§ 36. Растения и их многообразие

Определения и обозначения

Растения — организмы, для которых характерны автотрофное питание и, у большинства, клеточная стенка из целлюлозы. Автотрофы сами образуют органические вещества, обычно используя энергию света при фотосинтезе. Эти признаки помогают отличать растения от животных, грибов и бактерий, хотя отдельные организмы могут иметь необычные особенности.

Низшие растения — организмы, тело которых не разделено на настоящие органы и ткани. К ним в школьной классификации относят водоросли, у которых тело часто называют слоевищем. Это понятие помогает отличить простое строение водорослей от организации наземных растений.

Высшие растения — растения, у которых тело образовано тканями и органами, а многие приспособлены к жизни на суше. Органы выполняют разные задачи: например, корень закрепляет растение и поглощает воду, а лист участвует в фотосинтезе. Термин нужен, чтобы обозначить более сложный уровень организации по сравнению со слоевищем.

Жизненная форма — внешний облик растения, связанный с условиями среды и способом существования. Деревья, кустарники и травы различаются строением побегов и тем, как переживают неблагоприятный сезон. Сравнение жизненных форм показывает, каким образом растения приспосабливаются к климату и другим условиям.

Как это устроено

Растения выделяют в самостоятельную группу прежде всего из-за сочетания клеточного строения и способа питания. При фотосинтезе они используют свет, воду и углекислый газ для образования органических веществ, поэтому служат источником пищи и энергии для многих организмов. Животные получают готовые органические вещества, грибы всасывают их из окружающей среды, а бактерии настолько разнообразны, что их выделяют в отдельную группу. Клеточная стенка растительных клеток придаёт им форму и опору, хотя сам по себе этот признак не встречается только у растений.

Освоение суши потребовало от растений решать проблемы, которые в воде были менее острыми: не высыхать, удерживаться на поверхности и доставлять воду к разным частям тела. У водорослей тело-слоевище может непосредственно соприкасаться с водой, а у наземных растений сформировались органы и ткани с разными функциями. Проводящие ткани переносят воду и растворённые вещества, а покровные ткани уменьшают потерю влаги. Корни, стебли и листья помогают закрепляться, расти и получать ресурсы.

Появление тканей и органов сделало возможным разделение функций между частями растения, а семена повысили шансы зародыша пережить неблагоприятное время. В отличие от споры, семя содержит зародыш и запас питательных веществ, защищённые оболочкой. Цветок обеспечил более специализированное размножение, а плод стал защищать семена и помогать их распространению. Эти новшества не возникли одновременно, а накапливались в ходе эволюции и позволяли осваивать новые условия.

У мхов и папоротников оплодотворение зависит от воды, потому что их мужские гаметы должны переместиться по влажной поверхности к яйцеклетке. Поэтому такие растения чаще встречаются там, где достаточно влаги, хотя некоторые способны жить и в более сухих местах. У семенных растений пыльца переносит мужские половые клетки к семязачатку, и свободная вода для их встречи не нужна. Семенное размножение поэтому расширило возможности растений для расселения по суше.

Растения живут в водоёмах, лесах, степях, пустынях и других средах, где отличаются доступность воды, света и питательных веществ. Естественный отбор сохранял особенности, помогающие выживать в конкретных условиях: например, запасание воды или устойчивость к холоду. Поэтому многообразие растений отражает не только их происхождение, но и разнообразие экологических условий. Жизненная форма и строение позволяют увидеть часть таких приспособлений.

Основные группы растений и их признаки

Сравнивайте группы по нескольким признакам сразу: строению тела, проводящим тканям и способу размножения. Особенно полезно выяснить, есть ли семена, цветки и плоды, а также нужна ли свободная вода для оплодотворения. Некоторые особенности водорослей различаются между группами, поэтому в таблице указаны общие характеристики.

Разбор задач

Задача 1. Распределите водоросль, мох, папоротник, сосну и цветковое растение по основным группам и укажите общий признак каждой группы. Для решения важно не полагаться на внешний вид: у разных растений он может быть похожим. Сначала определим, какие диагностические признаки указаны в названиях организмов. Затем соотнесём их с характерными особенностями групп.

1. Водоросль относим к водорослям: её тело обычно представлено слоевищем, без настоящих органов и тканей.
2. Мох относим к моховидным: он размножается спорами, а для оплодотворения ему необходима вода.
3. Папоротник относится к папоротниковидным: у него есть корни, стебель и листья, но размножается он спорами.
4. Сосну относим к голосеменным: она образует семена, но не имеет цветков и плодов.
5. Цветковое растение относится к покрытосеменным: его характерные признаки — цветок и плод с семенами.

Ответ. Водоросль — водоросли; мох — моховидные; папоротник — папоротниковидные; сосна — голосеменные; цветковое растение — покрытосеменные. Группы различают по организации тела и размножению: от слоевища и спор до семян, цветков и плодов.

Задача 2. Объясните, почему мхи и папоротники чаще встречаются во влажных местах, чем семенные растения. Нужно связать местообитание не просто с наличием воды вокруг растения, а с особенностью жизненного цикла. Сравним, как мужские половые клетки достигают яйцеклетки у разных групп. Это позволит объяснить, почему зависимость от влаги неодинакова.

1. У мхов и папоротников мужские гаметы должны перемещаться к яйцеклетке по влажной поверхности.
2. Если воды недостаточно, такое перемещение затрудняется, а оплодотворение становится менее вероятным.
3. У семенных растений мужские клетки доставляются к семязачатку пыльцой и пыльцевой трубкой, поэтому свободная вода для оплодотворения не требуется.

Ответ. Мхи и папоротники чаще связаны с влажными местами из-за зависимости оплодотворения от воды. Семенные растения могут размножаться без свободной воды, поэтому эта особенность позволяет им осваивать более сухие местообитания.

Задача 3. У неизвестного растения есть корень, стебель, листья и семена, но отсутствуют цветки и плоды. Определите его группу. Наличие органов показывает, что перед нами высшее растение, но этого недостаточно для точного ответа. Решающий признак — семена в сочетании с отсутствием цветков и плодов.

1. Корень, стебель и листья указывают на дифференцированное тело, а наличие семян — на семенное размножение.
2. Покрытосеменные образуют цветки и плоды, поэтому описание им не соответствует.
3. У голосеменных семена развиваются открыто, а цветков и плодов нет; это совпадает с указанными признаками.

Ответ. Растение относится к голосеменным. При определении группы сопоставляйте признаки последовательно: органы, способ размножения, наличие или отсутствие цветков и плодов.

Типичные ошибки

Считать водоросли полностью равноценными высшим растениям. Их относят к растениям по важным общим признакам, но обычно их тело не разделено на настоящие органы и ткани. Ошибку допускают, потому что крупные водоросли могут быть внешне сложными и напоминать побеги. Проверьте себя вопросом: есть ли у организма настоящие корни, стебель и листья?

Путать споры и семена. Спора обычно является одной клеткой, тогда как семя содержит зародыш, запас питательных веществ и защитную оболочку. Путаница возникает из-за того, что и спора, и семя могут дать начало новому растению. Чтобы проверить себя, выясните, есть ли внутри зародыш и запас веществ: эти признаки характерны для семени.

Считать все растения независимыми от воды при размножении. У мхов и папоротников вода нужна мужским гаметам для движения к яйцеклетке. Можно ошибочно перенести особенности семенных растений на все группы. Проверьте, каким способом происходит оплодотворение: наличие пыльцы и семян отличает семенные растения от споровых.

Определять группу только по размеру или месту обитания. Крупный организм не обязательно относится к одной и той же группе, а водная или сухая среда сама по себе не показывает его родство. Такое решение кажется быстрым, но игнорирует ключевые признаки строения и размножения. Проверяйте наличие органов, проводящих тканей, спор или семян, цветков и плодов.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания о признаках живого, строении растительной клетки и фотосинтезе, а также понятия ткани, органа и размножения. Сравнение групп растений показывает эволюционное освоение сначала водной, а затем наземной среды. Эти знания помогут разбирать жизненные циклы, систематику и экологию растений, а также понимать, почему сельскохозяйственным культурам нужны определённые условия выращивания.

Что запомнить

• Растения в основном являются фотосинтезирующими автотрофными организмами.
• У водорослей тело обычно представлено слоевищем, а не настоящими органами.
• Высшие растения имеют ткани и органы.
• Мхи и папоротники размножаются спорами и сохраняют зависимость оплодотворения от воды.
• Семенные растения размножаются семенами, что повышает их независимость от воды.
• Голосеменные образуют семена, но не имеют цветков и плодов.
• Покрытосеменные имеют цветок и плод и отличаются наибольшим многообразием.