Материалы для подготовки к ЕГЭ (раздел ботаника)
план-конспект занятия по биологии (11 класс) на тему

Цветок

        Цветок представляет собой видоизмененный укороченный побег, приспособленный для образования спор, половых клеток (гамет) и перекрестного опыления. После опыления и последующего полового процесса (оплодотворения) образуются семена и плоды. Таким образом, цветок является репродуктивным органом, все части которого приспособлены к функции размножения и воспроизведения.

        Стеблевая часть цветка представлена цветоножкой и цветоложем, на котором расположены видоизмененные листья (цветолистики): чашелистики, лепестки, тычинки, пестики. Чаще они располагаются кругами (мутовками) в несколько рядов.

        Чашелистики образуют чашечку, лепестки – венчик. Венчик и чашечка являются составными частями околоцветника. Околоцветник выполняет защитную функцию и функцию привлечения опылителей. Чаще всего он состоит из различно окрашенных чашелистиков и лепестков, его называют двойным. Если околоцветник окрашен в один цвет, то его называют простым. Простой чашечковидный околоцветник имеет обычно зеленый цвет, простой венчиковидный окрашен ярко. Цветки, не имеющие околоцветника, называют голыми (мужской и женский цветки). Чашелистики бывают свободными или с более или менее сросшимися основаниями. Венчик состоит из ярко окрашенных лепестков (часто они крупнее чашелистиков) - свободнолепестных или сростнолепестных.

        Главными частями цветка являются тычинки и пестики. Цветки, имеющие тычинки и пестики, называют обоеполыми (гермафродитами). Раздельнополые содержат или только тычинки, или только пестики. Поэтому различают соответственно цветки тычиночные (мужские) и пестичные (женские). Растения с тычиночными и пестичными цветками на одном экземпляре называют однодомными, а растения, несущие только тычиночные или пестичные цветки - двудомными. Так, ива, тополь, финиковая пальма относятся к числу растений, у которых одни особи несут только тычиночные цветки, а другие - только пестичные.

        Число членов каждой части цветка обозначается цифрами. Строение цветка можно выразить в виде формулы, введя обозначения для каждой части:

    calyx (Ca) - чашка (Ч);

   corolla (Co) - венчик, лепестки (Л);

   androecium (A) - андроцей, тычинки (Т);

   gynoecium (G) - гинецей, пестик (П).

Если число членов цветка одного и того же вида непостоянно (больше 12), то оно обозначается значком ∞. В случае срастания между собой цветолистиков число заключается в

скобки.

Например, для розоцветных формула цветка будет иметь следующий вид: , а для гороха - .

        Еще более полное представление о строении цветка дает диаграмма, являющаяся проекцией цветка на плоскость, перпендикулярную к его оси. Диаграмма отражает не только наличие частей цветка и число членов, но и их расположение относительно друг друга. Члены цветка обозначаются строго определенными значками.

        Цветки располагаются на растении либо одиночно (крупные и чаще яркие), либо собраны в соцветия. Соцветие - это побег или система побегов, несущих цветки. Биологическое преимущество соцветий перед одиночными цветками несомненно, поскольку повышается гарантия опыления, поскольку насекомое посетит в единицу времени больше цветков, если они собраны в соцветия, кроме того, уменьшается вероятность повреждения цветов неблагоприятными факторами среды, особенно при распускании цветков. Цветки, собранные в соцветия, более заметны среди зелени листьев, нежели одиночные цветки. Многие поникающие соцветия легко раскачиваются под влиянием движения воздуха, способствуя тем самым рассеиванию пыльцы. Различают два типа соцветий: простые, в которых цветки (с цветоножками или без них) располагаются непосредственно на главной оси, и сложные, в которых цветки располагаются на разветвленной главной оси (оси второго, третьего порядков). По характеру ветвления различают соцветия с моноподиальным ветвлением (каждая ось соцветия формируется за счет деятельности одной апикальной меристемы, и является побегом одного порядка) и соцветия с симподиальным ветвлением (представляют собой совокупность побегов нескольких порядков).

Соцветия с моноподиальным ветвлением:

• Простые:

Капуста,                               ландыш,            Подорожник       Белокрыльник,   Примула,            Груша                  Клевер                 Ромашка

Черемуха                                        кукуруза              вишня                                                                          астра.                                                                                                                         

• Сложные:

Сложный зонтик      пшеница, ячмень, рожь               Сложная кисть                         Метелка

 морковь, петрушка                                                                             донник                                            сирень, рябина, яблоня

                                                    Завиток                      Извилина

                                                                       зверобой                    петуния, незабудка

        После созревания пыльцы пыльники лопаются и пыльца попадает на рыльце пестика - происходит опыление. Различают два вида опыления: самоопыление и перекрестное опыление. Самоопыление осуществляется только в обоеполых цветках. Особенно оно хорошо выражено у нераскрывающихся цветков. Преимущество самоопыления, ведущего к самооплодотворению, состоит в том, что оно более надежно, особенно в тех случаях, когда представители данного вида встречаются относительно редко и на больших расстояниях один от другого. Самоопыление не зависит от внешних агентов (ветер, насекомые), но может приводить к уменьшению жизнеспособности.

         Перекрестное опыление происходит с помощью ветра, воды, насекомых, птиц и др. Оно более прогрессивно, поскольку происходит обновление наследственного (генетического) материала, а это открывает более широкие возможности в приспособлении к различным условиям существования. Подавляющее большинство растений имеет перекрестное опыление. Широко известны приспособления цветков к определенным насекомым-опылителям (клевер, орхидея и др.). Различают две формы перекрестного опыления: соседнее, когда опыление осуществляется в пределах одного растения, но пыльца с одного цветка попадает на рыльце другого, и собственно перекрестное, когда пыльца с одной особи переносится на рыльце цветка другой особи. Для предотвращения самоопыления у растений выработались разнообразные приспособления: разновременное созревание тычинок и пестиков в обоеполом цветке; в обоеполых цветках пестики с длинными столбиками, а тычинки с короткими тычиночными нитями или наоборот.

        Перекрестное опыление возможно благодаря насекомым, ветру, животным, воде. Животными опыляются тропические растения. Распространено опыление колибри, цветочницами, нектарницами, а также есть случаи опыления летучими мышами. Опыление с помощью воды характерно для роголистников, наяд, водяной чумы и др. Самыми распространенными являются опыление с помощью ветра и насекомых. Первоначально пыльцевые зерна разносились ветром, но в ходе эволюции стали появляться растения, использующие для этой цели насекомых как более надежный способ переноса пыльцы.

Типичные различия между ветроопыляемыми и насекомоопыляемыми цветками следующие:

Ветроопыляемые

• малозаметные цветки с мелкими лепестками или их нет;

• лишены запаха
• не имеют нектарников
• рыльце крупное, многолопастное, свешивается из цветка для захвата пыльцы

• тычинки свешиваются из цветка наружу так, что пыльца высыпается
• пыльники подвижные (прикрепляются к тычиночным нитям в средней части - легко раскачиваются)
• производят большое количество пыльцы, т.к. потери велики
• пыльцевые зерна мелкие, легкие, с сухими гладкими стенками

• строение цветка очень простое

• цветки располагаются выше листьев или появляются раньше листьев

Насекомоопыляемые

• цветки с крупными яркими лепестками, хорошо заметны. Если цветки невзрачные, то могут быть собраны в соцветия
• издают запах
• нектарники в цветках имеются
• рыльце в пестике маленькое, не выступающее из цветка, выделяет клейкое вещество, к которому прилипает пыльца
• тычинки находятся внутри цветка

• пыльники неподвижные, срастаются с тычиночной нитью

• производят небольшое количество пыльцы
• пыльцевые зерна тяжелые, крупные, имеют шипики на стенках, клейкие
• строение цветка часто усложненное, приспособлено к переносу пыльцы каким-либо определенным видом насекомого (орхидеи, клевер и т.д.)
• расположение цветков по отношению к листьям закономерностей не имеет, но часто цветки – выше листьев

        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 (Зn). 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, Зn), 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.

Семя

        Семя – это репродуктивный орган растения, содержащий зародыш растения и запас питательных веществ. Наличие семени характерно для растений отделов голосеменных и покрытосеменных. Семя способствует воспроизведению и расселению растений.

        Общий план строения: включает зародыш, эндосперм, семенную кожуру.

        Зародыш семени, развивающийся из оплодотворенной яйцеклетки, имеет двойной набор хромосом в клетках. Состоит из зародышевой оси и семядолей (одной или двух) - первых листьев зародыша. Зародышевая ось представлена образовательной тканью (верхушечная меристема), в дальнейшем она дифференцируется в корешок, зачаточный стебелек и почечку. Семядоли способны абсорбировать питательные вещества эндосперма, осуществляя гетеротрофное питание зародыша.

         Эндосперм – запас питательных веществ – формируется из центральной крупной клетки после оплодотворения. Клетки эндосперма триплоидны. Основная ткань эндосперма – запасающая (модифицированная  паренхима). Исследования 250 семейств царства растений показали, что 85% видов имеют в семени эндосперм, а 15% - не имеют. В этом случае эндосперм поглощается зародышем, и вместилищем питательных веществ становятся семядоли.

        Семенная кожура состоит из механических тканей, образуется из стенок зародышевого мешка и защищает зародыш от механических повреждений и преждевременного увлажнения. Семена некоторых растений содержат на семенной кожуре волоски и мясистые придатки. Данные приспособления способствуют расселению семян. Например, мясистые придатки семени фиалки поедают насекомые, разнося семена от материнского растения. На семенной кожуре содержится микропиле (семявход) – отверстие, через которое вода проникает в семя, и рубчик – след от семяножки и место проводящего пучка.

Семена двудольных и однодольных растений отличаются  количеством семядолей в зародыше, хотя встречаются так называемые «ложнооднодольные» растения (чистяк зонтичный, хохлатка). Однодольные содержат одну семядолю в семени.

У двудольных  - две семядоли. В остальном семена двудольных и однодольных схожи.

Встречаются:

1. семена двудольных с эндоспермом: клещевина (кастор), ясень обыкновенный, гречиха, конопля, томат, морковь, калина. Зародыш у таких семян маленький, погружен в эндосперм.
2. семена двудольных без эндосперма: растения семейства бобовых. Семядоли в таких семенах крупные, с запасом питательных веществ, занимают все пространство внутри семенной кожуры. Зародыш маленький, находится между семядолями.
3. семена однодольных с эндоспермом: ирис, пшеница. Эндосперм занимает все пространство  внутри семени, зародыш маленький ,семядоля в виде тонкой пластинки располагается между зародышевым растением и эндоспермом.
4. семена однодольных без эндосперма: частуха, стрелолист, рдест.

        Химический состав семян следующий: неорганические вещества (вода и минеральные соли), органические вещества (жиры, белки, углеводы). Вода содержится в небольшом количестве – 5-20%, большинство семян сухие. Белки – структурные и ферменты, которые становятся активными после поступления воды в семя. Жиры и углеводы содержатся в семенах в различном соотношении. Если в большом количестве содержится крахмал, эндосперм называется мучнистым (пшеница); маслянистый эндосперм содержит большое количество растительных жиров; каменистый эндосперм накапливает гемицеллюлозу (некоторые виды пальм). Жиры и углеводы выполняют энергетическую функцию.

        Прорастание семян – важный этап, с которого начинается развитие растения. Прорастанию семени способствуют:

Внешние факторы (экологические): вода, кислород, температура, для мелких семян - освещенность.

Вода нужна для метаболической активности и растворения ферментов. При прорастании семян происходит активный рост клеток, вода нужна для создания тургора, способствующего растяжению клеточных стенок.

Кислород необходим семенам после того, как семенная кожура лопается. До этого в клетках происходит анаэробное окисление веществ, после активации ферментов энергозатраты клеток возрастают, поэтому семя переходит на аэробный тип дыхания.

Температура создает необходимые условия для работы ферментов. Минимальная температура, необходимая для прорастания 0-5ºС, максимальная – 45-48ºС, оптимальная –  25-30 ºС

Свет требуется не всем семенам. Зависимость прорастания от освещенности - адаптационное приспособление. Семена не прорастают вблизи затеняющих их родительских растений, которые могут составить внутривидовую конкуренцию.

Внутренние факторы:

Физиологическая незрелость зародыша. Для достижения зрелости требуется так называемая стадия дозревания. Она имеет различную продолжительность. У женьшеня, например, она составляет три года.

Непроницаемость кожуры для воды. Кожура содержит ингибиторы, предупреждающие преждевременное проникновение воды в семя. Ингибиторы разрушаются при механическом воздействии (перекатывание, трение о камни), под воздействием высокой температуры (пожар), могут «вымываться» (у пустынных растений) во время дождей. Ингибиторы «перевариваются» в пищеварительном тракте животных.

Физиология прорастания.

        В результате всасывания воды в клетках зародыша образуются растворы различных веществ. Это приводит к активации ферментов, в частности, дыхательных. Другие ферменты синтезируются из аминокислот, освобождающихся при переваривании запасенных белков.

        В прорастающем семени различают две зоны активности: область запасенных веществ и область роста. Главные события, происходящие в первой области носят (за исключением синтеза ферментов) катаболический характер, то есть связаны с процессами распада. Переваривание запасов питательных веществ происходит главным образом путем гидролиза:

Белки аминокислоты;

Полисахариды ди-, моносахариды;

Липиды глицерин и жирные кислоты

        Растворенные продукты гидролиза переносятся потом в область роста зародыша. Здесь происходят процессы расщепления (обеспечение энергией) и синтез органических веществ (строительный материал для клеток). Например, сахара, жирные кислоты и глицерин могут служить субстратами для расщепления как в области роста, так и в области запасенных веществ. Глюкоза используется для синтеза целлюлозы и других веществ, образующих клеточные стенки, аминокислоты нужны для синтеза белков (ферментов и структурных).

        Как уже говорилось выше, и область роста, и область запасенных веществ получают энергию за счет расщепления органических веществ (сначала анаэробного, затем в ходе дыхания).  В процессе дыхания происходит окисление какого-либо субстрата до углекислого газа и воды. Поэтому начальные стадии развития семян сопровождаются уменьшением сухой массы семени, которое продолжается до тех пор, пока у проростка не появятся зеленые листья, и он сам не начнет синтезировать органические вещества. Таким образом, в прорастающих семенах зародыш сначала питается гетеротрофно, а затем переходит на автотрофный способ питания.

        Рост зародыша происходит путем деления клеток, увеличения их размеров и дифференцировки. Количество белков, целлюлозы, нуклеиновых кислот и других веществ в растущих участках зародыша постепенно увеличивается, а сухая масса запасов питательных веществ уменьшается. Первый видимый признак роста – появление зародышевого корешка. Корешок обладает положительным геотропизмом, т.е. растет вниз, закрепляя семя в почве. Затем появляется зачаток побега – почечка, проявляющая отрицательный геотропизм (и положительный фототропизм, если она находится над землей) и растущая вверх. Почечка носит название плюмулы.

        Различают два типа прорастания: эпигеальное прорастание (семядоли выносятся на поверхность) и гипогеальное прорастание (семядоли остаются под землей). У двудольных встречаются оба типа прорастания;

у однодольных удлиняется средняя часть зародыша, листья остаются в закрученном состоянии и быстро оказываются над поверхностью земли.

Все ростовые реакции, происходящие под землей, контролируются этиленом. После того, как проросток оказывается на свету, возникает ряд реакций, контролируемых фитохромом, которые приводят к переходу от этиолированного роста (в темноте) к нормальному. Главные изменения, которые при этом происходят, следующие:

1. Разрастание и  развертывание семядолей или первых настоящих листьев
2. Синтез хлорофилла («позеленение»)
3. Начало фотосинтеза и переход к автотрофному питанию.