Систематика растений — наука, которая изучает многообразие растений и распределяет их по группам на основе родства. Царство растений делится на низшие растения (водоросли) и высшие растения (мхи, папоротникообразные, голосеменные, покрытосеменные). Изучая отделы по порядку, мы видим эволюцию растений: выход из воды на сушу, появление тканей и органов, переход от споры к семени, от семени к цветку и плоду. На экзамене часто спрашивают признаки отделов, жизненный цикл (гаметофит и спорофит), семейства покрытосеменных и формулы их цветков.
§1. Систематические единицы и жизненный цикл
В систематике растений единицы располагаются так:
Царство → отдел → класс → порядок → семейство → род → вид.
У животных используется «тип», а у растений вместо него — отдел. Научное название вида состоит из двух слов (К. Линней, бинарная номенклатура): название рода + видовой эпитет.
В жизненном цикле высших растений чередуются два поколения:
гаметофит — половое поколение, клетки гаплоидные (n), образует гаметы;
спорофит — бесполое поколение, клетки диплоидные (2n), образует споры путём мейоза.
Спора (n) прорастает в гаметофит, гаметы сливаются в зиготу (2n), из зиготы вырастает спорофит. В ходе эволюции спорофит усиливался, а гаметофит уменьшался: у мхов преобладает гаметофит, начиная с папоротникообразных — спорофит, у семенных растений гаметофит сократился до нескольких клеток.
§2. Водоросли
Водоросли — низшие растения: тело — таллом (слоевище), не разделено на ткани и органы (корень, стебель, лист). Живут в основном в воде, всасывают воду и соли всей поверхностью тела. Вместо хлоропласта часто говорят хроматофор.
Одноклеточные: хламидомонада (два жгутика, красный глазок, подвижна), хлорелла (неподвижна, испытывалась как источник кислорода на космических кораблях).
Нитчатые (многоклеточные): спирогира — хроматофор в виде спиральной ленты; улотрикс.
Крупные многоклеточные: ламинария (морская капуста, бурая водоросль, богата йодом), красные водоросли (живут на больших глубинах).
По окраске выделяют зелёные, бурые и красные водоросли. Значение: главный источник органического вещества и кислорода в воде, пища водных животных, продукты питания и сырьё для агар-агара.
§3. Мхи
Мхи — самые просто устроенные высшие растения, растут во влажных местах.
Корней нет, вместо них ризоиды (нитевидные выросты); есть стебель и листья; проводящая ткань развита слабо.
В жизненном цикле преобладает гаметофит (n): зелёное растение, которое мы видим, — гаметофит. Спорофит — коробочка на ножке — растёт на гаметофите и питается за его счёт.
Для оплодотворения нужна вода: сперматозоиды доплывают до яйцеклетки в капле воды.
Представители: фунария, кукушкин лён (двудомный — мужские и женские растения отдельно), сфагнум (белый мох). У сфагнума есть мёртвые водоносные клетки, он впитывает воды в несколько раз больше своей массы; на болотах из остатков сфагнума образуется торф.
§4. Папоротникообразные
К этой группе относятся плауны, хвощи и папоротники.
Есть настоящие корни, стебель, листья и хорошо развитая проводящая ткань — поэтому они могут быть высокими.
В жизненном цикле преобладает спорофит (2n): растение папоротника, которое мы видим, — спорофит. В сорусах на нижней стороне листа созревают спорангии со спорами.
Спора прорастает в маленькую сердцевидную зелёную пластинку — заросток (проталлий); это гаметофит, на нём созревают гаметы.
Для оплодотворения по-прежнему нужна вода.
Стебель хвоща (хвощ полевой) членистый, богат кремнием; весной хвощ образует спороносные побеги. Плауны — стелющиеся вечнозелёные растения. Из остатков древних (каменноугольный период) древовидных плаунов, хвощей и папоротников образовался каменный уголь.
Появилось семя, но оно лежит открыто на чешуях шишки; цветков и плодов нет.
Опыление ветром; для оплодотворения вода не нужна — спермии доставляет пыльцевая трубка.
У сосны есть мужские шишки (образуется пыльца) и женские шишки (семязачатки); семя созревает примерно через 1,5–2 года после опыления.
Листья чаще игольчатые, покрыты кутикулой и воском; большинство вечнозелёные (лиственница сбрасывает хвою на зиму).
Семя выгоднее споры: внутри готовый зародыш и запас питательных веществ, кожура защищает.
Значение: древесина, бумага, смола, скипидар; леса очищают воздух; из эфедры получают лекарственное вещество.
§6. Покрытосеменные (цветковые растения)
Самый высокоорганизованный и распространённый отдел. Признаки: цветок, плод (семя защищено внутри плода), двойное оплодотворение, сильная редукция гаметофитов, настоящие сосуды в проводящей ткани. Отдел делится на два класса.
Двудольные: в зародыше 2 семядоли, стержневой корень, сетчатое жилкование, части цветка по 4–5.
Однодольные: в зародыше 1 семядоля, мочковатый корень, параллельное или дуговое жилкование, части цветка по 3.
В формуле цветка: Ч — чашечка, Л — лепестки венчика, О — простой околоцветник, Т — тычинки, П — пестик, ∞ — много, скобки — части срослись.