Paprotniki i rośliny nagonasienne - Biologia na czasie 2 (ZR)

1.Paprotniki

Sztuczna, polifiletyczna grupa, do której niegdyś zaliczano trzy grupy roślin: paprociowe (paprocie), skrzypowe i widłakowe. Ze względu na różne pochodzenie ewolucyjne grupy te klasyfikuje się obecnie jako odrębne jednostki taksonomiczne w randze gromady lub podgromady.

2.Cechy wspólne paprotników

Rozprzestrzeniają się za pomocą zarodników (mejospor), więc są roślinami zarodnikowymi; mają heteromorficzną przemianę pokoleń z dominującym samożywnym, wieloletnim sporofitem; sporofit zbudowany z łodyg, korzeni i liści (organowce); w sporoficie występuje drewno (rośliny naczyniowe); gametofit (przedrośle) jest drobny i krótkotrwały; zapłodnienie (oogamia) wymaga obecności wody.

3.Gametofit paprotników (przedrośle)

Pokolenie haploidalne (1n) w postaci małej plechy. Jest samodzielną rośliną - zieloną lub żyjącą w symbiozie z grzybami mikoryzowymi - i zwykle krótkotrwałą. Wytwarza gametangia: rodnie z komórkami jajowymi i plemnie z plemnikami; plemniki dopływają do rodni w wodzie.

4.Rodzaje zarodników paprotników

Zarodniki jednakowe morfologicznie i niezróżnicowane płciowo kiełkują w jednopienne gametofity (paprotniki jednakozarodnikowe: część paproci i widłakowych). Jednakowe morfologicznie, ale zróżnicowane płciowo dają dwupienne gametofity (skrzypy). Zróżnicowane morfologicznie i płciowo to duże makrospory (gametofity żeńskie z rodniami) i mniejsze mikrospory (gametofity męskie z plemniami) - u paprotników różnozarodnikowych.

5.Sporofile, trofofile i sporotrofofile

Sporofile (liście zarodnionośne) wytwarzają zarodnie, a trofofile (liście asymilacyjne) przeprowadzają fotosyntezę. Sporotrofofile łączą obie funkcje. Sporotrofofile ma np. paprotka zwyczajna (kupki zarodni na spodzie liści) i długosz królewski (dolna, zielona część liścia asymiluje, górna, brunatna wytwarza zarodnie); pióropusznik strusi ma osobne zielone trofofile i brunatne sporofile.

6.Sporofit paproci

Zwykle składa się z podziemnej łodygi - kłącza, które magazynuje substancje odżywcze i umocowuje roślinę w glebie; korzeni przybyszowych, które pobierają wodę z solami mineralnymi; oraz pierzastych liści, które przeprowadzają fotosyntezę i wytwarzają zarodnie z zarodnikami. Większość paproci jest jednakozarodnikowa; paprocie różnozarodnikowe są stosunkowo nieliczne.

7.Gametofit paproci

Niewielka, zielona, samożywna plecha przytwierdzona do podłoża chwytnikami. U nerecznicy samczej ma kształt serca i jest jednopienna: na jej dolnej powierzchni powstają rodnie (przy wcięciu) i plemnie (wśród chwytników). Wytwarza gametangia i rozmnaża się za pomocą gamet.

8.Paprocie drzewiaste

Paprocie występujące głównie w klimacie tropikalnym. Ich organy nie przyrastają wtórnie na grubość - sztywność zapewniają im płytki sklerenchymy.

9.Sporofit nerecznicy samczej

Nerecznica rośnie w cienistych lasach w całej Polsce. Ma kłącze, liczne cienkie korzenie przybyszowe i pierzaste liście - sporotrofofile; młode liście są zwinięte ślimakowato. Zarodnie powstają w kupkach na spodniej stronie dojrzałych liści; każdą kupkę otacza błona - zawijka. Zarodnie mają półpierścień otwierający, który umożliwia wysypanie się zarodników.

10.Budowa anatomiczna kłącza paproci

Kłącze okrywa epiderma, a jego wnętrze wypełnia miękisz spichrzowy. W środkowej części przebiegają koncentryczne wiązki przewodzące: w centrum każdej jest drewno zbudowane z cewek, a wokół niego łyko zbudowane z komórek sitowych. Wiązki przewodzące występują też w liściach i korzeniach.

11.Cykl rozwojowy nerecznicy samczej

W zarodniach dojrzałego sporofitu (2n) komórki tkanki zarodnikotwórczej dzielą się mejotycznie i tworzą zarodniki (1n), jednakowe morfologicznie i płciowo, ale zróżnicowane genetycznie. Zarodnik kiełkuje w jednopienne przedrośle (1n) z rodniami i plemniami. Plemniki płyną w warstwie wody do rodni i jeden łączy się z komórką jajową. Z zygoty (2n) wyrasta sporofit, który do wykształcenia liści korzysta z asymilatów przedrośla; potem przedrośle obumiera.

12.Mejoza i zapłodnienie w przemianie pokoleń paprotników

Mejoza (mejoza pośrednia) zachodzi w zarodniach sporofitu (2n) i daje haploidalne mejospory, od których zaczyna się pokolenie gametofitu (1n). Zapłodnienie zachodzi w rodni gametofitu; powstaje diploidalna zygota, z której rozwija się sporofit (2n).

13.Sporofit skrzypów

Wieloletnia roślina zielna (współcześnie jeden rodzaj - skrzypy). Łodygi nadziemne i kłącza dzielą się na krótkie węzły i wydłużone międzywęźla; z węzłów łodygi wyrastają okółki pędów bocznych i łuskowate liście zrośnięte w pochewkę, a z węzłów kłącza - korzenie przybyszowe. W kłączach są bulwki z substancjami zapasowymi. Liście nie przeprowadzają fotosyntezy - funkcję asymilacyjną przejmuje nadziemna łodyga.

14.Kłos zarodnionośny skrzypów (sporofilostan)

Skupienie liści zarodnionośnych (sporofili) na szczycie nadziemnej łodygi. Na spodniej stronie sporofili powstają zarodnie z zarodnikami (mejosporami), jednakowymi morfologicznie, ale zróżnicowanymi genetycznie i płciowo - wyrastają z nich dwupienne gametofity (przedrośla żeńskie i męskie). Zależnie od gatunku kłosy są na szczytach zielonych łodyg płonnych albo na osobnych, bezzieleniowych pędach zarodnionośnych.

15.Pęd zarodnionośny i pęd płonny skrzypu polnego

Pęd zarodnionośny wyrasta z kłącza wiosną, jest bezzieleniowy i odżywia się substancjami z kłącza i bulwek; ma kłos zarodnionośny i żyje zaledwie kilkanaście dni - do wysypania zarodników. Pęd płonny jest zielony, żyje od wiosny do późnej jesieni, przeprowadza fotosyntezę, a nadmiar asymilatów magazynuje w kłączu i bulwkach; nie bierze udziału w rozmnażaniu. Roślina zimuje w postaci kłącza.

16.Sprężyce

Cztery taśmowate twory, w które zaopatrzony jest każdy zarodnik skrzypu. Zarodniki sczepiają się nimi i są roznoszone w grupach, co zwiększa prawdopodobieństwo, że obok siebie wykiełkują gametofity męskie i żeńskie.

17.Cykl rozwojowy skrzypu polnego

W kłosie pędu zarodnionośnego (2n) tkanka zarodnikotwórcza dzieli się mejotycznie i tworzy zarodniki (1n) ze sprężycami. Kiełkują one w przedrośla żeńskie (z rodniami) i męskie (z plemniami). Plemniki z wiciami przepływają w kropli wody do rodni i zachodzi zapłodnienie. Z zygoty rozwija się sporofit w postaci pędu płonnego, który wytwarza kłącze i bulwki, a jesienią obumiera; wiosną z kłącza wyrasta pęd zarodnionośny.

18.Sporofit i gametofit widłakowych

Sporofit ma widlasto rozgałęzioną, płożącą się łodygę, widlasto rozgałęzione korzenie przybyszowe i drobne liście: zielone, łuskowate liście asymilacyjne oraz liście zarodnionośne, zwykle skupione w kłos zarodnionośny. Gametofit gatunków jednakozarodnikowych jest niewielki, wieloletni i bezzieleniowy, a jego rozwój wymaga grzyba mikoryzowego; u gatunków różnozarodnikowych jest silnie zredukowany. W Polsce rośnie 13 gatunków widłakowych - wszystkie są chronione.

19.Organy asymilacyjne sporofitu paprotników

U paprociowych fotosyntezę przeprowadzają duże, pierzaste, zielone liście, u widłakowych - drobne, zielone liście, a u skrzypowych - nadziemna łodyga i jej odgałęzienia (liście są łuskowate i bezzieleniowe).

20.Cykl rozwojowy widliczki ostrozębnej

Widliczka jest różnozarodnikowa. W kłosie sporofitu (2n) dolną część zajmują makrosporofile z makrosporangiami, a górną - mikrosporofile z mikrosporangiami. Po mejozie powstają makrospory i mikrospory (1n), które kiełkują w silnie zredukowane przedrośla: żeńskie z rodniami i męskie z plemniami (męskie w obrębie mikrosporangium). Plemniki z wiciami płyną w kropli wody do rodni. Przedrośla żeńskie z rozwijającymi się sporofitami wypadają na ziemię.

21.Rodzime gatunki paprotników

W Polsce paprotniki zasiedlają głównie wilgotne lasy, część - wody słodkie. Orlica pospolita rośnie zwłaszcza w lasach iglastych i mieszanych; salwinia pływająca - w wodach stojących lub o spokojnym nurcie (np. starorzeczach); skrzyp leśny i zimozielony skrzyp zimowy - w żyznych lasach liściastych; widliczka ostrozębna - tylko w wyższych partiach gór; poryblin jeziorny - głównie na Pomorzu, w jeziorach ubogich w substancje odżywcze.

22.Znaczenie paprotników

Paprotniki są środowiskiem życia wielu zwierząt (np. niektórych pająków) i ich pożywieniem. Część z nich ma właściwości lecznicze: pędy skrzypu polnego stosuje się w chorobach nerek, a wspomagająco w leczeniu ran i stanów zapalnych oraz do wzmacniania włosów i paznokci. Szczątki kopalnych paprotników drzewiastych utworzyły złoża węgla kamiennego.

23.Paprotniki kopalne i węgiel kamienny

W drugiej połowie ery paleozoicznej (ponad 300 mln lat temu) rosły drzewiaste paprotniki wysokie do 40 m - tworzyły bujne lasy, były głównym producentem tlenu i źródłem pokarmu. Zmiany klimatu doprowadziły do ich masowego wymierania, a ich szczątki utworzyły złoża węgla kamiennego. Do paprotników kopalnych należą m.in. lepidodendrony, sygilarie i kalamity.

24.Rośliny nagonasienne (nagozalążkowe)

Wieloletnie rośliny drzewiaste - najczęściej drzewa (np. sosna, świerk), rzadziej krzewy (np. jałowiec) - o nieosłoniętych zalążkach i nasionach. Większość to rośliny szpilkowe, przeważnie zimozielone: nie zrzucają liści na zimę, lecz wymieniają je stopniowo co kilka lat. Najwięcej gatunków rośnie w tajdze. Razem z okrytonasiennymi tworzą grupę roślin nasiennych.

25.Cechy roślin nasiennych

Heteromorficzna przemiana pokoleń z wyraźnie dominującym sporofitem; ciało zbudowane z organów wegetatywnych (korzenie, łodygi, liście - często z przyrostem wtórnym) i generatywnych (kwiaty); zapłodnienie zachodzi w obrębie kwiatów i nie zależy od wody; wytwarzanie nasion - struktur przetrwalnikowych z zarodkiem, czyli młodym, niedojrzałym sporofitem, które służą do rozprzestrzeniania się.

26.Sporofit roślin nagonasiennych

Łodyga i korzenie zwykle intensywnie przyrastają wtórnie i są pokryte korkowicą. Liście to u większości szpilki o zredukowanej blaszce; wiele gatunków nie zrzuca ich na zimę i fotosyntezuje cały rok. Kwiaty są jednopłciowe - powstają w nich makrospory i mikrospory oraz gametofity; rosną na jednej roślinie (rośliny jednopienne) lub na różnych (dwupienne). Drewno jest zbudowane z cewek, a łyko - z komórek sitowych.

27.Gametofity roślin nagonasiennych

Są silnie zredukowane i nie są samodzielnymi roślinami - rozwijają się w obrębie kwiatów sporofitu. Gametofit męski to ziarno pyłku zbudowane z kilku komórek (dwie komórki przedroślowe, duża komórka wegetatywna i mniejsza generatywna, z której powstają dwie komórki plemnikowe). Gametofit żeński to bielmo pierwotne z komórek miękiszowych z substancjami odżywczymi, w którym powstają zwykle dwie rodnie, każda z dużą komórką jajową.

28.Łagiewka pyłkowa i komórki plemnikowe

Łagiewka pyłkowa to struktura charakterystyczna dla roślin nasiennych, wytwarzana przez jedną z komórek ziarna pyłku. Przez nią komórki plemnikowe docierają bezpośrednio do rodni, bez udziału wody. Gamety męskie nasiennych nie są ruchliwe, dlatego nazywa się je komórkami plemnikowymi, a nie plemnikami.

29.Zalążek roślin nagonasiennych

Makrosporangium okryte pojedynczą osłonką, z otworem - okienkiem - na szczycie. Wewnątrz rozwija się gametofit żeński (bielmo pierwotne) z rodniami. Zalążek nie jest osłonięty zalążnią. Homologiem zalążka u paprotników różnozarodnikowych jest makrosporangium, a homologiem owocolistka - makrosporofil.

30.Przystosowania nagonasiennych do suszy i mrozu

Szpilki mają zredukowaną blaszkę liściową, a łodygi i korzenie są pokryte korkowicą - wtórną tkanką okrywającą. Dzięki temu nagonasienne, np. świerki, znoszą wielomiesięczną suszę i silne mrozy.

31.Budowa sosny zwyczajnej

Zimozielone, jednopienne drzewo wysokie ok. 30 m. Ma palowy system korzeniowy sięgający daleko w głąb gleby i pęd nadziemny złożony z pnia (zdrewniałej łodygi pokrytej korkowicą) oraz korony z gałęzi, szpilek i okresowo kwiatów. Łodyga i korzenie przyrastają wtórnie i zawierają dużo drewna wtórnego, które przewodzi wodę i wzmacnia roślinę.

32.Kwiaty sosny zwyczajnej

Kwiaty żeńskie są zebrane w czerwone, szyszkowate kwiatostany; każdy kwiat składa się z łuski nasiennej (u jej nasady leżą dwa zalążki - makrosporangia) i łuski wspierającej. Kwiaty męskie są żółte, liczne na jednej gałązce, ale nie tworzą kwiatostanów; składają się z licznych pręcików, a każdy pręcik ma u podstawy dwa woreczki pyłkowe - mikrosporangia. Pręcik jest homologiem mikrosporofilu, a woreczek pyłkowy - mikrosporangium.

33.Cykl rozwojowy sosny zwyczajnej

W woreczkach pyłkowych komórki macierzyste mikrospor dzielą się mejotycznie; z mikrospor (1n) rozwijają się ziarna pyłku. W zalążku komórka macierzysta makrospor dzieli się mejotycznie i powstaje bielmo pierwotne (1n) z dwiema rodniami. Wiatr przenosi pyłek na okienko zalążka (zapylenie). Łagiewka doprowadza komórki plemnikowe do rodni i zachodzi zapłodnienie. Zalążek staje się nasieniem, z którego wyrasta sporofit (2n); po osiągnięciu dojrzałości zakwita.

34.Zapylenie i zapłodnienie u sosny

Zapylenie to przeniesienie ziarna pyłku przez wiatr na okienko zalążka. Potem ziarno pyłku wytwarza dwie komórki plemnikowe i łagiewkę, która dostarcza je do jednej z rodni. Zapłodnienie to połączenie jednej komórki plemnikowej z komórką jajową - powstaje zygota; druga rodnia zanika. Zalążek przekształca się w nasienie.

35.Szyszka

Twór powstały z kwiatostanu żeńskiego: łuski nasienne rozrastają się, grubieją i drewnieją. Każda łuska nosi dwa nasiona z dwóch zapłodnionych zalążków, więc szyszka zawiera wiele nasion chronionych przez zwarte, zdrewniałe łuski. Nasiona przechodzą w stan spoczynku; u sosny wypadają z szyszki w trzecim roku od zapylenia i dzięki skrzydełku lotnemu są rozsiewane przez wiatr.

36.Budowa nasienia roślin nagonasiennych

Nasienie jest nieosłonięte i składa się z wieloliścieniowego zarodka (2n), który powstaje z zygoty, tkanki spichrzowej (1n), która powstaje z resztek bielma pierwotnego - jeszcze przed zapłodnieniem - oraz łupiny nasiennej (2n), powstałej z osłonki zalążka.

37.Rodzime gatunki nagonasiennych

Nagonasienne żyją wyłącznie na lądzie; w Polsce głównie w borach i lasach mieszanych. Modrzew to drzewo iglaste, które jesienią zrzuca liście. Jodła rośnie głównie na południu kraju i ma duże szyszki osadzone pionowo. Jałowiec to krzew z szyszkojagodami (mięsistymi, zrośniętymi łuskami szyszki) zjadanymi przez ptaki. Cis wytwarza mięsistą osnówkę (prawdopodobnie przekształconą łuskę nasienną), a jego nasiona rozsiewają zwierzęta.

38.Miłorzębowe i nagonasienne wielkolistne

Nagonasienne o niezredukowanych, szerokich blaszkach liściowych. Do miłorzębowych należy jeden żyjący gatunek - miłorząb dwuklapowy: długowieczne, dwupienne drzewo o wachlarzowatych liściach, w naturze rosnące tylko w Chinach. Wielkolistne mają zwykle duże liście i łodygi o słabym przyroście wtórnym; należą do nich m.in. sagowce (sagowiec odwinięty, Japonia) i gniotowe (welwiczja przedziwna z Namibii i Angoli - ma naczynia w drewnie wtórnym i jest owadopylna).

39.Znaczenie nagonasiennych w przyrodzie i dla człowieka

Pochłaniają tlenek węgla(IV), $\ce{CO2}$, i wytwarzają tlen; są pokarmem zwierząt (nasiona sosny pinii jada też człowiek); pobierają dużo wody z roztopów i ulew, co zapobiega powodziom; dają schronienie (dziuple wiewiórek i kun, gniazda ptaków); utrwalają wydmy i nasypy; dostarczają drewna do budownictwa, produkcji papieru i mebli oraz substancji do kosmetyków i leków (igły sosny - witamina C, pączki - substancje bakteriobójcze, liście miłorzębu - ponad 50 substancji prozdrowotnych).

40.Cis w terapii przeciwnowotworowej

Wszystkie gatunki cisa wytwarzają paklitaksel (taksol), otrzymywany z kory - związek o działaniu cytostatycznym, czyli hamującym podziały komórkowe. Wiąże się z tubuliną i w ten sposób hamuje podziały komórek nowotworowych; stosuje się go m.in. w leczeniu raka jajnika, płuc i piersi.