§ 16. Голосеменные — отдел семенных растении

Определения и обозначения

Голосеменные — отдел семенных растений, у которых семенные зачатки расположены открыто, не внутри завязи цветка. После оплодотворения из них развиваются семена, не заключённые в плод, хотя собственные покровы у семян есть. Название помогает отличить эти растения от цветковых: у цветковых семена находятся внутри плода.

Шишка — видоизменённый побег, на котором располагаются органы размножения голосеменных. Её чешуи несут пыльцевые мешки или семенные зачатки — в зависимости от вида шишки. Поэтому шишка не похожа на цветок, но выполняет важную роль в размножении растения.

Пыльца — образование, в котором находятся мужские половые клетки или клетки, дающие им начало. В размножении она служит средством доставки этих клеток к семенному зачатку; у сосны её обычно переносит ветер. Так голосеменным не нужно, чтобы мужские клетки плыли к яйцеклетке в воде.

Семенной зачаток — образование, внутри которого находится женская половая клетка и из которого после оплодотворения развивается семя. У голосеменных он расположен открыто на чешуе женской шишки, а не внутри завязи. Зачаток нужен для формирования семени, которое содержит зародыш будущего растения и запас питательных веществ.

Как это устроено

В жизненном цикле голосеменных преобладает взрослое растение: именно оно растёт, образует органы размножения и производит споры, из которых развиваются клетки, участвующие в половом процессе. Размножение связано с образованием пыльцы и семян. Семя защищает зародыш и содержит запас питания, поэтому молодой организм может начать развитие не сразу и не только в воде. Это даёт семенным растениям преимущество перед споровыми при расселении по суше.

У сосны на одном взрослом растении обычно развиваются мужские и женские шишки, но их устройство различается. В мужских шишках на чешуях расположены пыльцевые мешки, где образуется пыльца. На чешуях женских шишек находятся семенные зачатки. Такое разделение позволяет одной группе шишек производить пыльцу, а другой — обеспечивать развитие семян.

Опыление — это перенос пыльцы к семенному зачатку; само по себе оно ещё не означает слияния половых клеток. У сосны пыльцу обычно подхватывает ветер и переносит к женской шишке. Пыльцевое зерно попадает на семенной зачаток, расположенный на его чешуе. После этого начинается следующий этап — мужские половые клетки должны достичь яйцеклетки внутри зачатка.

После опыления мужская половая клетка сливается с яйцеклеткой: это называется оплодотворением. У голосеменных мужские клетки доставляются к яйцеклетке пыльцой, часто с помощью пыльцевой трубки, поэтому им не нужно передвигаться во внешней воде. У споровых растений мужские половые клетки обычно добираются до яйцеклетки по воде, и потому размножение сильнее зависит от влажной среды. После оплодотворения семенной зачаток развивается в семя.

У сосны после опыления женская шишка растёт и постепенно созревает, а семена формируются на её чешуях. Когда шишка раскрывается, семена выпадают и могут разноситься ветром; у сосны этому помогают крылышки на семенах. Семена не заключены в плод, потому что у голосеменных нет цветка и завязи, из которой у цветковых образуется плод. Значит, созревшая шишка не превращается в плод, а остаётся побегом с чешуями.

Особенности размножения голосеменных

Чтобы пользоваться таблицей, сначала выясните, что именно обнаружено на чешуях: пыльца или семенные зачатки. Затем сопоставьте признак с ролью шишки. Помните, что опыление относится к переносу пыльцы, а оплодотворение происходит позднее.

Разбор задач

Задача 1

На чешуе шишки обнаружены семенные зачатки. Определите, к какой шишке они относятся и почему. Нужно различить мужскую и женскую шишки не по размеру или цвету, а по тому, какие образования находятся на их чешуях.

1. Вспомним признак мужской шишки: в ней формируется пыльца.
2. Семенные зачатки служат местом, где после оплодотворения развивается семя.
3. Их расположение на чешуе указывает на шишку, участвующую в образовании семян.

Ответ: это женская шишка, потому что именно на её чешуях расположены семенные зачатки.

Задача 2

Пыльца сосны попала на семенной зачаток. Расположите дальнейшие события в правильном порядке: оплодотворение, образование семени, созревание шишки. Здесь важно отличить событие внутри семенного зачатка от последующего развития шишки и семян.

1. Сначала после опыления происходит оплодотворение: мужская половая клетка сливается с яйцеклеткой.
2. Затем оплодотворённый семенной зачаток развивается в семя.
3. Позже женская шишка, в которой находятся семена, продолжает развиваться и созревает.

Ответ: оплодотворение → образование семени → созревание шишки. Опыление уже произошло, когда пыльца попала на семенной зачаток, поэтому его не нужно включать в заданную последовательность.

Задача 3

У растения есть семена, но они лежат открыто на чешуях и не заключены в плод. К какому отделу относится растение? Обоснуйте ответ двумя признаками. Чтобы решить задачу, сопоставим строение семян и размножение растения с отличительными признаками отделов.

1. Первый признак — семена находятся открыто на чешуях, а не внутри плода.
2. Второй признак — такие чешуи собраны в шишку; семенные зачатки у голосеменных расположены на чешуях женской шишки.
3. У цветковых семена развиваются внутри плода, поэтому описание им не соответствует.

Ответ: растение относится к голосеменным. Два признака: семена не заключены в плод и связаны с чешуями шишки, на которых открыто расположены семенные зачатки.

Типичные ошибки

Называть шишку плодом — ошибка: плод развивается из завязи цветка после оплодотворения, а у голосеменных цветков и завязи нет. Шишку могут принять за плод, потому что в ней созревают семена. Проверьте себя вопросом: есть ли у растения завязь, из которой сформировалось образование? У голосеменных шишка — видоизменённый побег.

Неверно считать, что семена голосеменных совсем лишены оболочки. Они не заключены в плод, но имеют собственные покровы, защищающие семя. Путаница возникает из-за слова «голые»: оно означает открытое положение семян относительно плода, а не отсутствие оболочки. Для проверки различайте оболочку самого семени и плод вокруг него.

Опыление и оплодотворение — не одно и то же. Опыление означает, что пыльца перенесена к семенному зачатку, а оплодотворение — что половые клетки слились. Эти понятия путают, потому что оба относятся к размножению и происходят последовательно. Проверьте себя: если описан только перенос пыльцы, оплодотворение ещё не обязательно состоялось.

Утверждение, что голосеменным обязательно нужна вода для оплодотворения, неверно. У споровых растений мужские клетки перемещаются к яйцеклетке в воде, и этот знакомый способ могут ошибочно перенести на все растения. У голосеменных пыльца доставляет мужские половые клетки к семенному зачатку, часто через пыльцевую трубку. Значит, для оплодотворения не требуется вода как среда передвижения клеток.

Связь с другими темами

Чтобы понять размножение голосеменных, полезно знать строение семени и основные органы растения. Также пригодится различие между размножением спорами и семенами: споровые растения образуют споры, а семенные — семена с зародышем и запасом питания. Эти знания помогают объяснить, почему семенное размножение связано с другими способами переноса половых клеток.

Позже сравнение голосеменных с покрытосеменными поможет увидеть главное отличие: у покрытосеменных семена развиваются внутри плода, а у голосеменных не заключены в него. Строение шишек и образование семян важно и для понимания хвойных лесов. Хвойные растения создают среду обитания для других организмов и участвуют в жизни экосистем.

Что запомнить

• Голосеменные образуют семена, но не образуют цветков и плодов.
• Семенные зачатки расположены открыто на чешуях женских шишек.
• Мужские шишки образуют пыльцу, женские несут семенные зачатки.
• Пыльца обычно переносится ветром.
• Опыление и оплодотворение — разные этапы размножения.
• Из семенного зачатка после оплодотворения развивается семя.