Биология · базовый уровень · 7 класс · Урок 5

Голосеменные: хвойные и жизненный цикл сосны

Проследим путь от мужской и женской шишек до семени и поймём, почему у сосны есть семена, но нет плода.

Систематические группы растений

Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс

Систематические группы растений

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Общая характеристика голосеменных
Разнообразие хвойных, строение и жизнедеятельность
Размножение хвойных и цикл сосны
Значение хвойных в природе и жизни человека

Учебная схема хвойного побега, мужской и женской шишек. Масштаб и число чешуй условны; у разных голосеменных органы могут отличаться.

Упрощённая последовательность событий у сосны. Пыльца и семязачатки формируются на взрослом дереве; между опылением и оплодотворением может пройти значительное время. Стрелки не задают сроков и не описывают все голосеменные.

Как это устроено

Голосеменные — семенные растения, но они не образуют цветок и плод в том смысле, как покрытосеменные. У сосны мужские структуры производят пыльцу, женские несут семязачатки. Пыльца и семя — не одно и то же: первое участвует в доставке мужских клеток, второе возникает позже из семязачатка и содержит зародыш.

Взрослая сосна — спорофит, на котором возникают два разных типа шишек. В мужских структурах образуются микроспоры, из них развивается пыльца с мужским гаметофитом. В семязачатке женской шишки развивается женский гаметофит с яйцеклеткой. Таким образом, слово «поколение» в школьном цикле не означает второе большое дерево: гаметофиты семенных растений очень малы и зависят от спорофита.

При опылении пыльца попадает к семязачатку на чешуе женской шишки. Пыльцевая трубка затем доставляет мужскую клетку к яйцеклетке; оплодотворение происходит позже. У сосны развитие и созревание семени длится долго, часто более одного сезона. Не следует переносить точные сроки сосны на все хвойные без проверки.

Разложите жизненный цикл по событиям, а не только по картинкам шишек: на взрослом дереве формируются пыльца и семязачатки; ветер может перенести пыльцу к семязачатку; после опыления растёт пыльцевая трубка; при оплодотворении образуется зигота; из неё развивается зародыш внутри семени; зрелое семя расселяется и при подходящих условиях прорастает. Опыление и оплодотворение — разные события, между которыми у сосны проходит значительное время. Не каждое перенесённое пыльцевое зерно приводит к семени.

Игловидные или чешуевидные листья хвойных имеют особенности покровов и устьиц, помогающие ограничивать потерю воды. Это важно зимой, когда вода в почве малодоступна, и в сухих местах. Но хвойные разнообразны: лиственница листопадна, а можжевельник имеет другие шишкообразные структуры, чем сосна. Школьная сосна — конкретная модель, не полное описание всех голосеменных.

У сосны иглы остаются на побеге несколько сезонов, имеют защитные покровы и особенности размещения устьиц, но это не делает растение независимым от воды. Лиственница, хотя тоже хвойная, ежегодно теряет хвою. При определении хвойного сравнивайте сразу хвою, расположение на побеге и устройство зрелых шишек, а не пользуйтесь правилом «зелёное зимой — значит хвойное»: некоторые нехвойные растения тоже вечнозелёные.

Хвойные формируют леса и местообитания, участвуют в круговороте веществ и служат сырьём для древесины и других продуктов. Хозяйственная польза не означает, что вырубка любого хвойного леса безопасна: восстановление зависит от вида, возраста леса, почвы, климата и режима использования.

Проследим жизнедеятельность сосны обыкновенной Pinus sylvestris. Вода с растворёнными минеральными ионами поступает через корни и движется по древесине, главным образом по трахеидам. Зелёная хвоя получает свет; углекислый газ поступает через устьица, а в хлоропластах образуются органические вещества. Флоэма переносит их к растущим корням, побегам и другим частям. Устьица регулируют газообмен и потерю воды; покровы хвои уменьшают испарение, но не устраняют его. Живые клетки хвои, корней и других органов дышат и на свету, и в темноте. Пыльцевая трубка освобождает оплодотворение от необходимости плавания мужской клетки по наружной водной плёнке; поглощение воды корнями и прорастание семени от этого не отменяются.

Древесину сосны обыкновенной используют для пиломатериалов и изготовления целлюлозы: древесные ткани дают конструкционный материал и волокнистое сырьё для бумаги. Из её смолы исторически получали скипидар и смоляные продукты; это сведения о переработке, а не инструкция повреждать дерево или применять смолу для лечения. Использование леса оценивают вместе с восстановлением древесного покрова, сохранением почвы и местообитаний.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Голосеменные

Группа семенных растений, у которых семязачатки не заключены в завязь цветка; семена развиваются без образования настоящего плода.

Пример: У сосны семязачатки располагаются на чешуях женской шишки, а созревшие семена освобождаются из неё.

Важно: Слово «голые» не означает, что семена обязательно лежат полностью открыто и ничем не защищены.

Хвойные

Большая группа современных голосеменных с древесным стеблем; листья многих видов узкие или чешуевидные, а семязачатки часто связаны с шишками.

Пример: Сосна, ель, лиственница и можжевельник относятся к хвойным, но внешне и по срокам жизни хвои отличаются.

Хвоя

Обычно узкий или чешуевидный лист хвойного растения, строение которого нередко уменьшает потерю воды и помогает перенести холод или засуху.

Пример: У сосны обыкновенной игольчатые листья обычно собраны по две в укороченном побеге.

Важно: Не всякое хвойное вечнозелёное: лиственница ежегодно сбрасывает хвою.

Мужская шишка

Спороносная структура хвойного растения, в которой формируются микроспоры, а из них — пыльцевые зёрна, несущие мужской гаметофит.

Пример: Весной у сосны небольшие мужские шишки выпускают пыльцу, переносимую ветром.

Женская шишка

Структура хвойного растения с чешуями, на которых развиваются семязачатки; после оплодотворения в них созревают семена.

Пример: Деревянистая зрелая шишка сосны несёт семена на чешуях и раскрывается при их расселении.

Семязачаток

Структура семенного растения с клетками будущего женского гаметофита и покровами; после оплодотворения из неё развивается семя.

Пример: Семязачатки сосны находятся на чешуях женской шишки, а у цветкового растения — внутри завязи.

Пыльцевое зерно

Мужской гаметофит семенного растения на ранней стадии, защищённый оболочкой; после попадания на подходящую структуру он участвует в доставке мужских клеток к яйцеклетке.

Пример: Лёгкая пыльца сосны переносится ветром и может достигнуть женской шишки.

Спорофит сосны

Основное, заметное поколение в жизненном цикле сосны — взрослое дерево, на котором формируются мужские и женские репродуктивные структуры. Именно дерево образует шишки, а не появляется из одной пыльцы.

Пример: Высокая сосна в лесу — спорофит; на его побегах можно наблюдать разные по устройству мужские и женские шишки.

Гаметофит сосны

Сильно уменьшенное поколение, связанное с образованием половых клеток. Мужской гаметофит развивается в пыльцевом зерне, женский — внутри семязачатка; это не два самостоятельных больших дерева.

Пример: Переносимое ветром пыльцевое зерно сосны несёт мужской гаметофит; женский гаметофит остаётся внутри семязачатка женской шишки.

Пыльцевая трубка

Вырост прорастающего пыльцевого зерна, по которому мужские клетки или их ядра достигают области яйцеклетки. Её рост происходит после попадания пыльцы к семязачатку и не означает мгновенного образования семени.

Пример: После опыления сосны пыльцевая трубка развивается внутри тканей семязачатка; оплодотворение наступает позднее самого переноса пыльцы.

Опыление

Попадание пыльцы на подходящую женскую структуру семенного растения. Это этап до оплодотворения, при котором ядра половых клеток ещё не обязательно слились.

Пример: Пыльца сосны может попасть к семязачатку задолго до образования зрелого семени.

Оплодотворение

Слияние мужской и женской половых клеток или их ядер с образованием зиготы, из которой развивается зародыш.

Пример: После роста пыльцевой трубки у сосны мужское ядро сливается с ядром яйцеклетки в семязачатке.

Важно: У сосны опыление и оплодотворение разделены во времени; не считайте их одним событием.

Семя голосеменного

Образование, содержащее зародыш, запасающую ткань и защитную оболочку, развивающееся из семязачатка без окружающего плода.

Пример: Крылатое семя сосны может расселяться ветром после раскрытия зрелой шишки.

Пример по шагам

Ученик нашёл семена на чешуе шишки и сказал: «Это плод сосны». Почему это неверно?

Найдите, что образует плод у покрытосеменных: завязь цветка с семязачатками внутри.
У сосны нет такой завязи; семязачатки расположены на чешуях женской шишки.
Следовательно, шишка и семена не равны плоду покрытосеменного растения.

Вывод: У сосны есть семена, но нет настоящего плода; шишка — другой репродуктивный орган.

Практическая работа

Сравнение хвои и шишек хвойных

Получите упавшие веточки, хвою и зрелые шишки сосны и ели или их качественные фото; не ломайте ветви живых деревьев.
Сравните расположение и форму хвои, размеры и чешуи шишек; найдите при возможности освободившееся семя и запишите, что чешуя шишки не является околоплодником.
Отметьте признаки, которые нельзя определить по сухой зрелой шишке: например, момент опыления и половые клетки.

Что можно заключить: Наблюдение показывает разнообразие внешних структур хвойных и положение семян, но не весь цикл развития.

Безопасность: Не трогайте смолу возле глаз, избегайте растений с неизвестными аллергенами, не собирайте охраняемые виды и мойте руки.

Практическая работа

Плаун, хвощ и сосна: прослеживаем вещества и поколения

Учебные модельные данные — не результаты реального опыта

Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.

Предоставленные карточки трёх названных видов
Вид	Получение и перенос веществ	Размножение и гаметофит
Плаун булавовидный — Lycopodium clavatum	Корни поглощают воду и минеральные ионы; ксилема проводит их в побег. Небольшие зелёные листья фотосинтезируют, флоэма переносит органические вещества. Устьица участвуют в газообмене и испарении; живые клетки дышат.	Зелёный побег — спорофит. Спорангии в верхушечных колосках образуют споры. Гаметофит развивается в почве, не имеет хлорофилла и получает питание при участии гриба. Подвижным мужским клеткам нужна жидкая вода для достижения яйцеклетки; из зиготы развивается спорофит.
Хвощ полевой — Equisetum arvense	Корни отходят от корневища — подземного стебля с запасами. Вода и ионы идут по ксилеме. Основной фотосинтез происходит в зелёных стеблях и веточках летних побегов; органические вещества поступают по флоэме и к подземным частям. Газообмен идёт через устьица; живые клетки дышат.	Обычно весной появляются буроватые спороносные побеги с колосками, позже — зелёные ветвистые. Спора даёт небольшой зелёный лопастной гаметофит на влажном субстрате. Он образует половые органы; мужские клетки достигают яйцеклетки в жидкой воде. Зигота начинает новое поколение спорофита.
Сосна обыкновенная — Pinus sylvestris	Корни поглощают воду и ионы, древесина с трахеидами проводит их к кроне. Хвоя — фотосинтезирующие листья; органические вещества идут по флоэме к растущим и запасающим частям. Устьица обеспечивают газообмен и регулируют потерю воды. Живые клетки, включая клетки корней, дышат и днём, и ночью.	Дерево — спорофит. Пыльцевое зерно несёт уменьшенный мужской гаметофит; женский гаметофит с яйцеклетками развивается внутри семязачатка. Ветер переносит пыльцу, пыльцевая трубка доставляет мужскую клетку: наружная водная плёнка для её плавания не нужна. Зигота даёт зародыш семени, а проросток — следующее дерево.

Учебные карточки конкретных видов, а не наблюдения ученика. У других плаунов гаметофит может быть зелёным; типичное разделение весенних и летних побегов полевого хвоща нельзя переносить на все хвощи. У разных гаметофитов хвоща сочетание половых органов может различаться.

По трём готовым карточкам проследите путь воды и минеральных ионов, место фотосинтеза и путь образованных органических веществ. Объясните, почему корневище хвоща — стебель, а не корень.
Для каждого спорового вида восстановите цепь: спорофит → спорангий → спора → гаметофит → гаметы → оплодотворение → зигота → новый спорофит. Сравните гаметофиты: нельзя автоматически рисовать всем сердцевидный заросток папоротника.
Укажите переход, для которого плауну и хвощу нужна жидкая вода. У сосны отдельно объясните перенос пыльцы и доставку мужской клетки. Означает ли отсутствие наружной водной плёнки при её оплодотворении, что корни сосны не нуждаются в воде?

Что можно заключить: У всех трёх видов есть корни, проводящие ткани, фотосинтезирующие части и клеточное дыхание. Гаметофит плауна булавовидного подземный и бесхлорофилльный, полевого хвоща — маленький зелёный; это не одинаковый сердцевидный заросток. У обоих жидкая вода требуется при движении мужских клеток к яйцеклетке. У сосны пыльца и пыльцевая трубка выполняют разные этапы доставки; корни, рост и прорастание семени при этом нуждаются в воде. Корневище — подземный побег с узлами, почками и запасами, от которого отходят корни.

Безопасность: Используйте готовые карточки. Не выкапывайте гаметофиты и корневища, не собирайте природные плауны и не распыляйте споры или пыльцу.

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.