Покрытосеменные: цветок, плод и школьные классы
Сравним цветковые с голосеменными, проследим обыкновенную фасоль от цветения через семя до цветущего растения следующего поколения и осторожно применим признаки школьных классов.
Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс
Систематические группы растений
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Общая характеристика покрытосеменных
- Строение и жизнедеятельность цветковых
- Однодольные и двудольные: учебные признаки
- Цикл развития покрытосеменного
- Причины разнообразия и распространения цветковых
Как это устроено
Семязачаток цветкового растения находится внутри завязи. После опыления пыльца на подходящем рыльце может прорасти, образуется пыльцевая трубка. При типичном двойном оплодотворении возникают зародыш и питательная ткань будущего семени, а из завязи формируется плод. В отличие от сосны, семена оказываются в плоде; однако форма и путь образования плодов очень разнообразны.
Разделите последовательность на события. Опыление — только попадание пыльцы на рыльце; совместимая пыльца может образовать трубку, доставляющую две мужские клетки к зародышевому мешку внутри семязачатка. Первая сливается с яйцеклеткой и даёт зиготу будущего зародыша; вторая — с центральной клеткой, формируя начало эндосперма. Только затем семязачаток развивается в семя, а завязь и иногда другие части цветка — в плод. Это типичная схема, а не обещание, что каждое опылённое цветковое растение даст зрелый плод.
Семя и плод — разные уровни строения. Внутри зрелого боба гороха каждая горошина является отдельным семенем, а створки боба относятся к плоду и происходят из стенки завязи. У пшеницы плод — зерновка: его околоплодник тесно соединён с семенной кожурой, поэтому зерновку в быту часто называют зерном или семенем. У сосны семя развивается без завязи и настоящего плода; шишка не является плодом покрытосеменного растения.
Замкнём цикл на одном виде — обыкновенной фасоли Phaseolus vulgaris. Взрослое растение образует цветки, пыльцу и женский гаметофит в семязачатке. После совместимого опыления трубка доставляет две мужские клетки; двойное оплодотворение даёт зиготу и начало эндосперма. Развивается зародыш, основные запасы зрелого семени находятся в его двух семядолях, покровы семязачатка образуют семенную кожуру; завязь развивается в боб. Зрелое семя может переживать паузу, но оно уже содержит начало следующего растения, а не заготовку будущего плода.
При прорастании фасоли вода восстанавливает процессы в семени, а кислород нужен клеточному дыханию зародыша; температура должна подходить виду. Корешок выходит из кожуры, закрепляется и растёт. У обыкновенной фасоли семядоли выносятся над почвой, развиваются настоящие листья и корни; запас семядолей помогает началу роста, а зелёные листья на свету образуют новые органические вещества. Рост и развитие приводят к появлению новых цветков: следующее поколение снова способно образовать гаметы и семена. Поэтому стрелка «семя → новое цветущее растение» обязательна для полного показанного цикла. Не каждое семя или цветок успешно проходит все этапы, и не у всех цветковых семядоли выносятся наружу.
Зародыш цветкового растения может иметь одну или две семядоли; в школьной модели с этим часто связывают тип жилкования, корневой системы и кратность частей цветка. У пшеницы обычно одна семядоля, параллельные жилки и мочковатая система; у фасоли — две, сетчатое жилкование и стержневая система. Но каждый признак допускает отклонения, поэтому определение вида не сводится к правилу «нашёл одну жилку — назвал класс».
Сравнение фасоли и пшеницы удобно потому, что можно наблюдать несколько независимых признаков: зародыш в разрезе семени, жилкование листа, тип корневой системы у молодого растения и строение цветка. У зерновки пшеницы заметен эндосперм, у зрелого семени фасоли запас большей частью в семядолях; поэтому «питательная ткань после двойного оплодотворения» не обязана оставаться крупной отдельной частью любого зрелого семени. Для класса растения совокупность признаков надёжнее одного рисунка листа.
Цветковые широко распространены благодаря разнообразию способов опыления, плодов и семян, форм роста и экологических связей. Животные могут переносить пыльцу и семена, но многие цветковые опыляются ветром или способны к самоопылению. Нельзя объяснить успех всех цветковых одним признаком или назвать любое цветковое более «совершенным» по универсальной шкале.
Разнообразие цветковых видно и внутри одной группы: травы, кустарники и деревья могут расти в разных условиях, опыляться ветром или животными, расселяться водой, ветром, животными либо самостоятельно выбрасывать семена. Наличие лепестков не обязательно означает посещение насекомыми, а невзрачный цветок не означает отсутствие семян. Признаки и связи следует проверять для конкретного вида, а не переносить «типичный красивый цветок» на все покрытосеменные.
В современной филогенетической классификации однодольные — естественная группа, а традиционный школьный класс «Двудольные» охватывает несколько линий, в том числе большую группу эвдикот. Это уточнение не отменяет учебную полезность сравнения зародышей и листьев, но защищает от неверного представления, будто два школьных класса исчерпывают всю эволюцию цветковых.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Покрытосеменные
Группа семенных растений, у которых семязачатки заключены в завязь цветка, а после оплодотворения семена развиваются в составе плода.
Пример: У яблони семязачатки находятся в завязи цветка, а зрелые семена — внутри плода.
- Жизненный цикл цветкового растения
Последовательность стадий развития и размножения, связывающая одно поколение растения со следующим и повторением размножения. В показанном половом цикле недостаточно остановиться на плоде: семя должно дать следующее растение, способное цвести.
Пример: Цветущая фасоль → опыление и оплодотворение → семя в бобе → прорастание → проросток → новое цветущее растение.
- Прорастание семени
Возобновление развития жизнеспособного зародыша после покоя при подходящих условиях. В данном примере выход зародышевого корешка за пределы семенной кожуры отмечает прорастание; одного набухания недостаточно для этого вывода.
Пример: У обыкновенной фасоли при достатке воды, кислорода и подходящей температуре из семени выходит корешок.
Важно: Условия и покой семян различаются по видам; нельзя применять режим фасоли ко всем растениям.
- Проросток
Молодое растение, развивающееся из зародыша после прорастания семени: формируются корни, побег и листья. Сначала используются запасы семени, затем возрастает роль фотосинтеза зелёных органов.
Пример: У проростка обыкновенной фасоли семядоли поднимаются над почвой, появляются настоящие листья; у других растений семядоли могут оставаться под землёй.
- Цветок
Репродуктивный побег покрытосеменного растения с органами, участвующими в образовании половых клеток, опылении и формировании семян и плодов.
Пример: В цветке гороха есть тычинки и пестик; после оплодотворения из завязи развивается боб.
- Завязь
Нижняя часть пестика, внутри которой находятся один или несколько семязачатков; её стенка обычно участвует в образовании околоплодника.
Пример: В разрезанном цветке томата семязачатки расположены внутри завязи, а не открыто на чешуе.
- Семязачаток цветкового растения
Структура внутри завязи, содержащая женский гаметофит с яйцеклеткой и защищённая покровами. После успешного оплодотворения и развития она становится семенем; семязачаток не равен готовому семени.
Пример: В молодой завязи гороха расположены семязачатки, из которых при развитии плода образуются горошины-семена.
- Рыльце пестика
Часть пестика, на которую попадает пыльца при опылении. Совместимое пыльцевое зерно может прорасти на рыльце и образовать пыльцевую трубку, но попадание пыльцы ещё не равно оплодотворению.
Пример: На рыльце цветка фасоли попало пыльцевое зерно; дальнейшее развитие зависит от совместимости и состояния цветка.
- Пыльцевая трубка цветкового растения
Вырост проросшего пыльцевого зерна, растущий через ткани пестика к семязачатку и доставляющий мужские клетки к женскому гаметофиту. Она не является будущим корнем семени.
Пример: После попадания совместимой пыльцы на рыльце трубка проходит через столбик к семязачатку внутри завязи.
- Плод
Образование покрытосеменного растения, формирующееся главным образом из завязи после оплодотворения и содержащее семена; иногда в нём участвуют другие части цветка.
Пример: Боб гороха содержит семена-горошины; сам боб и каждую горошину нельзя называть одним объектом.
- Двойное оплодотворение
Характерный для цветковых процесс, при котором одна мужская клетка сливается с яйцеклеткой, а другая — с центральной клеткой зародышевого мешка, образуя начало питательной ткани.
Пример: У цветкового растения после этого из зиготы развивается зародыш, а из центральной клетки — эндосперм.
Важно: Частные варианты развития семени существуют; школьная схема показывает типичный процесс, а не все исключения.
- Зародышевый мешок
Женский гаметофит типичного цветкового растения внутри семязачатка; в нём находятся яйцеклетка и центральная клетка, участвующие в двух событиях двойного оплодотворения.
Пример: Мужские клетки, доставленные пыльцевой трубкой к зародышевому мешку, участвуют в образовании зиготы и начала эндосперма.
- Эндосперм
Питательная ткань, обычно возникающая у цветковых после слияния второй мужской клетки с центральной клеткой зародышевого мешка. Запас веществ может сохраняться в зрелом семени либо перемещаться в семядоли зародыша.
Пример: В зерновке пшеницы значительная часть запаса находится в эндосперме, а у зрелой фасоли большая часть запаса — в семядолях.
- Околоплодник
Часть плода, чаще всего развивающаяся из стенки завязи после оплодотворения; она окружает семена, может защищать их и участвовать в расселении.
Пример: Створки зрелого боба гороха относятся к околоплоднику, а отдельные горошины внутри — семена.
- Однодольные
Крупная эволюционная линия цветковых растений, зародыши которых обычно имеют одну семядолю. Часто встречаются параллельное или дуговое жилкование и части цветка, кратные трём.
Пример: Пшеница и лилия — примеры однодольных; у зерновки пшеницы зародыш имеет одну семядолю.
- Двудольные (школьный класс)
Традиционная школьная группа цветковых растений с обычно двумя семядолями; многие её представители имеют сетчатое жилкование и части цветка, кратные четырём или пяти.
Пример: У проростка фасоли две семядоли, у листа берёзы обычно сетчатое жилкование.
Важно: В современной систематике традиционные «двудольные» не полностью совпадают с одной естественной ветвью; конкретное растение определяют по совокупности признаков.
- Эвдикоты
Большая естественная эволюционная линия покрытосеменных, включающая многие растения, которые школьная схема называет двудольными. Она не совпадает со всем историческим набором «двудольных».
Пример: Фасоль относится к эвдикотам; для определения конкретного семейства одной пары семядолей недостаточно.
- Семядоля
Первый лист зародыша семенного растения; число семядолей помогает в учебном сравнении однодольных и двудольных, но не исчерпывает их различий.
Пример: У фасоли две семядоли содержат запас веществ, а у пшеницы одна связана с переносом веществ из эндосперма.
- Жилкование листа
Расположение проводящих пучков — жилок — в листовой пластинке; оно может быть сетчатым, параллельным, дуговым и другим.
Пример: У пшеницы жилки идут преимущественно параллельно, а у многих листьев фасоли образуют сеть.
Важно: По одному жилкованию нельзя всегда безошибочно установить крупную группу растения.
Пример по шагам
У неизвестного растения сетчатые жилки на листе. Достаточно ли этого, чтобы назвать его двудольным?
- Зафиксируйте сетчатое жилкование как один наблюдаемый признак.
- Сравните дополнительные признаки: семядоли в зародыше, строение цветка, корневую систему и данные определителя.
- Если часть признаков недоступна, назовите предположение предварительным, а не окончательным определением.
Вывод: Один признак полезен для гипотезы, но крупную группу и вид устанавливают по совокупности данных.
Практическая работа
Сравниваем признаки двух цветковых
- Получите безопасные учебные образцы фасоли и пшеницы с листьями, цветками или качественными изображениями и семенами в разрезе.
- В таблице отдельно отметьте число семядолей, жилкование, корневую систему и кратность частей цветка там, где признак действительно доступен.
- Сделайте вывод по совокупности видимых признаков и пометьте, какие признаки остались неизвестными.
Что можно заключить: Набор согласующихся признаков помогает различать школьные группы, но для точной систематики нужны дополнительные данные.
Безопасность: Не ешьте обработанные семена и учебные образцы; используйте готовые разрезы, острый инструмент — только с учителем.
Практическая работа
Замыкаем жизненный цикл обыкновенной фасоли
Учебные модельные данные — не результаты реального опыта
Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.
| Карточка | Состояние и событие |
|---|---|
| А | Взрослая фасоль цветёт; в цветках формируются пыльца и женский гаметофит с яйцеклеткой |
| Б | У жизнеспособного семени при подходящих условиях выходит зародышевый корешок: началось прорастание |
| В | Совместимая пыльца попадает на рыльце, прорастает; пыльцевая трубка доставляет две мужские клетки к зародышевому мешку |
| Г | После роста появляются новые цветки; растение следующего поколения способно повторить половое размножение |
| Д | Зародыш развивается в семени, запас накапливается в семядолях; завязь развивается в плод-боб с семенами, которые созревают |
| Е | Происходит двойное оплодотворение: образуются зигота будущего зародыша и начало эндосперма |
| Ж | Растёт проросток: у обыкновенной фасоли семядоли поднимаются над почвой; развиваются корни и настоящие листья, фотосинтезирующие при свете |
Условная последовательность успешного цикла одного вида. Она не гарантирует, что каждое опыление даст плод или каждое семя прорастёт; не все цветковые выносят семядоли над почвой. В зрелом семени обычной фасоли основной запас в семядолях, а не в крупном сохраняющемся эндосперме.
- Расположите карточки А–Ж в порядке развития, начав со взрослой цветущей фасоли обыкновенной Phaseolus vulgaris. Вся необходимая информация дана в таблице; наблюдение целого цикла за один урок не требуется.
- Для перехода Д→Б назовите три необходимые условия: вода, доступ кислорода и подходящая температура. Достаточно ли одного набухания, чтобы записать появление проростка?
- Укажите, какая часть следующего поколения находилась в семени, чем плод отличается от семени и каким переходом цикл замыкается.
Что можно заключить: Ответ: А→В→Е→Д→Б→Ж→Г, затем Г→В запускает следующий цикл. Набухание означает поступление воды, но само по себе не доказывает выход корешка. Зародыш следующего растения уже находится внутри семени; створки боба относятся к плоду. Для прорастания необходимы вода, кислород и подходящая температура; последующим зелёным листьям нужен свет для фотосинтеза. Цветение следующего растения, а не зрелый боб первого, замыкает показанный цикл.
Безопасность: Используйте карточки и схему; не ешьте учебные или обработанные семена. Если учитель организует проращивание пищевых семян, мойте руки и не допускайте образования плесени.
Практическая работа
Целая фасоль: от корня до плода
Учебные модельные данные — не результаты реального опыта
Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.
| Орган | Признак на учебном образце | Основная функция |
|---|---|---|
| Корень | Главный корень с боковыми ответвлениями; листьев и узлов нет | Закрепление и поглощение воды с растворёнными минеральными веществами; корень тоже дышит |
| Стебель | Ось с узлами, к которым прикреплены черешки листьев и боковые побеги | Опора и связь органов; проведение воды, минеральных и органических веществ |
| Лист | Взрослый сложный лист с тремя листочками на общем черешке; видны сетчатые жилки | Фотосинтез зелёных частей, газообмен и испарение воды; лист тоже дышит |
| Цветок | Мотыльковый венчик, внутри тычинки и пестик; на схеме раскрыт один цветок | Половое размножение: образование пыльцы и женского гаметофита, опыление и оплодотворение при подходящих условиях |
| Плод-боб | Удлинённый плод со створками; внутри несколько семян | Защита развивающихся семян; зрелые плоды участвуют в их распространении в зависимости от формы и сорта |
Авторское описание известного вида; функции нельзя непосредственно измерить по одной картинке. Семя содержит зародыш следующего растения. У проростка первые настоящие листья простые, последующие обычно тройчатые; это изменение стадии, не смена вида.
- Предоставлена карточка взрослой фасоли обыкновенной Phaseolus vulgaris и схема рядом с уроком. На данном учебном растении показаны корни, побег с листьями, цветки и молодые бобы на разных узлах. Это возможное сочетание стадий у взрослого растения; все органы не обязаны одновременно присутствовать у любого экземпляра.
- Осматривайте карточку снизу вверх: корень → стебель с узлами → листья и их черешки → цветок → плод. Сделайте контурный рисунок и подпишите пять органов, отдельно отметив семена внутри плода. Для каждого органа найдите наблюдаемый признак и функцию в таблице.
- Проверьте два различия: три листочка взрослой фасоли принадлежат одному сложному листу, а семя внутри боба не является всем плодом. Не называйте черешок стеблем; лист присоединён к стеблю в узле.
- Карточка второго состояния: у проростка той же известной фасоли видны корень, стебель, семядоли и первые простые настоящие листья; цветка и плода сейчас нет. Запишите для них не присутствуют на этой стадии, а не этот вид не образует цветков и плодов. Если на фотографии корни скрыты почвой, пишите не показаны, а не отсутствуют.
- Очный вариант: учитель может предоставить известную ранее выращенную фасоль в прозрачной учебной ёмкости, а также подписанную фотографию её цветения/плодоношения; растение не выдёргивают ради полноты таблицы. Критерии: пять верных подписей и функций, листочек/лист и семя/плод различены, для невидимого органа указана причина ограничения.
Что можно заключить: Ориентир рисунка: корень внизу, стебель с узлами, сложный лист из трёх листочков на черешке, цветок, плод-боб и семена внутри. Корень поглощает воду и соли, зелёные листья образуют органические вещества при фотосинтезе, стебель связывает органы проводящими тканями; дыхание идёт и в корне, и в листе. Цветок участвует в половом размножении, плод защищает семена. Нет цветка сейчас описывает состояние проростка; корень не показан описывает границу фотографии. Ни одна запись не доказывает отсутствие органа у вида во всём его жизненном цикле.
Безопасность: Основной вариант — готовая карточка и схема. Живое растение используют только с учителем; не разрезайте органы, не выкапывайте неизвестные растения и не ешьте учебные семена или бобы. После контакта с грунтом вымойте руки.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.
- ФРП ООО «Биология», базовый уровень, 5–9 классы
- ФРП биологии 5–9 классов, базовый уровень
- OpenStax Biology 2e: покрытосеменные и сравнение однодольных с эвдикотами
- OpenStax Biology 2e: опыление, двойное оплодотворение и развитие семени
- Университет Миннесоты: прорастание обыкновенной фасоли
- Университет Миннесоты: строение семени и семядоли фасоли
- Flora of Pakistan: Phaseolus vulgaris, тройчатый лист, цветок и плод