Тема 8. СОВРЕМЕННЫЕ КЛАССЫ ГОЛОСЕМЕННЫХ

1. Класс Gnetopsida (Гнетовые).

2. Порядок Эфедровые (Ephedrales).

3. Порядок Вельвичиевые (Welwitschiales).

4. Порядок Гнетовые (Gnetales).

Класс Gnetopsida (Гнетовые)

Этот своеобразный класс включает 3 порядка - гнетовые, вельвичиевые, эфедровые. История и происхождение этой группы неизвестны, так как палеоботанический материал отсутствует. Своеобразие этого класса заключается прежде всего в строении репродуктивных органов, а именно:

1) в основании микро- и мегастробилов находится покров из одной или нескольких пар чешуевидных листьев; этот покров остается при семенах, поэтому этот класс еще называют оболочкосеменные, или покровосеменные (иногда в микростробилах обнаруживаются недоразвитые семязачатки, которые одними авторами рассматриваются как рудименты ранее обоеполых цветков, а другими - как вторичное объединение микро- и мегастробилов);

2) уникальное для голосеменных дихотомическое ветвление системы стробилов;

3) наличие сильно оттянутой микропиллярной трубки;

4) значительная редукция женского гаметофита, который в своем строении сопоставим с зародышевым мешком покрытосеменных;

5) сильно редуцированный мужской гаметофит, приближающийся по строению к пылинке покрытосеменных;

6) верхушечное положение семени;

7) иногда наблюдается явление, сходное с двойным оплодотворением цветковых;

8) в древесине кроме трахеид имеются сосуды, аналогичные сосудам цветковых, но формирующиеся по-иному.

Все эти особенности гнетовых легли в основу выведения цветковых из этой группы согласно псевданциевой теории, созданной Веттштейном.

Порядок Эфедровые (Ephedrales)

Этот порядок включает одно семейство Ephedraceae с единственным родом эфедра, или кузьмичева трава (Ephedra). Из-за внешнего сходства с хвойными род получил также название хвойник (рис. 13). Эфедра объединяет 40 видов, приуроченных к пустынным, скалистым и степным сообществам Средиземноморья, Азии, Америки. Она представляет собой небольшой, обильно ветвящийся кустарник высотой до 1-1,5 м. Некоторые южноамериканские виды достигают высоты 6-8 м и имеют вид небольших деревьев. На их зеленых ребристых стеблях супротивно или мутовчато располагаются сильно редуцированные чешуевидные листья буроватого цвета, которые срастаются основаниями. Функцию фотосинтеза выполняют молодые стебли, в связи с чем под сильно кутинизированной эпидермой развита мощная хлоренхима.

Эфедра - растение двудомное. На мужских экземплярах в узлах возникают обильно ветвящиеся собрания констробилов. Каждый констробил имеет короткую ось, на которой располагается от 2 до 8 пар чешуевидных листьев. Нижние листья стерильные, а в пазухах верхних формируются просто устроенные микростробилы. Каждый микростробил состоит из пары чешуи, сросшихся в основании и именуемых покровом, или околоцветником. В центре располагается орган, напоминающий тычинки. Он имеет колонку, в которую входят 2 жилки, а на ее вершине формируется пара двугнездных микросинангиев. Нередко колонка бывает раздвоена до середины или до основания, при этом в каждое разветвление входит жилка. Поэтому колонку рассматривают как результат срастания двух микроспорангиофоров с 4 микроспорангиями. Микроспоры начинают прорастать внутри спорангия. Гаметофит сильно редуцирован; после первого деления вычленяется одна маленькая проталлиальная клетка, затем образуется ядро второй неоформившейся проталлиальной клетки и антеридиальная инициаль. Ядро ее делится с образованием 2 ядер: одно принадлежит антеридиальной, а другое - сифоноген-ной клеткам, которые также не отделяются перегородками. Вслед за этим ядро антеридиальной клетки делится еще раз с образованием 2 ядер неоформившихся клеток - стерильной и спермагенной. Таким образам, в общей цитоплазме находится 3 ядра неразделенных перегородками клеток - спермагенной, сифоногенной и стерильной.

Рис.13. Цикл развития Ephedra distachia

На женском растении в пазухах чешуевидных листьев развиваются супротивно расположенные мегастробилы. Каждый мегастробил состоит из короткой оси, в основании которой располагаются 3 пары стерильных чешуевидных листьев, более или менее сросшихся в основании. Верхняя, четвертая, пара листьев срастается в большей степени. У некоторых видов в пазухе каждой из этих чешуи развивается по семязачатку, а у большинства видов один семязачаток недоразвивается, а второй, разрастаясь, занимает вторично верхушечное положение. Интегумент семязачатка сильно вытянут в микропилярную трубочку, через которую выступает капелька жидкости; она способствует улавливанию пыльцы. В нуцеллусе одна из 4 мегаспор прорастает в женский гаметофит - эндосперм с 2 архегониями. Часть нуцеллуса над архегониями разрушается и образует жидкость, которая выделяется в виде капельки наружу. После оплодотворения формируется семя, которое окружено верхней сросшейся парой чешуек, приобретающих сочную консистенцию оранжевого цвета. Эта так называемая ягода содержит у некоторых видов не 1, а 2 семени; при благоприятных условиях они могут начать прорастать, минуя период покоя.

Порядок Вельвичиевые (Welwitschiales)

Этот порядок содержит одно семейство Welwitshiaceae с единственным видом вельвичией удивительной (Welwitschia mirabilis). Это весьма оригинальное растение встречается только в каменистых пустынях Намибии и Анголы. Вельвичии - мощные растения, живущие столетиями, а иногда их возраст достигает 2000 лет. Деревянистый ствол вельвичии, покрытый толстым слоем перидермы, достигает высоты 50-70 см, в диаметре 1-1,5 м и представляет собой в основном подсемядольное колено. Он почти полностью находится под землей; от него отходит длинный, толстый, слабо ветвящийся корень, достигающий влажных горизонтов почвы. Над землей ствол поднимается всего на несколько сантиметров; он имеет двухлопастную плоскую или седловидную вершину, в углублении которой находится точка роста. Семядоли вельвичии быстро сменяются единственной на всю жизнь парой листьев, имеющих вид широких плоских лент. Листья обладают ксероморфной структурой - сверху они покрыты толстым слоем воскового налета, поэтому имеют сизоватый оттенок. Устьица их слегка погружены, что также снижает испарение. Листья вельвичии в основании имеют интеркалярную меристему, за счет которой они и достигают длины 2-3 м (их максимальная длина 6-8 м). По мере старения листья на вершине разрываются на продольные полоски. Они слегка закручиваются вниз и стелются по земле, постепенно отмирая. Для пустыни Намиб характерны густые туманы. Поэтому на листьях вельвичии конденсируется атмосферная влага, которая поглощается многочисленными устьицами, расположенными на обеих сторонах листьев.

Вельвичия - растение двудомное; констробилы, имеющие вид шишечек, располагаются на концах дихотомически разветвленных веточек. Они отходят от плоской поверхности стебля вблизи оснований листьев. Мужской констробил имеет относительно толстую ось, на которой супротивно располагаются чешуевидные листья. В их пазухах возникают просто устроенные микростробилы, часто называемые мужскими цветками. Они состоят из 4 накрест расположенных чешуевидных листочков околоцветника и 6 тычинок - спорангиофоров, которые срастаются основаниями. В центре находится недоразвитый семязачаток. Строение мужского гаметофита сходно с эфедрой. Женские констробилы по строению похожи на мужские, но крупнее их и имеют красную или бурую окраску. Мегастробил состоит только из 2 листочков околоцветника и 1 центрального семязачатка. Формирующееся семя в виде орешка заключено в крылатый пленчатый околоцветник, способствующий распространению ветром.

Порядок Гнетовые (Gnetales)

Подобно вельвичиевым этот порядок содержит одно семейство Gnetaceae с одним родом гнетум (Gnetum), объединяющим 30 видов (рис. 14). Гнетумы распространены во влажных тропических лесах Азии, Южной Америки и Западной Африки, причем для каждого материка характерны свои эндемы. Большинство видов гнетума - лианы, но встречаются небольшие деревья и кустарники. Все виды гнетума имеют широкие, цельные, супротивно расположенные листья с сетчатым жилкованием, они похожи на листья двудольных. У некоторых видов по краям листьев образуются выводковые почки. Все виды гнетума также двудомные; их сережковидные констробилы построены по типу констробилов эфедры, но мутовки чешуевидных листьев спаяны у основания в кольцо. Микростробил чрезвычайно простой; он состоит из узкого, длинного трубчатого околоцветника, окружающего тычинку. Мегастробил сведен до одного семязачатка, который находится в окружении 2 пар сильно видоизмененных прицвет-ных листьев. Семязачатки покрыты двумя интегументами: наружный - короткий, внутренний наверху вытянут в микропилярную трубочку. Оба интегумента срастаются снаружи с прицветными листьями, а внутри - с основанием нуцел-луса. Одна из 4 мегаспор прорастает в сильно редуцированный женский гамето-фит, отдаленно напоминающий зародышевый мешок покрытосеменных. Он не имеет тканевой структуры и лишен архегониев.

Рис.14. Гнетум (Gnetum)

1 - ветвь мужского растения; 2 - мужской констробил; 3 - микростробил; 4 - собрание мегастробилов - констробил; 5 - мегастробил; 6 - женский гаметофит

Женский гаметофит имеет удлиненную форму, расширенную наверху и суженную внизу. На первых этапах его развития под оболочкой мегаспоры образуются многочисленные ядра, расположенные в постенном слое цитоплазмы. Затем в нижней части между ядрами возникают перегородки, и эта часть гаметофита становится многоклеточной; верхняя часть остается неклеточной.

Мужской гаметофит еще более редуцирован, чем у эфедры, так как он не имеет проталлиальных клеток. В цитоплазме пыльцевой трубки содержится лишь 3 ядра - самой пыльцовой трубки и 2 спермиев. Важно отметить, что оба спермия могут сливаться с ближайшими ядрами женского гаметофита, что напоминает процесс так называемого двойного оплодотворения покрытосеменных. Полного развития достигает лишь один зародыш.

При созревании семян внешний интегумет образует сочный мясистый слой ярко-розового цвета. Внутренний покров становится твердым, каменистым. Своеобразие в строении стробилов представителей класса гнетовых дает основание некоторым авторам связывать их в своем происхождении с беннеттитовыми.

Сходство строения женского и мужского гаметофитов, гнетовых с гаметофитами покрытосеменных дает основание некоторым эмбриологам сделать заключение о том, что строение зародышевого мешка и двойное оплодотворение покрытосеменных не носит характера уникальности.

Сайт создан по технологии «Конструктор сайтов e-Publish»