Не выносят засушливых условий папоротники или голосеменные: Почему голосеменные в отличии от папоротников способны произрастать в сухих регионах Земли?

Урок по биологии на тему «Голосеменные растения» ( 5 класс)

Урок № 25 по биологии. 5 класс. Дата.   

Фамилия  Имя  Отчество учителя:  Денисенко Зоя Евгеньевна.

Должность: учитель  биологии  МБОУ «Зерновская средняя школа»

Тема  урока:    «Голосеменные  растения»

Тип  урока: урок усвоения новых знаний.

Цели урока:  познакомить  учащихся  с характерными  особенностями отдела Голосеменных, их многообразием, показать значение голосеменных  в  природе и  жизни  человека.

Образовательная задача: организация деятельности обучающихся по изучению сведений о  голосеменных растениях; способствовать усвоению знаний об особенностях внешнего строения и значения голосеменных растений.

Развивающая задача:    формирование умений  определять цель и планировать свою деятельность, способствовать развитию  умений работать с текстом учебника, раздаточным материалом, электронными ресурсами, умений анализировать, обобщать, сравнивать, классифицировать, делать выводы.

Воспитательная  задача: воспитание положительной мотивации учения, умение работать индивидуально и в группе , слушать и вступать в диалог, умения провести оценку и самооценку; воспитание  бережного отношения и любви к природе.

Предполагаемые результаты:

Предметные :

-умение характеризовать признаки голосеменных растений;

— умение объяснять роль голосеменных растений в жизни человека

Личностные:

 — проявление эмоционально-ценностного отношения к учебной проблеме;

-. формирование устойчивой мотивации к обучению;

—  воспитание у учащихся любви к природе

Метапредметные:

 Познавательные:

— умение выделять существенные признаки голосеменных растений;

— умение осуществлять смысловое чтение;

Регулятивные:

— умение выполнять учебное задание в соответствии с целью;

— умение соотносить учебные действия с известными правилами;

— уметь анализировать собственную работу

Коммуникативные:

— умение формулировать высказывание;

— умение согласовывать позиции и находить общее решение;

— умение адекватно использовать речевые средства для представления результата.

Основные понятия, изучаемые на уроке: голосеменные растения, особенности строения и размножения , жизненный цикл, многообразие и распространение голосеменных растений, их роль в природе, использование человеком.

 Оборудование: ПК,  медиапроектор,  побеги, шишки сосны, ели, лиственницы, маршрутные листы, проверочные тесты

Формы работы: индивидуальная, фронтальная, групповая.

Методы обучения:

А) по степени взаимодействия учителя и ученика (беседа, самостоятельная работа, самоконтроль)

Б) по характеру познавательной деятельности (частично -поисковый, репродуктивный)

                                                                             Структура  урока:

1. Биология. 5-6 классы: учеб.для общеобразоват. организаций./В.В. Пасечник,С.В.Суматохин, Г.С.Калинова, З.Г.Гапонюк; под ред. В.В.Пасечника.- 11-е изд.-М.: Просвещение, 2021г.-224 с.: ил.(Линия жизни).

2.   Материалы ЭОР.

2.1.Видеоурок «Голосеменные растения» :

 https://www.youtube.com/watch?time_continue=281&v=kaVwJnet7Fg&feature=emb_logo

2.2. Урок № 15 «Семенные растения»:

https://fg.resh.edu.ru/functionalliteracy/events/create. https://resh.edu.ru/subject/lesson/7856/conspect/280052/

2.3. Физкуотминутка «Ёлочка» https://www.youtube.com/watch?v=-IIXYXenOCM&t=43s

2.3. Задания по формированию функционально грамотности

http://skiv.instrao.ru/bank-zadaniy/estestvennonauchnaya-gramotnost/ЕГ_5_КакВыраститьНовогоднююЕлку_текст.pdf

Приложение 1

Тест «Высшие споровые растения»

1. К высшим споровым растениям относят: 1) папоротники

 1) зелёные водоросли     2)  красные водоросли    3) цветковые растения

2. Высшие споровые растения – это: 1) водоросли и мхи  2)  мхи и папоротники

 3)  водоросли и папоротники    4) грибы и мхи

3. Водоросли, в отличие от папоротников, являются: 1) многоклеточными организмами

 2) размножаются половым путём   3) используют кислород для дыхания

 4) являются низшими растениями

4. Чем папоротники отличаются от водорослей?: 1) имеют в клетках пластиды

 2) размножаются с помощью гамет     3) состоят из тканей и органов

 4) обладают раздражимостью

5. Папоротники распространены на Земле значительно шире мхов, так как они:

1) имеют развитую корневую систему и более эффективно размножаются

2) появились в ходе эволюции раньше и успели лучше приспособиться

 3) широко выращиваются человеком для своих нужд

 4) успешно распространяются различными животными

Приложение 2

Маршрутный лист_______________________________ (Фамилия  Имя ученика. )

               Исследование на тему « Голосеменные растения»

Маршрут №1.  Признаки растений отдела голосеменные.

 Просмотрев видеофрагмент и пользуясь текстом учебника (параграф 19 стр. 76-77), запиши основные признаки голосеменных растений. 

1.Жизненные формы: деревья, ……………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

2. Голосеменные имеют: корень, ………, ………….. .

3. Своё название голосеменные  получили  потому, что…………………………………….

…………………………………………………………………………………………………..

4.К хвойным относятся…………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………

5.Листья у большинства хвойных узкие, игольчатые  — так называемая ……………………. .

6. Ознакомиться с определениями и записать их в рабочую тетрадь:

«Тезаурус»

Семенные растения – это высшие растения, образующие семена.

Семя – это многоклеточное образование, которое состоит из семенной кожуры, зародыша и запаса питательных веществ и служит для размножения и расселения семенных растений.

Побег – один из основных вегетативных органов высших растений, представляющий собой стебель с расположенными на нём листьями и почками.

Цветок – это видоизменённый побег, из которого развивается плод с одним или несколькими семенами.

*Фитонциды – это выделяемые растениями, например, хвойными растениями, особые летуче вещества, которые подавляют развитие многих бактерий, микроскопических грибов, простейших.

Маршрут №2  «Значение Голосеменных растений»

1.Составь  кластер по тексту учебника стр.77-78

                                                                  Значение голосеменных

Маршрут №3

Задание 1.Выбрать верные утверждения, отметив  их знаком   +

-Голосеменные растения  имеют стебель, корень, лист.

-Голосеменные  —  древняя группа низших растений.

-Листья у большинства хвойных  — узкие, игольчатые.

-Хвойные растения не распространены на территории нашей страны.

-Сосна — тенелюбива.

-Лиственница – холодостойкая порода.

Задание 2. Установите соответствие между признаком растений и его принадлежностью к отделу.

              ПРИЗНАК РАСТЕНИЙ                                                                 ОТДЕЛ

1)  не выносят засушливых условий                                                  А)  Папоротниковидные

2)  представлены только деревьями и кустарниками                       Б)  Голосеменные

3)  имеют семязачаток

4)  размножаются спорами

5)  для полового размножения необходима вода

Задание 3. Сортировка элементов по категориям

Текст вопроса: Заполните таблицу.

Варианты ответов:     Семена                  Плоды                Корни                   Цветки                      Стебли

Маршрут №4 Оценивание   результатов  работы:

 1.1балл – задания маршрута №1 выполнены полностью.

2. 1 балл – задания маршрута №2 заполнен кластер

3.1 балл – выполнено одно  задание  на маршруте №3,    2 балла —  выполнены два  и  более заданий

  4.  Теста «Высшие споровые растения

Количество  баллов  за работу

Приложение 3

Рефлексия: учащиеся самостоятельно оценивают свое состояние, свои эмоции, результаты своей деятельности (подчеркни выбранное тобой выражение)

Голосеменные растения

Конспект урока по биологии класс

6 класс

Тема урока: «Отдел Голосеменные растения»

Цели урока: познакомить учащихся с характерными особенностями отдела Голосеменных, их многообразием, показать значение голосеменных в природе и жизни человека.

Образовательная задача: организация деятельности учащихся по изучению сведений о  голосеменных растениях; способствовать усвоению знаний об особенностях внешнего строения и значения голосеменных, их роли в природе и жизни человека.

Развивающая задача:    формирование умений  определять цель и планировать свою деятельность , способствовать развитию  умений работать с текстом учебника, раздаточным материалом, умений анализировать, обобщать, сравнивать, классифицировать, делать выводы.

Воспитательная  задача: воспитание положительной мотивации учения, умение работать индивидуально и в группе , слушать и вступать в диалог, умения провести оценку и самооценку; воспитание  бережного отношения и любви к природе.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: смешанный ( сочетание различных видов деятельности на одном уроке)              

Предполагаемые результаты:

Предметные :

-умение характеризовать признаки голосеменных растений;

— умение объяснять роль голосеменных растений в жизни человека

— умение выполнять лабораторную работу

Личностные:

 — проявление эмоционально-ценностного отношения к учебной проблеме;

— проявление творческого отношения к процессу обучения.

—  воспитание у учащихся любви к природе

Метапредметные:

 Познавательные:

— умение выделять существенные признаки голосеменных растений;

— умение вести наблюдение.

Регулятивные:

— умение выполнять учебное задание в соответствии с целью;

— умение соотносить учебные действия с известными правилами;

— умение выполнять учебное действие в соответствии с планом.

Коммуникативные:

— умение формулировать высказывание;

— умение согласовывать позиции и находить общее решение;

— умение адекватно использовать речевые средства для представления результата.

Основные понятия, изучаемые на уроке: голосеменные растения, особенности строения, многообразие и распространение голосеменных растений, их роль в природе, использование человеком, охрана голосеменных.

 Оборудование: ПК, медиапроектор,  побеги, шишки кедра, ели, лиственницы, маршрутные листы, проверочные тесты

Формы работы: индивидуальная, фронтальная, групповая.

Методы обучения:

А) по степени взаимодействия учителя и ученика (беседа, самостоятельная работа, самоконтроль)

Б) по характеру познавательной деятельности (частично -поисковый, репродуктивный)

                                                                             Содержательная часть урока:

Цель: создание  эмоционального настроя обучающихся к сотрудничеству на уроке.  

Добрый день! Начинаем урок. Я рада, что у вас хорошее настроение. Надеюсь, что урок пройдет интересно и увлекательно!

На предыдущем уроке мы с вами познакомились с  плаунами, хвощами и папоротниками думаю, сегодня для вас не составит труда  изучить растения с которыми вы все очень хорошо знакомы.  О некоторых из них написаны стихи, песни, картины.

(работа на интерактивной доске)

Попробуйте отгадать загадки: зимой и летом — одним цветом? Колючая красавица, главная героиня новогоднего праздника? О каких растениях идёт речь?

Учащиеся настраиваются на работу на уроке.  

2. Этап актуализации и фиксирования индивидуального затруднения в пробном действии.

Цель:  подготовка мышления учащихся, организация осознания ими внутренней потребности к построению учебных действий и фиксирование каждым из них индивидуального затруднения в пробном действии.

Наряду с растениями, размножавшимися спорами, в каменноугольном периоде существовали своеобразные папоротники. На их листьях встречались образования, похожие на семязачатки. Эти папоротники назвали семенными. Учёные считают ,что именно от них произошли растения, которые нам предстоит изучить на уроке – современные голосеменные растения.

 Попробуйте  обсудить в паре  и назвать признаки этих растений.

Отвечают на вопросы

Работают в паре.

Работа в парах

Познавательные (общеучебные) :осознанное   и   произвольное   построение речевого высказывания

Коммуникативные: учет разных мнений,

 выражение своих мыслей с достаточной полнотой и точностью

3. Этап выявления места и причины затруднения

Цель: организация анализа учащимися возникшей ситуации и на этой основе выявить места и причины затруднения, осознать то, в чем именно состоит недостаточность их знаний, умений или способностей.

Проанализируйте свои ответы .Какой вывод можно сделать?

Анализируют свои ответы и ответы одноклассников, выявляют причины затруднения

Логические: 

Построение логической цепи рассуждений,

Коммуникативные: владение монологической и диалогической формами речи

Регулятивные: фиксирование индивидуального затруднения в пробном действии

4.Этап построения проекта выхода из затруднения

Цель: постановка целей учебной деятельности и на этой основе – выбор способа и средств их реализации.

Определите  тему  урока.
Сформулируйте цель  урока и предложите способы достижения поставленной цели.

Предлагаю провести исследование по маршрутам.

Учащиеся в коммуникативной

форме обдумывают учебные действия:

согласовывают тему урока,

ставят цель,

выбирают способ,

строят план достижения цели

 Регулятивные: целеполагание

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками

5. Этап реализации построенного проекта

Цель: построение учащимися нового способа действий и формирование умений его применять . 

Маршрут №1 «Признаки голосеменных растений»

1) Жизненные формы: деревья, кустарники или лианы

( показ слайдов)

2)Строение голосеменного растения.( показ слайда)

 Голосеменные растения  имеют стебель, корень и листья.

3)Почему растения называются голосеменными?

Какие эволюционные приобретения возникли на новой ступени развития у растений? 

 Свое название голосеменные получили благодаря семенам, лежащими открыто, то есть голо.

Голосеменные –ветроопыляемые растения, их размножение не зависит от воды. Благодаря этому семенные растения в настоящее время являются завоевателями суши.

4)Многообразиеголосеменных.Хвойные растения (показ слайда)

5) Строение хвои 

(демонстрация слайда).

Игольчатые или чешуйчатые листья покрыты жесткой кутикулой. Устьица погружены в ткань, что снижает испарение воды .

Физкульт.минутка .

Стоя руки вниз, поднять их через стороны вверх, прогнуться, встать на носки (вдох), вернуться в и.п. (выдох).

Стоя руки в стороны, сгибание и разгибание рук в локтях. При сгибании пальцы сжимать в кулак, при разгибании – выпрямлять.

Стоя, ноги на ширине плеч, руки на поясе, пружинистые наклоны вперед-назад, вправо-влево.

Стоя правая (левая) рука опирается о парту, полуприседания на одной ноге, другая в сторону. Повернувшись кругом, то же на другой ноге.

Продолжительность комплекса упражнений 2-3 минуты. Каждое упражнение выполняется 3-4 раза.

Маршрут №2 Лабораторная работа  на тему: «Сравнительная характеристика голосеменных растений Забайкальского края»

( см.маршрутный лист)

Маршрут №3  «Значение  и охрана голосеменных»( показ слайда)

1)Составить кластер используя текст в учебнике на стр.124-125

Значение голосеменных

1).Самостоятельно выполняют задание №1 в машрутном листе.

2).Выполняют лабораторную работу. Знакомятся с информацией о голосеменных растениях, используя рисунки, раздаточный материал и текст учебника.

 Проводят сравнение строения шишек и хвои голосеменных.

 Отображают информациюв таблице.

 Обсуждают результаты записи в группе.

Делают выводы по проделанной работе

3) Составляют кластер используя текст в учебнике на стр.124-125

4) Обсуждают и предлагают способы сохранения хвойных растений.

Познавательные логические:
синтез как составление целого из частей;       

  Познавательные общеучебные: 

применение методов информационного поиска необходимой информации .

Регулятивные: умение выполнять учебное задание в соответствии с целью ,

 контроль в форме сличения способа действия и его результата.

6. Этап первичного закрепления с проговариванием во внешней речи

Цель:  выбор  способа решения

разноуровневыхзаданий .

Маршрут №4. 1задание.

Выбери и выполни любое задание из трёх предложенных.

2 зад-е .Выполнение лабораторной работы «Строение хвои и шишек хвойных»

Выполняют  по выбору задание №4, проговаривают вслух.

Выполняют лабораторную работу в рабочих тетрадях.

  Познавательные общеучебные: 

применение методов информационного поиска необходимой информации .

Регулятивные: умение выполнять учебное задание в соответствии с целью ,

 контроль в форме сличения способа действия и его результата.

7. Этап рефлексии учебной деятельности на уроке

Цель: самооценка учащимися результатов своей учебной деятельности.

Маршрут №5  Оценка.

   Считаете ли вы , что нам удалось изучить голосеменные растения? Если «да»-разместите на искусственной ёлочке фигурки красного цвета, если «нет» -фигурки синего цвета.

Оцените свою работу на уроке

.

Выбирают начало фразы и формулируют ответ.

Оценивают работу на уроке.

Работа с листом самооценки.

Личностные: самооценка на основе критерия успешности ;

Коммуникативные: формулирование и аргументация своего мнения, учет разных мнений

8. Домашнее задание

1. Прочитать параграф 22, ответить на вопросы в конце параграфа.

2. Творческое задание. Составить терминологический диктант для опроса одноклассников.

Записывают домашнее задание

Познавательные общеучебные:выбор наиболее эффективных способов подготовки д/з.

1. А.Е. Богоявленская. Активные формы и методы обучения биологии: Растения. Бактерии. Грибы. Лишайники.- М.: Просвещение: АО « Учеб.лит.» , 1996.-192 с. : ил.

2.Сонин Н.И . Биология.7кл. Многообразие живых организмов .Бактерии, грибы, растения: Учеб.дляобщеобразоват. учеб. Учреждений/- М.: Дрофа, 2018г.-126,

3. Рабочая тетрадь к учебнику Биология 7 класс. Бактерии. Грибы. Растения.

4. Презентация к уроку « Голосеменные. Хвойные».

5. Интернет ресурсы.

Маршрутный лист_______________________________ (Фамилия Имя ученика. )

Исследование на тему « Голосеменные растения»

Маршрут №1.  Признаки растений отдела голосеменные.

 Просмотрев видеофрагмент и пользуясь текстом учебника (параграф 22 стр. 119-120), запиши основные признаки голосеменных растений. 

1.Жизненные формы: деревья, ……………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

2. Голосеменные имеют: корень, ………, ………….. .

3. Своё название голосеменные получили  потому, что…………………………………….

…………………………………………………………………………………………………..

4.К хвойным относятся…………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………

5.Листья у большинства хвойных узкие, игольчатые  — так называемая ……………………. .

Маршрут №2  

 Лабораторная работа  на тему: «Сравнительная характеристика голосеменных растений Закаменскогорайона республики Бурятия»

Ход работы

1.  Пользуясь текстом учебника (стр.120-124) и раздаточным материалом, заполните  таблицу .

2. Запишите вывод по работе.

Название растения    _______________________________________________________

Маршрут №3 Значение голосеменных

Составь кластер по тексту учебника стр.124-125.

Значение голосеменных

Маршрут №4    Выбери и выполни любое задание из трёх предложенных.

1  Составитьсинквейн по теме урока

Существительное________________________________________________________

Два прилагательных______________________________________________________

Три глагола_____________________________________________________________

Предложение___________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Выбрать верные утверждения, отметив  их знаком +

-Голосеменные растения  имеют стебель, корень, лист.

-Голосеменные —  древняя группа низших растений.

-Листья у большинства хвойных — узкие, игольчатые.

-Хвойные растения не распространены на территории нашей страны.

-Сосна — тенелюбива.

-Лиственница – холодостойкая порода.

3.  Установите соответствие между признаком растений и его принадлежностью к отделу.

              ПРИЗНАК РАСТЕНИЙ                                                                 ОТДЕЛ

1)  не выносят засушливых условий                                                  А)  Папоротниковидные

2)  представлены только деревьями и кустарниками                       Б)  Голосеменные

3)  имеют семязачаток

4)  размножаются спорами

5)  для полового размножения необходима вода

Выполнение лаб. работы» Строение хвои и шишек хвойных» в рабочей тетради стр . 124 ( при наличии времени)

Оценивание результатов работы:

1.1балл – задания маршрута №1 выполнены полностью.

балл – задания маршрута №2 выполнены.

3.1балл — заполнен кластер

4.1балл – выполнено одно  задание  на маршруте №4

2 балла —  выполнены два и более заданий.

                            Количество баллов за работу:

голосеменных растений | Биология для специальности II

Результаты обучения

• Определение основных характеристик голосеменных растений

Голосеменные , что означает «голые семена», представляют собой разнообразную группу семенных растений. Согласно «антофитной» гипотезе, покрытосеменные являются сестринской группой одной группы голосеменных (Gnetales), что делает голосеменные растения парафилетической группой. Парафилетические группы — это группы, в которых не все потомки одного общего предка входят в группу. Однако гипотеза «netifer» предполагает, что гнетофиты являются сестрами хвойных, что делает голосеменные растения монофилетическими и сестрами покрытосеменных. Дальнейшие молекулярные и анатомические исследования могут прояснить эти отношения. Характеристики голосеменных включают голые семена, отдельные женские и мужские гамтофиты, конусы пыльцы и конусы овуляции, опыление ветром и насекомыми, а также трахеиды (которые переносят воду и растворенные вещества в сосудистой системе).

Семена голосеменных не заключены в завязь; скорее, они лишь частично защищены модифицированными листьями, называемыми спорофиллами . Возможно, вы помните, что термин strobilus (множественное число = стробилы) описывает плотное расположение спорофиллов вокруг центрального стебля, как в сосновых шишках. Некоторые семена при созревании покрываются тканями спорофита. Слой ткани спорофита, окружающий мегаспорангий, а затем и зародыш, называется интегументом .

Голосеменные были доминирующим типом в мезозойскую эру. Они приспособлены к жизни там, где в течение части года не хватает пресной воды, или в бедной азотом почве болота. Таким образом, они по-прежнему являются заметным типом в хвойном биоме или тайге , где вечнозеленые хвойные деревья имеют избирательное преимущество в холодную и сухую погоду. Вечнозеленые хвойные сохраняют низкий уровень фотосинтеза в холодные месяцы и готовы воспользоваться первыми солнечными днями весны. Одним из недостатков является то, что хвойные деревья более восприимчивы к заражению листьев, чем лиственные деревья, потому что большинство хвойных не теряют свои листья сразу. Поэтому они не могут избавляться от паразитов и возобновлять весной свежие листья.

Жизненный цикл голосеменных включает чередование поколений с доминирующим спорофитом, в котором находятся редуцированные мужские и женские гаметофиты. Все голосеменные растения разноспоровые. Мужские и женские репродуктивные органы могут образовываться в виде шишек или стробилов. Мужские и женские спорангии образуются либо на одном и том же растении, называемом однодомным  («однодомным» или обоеполым), либо на отдельных растениях, называемых двудомным («два дома» или однополым). Жизненный цикл хвойного дерева послужит нам примером размножения голосеменных растений.

Жизненный цикл хвойного дерева

Сосны относятся к хвойным деревьям (хвойные = шишки) и несут как мужские, так и женские спорофиллы на одном и том же зрелом спорофите. Следовательно, они являются однодомными растениями. Как и все голосеменные, сосны гетероспористы и образуют споры двух разных типов (мужские микроспоры и женские мегаспоры). Мужские и женские споры развиваются в разных стробилах, с маленькими мужскими шишками и более крупными женскими шишками. В мужских шишках, или тычиночных шишках, микроспороцитов претерпевают мейоз, и образующиеся в результате гаплоидные микроспоры дают начало мужским гаметофитам или «пыльцевым зернам» путем митоза. Каждое пыльцевое зерно состоит всего из нескольких гаплоидных клеток, заключенных в прочную стенку, укрепленную спорополленином. Весной большое количество желтой пыльцы высвобождается и разносится ветром. Некоторые гаметофиты приземляются на женские шишки. Опыление определяется как начало роста пыльцевых трубок. Пыльцевая трубка развивается медленно, и генеративная клетка в пыльцевом зерне производит два гаплоидных спермия или генеративных ядра путем митоза. При оплодотворении одно из гаплоидных ядер спермия соединяется с гаплоидным ядром яйцеклетки.

Женские шишки, или овулирующие шишки , содержат по две семяпочки на чешую. Каждая семяпочка имеет узкий проход, открывающийся у основания спорофилла. Этот проход является микропиле, через который позже прорастет пыльцевая трубка. Одна материнская клетка мегаспоры, или мегаспороцитов , подвергается мейозу в каждой семязачатке. Три из четырех клеток ломаются; только одна выжившая клетка разовьется в женский многоклеточный гаметофит, который окружает архегоний (архегоний — репродуктивный орган, содержащий одно большое яйцо). Когда женский гаметофит начинает развиваться, липкая капля опыления захватывает переносимые ветром пыльцевые зерна возле отверстия микропиле. Образуется пыльцевая трубка, которая растет по направлению к развивающемуся гаметофиту. Одно из генеративных ядер или ядер сперматозоидов из пыльцевой трубки войдет в яйцеклетку и сольется с ядром яйцеклетки по мере созревания яйцеклетки. При оплодотворении диплоидное яйцо даст начало зародышу, заключенному в семенную оболочку из ткани родительского растения. Хотя может образоваться и даже оплодотвориться несколько яйцеклеток, обычно в каждой яйцеклетке остается один выживший эмбрион. Оплодотворение и развитие семян — длительный процесс у сосен: после опыления может пройти до двух лет. Образующееся семя содержит три поколения тканей: семенную оболочку, происходящую из ткани спорофита, ткань гаметофита, обеспечивающую питательные вещества, и сам зародыш.

На рисунке 1 показан жизненный цикл хвойного дерева. Фаза спорофита (2 n ) — самая продолжительная фаза в жизни голосеменных растений. Гаметофиты (1 n ), образованные микроспорами и мегаспорами, уменьшены в размерах. Между опылением и оплодотворением может пройти более года, пока пыльцевая трубка растет по направлению к растущему женскому гаметофиту (1 n ), который развивается из одной мегаспоры. Медленный рост пыльцевой трубки позволяет женскому гаметофиту вовремя производить яйца (1 и ).

Рисунок 1. Жизненный цикл хвойных пород. На этом изображении показан жизненный цикл хвойного дерева. Пыльца с мужских шишек взмывает на верхние ветки, где оплодотворяет женские шишки. Показанная на изображении мегаспора развивается в женский гаметофит по мере того, как пыльцевая трубка медленно приближается к ней, в конечном итоге сливаясь с яйцом и образуя мужское ядро, которое соединяется с женским ядром зрелого яйца.

Практический вопрос

На какой стадии формируется диплоидная зигота?

1. когда женская шишка начинает отпочковываться от дерева
2. при оплодотворении
3. когда семена падают с дерева
4. когда пыльцевая трубка начинает расти

Показать ответ

Посмотрите это видео, чтобы увидеть процесс образования семян у голосеменных растений.

Разнообразие голосеменных

Современные голосеменные делятся на четыре типа. Coniferophyta, Cycadophyta и Ginkgophyta сходны по характеру развития семян, а также по продукции вторичный камбий  (клетки, образующие сосудистую систему ствола или стебля и частично специализированные для транспортировки воды). Однако эти три типа филогенетически не связаны друг с другом. Gnetophyta считаются группой, наиболее близкой к покрытосеменным растениям, потому что они производят настоящую ткань ксилемы с сосудами, а также трахеидами, обнаруженными у остальных голосеменных растений. Возможно, что элементы сосудов возникли независимо в двух группах

Хвойные (Coniferophyta)

Хвойные являются доминирующим типом голосеменных с наибольшим разнообразием видов (рис. 2). Типичными хвойными деревьями являются высокие деревья с чешуйчатыми или игольчатыми листьями. Испарение воды листьями уменьшается из-за их узкой формы и толстой кутикулы. Снег легко соскальзывает с игольчатых листьев, сохраняя легкую снеговую нагрузку и уменьшая количество сломанных ветвей. Такие приспособления к холодной и сухой погоде объясняют преобладание хвойных на больших высотах и ​​в холодном климате. К хвойным относятся известные вечнозеленые деревья, такие как сосны, ели, пихты, кедры, секвойи и тисы. Некоторые виды являются листопадными и теряют листья осенью. Лысый кипарис, красное дерево, европейская лиственница и тамарак (рис. 2с) являются примерами лиственных хвойных деревьев. Многие хвойные деревья заготавливаются для производства бумажной массы и древесины. Древесина хвойных более примитивна, чем древесина покрытосеменных; он содержит трахеиды , но без элементов сосудов, и поэтому называется «мягкой древесиной».

Рисунок 2. Хвойные деревья являются преобладающей формой растительности в холодных или засушливых условиях и на больших высотах. Здесь показаны (a) вечнозеленая ель Picea sp ., (b) можжевельник Juniperus sp ., (c) секвойя Sequoia Semervirens , листопадное голосеменное растение, и (d) тамарак Larix larcinia . Обратите внимание на желтые листья тамарака. (кредит a: модификация работы Розендаля; кредит b: модификация работы Алана Левина; кредит c: модификация работы Венди Маккормик; кредит d: модификация работы NOAA)

Саговники

Рисунок 3. Этот саговник Encephalartos ferox имеет большие шишки и широкие, похожие на папоротник листья. (кредит: Венди Катлер)

Саговники процветают в мягком климате, и их часто принимают за пальмы из-за формы их больших сложных листьев. Саговники имеют большие стробилы или шишки (рис. 3) и могут опыляться жуками, а не ветром, что необычно для голосеменных растений. Крупные саговники доминировали в ландшафте в эпоху динозавров в мезозое, но только сотня или около того более мелких видов сохранились до наших дней. Им грозит исчезновение, а несколько видов охраняются международными конвенциями. Из-за привлекательной формы их часто используют в качестве декоративных растений в садах тропиков и субтропиков.

Gingkophytes

Единственным сохранившимся видом из группы ginkgophytes является  Ginkgo biloba  (рисунок 4). Его веерообразные листья — уникальные среди семенных растений, потому что они имеют дихотомическое жилкование — осенью желтеют и падают с дерева. На протяжении веков G. biloba культивировался китайскими буддийскими монахами в монастырях, что обеспечивало его сохранность. Его высаживают в общественных местах, потому что он необычайно устойчив к загрязнениям. Мужские и женские органы образуются на разных растениях. Как правило, садовники сажают только мужские деревья, потому что семена, произведенные женскими растениями, имеют неприятный запах прогорклого масла.

Рисунок 4. На этой тарелке из книги Flora Japonica 1870 года, Sectio Prima (Tafelband) изображены листья и плоды Gingko biloba , нарисованные Филиппом Францем фон Зибольдом и Джозефом Герхардом Цуккарини.

Гнетофиты

Филогенетическое положение гнетофитов в настоящее время не определено. Наличие у них элементов сосудов предполагает, что они являются ближайшими родственниками современных покрытосеменных растений. Однако молекулярный анализ ставит их ближе к хвойным. Три живых рода весьма непохожи:  Ephedra , Gnetum и Welwitschia (рис. 5), что может свидетельствовать о том, что группа не является монофилетической. Как и покрытосеменные, они имеют широкие листья. Эфедра встречается в засушливых районах западного побережья США и Мексики. Маленькие чешуйчатые листья эфедры являются источником соединения эфедрина , которое используется в медицине в качестве сильнодействующего противоотечного средства. Поскольку эфедрин похож на амфетамины как по химической структуре, так и по неврологическим эффектам, его использование ограничено отпускаемыми по рецепту лекарствами. 9Виды 0021 Gnetum встречаются в некоторых частях Африки, Южной Америки и Юго-Восточной Азии и включают деревья, кустарники и лианы. Welwitschia  находится в пустыне Намиб и, возможно, является самым странным членом группы. Он производит только два листа, которые непрерывно растут на протяжении всей жизни растения (некоторым растениям сотни лет). Как и гинкго, Welwitschia продуцирует мужские и женские гаметы на разных растениях.

Рисунок 5. (a) Ephedra viridis , известный под общим названием мормонский чай, произрастает на западном побережье США и в Мексике. (b) Gnetum gnomon произрастает в Малайзии. (c) Большая Welwitschia mirabilis может быть найдена в пустыне Намибии. (кредит a: модификация работы Министерства сельского хозяйства США; кредит b: модификация работы Малкольма Мэннерса; кредит c: модификация работы Дерека Китса)

Посмотрите это видео, описывающее удивительную странность Welwitschia.

Вкратце: Голосеменные

Голосеменные – гетероспоровые семенные растения, дающие голые семена. Они появились в палеозойский период и были доминирующей растительностью в мезозое. Современные голосеменные относятся к четырем типам. Самый крупный тип, Coniferophyta, представлен хвойными, преобладающими растениями на больших высотах и ​​широтах. Саговники (тип Cycadophyta) напоминают пальмы и растут в тропическом климате. Gingko biloba является единственным представителем типа Gingkophyta. Последний тип, Gnetophyta, представляет собой разнообразную группу кустарников, в древесине которых образуются сосудистые элементы.

Попробуйте

Внесите свой вклад!

У вас есть идеи по улучшению этого контента? Мы будем признательны за ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Эволюция семенных растений | Биология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы должны решить следующие задачи:

• Объяснить, когда впервые появились семенные растения и когда голосеменные стали доминирующей группой растений
• Опишите две основные инновации, позволившие семенным растениям размножаться без воды
• Обсудить назначение пыльцевых зерен и семян
• Опишите значение покрытосеменных растений, имеющих как цветки, так и плоды

Первые растения, заселившие землю, скорее всего, были тесно связаны с современными мхами (мохообразными) и, как считается, появились около 500 миллионов лет назад. За ними последовали печеночники (также мохообразные) и примитивные сосудистые растения — птерофиты, от которых произошли современные папоротники. Жизненный цикл мохообразных и птерофитов характеризуется чередованием поколений, как у голосеменных и покрытосеменных; Что отличает мохообразные и птерофиты от голосеменных и покрытосеменных растений, так это их репродуктивная потребность в воде. Для завершения жизненного цикла мохообразных и птерофитов требуется вода, потому что мужской гаметофит выпускает сперму, которая должна плыть — продвигаемая их жгутиками — чтобы достичь и оплодотворить женскую гамету или яйцеклетку. После оплодотворения зигота созревает и превращается в спорофит, который, в свою очередь, образует спорангии или «споровые сосуды». В спорангиях материнские клетки подвергаются мейозу и образуют гаплоидные споры. Высвобождение спор в подходящей среде приведет к прорастанию и образованию нового поколения гаметофитов.

У семенных растений эволюционная тенденция привела к доминирующему поколению спорофита и одновременно к систематическому уменьшению размеров гаметофита: от ярко выраженной структуры до микроскопического скопления клеток, заключенных в тканях спорофита. В то время как низшие сосудистые растения, такие как плауны и папоротники, в основном гомоспоровые (продуцируют только один тип спор), все семенные растения, или сперматофиты , являются гетероспоровыми. Они образуют два типа спор: мегаспоры (женские) и микроспоры (мужские). Мегаспоры развиваются в женские гаметофиты, которые производят яйца, а микроспоры созревают в мужские гаметофиты, которые производят сперму. Поскольку гаметофиты созревают в спорах, они не являются свободноживущими, как гаметофиты других бессемянных сосудистых растений. Гетероспоровые бессемянные растения рассматриваются как эволюционные предшественники семенных растений.

Семена и пыльца — два важных приспособления к засухе и к размножению, не требующему воды, — отличают семенные растения от других (бессемянных) сосудистых растений. Оба приспособления потребовались для колонизации суши, начатой ​​мохообразными и их предками. Окаменелости относят самые ранние отдельные семенные растения примерно 350 миллионов лет назад. Первое надежное упоминание о голосеменных растениях датирует их появление пенсильванским периодом, около 319 миллионов лет назад (рис. 1). Голосеменным предшествовали прогимноспермы , первые голосеменные растения, возникшие около 380 млн лет назад. Прогимноспермы были переходной группой растений, которые внешне напоминали хвойные (шишконосные), потому что они производили древесину за счет вторичного роста сосудистых тканей; однако они по-прежнему размножались, как папоротники, выделяя споры в окружающую среду. Голосеменные доминировали в ландшафте в раннем (триасовом) и среднем (юрском) мезозое. Покрытосеменные превзошли голосеменные к середине мелового периода (около 100 миллионов лет назад) в позднем мезозое и сегодня являются самой многочисленной группой растений в большинстве наземных биомов.

Рисунок 1. Различные виды растений развивались в разные эпохи. (кредит: Геологическая служба США)

Пыльца и семена были инновационными структурами, которые позволили семенным растениям избавиться от зависимости от воды для размножения и развития зародыша и завоевать сушу. Пыльцевые зерна представляют собой мужские гаметофиты, содержащие сперматозоиды (гаметы) растения. Мелкие гаплоидные (1 n ) клетки покрыты защитной оболочкой, препятствующей высыханию и механическим повреждениям. Пыльцевые зерна могут перемещаться далеко от исходного спорофита, распространяя гены растения. 9Семя 0183 обеспечивает защиту эмбриона, питание и механизм для поддержания покоя в течение десятков или даже тысяч лет, гарантируя, что прорастание может произойти при оптимальных условиях роста. Таким образом, семена позволяют растениям распространять следующее поколение как в пространстве, так и во времени. Обладая такими эволюционными преимуществами, семенные растения стали наиболее успешной и знакомой группой растений, отчасти из-за их размера и поразительного внешнего вида.

Эволюция голосеменных

Рисунок 2. Этот окаменелый лист Glossopteris, семенного папоротника, который процветал в пермский период (290–240 миллионов лет назад). (кредит: Д.Л. Шмидт, Геологическая служба США)

Ископаемое растение Elkinsia polymorpha , «семенной папоротник» девонского периода — около 400 миллионов лет назад — считается самым ранним семенным растением, известным на сегодняшний день. У семенных папоротников (рис. 2) семена образуются на ветвях без специализированных структур. Что делает их первыми настоящими семенными растениями, так это то, что они развили структуры, называемые купулами, чтобы заключить и защитить семязачаток — женский гаметофит и связанные с ним ткани, — который при оплодотворении развивается в семя. В угольных болотах каменноугольного периода семенные растения, напоминающие современные древовидные папоротники, стали более многочисленными и разнообразными.

Записи окаменелостей указывают на то, что первые голосеменные (прогимноспермы), скорее всего, возникли в палеозойскую эру, в средний девонский период: около 390 миллионов лет назад. После влажных периодов Миссисипи и Пенсильвании, в которых преобладали гигантские папоротниковые деревья, пермский период был засушливым. Это дало репродуктивное преимущество семенным растениям, которые лучше приспособлены к засушливым периодам.

Рисунок 3. В этом бореальном лесу (тайге) есть низкорослые растения и хвойные деревья. (кредит: Л. Б. Брубейкер, NOAA)

Ginkgoales, группа голосеменных, в которой сохранился только один вид — Gingko biloba — , были первыми голосеменными растениями, появившимися в нижней юре. Голосеменные распространились в мезозойскую эру (около 240 миллионов лет назад), вытеснив папоротники в ландшафте и достигнув своего наибольшего разнообразия в это время. Юрский период был как эпохой саговников (похожих на пальму голосеменных растений), так и эпохой динозавров. Гингкоалы и более знакомые хвойные деревья также усеивали ландшафт. Хотя покрытосеменные (цветковые растения) являются основной формой растительной жизни в большинстве биомов, голосеменные по-прежнему доминируют в некоторых экосистемах, таких как тайга (бореальные леса) и высокогорные альпийские леса (рис. 3) из-за их адаптации к холоду и холоду. сухие условия произрастания.

Семена и пыльца как эволюционная адаптация к суше

В отличие от спор мохообразных и папоротников (которые представляют собой гаплоидные клетки, зависящие от влаги для быстрого развития гаметофитов), семена содержат диплоидный зародыш, который прорастает в спорофит. Запасающая ткань для поддержания роста и защитная оболочка дают семенам их превосходное эволюционное преимущество. Несколько слоев затвердевшей ткани предотвращают высыхание и свободное размножение от необходимости постоянного снабжения водой. Кроме того, семена остаются в состоянии покоя, вызванного высыханием и действием гормона абсцизовой кислоты, до тех пор, пока условия для роста не станут благоприятными. Семена разносятся ветром, плавают по воде или уносятся животными, и они разбрасываются по все более широкому географическому ареалу, избегая, таким образом, конкуренции с родительским растением.

Рисунок 4.  Эта окаменелая пыльца взята из керна болота Бакбин, найденного в Йеллоустонском национальном парке, штат Вайоминг. Пыльца увеличена в 1054 раза. (кредит: Р. Г. Бейкер, Геологическая служба США; данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

Пыльцевые зерна (рис. 4) представляют собой мужские гаметофиты и переносятся ветром, водой или опылителями. Вся конструкция защищена от высыхания и может достигать женских органов без зависимости от воды. Мужские гаметы достигают женского гаметофита и гаметы яйцеклетки через пыльцевую трубку: расширение клетки внутри пыльцевого зерна. Сперматозоиды современных голосеменных растений лишены жгутиков, но у саговниковых и Gingko , сперматозоиды все еще обладают жгутиками, которые позволяют им плавать по пыльцевой трубке к женской гамете; однако они заключены в пыльцевое зерно.

Эволюция покрытосеменных

Бесспорные летописи окаменелостей относят массовое появление и разнообразие покрытосеменных растений к середине и концу мезозойской эры. Покрытосеменные («семена в сосуде») производят цветок, содержащий мужские и/или женские репродуктивные структуры. Ископаемые свидетельства (рис. 5) указывают на то, что цветковые растения впервые появились в нижнем меловом периоде, около 125 миллионов лет назад, и быстро диверсифицировались к среднему меловому периоду, около 100 миллионов лет назад. Более ранние следы покрытосеменных растений немногочисленны. Окаменелая пыльца, извлеченная из геологического материала юрского периода, была отнесена к покрытосеменным растениям. На нескольких раннемеловых породах видны четкие отпечатки листьев, напоминающие листья покрытосеменных. К середине мелового периода летопись окаменелостей заполняет ошеломляющее количество разнообразных цветковых растений. Этот же геологический период отмечен и появлением многих современных групп насекомых, в том числе насекомых-опылителей, сыгравших ключевую роль в экологии и эволюции цветковых растений.

Рисунок 5. На этом отпечатке листа изображен Ficus speciosissima, покрытосеменное растение, которое процветало в меловой период. (кредит: У. Т. Ли, Геологическая служба США)

Хотя было предложено несколько гипотез, объясняющих это внезапное изобилие и разнообразие цветковых растений, ни одна из них не получила консенсуса палеоботаников (ученых, изучающих древние растения). Однако новые данные сравнительной геномики и палеоботаники пролили некоторый свет на эволюцию покрытосеменных растений. Покрытосеменные не происходят от голосеменных, а образуют сестринскую кладу (вид и его потомков), которая развивалась параллельно с голосеменными. Две инновационные структуры цветов и фруктов представляют собой улучшенную репродуктивную стратегию, которая служила для защиты эмбриона, увеличивая при этом генетическую изменчивость и диапазон. Палеоботаники спорят о том, произошли ли покрытосеменные растения от небольших деревянистых кустарников или же они были базальными покрытосеменными растениями, связанными с тропическими травами. Обе точки зрения подтверждаются кладистическими исследованиями, а так называемая гипотеза древесных магнолий, предполагающая, что ранними предками покрытосеменных растений были кустарники, также предлагает молекулярно-биологические доказательства.

Самым примитивным живым покрытосеменным растением считается Amborella trichopoda , небольшое растение, произрастающее в тропических лесах Новой Каледонии, острова в южной части Тихого океана. Анализ генома A. trichopoda показал, что он родственен всем существующим цветковым растениям и принадлежит к древнейшей подтвержденной ветви генеалогического древа покрытосеменных. Несколько других групп покрытосеменных, называемых базальными покрытосеменными, считаются примитивными, поскольку они рано ответвились от филогенетического древа. Большинство современных покрытосеменных растений классифицируются как однодольные или эвдикоты в зависимости от строения их листьев и зародышей. Базальные покрытосеменные растения, такие как кувшинки, считаются более примитивными, потому что они имеют общие морфологические черты как с однодольными, так и с эвдикотами.

Цветы и фрукты как эволюционная адаптация

Покрытосеменные производят свои гаметы в отдельных органах, которые обычно находятся в цветке . И оплодотворение, и развитие эмбриона происходят внутри анатомической структуры, которая обеспечивает стабильную систему полового размножения, в значительной степени защищенную от колебаний окружающей среды. Цветковые растения — самый разнообразный тип на Земле после насекомых; цветы бывают самых разных размеров, форм, цветов, запахов и композиций. У большинства цветов есть мутуалистический опылитель, при этом отличительные черты цветов отражают природу агента опыления. Взаимосвязь между характеристиками опылителя и цветка — один из замечательных примеров совместной эволюции.

После оплодотворения яйцеклетки яйцеклетка превращается в семя. Окружающие завязь ткани утолщаются, превращаясь в плод , который защищает семя и часто обеспечивает его распространение в широком географическом диапазоне. Не все плоды развиваются из завязи; такие структуры являются «ложными плодами». Как и цветы, фрукты могут сильно различаться по внешнему виду, размеру, запаху и вкусу. Помидоры, скорлупа грецких орехов и авокадо — все это примеры фруктов. Как и в случае с пыльцой и семенами, плоды также действуют как агенты распространения. Некоторые могут быть унесены ветром. Многие привлекают животных, которые едят плоды и пропускают семена через пищеварительную систему, а затем откладывают семена в другом месте. Рыжики покрыты жесткими крючковатыми шипами, которые могут цепляться за мех (или одежду) и цепляться за животное на большие расстояния. Птицы, которые цеплялись за бархатные брюки предприимчивого швейцарского туриста Жоржа де Местраля, вдохновили его на изобретение застежки с петлей и крючком, которую он назвал липучкой.

Evolution Connection

Построение филогенетических деревьев с анализом выравнивания последовательностей ДНКВсе живые организмы демонстрируют модели отношений, полученные в результате их эволюционной истории. Филогения — это наука, описывающая относительные связи между организмами с точки зрения предков и потомков. Филогенетические деревья, такие как история эволюции растений, показанная на рисунке 6, представляют собой древовидные диаграммы ветвления, которые отображают эти отношения. Виды встречаются на кончиках ветвей. Каждая точка ветвления, называемая узлом, представляет собой точку, в которой одна таксономическая группа (таксон), например вид, разделяется на два или более видов.

Рисунок 6. Это филогенетическое дерево показывает эволюционные взаимоотношения растений.

Филогенетические деревья были построены для описания отношений между видами со времен Дарвина. Традиционные методы включают сравнение гомологичных анатомических структур и эмбрионального развития, предполагая, что близкородственные организмы имеют общие анатомические особенности во время эмбрионального развития. Некоторые черты, которые исчезают у взрослых, присутствуют у эмбрионов; например, человеческий плод в какой-то момент имеет хвост. Изучение летописей окаменелостей показывает промежуточные стадии, связывающие предковую форму с ее потомками. Большинство из этих подходов неточны и допускают множество интерпретаций. По мере развития и совершенствования инструментов молекулярной биологии и вычислительного анализа в последние годы сформировалось новое поколение методов построения деревьев. Ключевое предположение состоит в том, что гены основных белков или структур РНК, таких как рибосомная РНК, по своей природе консервативны, поскольку мутации (изменения в последовательности ДНК) могут поставить под угрозу выживание организма. ДНК из небольшого количества живых организмов или окаменелостей можно амплифицировать с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и секвенировать, ориентируясь на области генома, которые с наибольшей вероятностью сохранятся между видами. Гены, кодирующие рибосомную РНК из малой субъединицы 18S, и пластидные гены часто выбирают для анализа выравнивания ДНК.

После получения представляющих интерес последовательностей их сравнивают с существующими последовательностями в базах данных, таких как GenBank, который поддерживается Национальным центром биотехнологической информации. Доступен ряд вычислительных инструментов для выравнивания и анализа последовательностей. Сложные программы компьютерного анализа определяют процент идентичности или гомологии последовательностей. Гомологию последовательностей можно использовать для оценки эволюционного расстояния между двумя последовательностями ДНК и отражения времени, прошедшего с тех пор, как гены отделились от общего предка. Молекулярный анализ произвел революцию в филогенетических деревьях. В некоторых случаях были подтверждены предыдущие результаты морфологических исследований: например, подтверждение Amborella trichopoda как самое примитивное известное покрытосеменное растение. Однако некоторые группы и отношения были изменены в результате анализа ДНК.

Резюме раздела

Семенники появились около миллиона лет назад, в каменноугольный период. Две основные инновации — семена и пыльца — позволили семенным растениям размножаться в отсутствие воды. Гаметофиты семенных растений сократились, а спорофиты стали заметными структурами, а диплоидная стадия стала самой продолжительной фазой жизненного цикла. Голосеменные стали доминирующей группой в течение триаса.