Жизненный цикл голосеменных растений - классификация, особенности и этапы развития

Классификация голосеменных растений

Ранее в общей типологии растений голосеменные представители были выделены в отдельную группу. Сначала они относились к отделу семенных, позже входили в состав сосудистых растений. Непосредственно класс голосеменных объединял хвойные и некоторые виды вымерших растений.

Хотя по описанию представители этой группы существенно отличались от покрытосеменных, но ученые предполагали на основании ископаемых остатков, что папоротникообразные и цветковые произошли от голосеменных предков.

Против этих утверждений выступают исследования ДНК, результаты которых показывают, что голосеменные являются монофилетической группой. Сейчас эти растения разделяются на 5 классов:

1. Гинкговые.
2. Гнетовые.
3. Саговниковые.
4. Хвойные.
5. Цветковые.

Эта классификация представлена в работе от 2011 года, которая описывает современную флору Земли. В общей сложности в нее вошли характеристики 1080 видов растений.

Характерные признаки

Основные виды голосеменных растений встречаются в северных регионах с влажным климатом. Некоторые представители растут в жарких пустынях на юге Африки. Общие характерные черты вида:

1. Голосеменными бывают только деревья и кустарники.
2. Хвоя.
3. Одинаковый способ размножения.
4. Развитая древесина.

В группе отсутствуют травы, поэтому описание и схему жизненного цикла растений лучше всего рассматривать на примере сосны обыкновенной. Все представители голосеменных обладают видоизмененными листьями — хвоинками.

У некоторых сортов сосен они могут сохраняться до 45 лет, а у лиственниц хвоя опадает каждый год. В отличие от мхов и папоротников, растения размножаются семенами, которым не требуется вода. Процесс опыления происходит с помощью ветра и не зависит от наличия влаги.

Некоторые виды смогли поселиться в засушливых районах мира. Развитие семян из семяпочек происходит открыто, так как отсутствует соответствующее вместилище. В отличие от высших споровых, такой процесс развития соответствует более высокому уровню организации.

Их древесина имеет достаточный запас прочности, что зависит от особенности ее строения. Она состоит из мелких мертвых клеток ксилемы, а внутри и коре находятся каналы со смолой. С давних времен в России охранялись рощи из стройных хвойных деревьев, которые шли на создание флота. Непосредственно из сосны изготавливались корабельные мачты.

Особенности строения и размножения

Цикл развития голосеменных слагается из ротации спорофита и гаметофита, то есть чередования бесполого и полового поколения. При этом господство принадлежит спорофиту — взрослому растению.

Представители голосеменных считаются разноспоровыми, как и другие семенные. В спорангиях, находящихся в шишках (стробилах), образуются женские мегаспоры, которые отличаются от мужских микроспор более крупным размером.

Мужские шишки

Ближе к лету в начале молодых побегов сосны появляются мужские мелкие стробилы. Их чешуйки представляют собой мелкие спороносные листики, которые обладают двумя микроспорангиями. Путем редукционного деления материнских клеток в спорангии получаются 4 мелкие споры.

Каждая из них покрыта наружной и внутренней оболочкой, а между ними находится 2 воздухоносных полости. Ядро микроспоры делится, образуя 2 клетки. Из одной получаются 2 заростковые клетки, которые здесь же отмирают. Кстати, процесс полностью еще не изучен. Из второй также формируются 2 клетки:

• антеридиальная;
• вегетативная.

Из первой развиваются неподвижные спермии, а из второй образовывается пыльцевой трубчатый вырост. Таким образом, внутри мелкой споры создается мужской гаметофит, и она становится пыльцевым зерном.

Когда мелкий спорангий вскрывается, пыльца высыпается и попадает на женские шишки. Происходит опыление, и мужской гаметофит развивается дальше внутри семязачатка.

Формирование женского гаметофита

Весной на концах побегов сосны образуются небольшие женские шишки. Они обладают красноватым оттенком, состоят из центрального стержня, на котором расположены кроющая и семенная чешуйки, которая является преобразованным боковым побегом, в ней же находятся 2 семязачатка (семяпочки).

Из-за того, что они не закрыты, эти растения и называются голосеменными. Каждая чешуйка женской стробилы гомологична мужским шишкам. В состав семяпочки входят:

1. Нуцеллус — центр семязачатка.
2. Интегумент — покров семяпочки.
3. Фуникулус — семяножка, соединяющая семязачаток с чешуями.

В верхней части интегумента находится вход, через который пыльцевой трубчатый вырост попадает в середину семяпочки. Пыльца, осевшая на жидкость между интегументом и нуцелусом, проникает внутрь семязачатка.

В его центре происходит деление спорогенной клетки и образование спороцитов. Из них формируются 4 гаплоидные крупные споры, 3 из которых отмирают, а одна образует эндосперм. Именно он соответствует женскому гаметофиту.

Цикл развития

В начале жизненного цикла сосны из материнских клеток в результате редукционного деления возникают мелкие споры. Из них получается пыльца, которая ветром переносится на женские шишки и попадает внутрь семяпочки. После опыления чешуйки стробилы слепляются смолой.

С начала опыления до оплодотворения проходит чуть больше года. В этот период в семяпочке образуется эндосперм, шишка вырастает до 3—4 см и становится зеленой. Перед самым оплодотворением спермагенная клетка преобразуется в 2 спермия, один из которых связывается с яйцеклеткой.

В результате формируется зигота, из которой развивается зародыш, питающийся эндоспермом. На следующий год после опыления женские стробилы вырастают до 6 см, а семена полностью созревают. В это время происходит разъединение чешуек, и семена выпадают. Из них прорастают новые растения, а цикл развития замыкается.

​