Схема жизненного цикла сосны обыкновенной

Добавить в избранное

Facebook Twitter Vkontakte Odnoklassniki Telegram

41 лайк

Сосна обыкновенная является одним из самых известных представителей Голосеменных растений. Существует большое количество различных видов этого дерева, которые встречаются преимущественно на территории России, Европы и Северной Америки, а жизненный цикл сосны состоит из нескольких фаз. Подробная ботаническая характеристика дерева и описание всех этапов его развития представлено далее в статье.

Биологическое описание сосны

Сосна принадлежит к царству Растения, отделу Хвойные и семейству Сосновые. Она обладает характерным ароматом и является вечнозелёным деревом, которое особенно активно растёт в высоту на протяжении одного века.

Ботаническое описание сосны:

1. Дерево достигает высоты 35–40 м, но некоторые экземпляры могут вырасти и до 50 м.
2. Сосновые корни отличаются пластичностью. В сухой почве они могут уходить в грунт на глубину до 8 м, а в условиях повышенной влажности располагаются параллельно поверхности земли в радиусе 10 м от ствола дерева.
3. Диаметр прямого ствола сосны составляет 0,6–1,2 м. Верхняя его часть разветвлённая.
4. Поверхность нижней части ствола покрыта коричневой корой с мелкими трещинами. На верхней части дерева кора более тонкая и окрашена в светло-коричневый цвет.
5. Ветки сосны образуют толстую крону, имеющую форму конуса.
6. Боковые побеги дерева густо усеяны заострёнными зелёными иголками, которые являются заменой листьев. Они плотные и имеют длину до 7 см и располагаются попарно.
7. Плод сосны — шишка, созревающая на второй год после появления. Она имеет форму конуса, диаметр которого составляет около 2–4 см.

Этапы жизненного цикла

Каждая сосна проходит полный жизненный цикл, который начинается с семян и заканчивается взрослым деревом. В процессе такого развития из семян сначала образуется проросток, который через 2-3 года становится молодым деревом, растущим в высоту на протяжении многих лет.

Чтобы обеспечить дальнейшее размножение, ежегодно на сосне образуются шишки с пыльцой и семенными зачатками. В результате опыления происходит оплодотворение, которое завершается образованием новой порции семенного материала и весь цикл сосны повторяется сначала. Каждый этап этого процесса подробно описан далее в статье.

Семена

Семена сосны находятся внутри женских шишек и созревают на протяжении 20 месяцев после опыления. С их помощью происходит размножение дерева.

Основные характеристики семян сосны:

• имеют округло-удлинённую форму;
• достигают диаметра 4-5 мм;
• снаружи покрыты плотной чёрной оболочкой;
• имеют «крыло» — перепончатый вырост длиной до 2 см.

Проросток

Попадая в почву, созревшие семена прорастают с наступлением весеннего тепла, давая жизнь новому дереву. Сначала из семени образуется проросток.

Этапы его развития перечислены ниже:

1. Попавшее в землю семя сосны активно впитывает воду и набухает.
2. Внешняя кожура разрывается, а находящийся на нижней части семени зачаток корня направляется в сторону грунта.
3. Зачаточный побег начинает удлиняться. В результате этого, находящиеся на его верхушке, семядоли приподнимаются над поверхностью почвы.
4. Оставшийся в семени запас питательных веществ полностью расходуется на рост и развитие молодого проростка.
5. Формируется вертикальный молодой побег с молодыми игловидными листами, расположенными по спирали.
6. После достижения двухлетнего возраста на побегах сеянца можно заметить мелкие бесцветные чешуйки. В их пазухах формируются укороченные побеги, на которых растёт по две хвоинки. Такое строение характерно и для взрослых экземпляров сосны.

Шишки

Весной на взрослом дереве образуются шишки: женские и мужские. Они отличаются друг от друга внешним видом и содержат особые органы, производящие споры, — спорангии. Здесь протекает формирование женских и мужских спор, принимающих в дальнейшем участие в процессе оплодотворения. Описание каждого вида сосновых шишек представлено ниже.

1 - ветвь с шишкой и собранием микростробилов; 2 - молодая шишка; 3 - зрелая шишка; 4 - семена; 5 - ветвь с молодыми побегами.

Женские

Второе название женских сосновых шишек — макростробилы. Они растут группами по 2-3 шт. в верхней части веток или по одиночке и содержат женские споры, которые остаются внутри после оплодотворения, образовывая семена.

Подробное описание женских шишек сосны представлено ниже:

1. Форма макростробилы конусовидная, а её длина составляет около 3–7 см.
2. Каждая шишка имеет ось, вокруг которой находятся чешуйки двух видов — покровные и семенные. Они называются мегаспорофиллами и расположены по спирали.
3. На наружной поверхности широких семенных чешуек (возле основания) расположена пара семенных зачатков. Сверху они прикрыты более мелкими покровными чешуями.
4. Каждый семенной зачаток состоит из нуцеллуса (мегаспорогенной ткани) и покровной ткани (интегумента).
5. На верхнем краю семенного зачатка находится микропиле — небольшое отверстие, предназначенное для прохождения мужской пыльцы.
6. В течение первого года женские шишки окрашены в красный цвет, а на второй год становятся зелёными. К моменту созревания и выброса семян шишки становятся бурыми и опадают с дерева.

Мужские

Мужские шишки расположены преимущественно возле основания молодых побегов сосны и называются стробилами. Внутри них содержится пыльца, которая используется для оплодотворения.

Описание мужских шишек представлено ниже:

1. мужской стробил (микростробил — побег со спорангиями) в форме колоска окрашен в жёлтый цвет, его размеры составляют 8–12 мм.
2. Мужская шишка представляет собой ось, вокруг которой по спирали располагаются микроспорофиллы (спороносные листья).
3. На нижней части поверхности каждого микроспорофилла находится пара особых камер с пыльцой — микроспорангии.
4. Внутри пыльцевых камер содержатся микроспоры. В результате процесса митоза (непрямого деления) они образуют пыльцу.
5. Каждое отдельное пыльцевое зерно состоит из четырёх клеток — вегетативной, генеративной и двух проталлиальных. Последние нужны исключительно для развития вегетативной и генеративной клеток, поэтому исчезают после того, как отдадут свой ресурс.
6. Клетка пыльцы содержит две оболочки. Внутренняя — более тонкая и называется интиной, а плотный внешний покров выполняет защитную функцию и называется экзиной.
7. На каждом пыльцевом зерне присутствуют воздушные мешки. Они облегчают перенос пыльцы ветром и представляют собой вздутия, образованные в местах, где экзина клетки отделена от интины.

Опыление и оплодотворение

Процесс опыления протекает в мае. При этом в микроспорангиях мужских шишек созревает пыльца, а чешуи женских шишек широко открываются, готовясь принять её.

Процесс опыления состоит из таких этапов:

1. Когда пыльца в мужских шишках созрела, микроспорангии лопаются и пыльцевые зёрна высыпаются наружу.
2. Ветер легко разносит пыльцевые зёрна, в результате чего часть из них попадает между чешуёй женских шишек.
3. Из микропиле женской шишки выделяется особая клейкая жидкость. Попавшие между чешуями пыльцевые зёрна прилипают к ней и затягиваются в нуцеллус в результате подсыхания жидкости.
4. Микропиле смыкается, а все чешуи женской шишки плотно прилегают друг к другу. Для обеспечения высокой герметичности поверхность макростробилы при этом заливается смолой.

1 – женская шишка; 2 – семенная чешуя с двумя семязачатками; 3 – микропиле; 4 – мегаспоры; 5 – нуцеллус семязачатка; 6 – интегумент, один листочек; 7 – нуцеллус, образующий перисперм; 8 – архегоний; 9 – первичный эндосперм; 10 – мужская шишка; 11 – микроспорофилл с двумя микроспорангиями; 12 – антеридиальная клетка; 13 – сифоногенная клетка, клетка трубки; 14 – ядро спермагенной клетки; 15 – ядро клетки-ножки; 16 – клетка трубки; 17 – зародыш семени; 18 – первичный эндосперм; 19 – семенная кожура; 20 – шишка, возраст которой один год; 21 – шишка, возраст которой – два года.

После попадания пыльцевого зерна на нуцеллус начинается процесс прорастания вегетативной клетки с образованием пыльцевой трубки. При этом генеративная клетка пыльцы перемещается внутрь вегетативной и медленно врастает в нуцеллус на протяжении одного календарного года.

Описание всех подготовительных стадий, а также схема процесса оплодотворения представлены ниже:

1. Через 30 дней после опыления происходит деление археспориальной клетки нуцеллуса.
2. Образуются 4 мегаспоры, из которых выживает только одна, расположенная на самом большом расстоянии от микропиле.
3. Оставшаяся мегаспора начинает расти через 6 месяцев после опыления. При этом количество её ядер в результате митотического деления увеличивается до 2 000 штук.
4. Через 13 месяцев после опыления внутри мегаспоры образуются клеточные стенки. Происходит цитокинез — каждое из образованных ядер локализуется в отдельной клетке.
5. В результате цитокинеза формируется особая гаплоидная ткань — эндосперм. Ещё через 2 месяца из его клеток, расположенных возле микропиле, формируется 2-3 архегония, которые содержат внутри по одной женской яйцеклетке.
6. Эндосперм и архегонии образуют заросток (женский гаметофит). К моменту его образования пыльцевая трубка достигает нуцеллуса и проникает в один из архегониев с яйцеклеткой.
7. Внутри пыльцевой трубки происходит деление генеративной клетки на стерильную и сперматогенную (клетку тела).
8. Клетка тела делится на пару спермиев, которые в совокупности с пыльцевой трубкой образуют мужской гаметофит.
9. В результате проникновения пыльцевой трубки внутрь архегония происходит разрушение клеточной стенки. При этом происходит оплодотворение — один из спермиев соединяется с яйцеклеткой и образует зиготу, а второй погибает.

Созревание женской шишки

После оплодотворения начинается процесс созревания женской шишки. Этот процесс заканчивается формированием семени и длится полгода с момента оплодотворения.

Созревание шишки состоит из таких этапов:

1. В процессе деления оплодотворённой зиготы формируется зародыш, имеющий зачаточные органы — корень и побег. На верхушке последнего расположены мелкие семядоли, являющиеся зачатками будущих листьев.
2. В качестве питательной оболочки, необходимой для развития зародыша, используется эндосперм.
3. Происходит формирование внешней оболочки семени из покровной ткани семенного зачатка.
4. В конце зимы шишки раскрываются и семена свободно высеваются наружу, разносясь на большие расстояния вместе с ветром. Созревшие шишки осыпаются на землю.

Жизнь каждой сосны начинается из мелкого семени, проросшего в почве. После этого дерево растёт на протяжении многих лет, образуя ежегодно новые порции шишек. Сложный процесс оплодотворения и созревания семян длится на протяжении 20 месяцев с момента опыления, обеспечивая дальнейшее распространение сосны по окружающей территории.