Сайт учителя биологии и географии Лотоцкой Е. Г.

Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы

Царство Растения

ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ (Цветковые) растения

ОРГАНЫ ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ: Цветок. Соцветия. Плоды. Семена

ЦВЕТОК

Цветок – это орган полового размножения, который представляет собой видоизмененный и укороченный побег.

Как правило, самая яркоокрашенная часть цветка – это венчик. Он может состоять из отдельных лепестков (как у лютика, фиалки). Такой венчик называют раздельнолепестным. У душистого табака лепестки срастаются между собой. Это венчик сростнолепестный.

Венчик часто окружён чашечкой, состоящей из чашелистиков. Чашечка также может быть раздельнолистной или сростнолистной. Чашечка и венчик вместе составляют околоцветник. У одних цветков чашечку и венчик легко различить (гвоздика, роза). Такой околоцветник называют двойным. У других растений все листочки околоцветника одинаковы (тюльпан, лилия). Здесь нет ни чашечки, ни венчика. Такой околоцветник назвают простым.

Если самая заметная часть цветка получила название околоцветник, значит не она главная в цветке. Действительно, важнейшие части цветка расположены в его центре – это тычинки и пестики. Каждая тычинка состоит из пыльника и тычиночной нити. Важнейшая часть тычинки – пыльник, в нём развивается пыльца.

В пестике же выделяют три части: завязь, столбик и рыльце. Конечно, не бывает правил без исключений: у ряда растений в пестике отсутствует столбик (тюльпан). Самая главная часть пестика – завязь. Она содержит в себе семязачатки.

У многих растений пестик один, но тычинок всегда много от трёх (у злаков) до сотни (у шиповника). Тычинки могут быть разной длины.

Все вышеперечисленные части цветка располагаются на цветоложе – это осевая часть цветка. Цветоложе – расширенная часть цветоножки, а та, в свою очередь, является частью стебля. Встречаются цветки, у которых нет цветоножки. Их называют сидячими.

Формула цветка

Удобно строение цветка изображать в виде формулы. При этом используют такие сокращения: О – листочки околоцветника простого, Ч – чашечка, Л – лепестки, Т – тычинки, П – пестики. Число частей цветка обозначают цифрами (Л₅ – пять лепестков). Если число частей цветка так велико, что не сосчитать, то ставят знак бесконечности - ∞. Когда части цветка срастаются между собой, соответствующую цифру ставят в скобки: Л₍₅₎ – сростнолепестный венчик из пяти лепестков. Интересно, что все части цветков располагаются обычно кругами. Бывает, что одноимённые части расположены в несколько кругов – тогда между ними ставят знак +. Например, Т₅₊₅ – в цветке 10 тычинок расположены в два круга. Так, формула цветка сурепки Ч₂₊₂Л₄Т₂₊₄П₁ обозначает, что в цветке 4 чашелистика расположены в двух кругах, 4 лепестка, 6 тычинок, из которых 2 в одном кругу, а 4 – в другом и один пестик.

Ботаники обозначают строение цветка не только формулами, но и схемами (их иногда называют диаграммами цветка). Фигурная скобка внизу некоторых схем – это кроющий лист. Фигурными скобками обозначают также чашелистики. Простыми скобками – лепестки.

Функции частей цветка

Известно, что строение органа или его части всегда связано с исполняемой им функцией. Давайте докажем это на примере цветка.

Итак, как продолжение стебля, цветоножка выполняет его функции. Она – опора цветка и выносит его обычно над всем растением, она доставляет к нему питательные вещества, соли и воду… Её расширенная верхняя часть – цветоложе, на котором и крепятся все остальные части цветка.

Чашечка образуется при формировании цветка одной из первых, т. к. выполняет важную функцию защиты. Бутоны большинства цветков обёрнуты именно чашелистиками. Иногда чашечка так же ярко окрашена, как и венчик. Тогда весь околоцветник служит для привлечения насекомых.

Главные части цветка – тычинки и пестик. Тычиночная нить тонкая и длинная, на ней свободно качается пыльник и разбрасывает пыльцу. Самые крупные пылинки имеют всего 0,5 мм в диаметре. Их поверхность покрыта разными выступами и выростами. Благодаря этому они зацепляются за мохнатое тельце насекомого.

В пылинках образуются мужские половые клетки – спермии. Тычинки – мужской половой орган растения. Женские половые клетки – яйцеклетки формируются в семязачатках, которые находятся в завязи пестика. Поэтому завязь – самая важная часть пестика. Столбик только поднимает рыльце, а задача рыльца – уловить пылинки. Поэтому оно обычно клейкое, шероховатое или даже ветвистое.

Пестики – женский половой орган растения. Следовательно, цветок – это сложно устроенный генеративный орган, обеспечивающий половое размножение растений.

Однополые и обоеполые цветки, однодомные и двудомные растения

У большинства растений цветки имеют и тычинки, и пестики. Такие цветки называются обоеполыми. Но у некоторых растений одни цветки имеют только пестики (пестичные или женские цветки), другие – только тычинки (тычиночные или мужские цветки). Такие цветки называют однополыми (тыква, облепиха, кукуруза, дуб, тополь). У огурца, ольхи, орешника однополые мужские и женские цветки находятся на одном растении. Такие растения называют однодомными. У конопли, крапивы, ивы, хмеля, облепихи пестичные и тычиночные цветки находятся на разных экземплярах. Это – двудомные растения.

Большинство растений имеют обоеполые цветки, т. е. и тычинки, и пестики. Но у некоторых растений (ольха, кукуруза, огурец и др.) одни цветки имеют только пестики – это женские или пестичные цветки, а другие – только тычинки – это мужские или тычиночные цветки. Плоды и семена образуются только из женских (пестичных) цветков.

СОЦВЕТИЯ

Соцветием называют совокупность цветков, расположенных в определённом порядке близко один к другому. Как правило, каждый цветок соцветия мелкий и невзрачный. Но если такие цветки собраны вместе – создаётся иллюзия крупного и яркого цветка. В природе соцветия встречаются гораздо чаще, чем одиночные цветки. Биологическое значение соцветий заключается в том, что они с большей вероятностью обеспечивают перекрестное опыление (ветром, насекомыми), соответственно, образование семян. Собранные в соцветия одиночные цветки становятся более яркими, ароматными и, следовательно, более привлекательными для насекомых. Больше цветков, пусть и мелких – больше пыльцы, больше пестиков, способных её уловить. Следовательно, повышаются шансы попадания мелкой пыльцы на рыльца пестиков ветроопыляемых растений. Чем лучше прошло опыление, тем больше семян образуется на растении.

Число цветков в соцветии может быть очень большим до 300 тыс. у рогоза и до 6 млн. у одного из видов пальм (корифа).

В основу классификации соцветий положен способ ветвления.

В соцветии различают главную ось и боковые оси. Если цветки находятся на главной оси, то это простое соцветие, если на боковой – сложное соцветие. Как правило, в соцветии не все цветки распускаются одновременно. Цветение может начинаться с центрального цветка (тогда количество цветков в соцветии неизменно), а может – с крайних цветков. Пока они цветут, продолжается закладка новых бутонов, и количество цветков в соцветии может изменяться.

В соцветиях нет вегетативных листьев, но цветки у простых соцветий (или боковые оси у сложных) выходят из пазух маленьких листочков – прицветников, а это значит, что каждый цветок имеет то же происхождение, что и побег.

Простые соцветия - все цветки расположены на главной оси, а сама главная ось имеет разную форму и толщину. Причём, цветки могут иметь цветоножки, а могут быть и сидячими. Рассмотрим простые соцветия: кисть, простой колос, початок, головку, корзинку, зонтик, щиток.

Кисть – удлинённая главная ось, цветки на цветоножках (черёмуха, колокольчик, ландыш, капуста).

Простой колос – удлинённая главная ось, цветки сидячие (подорожник, ятрышник).
Початок – тоже удлинённая, но толстая и мясистая главная ось, цветки сидячие (женские соцветия кукурузы, белокрыльник).

Головка – утолщённая и укороченная главная ось, цветки сидячие или на коротеньких цветоножках (клевер).

Корзинка – укороченная, блюдцевидно расширенная главная ось, цветки сидячие, расположены плотно друг к другу (подсолнечник, одуванчик, астра).

Зонтик – главная ось укорочена и от её верхушки отходят цветоножки почти одинаковой длины (примула, вишня).
Щиток – удлинённая главная ось, цветки на цветоножках разной длины. Причём, чем ниже цветок, тем длиннее его цветоножка. В результате – все цветки оказываются на одном уровне.

Сложные соцветия. Рассмотрим и несколько сложных соцветий: метёлку, сложный зонтик и сложный колос.

Метёлка – от удлинённой главной оси отходят ветвящиеся боковые оси. Они несут или цветки (сирень), или простые соцветия – например, колоски (овёс). 

Сложный зонтик – главная ось укорочена, от неё отходят простые зонтики (петрушка, морковь, укроп, дудник).

Сложный колос – от удлинённой главной оси отходят простые колоски (пшеница, ячмень, рожь, пырей).

Типы опыления (перенос пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика)

1) Самоопыление (пыльца переносится на пестик того же цветка)

2) Перекрестное опыление (пыльца перено­сится на пестик другого цветка)

Способы опыления:

1) Опыление ветром

2) Опыление насекомыми

3) Искусственное (пыльца специально переносится человеком)

В результате опыления пыльца попадает на рыльце пестика и прорастает в завязь. Попав на рыльце, пыльца прорастает с помощью пыльцевой трубки по столбику вниз к семяпочке, расположенной в завязи пестика. Кончик пыльцевой трубки выделяет ферменты, растворяющие клетки столбика, что создает возможность для дальнейшего ее прорастания. Генеративное ядро мигрирует в пыльцевую трубку с образованием двух ядер спермиев (митоз генеративного ядра). В результате зрелый мужской гаметофит состоит из двух клеток (генеративной и пыльцевой трубки), ядра трубки и двух ядер спермиев. Проникнув в макрогаметофит через микропиле, кончик пыльцевой трубки лопается и оба генеративных ядра проникают в макрогаметофит. Перед оплодотворением полярные ядра образуют одну диплоидную клетку, каждая из шести оставшихся окружается цитоплазмой и образует клетку. Формируется восьмиядерная семиклеточная структура зрелого женского гаметофита. Одно из ядер спермиев перемещается к ядру яйцеклетки и сливается с ним, образуя диплоидную (2n) зиготу, давая начало новому поколению спорофита. Другое генеративное ядро (спермий) перемещается к двум полярным ядрам, все три ядра сливаются и образуют ядро эндосперма, содержащее тройной набор хромосом (3n). Описанное явление двойного оплодотворения, приводящее к возникновению диплоидной зиготы и триплоидного эндосперма, специфично и характерно для цветковых растений. Открытие двойного оплодотворения принадлежит русскому ученому академику С.Г.Навашину (1898 г.). Триплоидность эндосперма впервые была доказана его сыном А.С.Навашиным в начале ХХ века. После двойного оплодотворения из зиготы образуется зародыш (2n), из триплоидной клетки - эндосперм (запасающая ткань, 3n), из покровов - семенная кожура (2n), а из всего семязачатка - семя. Синергиды и антиподы после оплодотворения растворяются, а питательные вещества используются при развитии зародыша, иногда они могут превращаться в запасающую ткань.

ПЛОДЫ

Плод – орган растения, который образуется из цветка. Семена окружены, покрыты околоплодником, поэтому цветковые растения получили название покрытосеменных. Только у цветковых растений семя защищено от внешних воздействий околоплодником и имеет наиболее благоприятные условия для развития. Околоплодник защищает семя с зародышем от повреждений и неблагоприятных воздействий окружающей среды. Плоды обеспечивают развитие семени, а также способствуют их распространению.

Строение плода:

 - Околоплодник - образуется из стенок завязи

- Семена - образуются из семязачатков

Какие бывают плоды?

Плоды чрезвычайно разнообразны. Разделить их на группы можно по разным признакам. Например, по строению околоплодника – на сочные (у тыквы, томата, сливы) и сухие (у лещины, подсолнечника, фасоли).

У первых – околоплодник становится мясистым, сочным. В нём накапливаются питательные вещества: сахара, белки, жиры, витамины и ароматические вещества. У вторых – околоплодник становится твёрдым.

Важный признак – количество семян в плоде, которое зависит от количества семязачатков в завязи. Если семязачаток был один, то и семя будет одно. Если семязачатков много, то и плод будет их содержать много – до сотен тысяч!

По количеству семян различают плоды односемянные (у пшеницы, дуба) и многосемянные (у мака, гороха, крыжовника).

Сухие многосемянные плоды, как правило, при созревании семян раскрываются и семена выпадают. Сухие односемянные и все сочные плоды обычно не раскрываются.

Для разных плодов существуют специальные названия. Сочный односемянный плод абрикоса, черешни, сливы – костянка. Называется так из-за деревянистого внутреннего слоя околоплодника – косточки. У смородины, крыжовника, баклажана – также сочный, многосемянной плод, но средний сочный слой околоплодника покрыт тонкой кожицей – это ягода. Многосемянные сухие плоды – это боб (фасоль, горох) и стручок (горчица, сурепка, редька). Но у боба семена сидят на створках, а у стручка – на внутренней перегородке. Да и открывается боб от верхушки плода на две створки, а стручок – от основания или разламывается на отдельные односемянные части. Сухие односемянные плоды – зерновка, семянка, орех, жёлудь. Зерновка – плод (а не семя!) многих злаков (пшеница, рожь, ячмень, кукуруза) – имеет плёнчатый околоплодник, который плотно срастается с семенной кожурой семени. У семянки (подсолнечник, одуванчик) кожистый околоплодник с семенной кожурой не срастается. У ореха (липа, лещина, фундук) – околоплодник деревянистый, а у жёлудя (дуб) – околоплодник кожистый. Коробочка – сухой односемянный плод, который открывается или крышечкой (белена), или дырочками (мак), или створками (тюльпан).

В образовании плода могут участвовать также основание венчика и чашечки, цветоложе. Так, плод яблоко (у груши, яблони, рябины) образуется не только из стенок завязи, но и из цветоложа, нижних участков чашелистиков. При этом внутренний слой околоплодника кожистый, а наружный – тонкая кожица. У тыквины (у дыни, арбуза) – наоборот, наружная часть околоплодника толстая, а внутренняя – тонкая мягкая. Образуется тыквина так же, как яблоко. У земляники и клубники плод – орешек, а разросшееся сочное цветоложе («ягода») – представляет собой ложный плод. Плод шиповника или розы представлен разросшимся бокальчатым цветоложем с орешками внутри.
Соплодия образуются из соцветий, если отдельные плодики срастаются в единое целое (ананас, шелковица).

Значение плодов

Значение плодов в растительном мире огромно. Плоды выступают основным органом полового размножения  растений, обеспечивают развитие, созревание семян. В этом заключается главная функция плодов растений.

СЕМЕНА

Семя  — особая многоклеточная структура сложного строения, служащая для размножения и расселения семенных растений, обычно развивающаяся после оплодотворения из семязачатка (видоизмененный женский спорангий) и содержащая зародыш.

Строение семян покрытосеменных

1. Снаружи семя покрыто семенной кожурой, которая защищает внутренние части семени от высыхания и механических повреждений. Семенная кожура развивается из покровов (интегумента) семяпочки.

2. Эндосперм — ткань, содержащаяся внутри семени, обычно окружающая зародыш и снабжающая его питательными веществами в ходе развития. У голосеменных эндосперм представляет собой ткань женского гаметофита. Часто на ранних стадия развития он имеет синцитиальное строение, позднее в нём формируются клеточные стенки. Клетки эндосперма исходно гаплоидные, но могут становиться полиплоидными. У цветковых эндосперм обычно образуется в ходе двойного оплодотворения в результате слияния центральной клетки (центрального ядра) зародышевого мешка с одним из спермиев. У многих цветковых клетки эндосперма триплоидны. У кувшинки эндосперм образуется при слиянии спермия с гаплоидной клеткой зародышевого мешка, так что его ядра диплоидны. У многих цветковых ядра эндосперма имеют набор хромосом более чем 3n (до 15 n).

3. Под кожурой находится зародыш — маленькое будущее растение. Зародыш у многих цветковых состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька, зародышевой почечки и семядолей. У других групп (например, у подавляющего большинства орхидных) зародыш до прорастания семени не имеет дифференцированных органов.

Распространение плодов и семян

Как правило, на самом растении семена не прорастают. Чем дальше от материнского растения семя прорастёт – тем больше возможность для дальнейшего распространения вида, тем меньше растения будут конкурировать между собой за свет, почвенное питание. Семена распространяются на большее или меньшее растояние от материнского растения самостоятельно или с помощью ветра, воды, животных и человека.

К саморазбрасыванию способны чаще сухие семена. Плоды коробочки рассыпают их при качании стебля (мак, тюльпан). Из стручков и бобов семена часто выстреливают (недотрога, горох). Семена таких растений имеют хорошо развитую семенную кожуру, которая защищает их после того, как они оказались вне плода.

Плоды даже могут сами зарываться в почву (арахис).

Некоторые сухие плоды имеют разнообразные шипики и крючочки, которыми они цепляются за шерсть проходящих животных (у череды, репейника).

У растений с односемянными сухими плодами (жёлудь, орех, семянка, зерновка) рассеиваются сами плоды вместе с семенем. Семенная кожура у таких семян развита слабо, т.к. функцию защиты выполняет околоплодник. Такие плоды часто распространяют звери, которые ими питаются и делают запасы (бурундуки, белки, мыши).

Семена сочных плодов распространяют животные, которые их поедают. Такие семена должны сохранить способность прорастать, пройдя через пищеварительный тракт животного (некоторые при этом даже улучшают свою всхожесть). Поэтому у них есть плотная семенная кожура (у ягод) или каменистый слой околоплодника – косточка.

Некоторые семена переносят насекомые. Например, муравьи перетаскивают семена трав с сочными придатками-выростами (чистотел, копытень, фиалка). Поэтому заросли этих растений могут указывать и на муравьиные тропы.

Человек также участвует в распространении семян. Занимаясь сельским и лесным хозяйством, он случайно или сознательно расселяет плоды и семена ценных и сорных трав, а также древесных растений, изменяя растительный покров Земли.

Плоды и семена, которые распространяются ветром или очень лёгкие (орхидеи), или имеют увеличенную парусность за счёт разнообразных крылышек (клён, ясень), парашутиков и хохолков (одуванчик, осина, иван-чай).

Плоды водных и околоводных растений распространяются водой. Соответственно они не намокают и приспособлены к плаванию, иногда на очень большие расстояния (кокосовая пальма, осока).

Растения не умеют передвигаться как животные, однако один и тот же вид растения может встречаться в самых разных, удалённых друг от друга местах. Одна из важных функций плодов – расселение растений по поверхности Земли. Благодаря этой функции не только виды осваивают новые территории, но и покрываются растительностью территории после пожаров, осушения болот, строительства, свалок и т. д.

Плоды содержат ценные питательные вещества: витамины, органические кислоты, минеральные соли, а также углеводы, белки и жиры. Поэтому они являются ценным продуктом питания для животных и для человека. Человек также использует плоды и семена в промышленности и медицине.