Семенные растения — высшие растения, образующие семена для размножения и расселения. Появление семени освободило их от водной зависимости при оплодотворении, так как мужские гаметы доставляются к женским с помощью пыльцевой трубки. Эта особенность позволила растениям освоить засушливые территории и занять господствующее положение.
В ЕГЭ по биологии тема размножения и систематики семенных растений часто встречается в заданиях с анатомическими рисунками, вопросах на классификацию и сложных расчётных задачах второй части на определение хромосомных наборов.
Анатомические маркеры и систематика
Общие признаки всех семенных растений: размножение при помощи семян (внутри которых находится многоклеточный зародыш и запас питательных веществ), возникновение пыльцевой трубки и преобладание диплоидного спорофита в жизненном цикле.
Отдел Голосеменные
К этой биогруппе относятся хвойные, саговниковые и гинкговые растения. Главный признак отражён в названии: семена лежат неприкрыто, или «голо», на чешуях шишек. Завязь и плод отсутствуют.
Особенности анатомии и физиологии:
- У большинства видов листья видоизменены в игольчатые структуры (хвою) с очень толстой кутикулой. Это снижает потерю воды при испарении.
- Внутри ствола и листьев имеются смоляные ходы, которые заполнены живицей, защищающей растение от вредителей.
- Древесина состоит только из трахеид. Настоящих сосудов нет.
- Среди жизненных форм встречаются исключительно деревья и кустарники. Травянистых видов не существует.
Отдел Покрытосеменные (Цветковые)
Это самая молодая и эволюционно продвинутая группа организмов. Главные ароморфозы покрытосеменных обеспечили им доминирование в современной биосфере.
Эволюционные приобретения:
- Появление цветка и плода. Цветок привлекает опылителей, а плод защищает семена и обеспечивает их распространение.
- Возникновение настоящих сосудов (трахей) в ксилеме обеспечивает быстрый ток воды от корней к листьям.
- Появление ситовидных трубок с клетками-спутницами во флоэме улучшает транспорт органических веществ.
Отдел традиционно разделяют на два класса: Двудольные и Однодольные. У двудольных в семени две семядоли, корневая система стержневая, жилкование листьев сетчатое, количество элементов цветка кратно четырём или пяти, в стебле присутствует камбий. У однодольных семядоля одна, корневая система мочковатая, жилкование параллельное или дуговое, элементы цветка кратны трём, а камбия нет.
Жизненные циклы: макроспорогенез и микроспорогенез
Эволюция растений шла по пути постепенной редукции гаметофита. У семенных растений гаметофит окончательно перестал быть самостоятельным организмом. Он питается за счёт спорофита и состоит всего из нескольких клеток.
Цикл голосеменных (на примере сосны)
Взрослое дерево представляет собой спорофит с диплоидным набором хромосом. На нём образуются мужские и женские шишки.
Мужской гаметофит формируется в микроспорангиях мужских шишек. Он называется пыльцевое зерно и имеет гаплоидный набор хромосом. Пыльцевое зерно состоит из двух клеток: вегетативной (образует пыльцевую трубку) и генеративной (образует спермии).
Женский гаметофит формируется внутри семязачатка на чешуях женских шишек. Это первичный эндосперм с гаплоидным набором хромосом, внутри которого закладываются два архегония с яйцеклетками.
После опыления и оплодотворения образуется семя сосны. Кожура семени образуется из покровов семязачатка (диплоидный набор материнского организма), эндосперм остаётся гаплоидным (ткань женского гаметофита), а зародыш имеет диплоидный набор хромосом нового спорофита.
Цикл покрытосеменных и двойное оплодотворение
Суть цикла похожа на цикл голосеменных, но женский гаметофит редуцирован сильнее, а процесс оплодотворения уникален. Этот процесс открыл русский учёный Сергей Навашин в 1898 году.
Мужской гаметофит — пыльцевое зерно. Внутри пыльцевой трубки генеративная клетка делится митозом, образуя два неподвижных гаплоидных спермия. Мужские гаметы цветковых растений лишены жгутиков.
Женский гаметофит называется зародышевым мешком. Он образуется из гаплоидной мегаспоры путём трёх последовательных митозов. В результате получается восьмиядерная структура. Главные элементы в ней: яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом и центральная клетка с диплоидным набором хромосом (слияние двух гаплоидных ядер в центре). Спорогенез происходит внутри завязи пестика.
Суть двойного оплодотворения:
- Первый спермий сливается с яйцеклеткой. Возникает зародыш семени с диплоидным набором хромосом.
- Второй спермий сливается с диплоидной центральной клеткой. Возникает вторичный эндосперм с триплоидным набором хромосом. Этот эндосперм служит запасом питательных веществ.
Решение задач из ЕГЭ
Задание 1
Какой хромосомный набор характерен для вегетативной клетки пыльцевого зерна сосны и клеток её эндосперма? Из каких исходных клеток и в результате какого деления они образуются?
Решение и ответ:
- В вегетативной клетке пыльцевого зерна сосны набор хромосом гаплоидный.
- В клетках эндосперма сосны набор хромосом гаплоидный.
- Вегетативная клетка образуется из гаплоидной микроспоры.
- Метод деления при образовании вегетативной клетки — митоз.
- Эндосперм образуется из гаплоидной мегаспоры.
- Метод деления при образовании клеток эндосперма — митоз.
Подобный алгоритм применяется для всех задач такого типа. Сначала указывай плоидность первой структуры, затем плоидность второй. Далее прописывай исходную клетку органа и тип клеточного деления.
Задание 2
Установите последовательность расположения систематических таксонов, начиная с самого крупного. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) Сосновые
2) Хвойные
3) Растения
4) Сосна
5) Эукариоты
6) Сосна обыкновенная
Решение
Систематические категории растений:
Надцарство (Эукариоты) → Царство (Растения) → Отдел (Голосеменные) → Класс (Хвойные) → Семейство (Сосновые) → Род (Сосна) → Вид (Сосна обыкновенная).
Ответ: 532146.
Практикум
Задание 1
Установите последовательность таксономических единиц в классификации клевера, начиная с наибольшей. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1. Отдел Покрытосеменные
2. Семейство Бобовые
3. Порядок Бобовоцветные
4. Царство Растения
5. Класс Двудольные
6. Род Клевер
Ответ: 415326.
Пояснение: правильная систематическая иерархия клевера выглядит так: царство Растения, отдел Покрытосеменные, класс Двудольные, порядок Бобовоцветные, семейство Бобовые, род Клевер.
Задание 2
Клетка листа гороха имеет 14 хромосом. Сколько хромосом будет содержать вегетативная клетка пыльцевого зерна гороха и сколько хромосом будет в центральной клетке зародышевого мешка после оплодотворения? Из каких клеток образуются указанные структуры? Ответ поясните.
- Вегетативная клетка содержит 7 хромосом (гаплоидный набор).
- Центральная клетка зародышевого мешка после оплодотворения (эндосперм) содержит 21 хромосому (триплоидный набор).
- Вегетативная клетка образуется из гаплоидной микроспоры путём митоза.
- Эндосперм (центральная клетка после оплодотворения) образуется при слиянии диплоидной центральной клетки и гаплоидного спермия.
Заключение
Теперь ты понимаешь эволюционные преимущества семенных растений, различия их таксонов и особенности клеточного деления в жизненных циклах. Владение этой теорией — ключ к уверенному решению экзаменационных вариантов.
После прочтения статьи ты умеешь:
- различать ботанические признаки голосеменных и покрытосеменных растений;
- отличать гаплоидный эндосперм хвойных от триплоидного эндосперма цветковых;
- определять плоидность клеток в разных фазах цикла;
- оформлять развёрнутые ответы на сложные расчётные задачи линии 27.
Чтобы закрепить материал, открой открытый банк заданий ЕГЭ и прорешай 5–7 вариантов по теме систематики и циклов размножения. Обращай внимание на формулировки вопросов и не забывай подробно расписывать каждое действие во второй части.
