СПЕРМАТОФІТИ АБО ФАНЕРОГАМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАСИФІКАЦІЯ, ЕВОЛЮЦІЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

У espermatofitas або квітучі рослини, також відомий як «насіннєвих рослин» представляють собою відмінний монофілетична рід рослин , що належать до групи lignofitas (деревних рослин) і які класифікуються як покритонасінні (квіткові рослини) як голонасінних ( хвойні дерева тощо).

Сперматофіти утворюють окрему групу від лігнофітів завдяки спільній особливості розвитку насіння, яка описується в підручниках як "еволюційна новинка" для групи.

Фотографія яблуні, рослини сперматофітів (Джерело: W. carter / CC0, через Wikimedia Commons)

Слово "сперматофіт" буквально означає "рослини з насінням", оскільки воно походить від грецьких слів "сперма", що означає насіння, і "фітон", що означає рослина.

Сперматофіти - один з найважливіших організмів на землі, оскільки і покритонасінні, і голонасінні - це дві надзвичайно рясні групи, які мають важливе значення для функціонування практично всіх наземних екосистем.

Якщо ви швидко задумаєтесь, рослини з насінням - це, мабуть, найвідоміша для більшості людей група не тільки з погляду харчування (оскільки олія, крохмаль і білки отримують з насіння багатьох рослин), але й з ландшафтної точки зору.

Сперматофіти - це гігантські червоні дерева Каліфорнії, великі і листяні дерева тропічного лісу Амазонії, лілії та троянди, рис, овес, кукурудза, пшениця та ячмінь, серед тисяч інших.

Характеристика сперматофітів

- Основна характеристика сперматофітів або фанерогамів - це виробництво насіння після запилення, тобто як продукт, що утворюється в результаті злиття двох статевих клітин.

- Це фотосинтетичні організми, тобто в них є хлоропласти, які містять хлорофіл, через що вони можуть перетворювати енергію світла від сонячних променів у корисну хімічну енергію.

- Тіло цих овочів ділиться на корінь, стебло та листя.

- Деякі сперматофіти, покритонасінні виробляють квіти і з цих квіток походять плоди, які є тими, що містять насіння.

- Гімносперми не дають квітів, але вони мають спеціалізовані структури для підтримки насіння.

- Більшість сперматофітів мають добре розвинену судинну тканину, що складається з ксилемової тканини та трахеїдів.

- Вони широко поширені по біосфері, тому займають сотні різних місць існування.

- У них можуть бути тканини з вторинним ростом чи ні.

Хабітат

Квітучі рослини (покритонасінні) ростуть практично в будь-якому населеному пункті на землі (крім хвойних лісів) і можуть навіть домінувати в деяких водних екосистемах. Тому вони здатні населяти:

- Пустелі

- Рівнини

- Серраніас

- Океани, моря та річки

Аналогічно, голонасінні рослини, інші насіннєві рослини, також мають велику пластичність щодо середовища проживання, яке вони можуть займати, хоча вони більш обмежені до наземних та неводних середовищ.

Класифікація та систематика

Насінники відносяться до відділу Spermatophyta. У цьому поділі згруповані папороті з насінням «Птеридосперми», Гімносперми та покритонасінні.

Насіннєві папороті - це група, що складається в основному з викопних рослин, тому сперматофіти часто вважаються гімнастиками та покритонасінними.

Гімносперми

Шишки сосни, гімнасперма (Джерело: Sridhar Rao / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)

Слово "gymnosperm" означає "рослини з голими насінням" (gymnos, що означає "голий" і сперматозоїд, що означає "насіння").

Залежно від дослідження, яке аналізується, ця група рослин є «неприродною» групою, оскільки її члени мають парафілетичне походження, а це означає, що не всі мають одного спільного предка; або це монофілетична група, брат покритонасінних.

- Учасники групи зустрічаються в цьому підрозділі, оскільки вони поділяють загальну характеристику (апоморфію) нерозвитку квітів.

- Крім того, ці рослини мають структури, відомі як «шишки», деякі жіночі та один самець.

- Насіння після запліднення не застрягають в стінці плоду.

- Вони мають згорнуте листя, голкоподібні та рясні у воску.

Гімнастики поділяються на наступні лінії:

- Цикадофіта , родовід вважався найосновнішим

- Гінкгофіта

- Хвойні , хвойні

- Gnetophyta або Gnetales, іноді класифікуються в межах групи хвойних

Покритонасінні

Квіти Tetradenia riparia, покритонасінна рослина. Conrado / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Квітучі рослини, навпаки, є перевіреною монофілетичною групою, що вважається сестринською групою для голонасінних. Вони, безумовно, є найбільш рясною, різноманітною та успішною групою рослин із усіх, що складають понад 95% усіх видів рослин, що живуть сьогодні.

Вони також є однією з найважливіших установок для світової економічної системи, оскільки їх використовують не лише для виробництва продуктів харчування, але й для видобутку різних видів сировини.

- Усі покритонасінні мають квіти, зазвичай двостатеві (обидві статі в одній квітці).

- Його насіння інкапсульоване в зав'язі, яка переростає в плід.

- Вони, як правило, подвійне запліднення.

Покритонасінні складають надзвичайно численну та різноманітну групу, класифікація якої є об’єктом вивчення багатьох фахівців у цій галузі, тому між однією класифікацією та іншою є деякі розбіжності. Однак серед найбільш прийнятих є те, що до цієї групи належать клади:

- Амборели

або німфеї

- Austrobaileyales

- Магноліди

або Лоралес

або магнолії

або Канелли

o Piperales

o Монокотиледони

• Петросавіали
• Acorales
• Alismatales
• Аспарагалес
• Діоскореали
• Ліліяли
• Панданалес

або Коммелінідос

• Арекалес
• Commelinales
• Zingiberales
• Поляки

або евдикотиледони

• Буксали
• Троходендра
• Ranunculales
• Протеали
• Berberidopsidales
• Dillenials
• Пушки
• Каріофіли
• Санталалес
• Саксифрагали
• Розиди
• Життєвий
• Crossosomatales
• Geraniales
• Миртали
• Zygophyllales
• Целастрали
• Куркубітали
• Фабали
• Fagales
• Malpighiales
• Оксалідал
• Розалі
• Сади
• Бюстгальтери
• Мальвалес
• Sapindales
• Зірочки
• Корналес
• Ерікалес
• Гарріалес
• Gentianales
• Ламіалес
• Соланалес
• Апіале
• Aquifoliales
• Астерили
• Дипсакалес

Життєвий цикл та розмноження

Життєвий цикл сперматофітів відомий як «спортивний», де спорофіт переважає і виробляються насіння, а гаметофіт, на відміну від інших груп рослин, скорочується всередині яйцеклітини або пилкового зерна.

Чергування поколінь

З цього зрозуміло, що всі рослини з насінням мають чергування поколінь, одна гаметофітна та інша спорофітна, але гаметофіт розвивається лише тоді, коли рослини досягають дорослої або репродуктивної стадії.

Спорофіти - це ті, що несуть спеціалізовані структури, де виробляються жіночі та чоловічі гаметофіти. Мікроспорангії виробляють пилкові зерна (чоловіки), а мегаспорангії виробляють мегаспори або яйцеклітини (жіночі).

В деяких випадках і мегаспорангіум, і мікроспорангіум зустрічаються у різних особин або структур (Gymnosperms), але, як правило, у більшості рослин обидві мають однакову структуру, відому як квітка (покритонасінні).

Квіти

Квітка - це спеціалізована структура для розмноження і виникає зі стебла як «розширення» тіла рослини.

Мігаспорангіум, що міститься у квітках, має "контейнер" (зав'язь), який функціонує при прийомі пилкових зерен, які виробляються мікроспорангієм (з тієї ж квітки або з різних квітів).

Яйцеклітини всередині яєчника мають усі необхідні поживні речовини для підтримки розвитку ембріона, насіння та плоду - процесу, який відбувається після запилення та запліднення яйцеклітини пилком зерна.

Вироблені таким чином насіння можуть бути розпорошені різними способами і, як тільки проростуть, утворювати новий спорофіт, який може повторити життєвий цикл.

Приклади видів сперматофітів

Сперматофіти - надзвичайно різноманітні рослини, з дуже різними життєвими циклами, формами, розмірами та способом життя.

До цієї групи належать усі відомі нам квітучі рослини, практично всі рослини, які ми споживаємо для їжі, та великі та величні дерева, що складають ліси та джунглі, які підтримують життя тварин.

- Яблуко, типове для осіннього сезону у багатьох сезонних країнах, належить до виду Malus domestica , воно входить до складу поділу Magnoliophyta та до розряду Розалес.

- Pinus mugo - вид чагарникової сосни, який росте в Альпах і з якого добувають деякі сполуки з відхаркувальним, антиастматичним та дезінфікуючим властивостями.

- Хліб, який людина щодня вживає, виготовляється з борошна, виготовленої з насіння пшениці, виду покритонасінної, що належить до роду Triticum і який називається Triticum aestivum .

Еволюція сперматофітів

Еволюція насіннєвих рослин тісно пов'язана з еволюцією двох структур: насіння та пилкових зерен.

- Еволюція насіння

Еволюція насіння - це процес, що відбувався в кілька етапів, але точна послідовність того ж не відома, і, можливо, сталося, що два і більше відбувалися одночасно. Далі "кроки" еволюції насіння представлені так, як деякі автори пропонують:

1-гетероспорія

Термін позначає утворення двох типів гаплоїдних спор (з половиною хромосомного навантаження рослини, що дало їм походження) всередині двох різних спорангій

- Мегаспори: велика і мала за кількістю, що виробляється мейозом у структурі, відомій як мегаспорангій. Кожен мегаспора розвивається всередині жіночого гаметофіта, в якому виявлена ​​архегонія.

- Мікроспори: мейотичні продукти мікроспорангія. Мікроспори походять від чоловічого гаметофіта, в якому виявлені антеридії.

Це вважається одним із важливих «кроків» під час еволюції сперматофітів, оскільки стан предків складався з гомоспорію, тобто виробництва лише одного типу спор (рівних спор).

2-ендоспорія

Крім утворення двох різних типів спор, сперматофіти розробили ще одну умову, відому як ендоспорія, яка полягає у повному розвитку жіночого гаметофіта всередині початкової стінки спори.

Стан предків відомий як "екзоспорія" і пов'язаний з проростанням спори та її зростанням як зовнішній гаметофіт.

3-Зменшення кількості мегаспор

Насінники характеризуються виробленням єдиного мегаспори - характеристики, яка, як вважають, розвивалася двома способами.

Спочатку вони повинні були набути здатності зменшувати кількість мейозних клітин у мегаспорангії до лише однієї; Важливо відзначити, що кожна з цих клітин відома як материнська клітина мегаспороцита або мегаспори.

Після мейозу один диплоїдний мегаспороцит породжує 4 гаплоїдні мегаспори. Три з цих мегаспор «переривають», залишаючи єдину функціональну мегаспору, яка збільшується в розмірах, що корелює із збільшенням чисельності та поживних ресурсів у мегаспорангії.

4-Утримання мегаспори

Однією з умов або предкових характеристик сперматофітів є те, що мегаспора вивільняється з мегаспорангіуму, що змінилося в цій групі, оскільки в цих рослинах мегаспора, щойно виробилася, зберігається в межах мегаспорангії.

Це нове еволюційне «придбання» супроводжувалося, у свою чергу, зменшенням товщини клітинної стінки мегаспори.

5-Еволюція покрови

Багато авторів вважають це однією з останніх подій, яка відбулася під час еволюції насіннєвих рослин. Саме «покриття» мегаспорангіуму спеціальною тканиною, що називається покрови, яка оточує її майже повністю, з виразом дистального кінця.

Покривна клітка виростає з основи мегаспорангії, яку можна назвати нуцелою у багатьох текстах.

Записи скам’янілостей показують, що спочатку покрив складався як дві окремі частки, однак усі насінні рослини, які існують сьогодні, мають покрови, що складаються з суцільного покриття, що оточує нуцелу, за винятком мікропіля, який є крайнім дистальний.

Мікропіль є місцем потрапляння пилкових зерен або пилкової трубки під час запліднення мегаспори, тому він бере активну участь у цьому процесі.

- Еволюція пилкових зерен

Еволюція насіння безпосередньо супроводжувалася еволюцією пилкових зерен, але що таке пилкове зерно?

Пилкове зерно - це незрілий чоловічий ендоспорний гаметофіт. Ендоспорій у цих структурах еволюціонував аналогічно тому, що траплялося з насінням, оскільки передбачав розвиток чоловічого гаметофіта всередині стінок спори.

Вони незрілі, оскільки після звільнення вони ще не розрізнені повністю.

На відміну від інших типів рослин і, як обговорювалося вище, пилкові зерна сильно відрізняються від мегаспор. Це надзвичайно маленькі чоловічі гаметофіти, які складаються з кількох клітин.

При звільненні від мікроспорангії зерна пилку необхідно транспортувати до мікропіли овуля, щоб відбулося запліднення. Первісний характер запилення був анемофільним (запилення вітром).

Потрапивши в контакт з яйцеклітиною, чоловічий гаметофіт завершує свій розвиток діленням мітозом і диференціюванням. З цього виростає екзоспорна пилкова трубка (поза спорою), яка функціонує як орган для засвоєння поживних речовин навколо спорофітної тканини.

Пилкова трубка

Усі насіннєві рослини, що існують сьогодні, мають чоловічі гаметофіти, здатні утворювати пилкову трубку незабаром після контакту з тканиною мегаспори (нуцели). Утворення пилкової трубки відоме як сифоногамія.

Крім того, що функціонує як орган для засвоєння їжі, пилкова трубка функціонує при доставці сперматозоїдів до «яйцеклітини» яйцеклітини.

Список літератури

1. Мерріам-Вебстер. (другий). Сперматофіт. У словнику Merriam-Webster.com. Отримано 7 квітня 2020 року з merriam-webster.com
2. Nabors, MW (2004). Вступ до ботаніки (№ 580 N117i). Пірсон.
3. Сімпсон, MG (2019). Систематика рослин. Академічна преса.
4. Ворон, PH, Еверт, РФ, Ейхорн, SE (2005). Біологія рослин. Макміллан.
5. Westoby, M., & Rice, B. (1982). Еволюція насіннєвих рослин та інклюзивна придатність рослинних тканин. Еволюція, 36 (4), 713-724.