Класс Хвойные

Общая характеристика. Класс Хвойные среди голосеменных самый распространенный и богатый представителями. Он объединяет около 50 родов (около 600 видов). Название от названия листьев – хвои, которая имеет вид иглообразных или шилообразных приспособлений для уменьшения испарения (кутикула, погруженные устьица). У некоторых видов хвоя каждый год опадает, а у других сохраняется длительный период. Рост стебля хвойных моноподиальный, на корнях образуется микориза. Во всех частях растений есть смоляные ходы. Только у некоторых видов их нет. Хвойные размножаются половым путем. Их семена находятся в женских шишках, которые у одних растений распадаются на отдельные чешуйки, у других раскрываются при созревании семени или опадают с семенами и раскрываются только после их сильного нагревания (сосна Банкса).

По значению в природе и жизни человека хвойные занимают второе место после покрытосеменных и составляют группу растений, которые находятся в расцвете. Снаружи это деревья и кусты разных размеров: от карликовых (сосна-пигмей) до гигантских деревьев (секвойя, мамонтовое дерево). Сосна долговечная, или остистая, найдена в штате Невада США, ее возраст почти 4900 лет. Травянистых форм среди хвойных не выявлено. В Карпатах выше полосы лиственных лесов распространена сосна горная, а в горах Крыма – сосна крымская. На Дальнем Востоке и в Сибири растет сосна сибирская с 5 хвоинками в пучке и небольшими шишками. Лишенные чешуек семена этой сосны известны под названием кедровые орешки.

Особенности строения и процессов жизнедеятельности на примере сосны обыкновенной и ели европейской. Сосна обыкновенная распространена в природе и культуре и самое известное растение отдела Голосеменные. В густом лесу деревья сосны прямые, стройные, с гладки стволом, высотой до 35-40 м. «Прозрачная» крона расположена на самой верхушке. Нижние боковые ветки не выдерживают тени и рано отмирают. На открытых местностях сосны имеют широкополую крону. Сосновые леса растут в разных условиях, в том числе на песчаных почвах, болотах, меловых горах, голых скалах.

Корневая система сосны стержневая, хорошо развита. Кроме длинных корней, главных или боковых, имеет короткие мелкие и очень ветвистые боковые, обычно с микоризой. Дополнительных корней нет. Форма корневой системы зависит от типа почвы. Так, на песке у сосны кроме глубоких разрастаются многочисленные поверхностные корни. На болотах у нее только поверхностные корни.

Кора ствола сосны тонкая, древесина массивная и состоит из трахеид. Паренхимы в древесине осень мало и расположена она вокруг смолянистых ходов – удлиненных межклеточных просторов в виде каналов, заполненных эфирными маслами, смолой. Все эти вещества выделяются клетками однослойного эпителия, который выстилает смолянистый ход. В стволах сосны четко выражены годовые кольца прироста древесины.

Сосна – вечнозеленое растение. Ее листья – сизо-зеленые иголки (хвоя) – живут 2-3 года. Располагаются попарно на верхушках укороченных побегов молодых веток. Поверхность хвои покрыта толстым слоем кутикулы, под которой находятся мелкие клетки эпидермиса с сильно утолщенными стенками. Устьица находятся глубоко в мезофилле и заполнены зернами воска. Благодаря этому зимой сосна при наличии хвои испаряет воду в десятки раз меньше, чем оголенные покрытосеменные.

Размножается сосна семенами. Плодоносить начинает на 10-20 год жизни. К этому времени на деревьях формируются шишки двух видов: мелкие мужские и большие женские. Красноватые большие женские шишки образуются на верхушках нынешних (этого года) побегов в конце весны (их хвоинки мягкие, имеют ярко-зеленую окраску). На оси такой шишки расположены два вида чешуек: внешние – покровные и внутренние – семенные. На внешней стороне семенной чешуйки расположены два семенных зачатка с пыльцевходами на верхушках. Внутри каждого семенного зачатка из макроспоры после мейоза формируется гаплоидный женский заросток с двумя архегониями. В каждом архегонии есть большая яйцеклетка и 2-4 мелкие шеечные клетки.

Мужские шишки созревают на верхушках прошлогодних побегов. У них к оси прикреплены желтоватые листочки, несущие на себе по два микроспорангия, в которых созревают микроспоры – пыльцевые зерна.

Сосна, як и все голосеменные растения, распыляется ветром. Поздней весной или вначале лета семенные чешуйки женских шишек несколько отклоняются. Большое количество пыльцы, принесенной ветром, попадает между семенными чешуйками и задерживается, прилипая к густой жидкости, которая выделяется через пыльцевход. Жидкость смачивает пыльцевые зерна и всасывает их внутрь семенного зачатка приблизительно в течение 10 минут.

После опыления семенные чешуйки сближаются и остаются плотно прижатыми до созревания семени. У сосны от опыления до оплодотворения проходит 12-14 месяцев. Оплодотворение (не двойное) начинается с прорастания пыльцевой трубки. Эндосперм голосеменных гаплоидный.

Таким образом, у голосеменных растений мужские клетки достигают женских за счет наличия пыльцевой трубки и не требуют для этого воды. Это является важным приспособлением к жизни на суше.

После образования диплоидного ядра зиготы начинаются развитие зародыша и формирование семени. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш семени, состоящий из корешка, стебелька, нескольких семядолей (5-12) и почки; из покровов семенного зачатка формируются покровы семени.

Созревает семя в конце второго лета после опыления или в начале осени. По мере созревания женская шишка сильно разрастается, из красной становится зеленой, а потом – бурой. У зрелой бурой шишки зимой или весной чешуйки отклоняются, и семена высыпаются. Семя сосны имеет прозрачные крылышки, с помощью которых переносится ветром. Высыпаются семена через 1,5 года после опыления.

Семя сосны прорастает на любой почве: песчаной, каменистой, болотистой, даже на голых скалах. Молодые проростки могут выдерживать заморозки, недостаток влаги, но погибают в тени. Сосенки быстро растут – прирост за год составляет 30-40 см. Начиная со второго года жизни дерево образует каждый год кольцо ветвей. По их количеству можно подсчитать, сколько лет сосне.

Ель – вечнозеленое высокое стройное дерево с конусовидной кроной. Известно около 40 ее видов. В Европе, и в частности в Украине, распространена ель европейская. Родиной ели сизой является Северная Америка. Это дерево с серебристо-голубой хвоей, устойчивое к загрязнению воздуха, поэтому его высаживают в городах всего мира как декоративное растение.

В отличие от сосны, ель теневынослива, поэтому ее нижние ветки живет долго. Их хвоя короткая, жесткая, сидит одиночно, покрывая всю ветку, живет на дереве от 5 до 9 лет. Корневая система поверхностная, поэтому сильные ветры могут вывернуть дерево с корнями. Требовательнее к почве, чем сосна.

Размножается ель, как и сосна, семенами, но шишки у нее больше, семена созревают поздно осенью в тот же год. Спелые шишки раскрываются, освобождая семена той же осенью или зимой, после чего отпадают. Семя прорастает весной следующего года на влажной питательной почве в тени деревьев. Первые 15 лет ель растет медленно – годовой прирост – 5-15 см, после чего начинает расти быстрее и перегоняет сосну.

Значение хвойных в природе и жизни человека:

- являются одними из главных лесообразующих пород Евразии и Северной Америки;

- используются в народной и официальной медицине для приготовления витаминоносных, дезинфицирующих, ранозаживляющих, противоревматоидных средств;

- хвойные леса имеют водоохраннное, почвозащитное и ландшафтное значение, является важным источником древесины, из которой изготавливают пиломатериалы, музыкальные инструменты, получают древесный уксус, деготь и активированный уголь;

- из пихтовой живицы готовят бальзам, который используют в оптической промышленности для склеивания стекла, из живицы сосны и ели – скипидар и канифоль;

- эфирные масла, которые добывают из молодых побегов, шишек и хвои, содержат фитонциды – биологически активные вещества, которые пагубно действуют на микроорганизмы, а поэтому используются для оздоровления воздуха в жилых, больничных, школьных помещениях.