Покрытосеменные растения: признаки
В настоящее время покрытосеменные, или цветковые, растения преобладают среди растительности на Земле. Их насчитывается около 300 тыс. видов.
Покрытосеменные — наиболее высокоорганизованные растения. Они представлены разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, травами и др.) с разной продолжительностью жизни и заселяют большинство сухопутных мест обитания.
Покрытосеменные, или цветковые, растения — это группа, находящаяся в статусе отдела по современной классификации.
От всех других растений покрытосеменные отличаются наличием у них:
- цветка,
- плода,
- двойного оплодотворения,
- более совершенным строение проводящей системы.
Кроме этих основных, есть и другие отличительные признаки.
У покрытосеменных растений образуются семена, в отличие от мхов и папоротников, у которых образуются споры. Однако семена образуются не только у покрытосеменных, но также у голосеменных растений. Главное отличие между ними заключается в отсутствии у голосеменных завязи, защищающей семязачатки, и плода, служащего органом распространения семян.
Приобретение в процессе эволюции цветка и плода позволило покрытосеменным (цветковым) освоить новые способы опыления генеративных органов и новые способы распространения семян. Опыление у них стало осуществляться не только с помощью воды (как у мхов и папоротников) и ветра (как у голосеменных).
Преимущественно покрытосеменные приспособились к опылению разнообразными насекомыми. Для этого у них эволюционно развились яркие, пахнущие, вырабатывающие нектар хорошо заметные цветки и соцветия. Наличие плода, в свою очередь, позволило цветковым растениям, распространять свои семена не только с помощью ветра, а также с помощью животных и птиц, саморазбрасыванием и другими способами.
Семена покрытосеменных содержат большое количество запасных питательных веществ. Они содержатся либо в частях зародыша (обычно в семядолях), куда они перетекают в процессе созревания из эндосперма, либо остаются в эндосперме.
Эндосперм — это особая ткань цветковых растений, которая представляет собой результат двойного оплодотворения. После опыления один спермий оплодотворяет яйцеклетку (образуется зигота), а второй так называемую центральную клетку семязачатка.
В результате центральная клетка становится триплоидной (3n, содержит тройной набор хромосом). Ее деление формирует эндосперм, в которой притекает запас питательных веществ для зародыша растения, развивающегося из зиготы.
Эти и другие особенности в совокупности дали возможность покрытосеменным заселить новые места обитания, лучше приспособиться к ним. Цветковые оказались более прогрессивной группой растений, чем папоротники и голосеменные.
Систематика отдела покрытосеменных
Покрытосеменные – самый крупный тип растений, к которому относится более половины всех известных видов, характеризуются рядом четких, резко отграничивающих их признаков.
Наиболее характерно для них наличие пестика, образованного одним или несколькими плодолистиками (макро- и мегаспорофиллами), сросшимися своими краями, так что в нижней части пестика образуется замкнутое полое вместилище – завязь, в которой развиваются семяпочки (макро- и мегаспорангии). После оплодотворения завязь разрастается в плод, внутри которого находятся развившиеся из семяпочек семена (или одно семя).
Кроме того для покрытосеменных характерны: восьмиядерный, или производный из него, зародышевый мешок, двойное оплодотворение, триплойдный эндосперм, образующийся только после оплодотворения, рыльце у пестика, улавливающее пыльцу, и для подавляющего большинства – более или менее типичный цветок с околоцветником.
Из анатомических признаков для покрытосеменных характерно наличие настоящих сосудов (трахей), тогда как у голосеменных развиты только трахеиды, а сосуды встречаются крайне редко. Ввиду большого количества общих признаков можно предположить монофилетическое происхождение покрытосеменных от какой-то более примитивной группы голосеменных.
Краткая характеристика классов
Покрытосеменные разделяют на два класса – двудольные и однодольные. Для двудольных характерны: две семядоли в семени, открытые проводящие пучки (с камбием), сохранение в течение всей жизни главного корня (у особей, родившихся из семян), перистое и сетчатое жилкование листьев, 5-4-2-членный тип цветков.
Однодольные характеризуются противоположными признаками: одна семядоля в семени, закрытые проводящие пучки (без камбия), раннее отмирание главного корня и развитие придаточной корневой системы, параллельное или дуговое жилкование, трехчленный тип цветков.
Отдельные признаки одной группы могут встречаться и у представителей другой группы, поэтому важна вся совокупность признаков. Однодольные растения (лат.Liliopsida, лат. Monocotyledones, англ. monocots) – класс покрытосеменных, или цветковых, растений, самым многочисленным семейством которого являются Орхидные, отличающиеся чрезвычайно сложными, красивыми цветами.
На втором месте по количеству видов стоит весьма важное в хозяйственном отношении семейство Злаки.
Традиционным латинским названием для этой группы растений является Monocotyledones, хотя в последнее время, например в системе Кронквиста (Cronquist) их официальное название – Liliopsida (лилиопсиды). Так как однодольные – группа рангом выше семейства, выбор названия ничем не ограничен.
Статья 16 МКБН позволяет как описательное название, так и имя, образованное от типового рода группы. Традиционное название однодольные, Monocotyledones или Monocotyledoneae, происходит от того факта, что зародыши большинства членов группы имеют только одну семядолю в противоположность двудольным, у которых их обычно две.
С диагностической точки зрения определение количества семядолей не является ни легко доступным способом, ни надёжной отличительной характеристикой растения. Различение однодольных и двудольных впервые было использовано в систематике растений ещё в начале XVIII века английским натуралистом Дж. Рэем.
Тем не менее, у однодольных имеются более наглядные отличительные признаки. Зародышевый корешок обыкновенно скоро перестаёт расти и заменяется придаточными корнями.
Стеблевые сосудистые пучки замкнутые, рассеянные по всему сечению стебля; камбия нет, поэтому утолщения стеблей по типу двудольных или голосеменных не наблюдается. Стебли редко ветвятся. Листья большей частью стеблеобъемлющие, всегда без прилистников, обыкновенно узкие и дугонервные.
Цветы обыкновенно построены по тройному типу: околоцветник из двух трехчленных кругов, тычинок также 3 + 3, плодолистиков 3, реже вместо числа 3 в цветке наблюдаются числа 2 или 4.
Однодольные представляют собой монофилетическую группу, возникшую на заре истории развития покрытосеменных растений. Древнейшие ископаемые растения, которых можно отнести к однодольным, имеют возраст начала мелового периода.
Система научной классификации APG II, разработанная группой APG (англ. Angiosperm Phylogeny Group), определяет однодольные как одну из двух крупнейших групп среди покрытосеменных растений.
Вторая группа — «эудикоты» (eudicots), по устоявшейся традиции иногда называется «палеодикоты» (palaeodicots). Среди однодольных выделяются десять порядков и два семейства, которые ещё окончательно не приписаны ни к одному из порядков.
Более традиционной классификацией является система Кронквиста (1981), согласно которой все однодольные разбивались на пять подклассов со следующими порядками.
Класс Двудольные относится к отделу Цветковых (Anthophyta), или Покрытосеменных (Magnoliophyta, или Angiospermae) растений. Этот класс значительно разнообразнее и больше по объёму второго класса из этого отдела -Однодольных (Monocotiledonae или Liliopsida).
Из общего числа цветковых растений на долю Двудольных приходится около 80%.
Класс Двудольные характеризуется наличием следующих признаков, отличающих его от Однодольных:
- 1. Зародыш с двумя семядолями.
- 2. Главный корень хорошо развит и сохраняется в течение всей жизни, поэтому преобладает стержневая (реже мочковатая) корневая система.
- 3. Стебель способен к вторичному утолщению благодяря наличию камбия; проводящие пучки открытые.
- 4. Листья разнообразны по форме и рассечению, имеют пальчатое или перистое жилкование, форма края листовой пластинки может быть разной.
- 5. Цветки ациклические, полуциклические и циклические.
- 6. Число членов каждого круга кратно 5, редко 2, еще реже 3.
К классу Двудольных относятся около 200 000 видов, 10 000 родов, около 300 семейств (в зависимости от принятой классификации).
Это травянистые и древесные растения. Систематикой цветковых растений, начиная, с 18 века занималось множество учёных-ботаников, как отечественных, так и зарубежных. Все они внесли бесценный вклад в современное построение филогенетической (естественной) системы цветковых растений.
Однако, общепринятой системы классификации покрытосеменных растений до сих пор нет. Наиболее спорным является вопрос, какие группы покрытосеменных наиболее близки к древним предковым формам. В системах известных ботаников-филогенетиков А. Энглера и Р. Веттштейна за наиболее примитивные группы принимаются семейства с однопокровными и беспокровными, невзрачными, анемофильными цветками (ивовые, березовые и др.).
В более современных системах в качестве примитивной группы рассматривают семейства с хорошо развитыми многочленными, раздельнолистными, энтомофильными цветками, так называемые многоплодниковые (семейства магнолиевые, лютиковые и др.).
Семейства с однопокровными цветками считаются вторичноупрощенными. Такими системами являются системы ботаников Н. А. Буша, А. А. Гроссгейма, А. Л. Taxтаджяна, Гетчинсона (Англия) и др. Одной из последних систем, в которой учитывается наибольшее число признаков, является система А. Л. Тахтаджяна (1970).
Согласно А. Л. Тахтаджяну, класс Двудольные включает 7 подклассов: Magnoliidae, Ranunculidae, Hamamelididae, Caryophyllidae, Dilleniidae, Rosidae и Asteridae. В пределах каждого подкласса, его семейства объединены в порядки.
Весь класс Двудольные включает 71 порядок. Первые по счету охватывают наиболее примитивные семейства, последние – филогенетически более продвинутые.
Основные порядки класса Двудольных
Подкласс раздельнолепестные (Choripetalae): порядок магнолиецветные (Magnoliales), порядок лютикоцветные (Ranunculales), порядок макоцветные (Papaverales), порядок каперсоцветные (Capparales), порядок розоцветные (Rоsales), порядок бобовоцветные (Fabales), порядок мальвоцветные (Malvales), порядок гераниецветные (Geraniales), порядок терпентинные (Terebinthales), порядок зонтикоцветные (Umbellales), порядок центросеменные (Centrospermae), порядок гречихоцветные (Polygonales), порядок букоцветные (Fagales).
Подкласс спайнолепестные (Sympetalae): порядок норичникоцветные (Scrophulariales), порядок тыквенноцветные (Cucurbitales), порядок астроцветные (Asterales).
Двудольные ( Dicotylеdones), или Магнолиопсиды (Magnoliоpsida) — класс покрытосеменных растений, у которых зародыш семени имеет двебоковые супротивные семядоли (отсюда название).
a — оболочка, b — эндосперм, c — семядоли (часть зародыша), d — зародыш
У двудольных, в отличие от однодольных, проводящие пучки на поперечном срезе стебля (ствола) располагаются кольцеобразно, а между древесиной (ксилемой) и лубом (флоэмой) находится особая образовательная ткань — камбий, обеспечивающая вторичное утолщение; листья, как правило, с сетчатым жилкованием: число частей цветка(чашелистиков, тычинок и плодолистиков)) обычно кратно 4 или 5.
То есть, цветок 4- или 5-членный. Корешок зародыша чаще всего превращается в главный корень, способный к долголетнему существованию; листовая пластинка часто расчленена, края её выемчатые или зубчатые. Среди двудольных встречаются представители с нетипичными признаками, а иногда с отдельными признаками, более характерными для однодольных.
Двудольные отличаются разнообразием вегетативных и репродуктивных органов, что сильно затрудняет выяснение истинных родственных отношений между порядками и семействами.
Предки двудольных, а также время и место их возникновения пока ещё не ясны. Наиболее распространена гипотеза, согласно которой так называемые многоплодниковые (порядки магнолиецветные, лютикоцветные и др.) — наиболее древняя исходная группа в эволюции покрытосеменных.
Двудольные занимают важнейшее место в хозяйственной деятельности человека.
К ним относятся:
- пищевые и кормовые растения (картофель, гречиха, соя, свекла и др.;
- плодовыеи ягодные культуры (виноград, яблоня, клубника и др.);
- масличные культуры (подсолнух, арахис, тунг и др.);
- почти все виды деревьев;
- чай, кофе, какао, многие пряности (корица, имбирь, паприкаи др.)
- сотни важнейших лекарственных растений(ромашка, шалфей, и др.);
- важнейшие волокнистые растения (хлопчатник, лен, конопляи др.);
- растения, дающие каучук, камедии смолы, дубильные и красильные вещества;
- эфиромасличные и декоративные растения (роза, сирень, и др.).
Согласно А. Л. Тахтаджяну (1987), класс Двудольных (Dicotyledones) включает в себя 8 подклассов, состоящих из 429 семейств, приблизительно 10 000 родов и не менее 190 000 видов.
Подкласс Ранункулиды (Ranunculidae)
Объединяет 3 порядка и 13 семейств, среди которых наиболее широко известны и имеют важное значение семейства Барбарисовые, Лютиковые, Маковые, Пионовые.
Подкаласс Дилленииды (Dilleniidae)
Один из наиболее крупных подклассов, включающий 31 порядок и 95 семейств.
Из широко распространенных в нашей стране семейств следует отметить крестоцветные, фиалковые, тыквенные, ивовые, вересковые, первоцветные, мальвовые и др.
Подкласс Розиды (Rosidae)
Довольно крупный таксон, охватывающий 39 порядков и около 170 семейств.
Ниже охарактеризованы три наиболее богатых видами и имеющих большое значение семейства флоры нашей страны: розоцветные, бобовые и зонтичные.
Подкласс Ламиды (Lamiidae)
Крупнейшая по числу видов группа, включающая многие высокоспециализированные таксоны цветковых растений. Объединяет 11 порядков и 66 семейств.
Подкласс Астериды (Asteridae)
Один из самых крупных по объему подклассов цветковых растений.
Наиболее широко распространены и известны семейства Колокольчиковых и Сложноцветных.
Отдел покрытосеменные: примеры
Отдел Покрытосеменные, или Цветковые растения состоит из класса Двудольные и класса Однодольные.
Все цветковые растения подразделяют на два больших класса (две группы): Двудольные и Однодольные. Это деление основано, прежде всего, на различиях в строении семени.
Однако следует помнить, что принадлежность к тому или иному классу определяют не только по числу семядолей зародыша, но и по ряду других признаков.
Эти различия представлены в таблице 1.
Однодольные | Двудольные |
Зародыш | |
У зародыша одна семядоля | У зародыша две семядоли |
Корень | |
Корневая система мочковатая, главный корень отмирает | Корневая система стержневая, главный корень хорошо развит |
Стебель | |
Проводящие пучки рассеяны равномерно, не кругами.
Проводящие пучки без камбия |
Проводящие пучки расположены по кругу или сливаются в цилиндр. В них есть боковая образовательная ткань камбий |
Лист | |
Листья простые с параллельным или дуговым жилкованием | Листья простые и сложные с пальчатым и перистым жилкованием |
Цветки | |
Цветки трехчленные | Число лепестков и чашелистиков в цветке кратно пяти (реже четырем) |
Среди однодольных и двудольных встречаются растения, у которых отдельные признаки не совпадают с перечисленными.
Так, например, травянистое лесное растение вороний глаз имеет листья с жилкованием, характерным для некоторых двудольных растений, но зародыш с одной семядолей (на этом основании его относят все же к однодольным).
У подорожника жилкование листьев дуговое, мочковатая корневая система, но его относят к двудольным растениям, поскольку зародыш имеет две семядоли.
Однодольные растения
У однодольных растений (рожь, пшеница, овес, кукуруза и др.) зародыш семени имеет одну семядолю.
Семейства Лилейные, Луковые, Мятликовые и другие входят в класс Однодольные.
Двудольные растения
У двудольных (горох, фасоль, тыква и др.) — зародыш семени имеет две семядоли.
Семейства Лютиковые, Розовые, Крестоцветные, Бобовые, Сложноцветные, Губоцветные и другие объединяются в класс Двудольные.
Критериями выделения того или иного семейства являются особенности строения цветка и плода, тип соцветия, особенности внешнего и внутреннего строения вегетативных органов.
Например, семейство Крестоцветные образуют растения, для которых характерны обоеполые цветки с расположенными крест-накрест 4 чашелистиками и 4 лепестками, 2 внешними короткими и 4 внутренними длинными тычинками, имеющими плод стручок или стручочек. Семейство Бобовые объединяет растения, которые имеют плод боб.
Виды яблони, вишни, груши, сливы, роз имеют сходное строение цветков. Их цветки состоят из чашечки и венчика, лепестки венчика часто окрашены, много тычинок и один пестик.
Поэтому эти роды относятся к семейству Розовые. Роды Лютик, Ветреница, Купальница, Калужница, Прострел и другие образуют семейство Лютиковые.
Например, виды семейства Лютиковые классифицируются так:
Царство Растения (более 300 тыс. видов) | |
Отдел Покрытосеменные (более 250 тыс. видов) | |
Класс Двудольные (более 190 тыс. видов) | |
Семейство Лютиковые (более 2 тыс. видов) | |
Род Лютик (413 видов) | Род Ветреница (172 вида) |
Вид Л. волосистый | и еще 47 родов |
Вид Л. едкий | Вид В. дубравная |
Вид Л. жгучий | Вид В. лесная |
Вид Л. жестколистный | Вид В. лютичная и др. |