Высшие растения

Определения и обозначения

Высшее растение — растение, тело которого расчленено на органы и ткани, приспособленные к жизни на суше. Ткани состоят из похожих клеток, выполняющих общую работу, а органы образованы несколькими тканями. Такое разделение помогает растению одновременно закрепляться в почве, получать вещества и поддерживать рост. Поэтому высшие растения могут жить не только в воде, но и на суше.

Вегетативный орган — орган растения, обеспечивающий питание, рост и обмен веществ: корень, стебель или лист. Корень обычно поглощает воду и минеральные вещества, стебель поддерживает другие органы и проводит вещества, а лист участвует в образовании питательных веществ. Это разделение работы делает растение более эффективным. Знание функций органов помогает понять, как растение приспосабливается к условиям среды.

Споровое растение — высшее растение, размножающееся спорами и не образующее семян. Спора может попасть в подходящее место и дать начало новому поколению, но для дальнейшего размножения у многих споровых растений необходима вода. К этой группе относятся мхи и папоротникообразные. Понятие помогает отличать их от растений, у которых развиваются семена.

Семенное растение — высшее растение, размножающееся семенами, формирующимися после оплодотворения. В семени находятся зародыш будущего растения и запас питательных веществ, а оболочка защищает их. Благодаря этому зародыш может пережить неподходящие условия и начать развитие позже. К семенным растениям относятся голосеменные и покрытосеменные.

Как это устроено

Выход на сушу поставил перед растениями новые задачи. В воде растение окружено влагой, а на суше вода может быстро испаряться, поэтому поверхность тела нуждается в защите. При этом вода и растворённые в ней вещества должны поступать внутрь и перемещаться к разным частям растения. Для этого у многих высших растений появились покровные и проводящие ткани, а также органы, которые поглощают, проводят и испаряют воду; испарение помогает движению воды по растению.

Органы возникают благодаря объединению тканей, а не существуют отдельно от них. В корне ткани помогают поглощать воду, закреплять растение и проводить вещества; в стебле — поддерживать листья и соединять разные части растения. Листовая пластинка получает свет и обменивается газами с окружающей средой, а содержащиеся в ней клетки образуют питательные вещества. Каждый орган специализируется на своей работе, поэтому повреждение одного из них может нарушить работу всего растения.

У водорослей тело обычно не разделено на настоящие корень, стебель и лист, а называется слоевищем. Многие водоросли живут в воде и получают воду и растворённые вещества через поверхность тела, поэтому им не требуются те же приспособления, что наземным растениям. У высших растений клетки разных тканей отличаются строением и выполняемыми задачами. Такая специализация позволяет защищать тело от высыхания, доставлять вещества на расстояние и развивать отдельные органы.

В жизненном цикле высших растений последовательно сменяются два поколения. Спорофит образует споры, из которых развивается гаметофит; тот образует половые клетки. После слияния мужской и женской половых клеток возникает начало нового спорофита. Такая смена поколений связывает бесполое размножение спорами и половое размножение, а соотношение поколений у разных групп растений неодинаково.

На суше оплодотворение, зависящее от свободной воды, ограничивает размножение: подвижным мужским половым клеткам нужно добраться до яйцеклетки. У многих споровых растений это происходит только при наличии влаги. У семенных растений пыльца переносит мужские клетки к женским структурам, поэтому вода снаружи не нужна. После оплодотворения формируется семя с зародышем и запасом пищи, что защищает новое растение и помогает ему переждать неблагоприятное время.

Основные группы высших растений и их признаки

Сначала определите, есть ли у растения семена: это сразу отделяет семенные группы от споровых. Затем сравните наличие цветка и плода, чтобы различить голосеменные и покрытосеменные. При сравнении мхов и папоротникообразных обратите внимание на органы и преобладающее поколение.

Разбор задач

Задача 1. Распределите сфагнум, папоротник, сосну и берёзу по группам высших растений и укажите способ их размножения. Нужно сопоставить каждое растение с признаками группы, а не только запомнить его название. Учитываем, есть ли у растения семена, цветки и плоды. Затем называем способ размножения.

1. Сфагнум — мох, поэтому он относится к споровым растениям и размножается спорами.
2. Папоротник — папоротникообразное растение; он тоже размножается спорами и семян не образует.
3. Сосна — голосеменное растение: у неё формируются семена, но нет цветков и плодов.
4. Берёза — покрытосеменное растение: её семена развиваются после цветения, внутри плода.

Ответ: сфагнум и папоротник размножаются спорами; сосна и берёза — семенами. Сосна относится к голосеменным, а берёза — к покрытосеменным. Для сфагнума учитываем, что у мхов нет настоящих корней.

Задача 2. Объясните, почему папоротнику для оплодотворения нужна вода, а сосне — нет. Для ответа сравним, как мужские половые клетки достигают яйцеклетки. У папоротника нет семян и пыльцы, а сосна относится к семенным растениям. Значит, различие связано с путём переноса мужских клеток.

1. У папоротника подвижные мужские гаметы должны переместиться к яйцеклетке.
2. Для такого перемещения необходима водная плёнка, поэтому оплодотворение обычно возможно во влажных условиях.
3. У сосны мужские клетки переносятся к женским структурам с пыльцой, и свободная вода для этого не нужна.

Ответ: папоротнику нужна вода для движения мужских гамет к яйцеклетке. У сосны доставку обеспечивает пыльца, а после оплодотворения формируется семя с зародышем.

Задача 3. У растения есть корень, стебель и листья; образуются семена, но нет цветков и плодов. Определите группу и обоснуйте ответ. Одного признака семян недостаточно, чтобы выбрать между двумя группами семенных растений. Поэтому проверяем, образует ли растение цветки и плоды. Совокупность признаков даст однозначный результат.

1. Наличие корня, стебля и листьев показывает, что у растения развиты настоящие органы.
2. Наличие семян означает, что это семенное, а не споровое растение.
3. Отсутствие цветков и плодов отличает голосеменные от покрытосеменных.

Ответ: это голосеменное растение. Вывод основан на сочетании семян с отсутствием цветков и плодов; сосна — пример такой группы.

Типичные ошибки

Водорослей иногда называют высшими растениями, если они крупные или имеют сложную форму. Размер не определяет группу: у водорослей обычно нет настоящих органов и разделения тела на специализированные ткани. Ошибку допускают, принимая внешнее сходство за признак родства. Проверьте себя: есть ли у организма корень, стебель и лист как органы?

Спору можно ошибочно принять за семя, потому что обе структуры участвуют в размножении. Но спора обычно представляет собой одну клетку и не содержит зародыша с запасом пищи, тогда как семя устроено сложнее. Различайте их не по размеру, а по наличию зародыша и питательных веществ. Если они есть, перед вами семя.

Не у всех высших растений есть настоящие корни, стебли и листья. У мхов корни отсутствуют, а их стебель и листья устроены проще, чем органы других высших растений. Путаница появляется, когда внешне похожие части автоматически считают одинаковыми органами. Уточните, выполняет ли часть растения функции настоящего корня и имеет ли соответствующее строение.

Спорофит и гаметофит часто путают, если не связывать названия с тем, что образует каждое поколение. Спорофит образует споры, а гаметофит — половые клетки. Названия сами подсказывают различие, но важно проследить последовательность поколений в жизненном цикле. Для самопроверки спросите себя: какое поколение образует споры, а какое — гаметы?

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, полезно знать строение растительной клетки и основные ткани: так легче понять, как клетки объединяются для выполнения общей работы. Знание особенностей водорослей помогает сравнить их тело с органами высших растений. Эти представления пригодятся при изучении мхов, папоротникообразных и семенных растений, а также их жизненных циклов. Приспособления к суше помогают объяснять разнообразие растений в экосистемах и изменения растительного мира в ходе эволюции.

Что запомнить

• Высшие растения имеют ткани и органы, в отличие от большинства водорослей.
• К основным органам высших растений относятся корень, стебель и лист.
• Мхи, папоротники и другие споровые растения размножаются спорами.
• Семенные растения размножаются семенами и лучше приспособлены к жизни на суше.
• У высших растений происходит чередование спорофита и гаметофита.
• Папоротникообразным для оплодотворения обычно нужна вода, а семенным растениям — нет.
• К семенным растениям относятся голосеменные и покрытосеменные.