустарниковые, древесные со слабо развитой древесиной. Среди современных саговниковых имеются древесные формы со значительно развитой сердцевиной и корой, виды с клубневидными побегами полудревесной и типично травянистой жизненных форм. У подавляющего большинства голосеменных побеги нарастают моноподиально. Примитивные голосеменные характеризуются отсутствием ветвления, большинство же ныне живущих видов обильно ветвится. Листья всех голосеменных, несмотря на колоссальное разнообразие их форм и размеров, имеют синтеломное происхождение. Из числа современных древние виды имеют крупные, сильно рассеченные листья, у большинства же видов листья мелкие, игловидные или чешуевидные. Древесина голосеменных состоит в основном из трахеид, паренхима развита довольно слабо, либриформ отсутствует. Характерным признаком трахеид голосеменных является наличие окаймленных пор, ровными рядами расположенных на радиальных и тангентальных стенках. Для флоэмы характерно отсутствие клеток-спутниц.

Все голосеменные — разноспоровые растения; в подавляющем большинстве случаев имеются микро- и мегастробилы различной формы, которые, в свою очередь, могут объединяться в констробилы. В микроспорангиях формируются микроспоры, которые начинают прорастать под оболочкой. Проросшие микроспоры — мужские гаметофиты, заключенные в оболочку микроспоры, называются пылинками, а совокупность пылинок — пыльцой. После первого деления микроспоры возникает одна маленькая клетка и вторая — более крупная, которая может отчленить еще одну маленькую клетку (рис. 66). Эти первые (одна или две) клетки соответствуют вегетативной части гаметофита (по-гречески prothallium), поэтому называются проталлиаль- н ы м и. Более крупная клетка, получившая название антеридиальной инициал и, делится еще раз с образованием двух очень специализированных клеток. Одна из них формирует антеридий и поэтому называется анте- ридиальной. Судьба другой клетки зависит от типа полового процесса. У наиболее примитивных групп, у которых половой процесс осуществляется с помощью сперматозоидов, из второй клетки развивается гаустория, поэтому ее называют гаусториальной. У высших голосеменных, у которых половой процесс происходит с помощью спермиев, из этой клетки развивается пыльцевая трубка, поэтому ее называют клеткой трубки, или сифоногенной. Часто ее называют вегетативной, хотя к вегетативной части гаметофита она не имеет никакого отношения. Антеридиальная клетка делится на 2 клетки, одна из которых либо образует 2 сперматозоида, и тогда называется сперматогенной, либо 2 спермия, и тогда называется спермагенной. Вторая клетка антеридия остается стерильной и впоследствии разрушается. Разные авторы, по-разному ее интерпретируя, называют эту клетку ножкой, стенкой антеридия, дислокатором, сестринской клеткой, внося терминологическую неясность; поэтому предложено называть ее просто стерильной клеткой. Пылинка, состоящая у различных видов из разного количества клеток, разносится ветром. Поскольку у голосеменных в отличие от покрытосеменных нет замкнутой завязи, пылинка попадает непосредственно на семязачаток.

Развитие семязачатка начинается с появлением срединного бугорка — ну- целлуса, внутри которого на ранних стадиях развития выделяется одна крупная спорогенная клетка (рис. 67). Позднее она подвергается редукционному (мейотическому) делению и образует 4 неравноценные клетки — мегаспоры. Поэтому нуцеллус следует рассматривать как мегаспорангий. Вслед за бугорком — нуцеллусом из периферической меристемы возникает 2 бугорка, которые, разрастаясь, начинают формировать валик. Он обгоняет в своем росте нуцеллус, нависая над ним и образуя интегумент с небольшим отверстием — микропиле, или пыльцевходом. Таким образом, семязачаток пред-

ставляет собой сложный орган, состоящий из мегаспорангия — нуцеллуса
и покрова — интегумента. По поводу происхождения интегумента суще-
ствует ряд гипотез. Согласно одной из них, синангиальной, семязачаток воз-
ник из синангия, у которого внутренний спорангий остался фертильным (т.е.
продуцирует споры), а периферические подверглись стерилизации и образова-
ли интегумент. Согласно другой, теломной, теории интегумент представляет
собой результат срастания периферических изначально вегетативных теломов
вокруг одного спороносного. Эта теория согласуется с палеоботаническими
находками, которые относятся к праголосеменным и вымершим голосемен-
ным — семенным папоротникам.

Из четырех образовавшихся мегаспор 3 мелкие погибают, а крупная прора-
стает в женский гаметофит, или заросток, который у голосеменных называет-
ся эндоспермом. После оплодотворения из семязачатка формируется семя.
Интегумент превращается в семенную кожуру, нуцеллус расходуется на раз-
вивающийся зародыш, от него остается тонкая пленочка. Ткани заростка или
эндосперма сильно разрастаются, и в них откладываются запасные питатель-
ные вещества. Из оплодотворенной яйцеклетки формируется зародыш, состо-
ящий из корешка, стебелька и почечки с 2—18 семядолями.

Классификация голосеменных основана на разных подходах. Согласно новейшей классификации, отдел объединяет 6 классов; из них 2 класса вымерших растений — семенные папоротники и беннеттитовые и 4 класса ныне живущих — саговниковые, гинкговые, оболочкосеменные и хвойные