§53. Размножение и значение хвойных деревьев

Определения и обозначения

Хвойные — семенные растения, у большинства которых листья имеют вид иголок или чешуек. К этой группе относятся, например, сосна и ель. Игольчатые или чешуйчатые листья помогают узнать многие хвойные, а образование семян отличает их от растений, размножающихся только спорами. При этом главное для группы — не одна лишь форма листьев, а размножение семенами.

Шишка — укороченный побег с чешуями, на которых расположены органы размножения хвойных. Это не цветок, а особый орган, строение которого связано с образованием пыльцы или семязачатков. Различие между шишками помогает понять, где начинается каждый этап размножения.

Опыление — перенос пыльцы к семязачатку. У большинства хвойных пыльцу переносит ветер: она распространяется по воздуху и может попасть на женскую шишку. Опыление подготавливает дальнейший процесс, но само по себе ещё не означает, что семя уже образовалось.

Семязачаток — образование на чешуе женской шишки, из которого после оплодотворения развивается семя. Внутри него находится женская половая клетка, с которой позднее сливается мужская. Поэтому именно семязачаток становится местом, где начинается развитие будущего семени.

Как это устроено

У хвойных образуются мужские и женские шишки, потому что для размножения нужны пыльца и семязачатки. В мужских шишках созревает пыльца, а на чешуях женских находятся семязачатки. Размещение этих органов в разных шишках позволяет понять, какую задачу выполняет каждая из них. У некоторых видов обе разновидности шишек находятся на одном дереве.

Пыльца переносится ветром с мужских шишек к семязачаткам на женских. Мелкие пылинки подхватываются потоками воздуха и могут попасть на чешуи женской шишки. Вода для переноса мужских половых клеток хвойным не нужна: мужская клетка доставляется к семязачатку внутри пыльцы, а не плывёт к нему в воде. Поэтому хвойные могут размножаться и на суше, где нет постоянного слоя воды вокруг органов размножения.

Когда пыльца достигает семязачатка, опыление уже состоялось, но это ещё не оплодотворение. Затем мужская половая клетка соединяется с женской половой клеткой — происходит оплодотворение. После этого в семязачатке начинается развитие зародыша и формируется семя. Между попаданием пыльцы и появлением семени проходит время, поэтому сразу после опыления зрелых семян на шишке не видно.

Семена хвойных развиваются открыто на чешуях женской шишки, а не внутри плода. По мере созревания шишка меняется: её чешуи раскрываются, и семена могут выпасть. У многих хвойных лёгкие семена разносятся ветром; у некоторых есть крылышко, которое помогает им дольше держаться в воздухе. Так семена оказываются вдали от материнского дерева и получают возможность прорасти на новом месте.

Хвойные важны и для природных сообществ, и для человека. Образованные ими леса служат средой обитания и источником пищи для множества организмов, а корни деревьев помогают удерживать почву и уменьшают её смыв. Древесину используют в строительстве и для изготовления бумаги, а смолу и другие продукты хвойных применяют в хозяйстве. Сохранение хвойных лесов важно не только ради ресурсов: от них зависит жизнь многих обитателей леса.

Мужские и женские шишки хвойных

Сравнивай шишки по тому, что в них образуется и где расположены органы размножения. Мужские шишки дают пыльцу, а женские несут семязачатки и после опыления участвуют в развитии семян. Такая проверка помогает не перепутать названия шишек с их функциями.

Разбор задач

Задача 1. На ветке сосны обнаружены две группы шишек. В одних созревает пыльца, в других расположены семязачатки. Нужно определить, какие шишки мужские, а какие женские. Сначала сопоставим найденные образования с функциями шишек.

1. Пыльца образуется в мужских шишках, значит группа с пыльцой — мужская.
2. Семязачатки расположены на чешуях женских шишек, значит вторая группа — женская.

Ответ: шишки с пыльцой мужские, а шишки с семязачатками женские. Определить это можно по содержимому, даже если внешний вид шишек незнаком.

Задача 2. Пыльца сосны попала на женскую шишку, но семена пока не образовались. Нужно объяснить, какие процессы должны произойти дальше. Не следует считать попадание пыльцы уже готовым семенем: между ними есть несколько этапов.

1. Попадание пыльцы к семязачатку означает, что произошло опыление.
2. Затем мужская половая клетка должна соединиться с женской клеткой внутри семязачатка; это оплодотворение.
3. После оплодотворения из семязачатка начинает развиваться семя, которому требуется время для созревания.
4. Когда семена созреют, чешуи шишки могут раскрыться, и семена смогут распространиться.

Ответ: после опыления происходят оплодотворение, развитие и созревание семени. Поэтому отсутствие семян сразу после попадания пыльцы закономерно.

Задача 3. Сравните размножение сосны и цветкового растения: укажите, где находятся семязачатки и семена, и объясните, почему у сосны не образуется плод. Чтобы ответить, нужно проследить, где расположены семязачатки до оплодотворения и куда попадают семена после него.

1. У сосны семязачатки находятся на чешуях женской шишки, и семена после развития остаются открытыми на чешуях.
2. У цветкового растения семязачатки находятся внутри завязи цветка; после оплодотворения из них развиваются семена.
3. Завязь цветка превращается в плод, который окружает семена. У сосны завязи нет, поэтому плод не формируется.

Ответ: у сосны семязачатки и семена расположены открыто на чешуях шишки, а у цветкового растения семязачатки находятся внутри завязи и семена оказываются внутри плода. Плод у сосны не образуется, потому что у неё нет завязи цветка.

Типичные ошибки

Ошибка: называть мужские и женские шишки цветками. Их можно спутать, потому что и шишки, и цветки участвуют в размножении. Но хвойные не образуют цветков: шишка — особый укороченный побег. Проверь себя вопросом: есть ли у растения цветок с завязью? У хвойных вместо него органы размножения находятся на чешуях шишек.

Ошибка: считать опыление и оплодотворение одним событием. Оба процесса связаны с пыльцой и семенами, поэтому их легко смешать. Опыление — перенос пыльцы, а оплодотворение — соединение половых клеток, которое происходит позднее. Проверь последовательность: сначала пыльца достигает семязачатка, затем возможно оплодотворение.

Ошибка: утверждать, что семена хвойных находятся внутри плода. Такое представление переносят с цветковых растений, у которых семена развиваются внутри плода. У хвойных плод не формируется, а семена лежат на чешуях шишки. Для проверки вспомни, есть ли у сосны завязь, из которой мог бы развиться плод: её нет.

Ошибка: считать, что пыльцу хвойных переносят вода или насекомые. Эти способы переноса известны по другим растениям, но у большинства хвойных пыльцу переносит ветер. Проверь ответ по тому, куда попадает пыльца: она переносится по воздуху к семязачатку на женской шишке. Значит, для описанного опыления не нужны ни вода, ни насекомое-переносчик.

Связь с другими темами

Для понимания размножения хвойных полезно знать строение побега и органов размножения растений, а также различать опыление и оплодотворение. Эта тема продолжает изучение семенных растений и помогает сравнивать голосеменные с покрытосеменными: у первых семена открыты на чешуях, у вторых заключены в плод. Позже эти знания пригодятся при изучении лесных экосистем и охраны природы. Они также помогают объяснить, почему человек использует хвойные растения и почему важно сохранять их местообитания.

Что запомнить

• Хвойные относятся к семенным растениям.
• У хвойных есть мужские и женские шишки.
• Пыльца обычно переносится ветром.
• После опыления и оплодотворения из семязачатка развивается семя.
• Семена хвойных лежат открыто на чешуях шишек.
• Хвойные имеют большое значение для природы и человека.