Систематика рослин
Тема: Систематика рослин.
План:
Загальна характеристика царства Рослини.
Нижчі рослини. Водорості.
Вищі рослини, загальна характеристика. Вищі спорові рослини. Відділ Мохоподібні.
Вищі спорові судинні рослини. Відділ Плауноподібні.
Відділ Хвощеподібні.
Відділ Папоротеподібні.
Насінні рослини. Відділ Голонасінні.
1. Царство рослини налічує понад 500 тис. видів. Усі рослини ділять на 2 групи:
нижчі рослини, чи сланеві (таломні);
вищі рослини, чи листостеблові.
До нижчих рослин належать водорості, до вищих — мохи, плауни, хвощі, папоротеподібні, голонасінні і покритонасінні.
Характерні ознаки нижчих рослин:
тіло у вигляді багатоклітинної слані, чи талома;
тіло розгалужене дихотомічно чи не розгалужене на вегетативні органи;
відсутня типова провідна тканина;
розмноження переважно вегетативне і безстатеве.
Характерні ознаки вищих рослин:
наявність більш чи менш розвинених вегетативних органів;
наявна провідна система і механічні елементи;
виражене чергування поколінь;
наявні удосконалені форми статевого розмноження (архегонії, насінина).
Основною відмінною рисою рослинної клітини від інших є наявність міцної целюлозної оболонки над клітинною мембраною, великі вакуолі з клітинним соком і розчиненими в ньому біологічно активними речовинами, пластиди, запасний вуглевод — крохмаль.
2. Нижчі рослини – водорості. Загальна характеристика.
Водорості — найпримітивніші серед рослин. Водорості — це одноклітинні, колоніальні або багатоклітинні рослини, більшість яких живе у воді. Деякі водорості живуть на суходолі, але тільки за наявності вологи. Крім хлорофілу, що надає водоростям зеленого кольору, їхні клітини містять пігменти червоного, жовтого та бурого кольорів. Суміш різних пігментів може надавати цим рослинам різних відтінків. Закономірною є поступова зміна кольору водорості від зеленого до червоного в міру збільшення глибини, на якій вона живе.
Тіло багатоклітинних водоростей (талом) може мати складні зовнішню і внутрішню будови. Проте всі частини талому виконують однакові функції.
Розмножуються водорості трьома способами. Спосіб вегетативного розмноження залежить від складності будови рослинного організму. Якщо водорость одноклітинна, це відбувається поділом клітини, якщо багатоклітинна — розривом талому на окремі частки, кожна з яких дає початок новому організмові. Нестатевий спосіб розмноження передбачає утворення спор. В разі статевого розмноження новий організм виникає із зиготи, яка формується в результаті злиття статевих клітин. Особливе місце займає кон’югація, притаманна деяким одноклітинним і нитчастим водоростям. Під час цього процесу дві зовні схожі клітини, позбавлені джгутиків, обмінюються спадковою інформацією.
Різноманітність водоростей.
Загалом на Землі існує близько 40 000 видів водоростей, які об’єднуються в 12 відділів. Найбільше значення мають такі відділи: Зелені, Діатомові, Бурі та Червоні водорості.
Зелені водорості надзвичайно різноманітні. Серед них трапляються види усіх типів будови. Серед одноклітинних зелених водоростей найпоширенішими є хламідомонада і хлорела.
Клітини хламідомонади мають овальну форму. На передньому, вужчому кінці тіла (клітини) з невеликого горбка виходять два джгутики, за допомогою яких хламідомонада може рухатися. Приблизно 2/3 об’єму клітини займає хлоропласт, у якому міститься хлорофіл. Тому клітина має зелене забарвлення. Хлоропласт має форму чаші з товстими стінками. В його товщі міститься ще одна спеціальна органела — піреноїд. У ньому накопичуються поживні речовини, утворені в процесі фотосинтезу.
Мал. 1 Будова хламідомонади.
В цитоплазмі знаходяться ядро, маленькі пульсуючі вакуолі. Ядро містить спадкову інформацію. Пульсуючі вакуолі відповідають за збереження стабільності внутрішнього середовища. На хлоропласті є світлочутлива органела — стигма. Не виключено, що за допомогою стигми хламідомонада орієнтується відносно джерела світла. Якщо спостерігати за хламідомонадами у нерівномірно освітленій водоймі, то можна побачити, що досить швидко вони зберуться біля поверхні в тому місці, де світло найяскравіше. У темряві хламідомонада розмножується нестатевим шляхом: утворюючи спору, вона втрачає джгутики, а її вміст ділиться двічі. Таким чином, під спільною оболонкою утворюються чотири клітини, кожна з яких має по два джгутики. Після руйнування оболонки назовні виходять чотири нові водорості. Під час статевого розмноження всередині клітини утворюються гамети таким самим способом, що й при утворенні спор, але в більшій кількості (8—16). Після розриву оболонки гамети виходять у воду і зливаються попарно. (При цьому зливаються гамети різних особин.) На світлі хламідомонада розмножується простим поділом клітини.
Після злиття гамет утворюється зигота, вкрита багатошаровою оболонкою. Вона здатна витримувати різкі коливання температури й освітлення, пересихання водойми тощо.
За внутрішньою будовою на хламідомонаду схожа хлорела. Але вона не має джгутиків, стигми і пульсуючих вакуолей. Ця водорість надзвичайно швидко синтезує білок. Розмножується спорами.
У прісних водоймах іноді можна побачити невеликі зелені кульки діаметром до 3 мм. Це — колоніальна зелена водорість вольвокс. У мікроскопі добре видно, що така кулька (колонія) складається з багатьох неоднакових за розмірами, але однакових за будовою клітин. Вони з’єднані між собою містками з цитоплазми і мають такі самі джгутики, як хламідомонада. Порожнина колонії заповнена слизом, у якому можуть бути дочірні колонії.
Типовою нитчастою зеленою водоростю є улотрикс. Вона має вигляд простої нерозгалуженої нитки, котра прикріплюється до предметів (каміння, ґрунту, коренів дерев тощо) під водою. Усі її клітини однакової форми та розміру. Хлоропласт має вигляд пояска. Цитоплазма розміщена в центрі клітини. Нестатеве розмноження улотрикса відбувається шляхом утворення спор у будь-якій клітині, крім тієї, якою нитка прикріплена до основи. Статеве розмноження в улотрикса відбувається так само, як у хламідомонади.
Ще одна нитчаста зелена водорість — спірогіра. Вона подібна до улотрикса за місцезростанням і загальними ознаками, але на відміну від нього має спіралеподібний хлоропласт, видовжені клітини і плаває неприкріплено у товщі води.
У прісних водоймах зі стоячою водою зелені водорості різних видів часто розростаються досить рясно, особливо за сприятливої температури й освітлення (народна назва — жабуриння чи баговиння).
Мал. 2 Нитчаста зелена водорость спірогіра
Діатомові водорості являють собою одноклітинні або колоніальні організми буро-жовтого кольору. Характерна особливість цих водоростей — наявність у клітин панцира з кремнезему, який складається з двох половинок (стулок). Такий панцир надійно захищає цитоплазму від зовнішнього впливу. Розмножуються вони поділом клітин, а через кілька поколінь — статевим способом.
Мал. 3 Схема будови діатомової водорості
1 – кремнеземовий панцир,
2 - цитоплазма
У доісторичні часи (100—150 млн. років тому) величезна кількість мертвих діатомових водоростей осіла на дно морів. Тоді сформувалися поклади так званого діатоміту (трепелу), який використовується в будівельній, харчовій, нафтовій і хімічній промисловості та для шліфування металевих виробів.
Бурі водорості — багатоклітинні, майже всі морські, ведуть прикріплений спосіб життя, нерідко утворюють суцільні зарості під водою. За внутрішньою будовою вони пластинчасті. Розміри їх бувають від зовсім маленьких до величезних (60 м завдовжки).
Зовні бурі водорості можуть виглядати як кущики, гіллясті шнури. Клітинні оболонки в них зовні вкриті слизом, який запобігає пошкодженню їх хвилями. У Чорному морі біля берегів України трапляються такі бурі водорості, як диктіота, цистозира. Вони досягають довжини від 20 см до 1 м. Найвідомішими серед бурих водоростей є саргасуми. Ці багаторічні водорості живуть компактно в Атлантичному океані. Місце великих скупчень їх постійне. Ту частину Атлантичного океану, де вони плавають на його поверхні, називають Саргасовим морем. У заростях саргасума відкладає ікру вугор — риба, що живе у річках та озерах Європи. Широко відома бура водорість ламінарія.
Вона поширена в прибережній зоні переважно холодних морів, де часто утворює суцільні підводні зарості. Її використовують в їжу під назвою «морська капуста».
Ч ервоні водорості (Багрянки) сучасна наука виділяє із загальної групи водоростей в окреме підцарство, зважаючи на те, що вони мають надто своєрідні форми спороношення і статевого розмноження. Їхні розміри рідко перевищують 2 м. Клітинні стінки в них бувають інкрустовані карбонатами кальцію і магнію. Вегетативне розмноження в них майже відсутнє. В їхньому життєвому циклі змінюються три покоління, а не два, як в інших рослин: 1) гаплоїдний гаметофіт, 2) диплоїдний карпоспорофіт, що живе і живиться за рахунок гаметофіта, 3) тетраспорофіт (нестатеве покоління, що виробляє гаплоїдні спори). З деяких червоних водоростей добувають агар (пектин, що міститься у слизовому шарі навколо клітинних стінок). Його використовують у кондитерській промисловості, парфюмерії. В Чорному морі зростають церамій червоний, який хвилі викидають на берег під час шторму, і філофора. Вона є сировиною для видобутку йоду.
Мал. 4 Різноманітність червоних водоростей
Поширення водоростей, значення їх в природі та житті людини.
Водорості поділяють на три групи за місцем зростання: прісноводні, солоноводні та наземні. Масово водорості поширені в прісній воді на глибині 1—2 м, а в особливо чистих річках та озерах — на глибині 5—6 м. Тільки в озері Байкал, де найпрозоріша у світі прісна вода, водорості трапляються на глибині 10—16 м, а діатомові — на глибині до 35 м. У морській воді, яка значно прозоріша, масове поширення водоростей сягає глибини 30 м. Окремі види бурих і червоних водоростей можуть існувати на глибині 200 м.
Водорості витримують досить значні зниження температур. Зокрема, в солоній воді вони можуть існувати за температури –3°C. Деякі зелені водорості беруть участь у формуванні лишайників, вступаючи у взаємовигідне співжиття (симбіоз) із грибами. Водорості, що живуть у товщі води неприкріплено, є поживою для значної кількості морських тварин. Водорості, котрі живуть прикріплено до дна водойм, дають притулок основній масі водних тварин. Деякі види водоростей живуть у вологому грунті. Є й такі, що утворюють зелену плівку на поверхні вологого каміння, стін та парканів. Основні екологічні групи водоростей – це фітопланктон (водорості, що вільно плавають у товщі води не глибше 100 м), фітобентос (водорості, що ростуть на дні), наземні та грунтові.
Бурі водорості — важливе джерело органічної речовини, використовують для виготовлення замінників крові, препаратів, що запобігають зсіданню крові, для виведення радіоактивних речовин з організму; вони здатні утворювати десятки кілограм на 1 м2. З бурих водоростей отримують альгінати, маніт, йод, бром, мікроелементи.
Альгінат натрію використовують для стабілізації розчинів і суспензій, розчинних хірургічних ниток, у фармацевтичній і парфумерній промисловості. Маніт (шестиатомний спирт) — для виготовлення пігулок і дієтичних продуктів харчування, для дублення шкіри, під час хірургічних операцій.
Представники багрянок, які широко використовуються людиною: порфіра (харчовий продукт, культивується в Японії та Китаї), родименія, анфельція (для добування агар-агару — мал. 5, 1), філофора (зростає також у Чорному морі, сировина для добування йоду та агарощів; мал. 5, 2). На Філіппінах культивується багрянка евхеума як джерело колоїду для стабілізації емульсій фарб, косметичних засобів та молочних продуктів.
Мал. 5 Червоні водорості:
1 – анфельція; 2 – філофора; 3 – кораліна.
У ході історичного розвитку (еволюції) рослинного світу на зміну нижчим рослинам прийшли вищі. Їм удалося першими «завоювати» суходіл.
3. Вищі рослини, загальна характеристика. Вищі спорові рослини.
Усі вищі рослини об’єднуються в шість відділів. Чотири відділи: Мохоподібні, Плауноподібні, Хвощеподібні та Папоротеподібні – так звані спорові рослини. Для поширення в просторі вони використовують спори – спеціалізовані клітини, з яких виростає гаметофіт. Статеве розмноження не захищене від дії факторів навколишнього середовища, залежить від води, тому гаметофіт як правило невеликого розміру (крім Мохоподібних), часто незелений і потребує симбіозу з іншим організмом. Два відділи: Голонасінні та Покритонасінні мають захищений процес статевого розмноження, повністю незалежний від води; вони більш пристосовані до складних умов існування.
Відділ Мохоподібні.
У цей відділ об’єднуються невеликі за розміром рослини, які зазвичай ростуть на зволожених місцях. Найбільше сучасних видів мохоподібних трапляється на північ від екватора. Серед них є види, зовні не поділені на стебло і листок, але є й листостеблові. Замість коренів у мохоподібних є примітивні утвори у вигляді волосків або ниток — ризоїди. За їх допомогою вони прикріплюються до ґрунту та всмоктують поживні речовини. Статеве покоління — гаметофіт — переважає у циклі розвитку і має вигляд зеленої пластинки або стебла з листками. Спорофіт розвивається на гаметофіті.
Цикл розвитку в мохів починається зі спори, яка, потрапивши у вологе середовище, проростає і формує початкову стадію розвитку мохів у вигляді нитки чи пластинки. На ній виникають бруньки, котрі поступово розвиваються в дорослу рослину. Розвиток їх відображає еволюційний шлях розвитку вищих рослин, тобто поступове розмежування групи однакових клітин на окремі тканини й органи. На дорослому гаметофіті, зазвичай на верхівці, формуються статеві органи — жіночі (архегонії) та чоловічі (антеридії). Часто кожний з цих органів утворюється на окремих рослинах. Для забезпечення запліднення обов’язково потрібна вода, оскільки сперматозоїди тільки в ній можуть проникнути в архегоній. З цією метою мохи можуть використовувати не лише якусь водойму, а й краплі дощу, ранкову росу чи туман, які конденсуються на поверхні статевих органів.
Клас Печіночники. У мохів цього класу тіло гаметофіта сплющене, листоподібне, галузиться дихотомічно, тому його називають талом. В Україні часто зустрічається представник цього класу — дводомна маршанція. Її можна побачити на болотах, у лісах, на вологому камінні вздовж річок. Ця рослина сягає 20 см у довжину. За сприятливих умов маршанція розмножується вегетативно (шляхом утворення вивідкових бруньок, котрі накопичуються у вивідкових кошиках на зовнішній поверхні талому). Вода легко змиває такі бруньки і переносить на інше місце, де кожна з них дає початок новому організму. Статеве розмноження супроводжується виникненням чоловічих та жіночих підставок, на яких розвиваються архегонії та антеридії. Після запліднення із зиготи розвивається нестатеве покоління — спорофіт (спорогон) у вигляді коробочки на підставці. Зрілі спори випадають і, проростаючи, дають початок новому організму. Печіночники беруть участь у формуванні лісових та болотних рослинних угруповань.
|