Rośliny zarodnikowe to takie, które nie wytwarzają kwiatów i rozmnażają sie głównie przez zarodniki. Do roślin zarodnikowych należą glony, mszaki oraz porosty.
Rośliny nasienne, nazywane też kwiatowymi, to grupa, w której skład wchodzą 2 typy najwyżej postawionych w szeregu ewolucyjnym organowców: typ nagonasiennych i typ okrytonasiennych. Cechą wspólną dla obu typu roślin nasiennych, a jednocześnie odróżniających je od pozostałych grup, jest wytwarzanie kwiatów i nasion.
Pierwszą grupą roślin zarodnikowych są glony. Do glonów zaliczane są najpierwotniejsze i najbardziej prymitywnie zbudowane gatunki roślin. Nie stanowią one grupy systematycznej, lecz ekologiczną, zbiorczą grupę życiową. Ich ciało to plecha, w której nie można wyróżnić liści, łodyg ani korzeni. Jednakże prawie wszystkie rodzaje glonów są w stanie wytwarzać sobie pokarm na drodze fotosyntezy przy udziale światła słonecznego. Niektóre glony są jednokomórkowe, a inne wielokomórkowe mają plechy o długości nawet do kilkudziesięciu metrów.
Kilka gatunków glonów stoi na pograniczu świata roślin i zwierząt. Na przykład Euglenophyta (klejnotka) wykazują wiele cech zwierzęcych - poruszają się za pomocą ruchu wici, mają wrażliwą na światło stigme, która pomaga w znalezieniu najlepszego miejsca do przeprowadzenia fotosyntezy, i są w stanie czasowo prowadzić heterotroficzny (cudzożywny) tryb życia.
Komórki wchodzące w skład plechy glonów zawierają wszystkie elementy charakterystyczne dla eukariotycznych komórek roślinnych:
a) aparat jądrowy - w postaci jednego lub wielu jąder;
b) ścianę komórkową zbudowaną z celulozy, pektyn i hemiceluloz;
c) plastydy, przede wszystkim chloroplasty, które przyjmują różnego rodzaju kształty, ale też i barwniki typowe dla glonów;
d) materiały zapasowe - głównie skrobia i tłuszcz
Glony rozmnażają się 3 sposobami:
1. płciowo z udziałem gamet;
2. bezpłciowo z udziałem zarodników (spor, ruchliwych i nieruchliwych);
3. wegetatywnie przez podział podłużny, fragmentacje plechy lub kule potomne.
W rozmnażaniu płciowym, w zależności od rodzaju kopulujących gamet, wyróżniamy:
- izogamię - która polega na łączeniu się dwóch gamet o jednakowych wielkościach i takiej samej ilości materiału zapasowego, zaopatrzonych w wici.
- anizogamię - inaczej heterogamia, polega na zespoleniu się dwu gamet różnej wielkości, a często także kształtu i budowy.
- oogamię - polega na łączeniu się nieruchliwej dużej gamety żeńskiej (komórki jajowej), z małą ruchliwą gametą męską (plemnikiem).
Kilka cyklów rozwojowych glonów na podstawie Brunatnic (Morszczyn, cykl haploidalny), Zielenic (Skrętnica, cykl diploidalny) i Krasnorostów (cykl haplo - diplodidalny)
Rozmnażanie Brunatnic
Morszczyn rozmnaża się wegetatywnie, przez fragmentacje plechy, oraz płciowo. W okresie rozmnażania płciowego na wierzchołkach rozgałęzień plechy rozwijają się komórki jajowe w lęgniach i plemniki w plemniach. Zaopatrzone w wici plemniki oraz bezwiciowe komórki jajowe wydostają się z plemni i lęgni. Zapłodnienie następuje w wodzie, poza roślina macierzystą. Zygota opada na dno, dając początek nowej roślinie.
Rozmnażanie Zielenic
W rozmnażaniu płciowym uczestniczą dwie nici skrętnicy ułożone równolegle. Między naprzeciwległymi komórkami obu kolonii powstają łączące je kanaliki. Przez te kanaliki przelewa się zawartość jednej komórki do drugiej, a ich cytoplazma i jądra komórkowe łączą się ze sobą. Komórki uczestniczące w tym procesie noszą nazwe gamet. Gamety są komórkami haploidalnymi. W wyniku zapłodnienia powstaje zygota. Zygota skrętnicy jest jednocześnie przetrwalnikiem, kurczy się, otacza grubą ścianą i wypada z nici. Skrętnica rozmnaża się płciowo jesienią, na wiosnę zygota rozwija się w nową kolonię.
Rozmnażanie Krasnorostów
Rozmnażają się bezpłciowo za pomocą nieruchliwych zarodników, oraz płciowo, w drodze oogamii. Istnieje przemiana pokoleń, czasem bardzo skomplikowana.
W procesie rozmnażania płciowego nieruchliwy plemnik przenoszony jest biernie przez wodę do komórki jajowej, dokonując jej zapłodnienia. Pełny cykl obejmuje 3 pokolenia:
- haploidalny hametofit - na którym znajdują się gametangia męskie
- diploidalny karposporofit - powstający z zygoty i rozwijający się na gameficie, produkujący diploidalne karpospory
- diploidalny tetrasporofit - po mejozie wytwarzający haploidalne tetraspory, z których powstają haploidalne gametofity.
Wyróżniamy dwa rodzaje przemiany pokoleń:
- przemiana izomorficzna, gdy brak zróznicowania morfologicznego miedzy gametofitem i sporofitem
- przemiana heteromorficzna, gdy jest zróznicowanie morfologiczne miedzy gametofitem i sporofitem.
Drugą grupą roślin zarodnikowych są mszaki. Mszaki są najprostszymi samożywnymi roślinami lądowymi. Pochodzą od glonów i są formą pośrednią pomiędzy plechowymi organizmami wodnymi a roślinami wyższymi.
W cyklu życiowym mszaków występuje regularne następstwo związane z przemianą faz jądrowych. Pełny rozwój osobnika obejmuje 2 pokolenia haploidalne zwane gametofitem i diploidalne zwane sporofitem.
Gametofit jest podstawową rośliną mszaków. Jest rośliną wieloletnią. Powstaje z haploidalnego zarodnika i przechodzi przez stadium młodociane zwane splątkiem. Splatek jest zazwyczaj krótkotrwały i ginie wkrótce po wytworzeniu gametofitu własciwego. Gametofit to ulistniona , prosta lub rozgałęziona łodyga, przytwierdzona do podłoża specjalnymi chwytnikami, które pobierają z niego wode z solami mineralnymi.
Rozmnażanie gametofitu odbywa się wegetatywnie za pomoca różnych rozmnóżek oraz płciowo. Płciowymi organami męskimi są plemnie, które okryte sa wielokomórkową, jednowarstwową ścianą i zawierają w swym wnętrzu liczne pleniki, które opatrzone są wiciami. Organy żeńskie to rodnie, które także posiadają ścianę wielokomórkową. W dolnej części rodni znajduje się komórka jajowa. U gatunków jednopiennych rodnie i plemnie występują na tych samych osobnikach, u dwupiennych - na różnych. Niekiedy zebrane są one w radniostany i plemniostany.
Prosec płciowy zachodzi tylko w obecności wody, gdyż gamety męskie, mogą poruszać się tylko w środowisku wodnym, w którym przepływają z plemni do rodni. Plemniki zwabione przez rodnie za pomoca różnych substancji wnikają do jej wnętrza, a jeden z nich zlewa się z komórką jajową i powstaje diploidalna zygota.
Z zygody powstaje roślina diploidalna będaca sporofitem. Sporofit najpierw rozwija się wewnątrz rodni, wrastając dolną swą częścią w gametofit. Rozrastający się sporofit rozrywa rodnię i wyrasta ponad nią, dźwigając na szczycie zarodnię, w której powstają zarodniki. U niekórych mszaków zarodnia osadzona jest na długim, bezlistnym trzonku. Zarodnia otwiera się, a wypadające zarodniki padaja na ziemie, gdzie zaczynają kiełkować.
Trzecią grupą roślin zarodnikowych są porosty. Porosty sa symbiotycznymi organizmami skladajacymi sie z heterotroficznego grzyba (workowca lub rzadziej podstawczaka) i autotroficznego glonu (zielenicy lub sinicy). Porosty mozemy spotkac niemal wszedzie, z wyjatkiem pól uprawnych, lak i torfowisk niskich. Sa to organizmy bardzo rozpowszechnione, wystepuja we wszystkich klimatach na calej kuli ziemskiej, od obszarów podbiegunowych, do krajów tropikalnych i pustyn. W zaleznosci od rodzaju podloza porosty dzieli sie na naziemne, nadrzewne i naskalne.
Porosty wykazuja duza róznorodnosc pod wzgledem swojej budowy zewnetrznej. Wyodrebniane sa zwykle trzy typy morfologiczne plech: skorupiasta, listkowata i krzaczkowata.
Plecha skorupiasta cala dolna powierzchnia przylega do podloza. Moze sie rozwijac na powierzchni podloza lub czesciowo w nie wrastac. Plecha ta jest jednolita o powierzchni gladkiej lub nierównej, moze tez byc nieregularnie popekana, ziarenkowata lub maczysta. Grubosc plechy waha sie od 0,1 do kilku milimetrów.
Plecha listkowata jest mniej lub wiecej splaszczona, ma ksztalt rozetek albo rosnie nieregularnie, zwykle jest powcinana na liczne odcinki, róznej dlugosci i szerokosci które stykaja sie brzegami, zachodza na siebie lub sa luzno ulozone. Przytwierdzona jest do podloza chwytnikami lub faldami dolnej strony plechy.
Plecha krzaczkowata zlozona jest z galazek, które moga byc oble, nieregularne, tasiemkowato splaszczone, nitkowate. Moze byc wyksztalcona w postaci pojedynczych trzoneczków lub galazek, moze byc tez obficie rozgaleziona. Rosnie kepkowo lub ma postac brodata. Przyczepiona jest do podloza zwykle w jednym punkcie i zwisa, odstaje lub wznosi sie.
W przyrodzie występują różnego rodzaju krzyżówki form plech.
Sztywność porostów wynika z obecności chityny w ścianach komórkowych grzybów.
Porosty rozmnażają się przez rozmnóżki. Są bardzo wytrzymałe na niską temperaturę i suszę.
Do roślin nasiennych zaliczamy około 225 000 gatunków. W ewolucji świata roślinnego rośliny nasienne osiągnęły szczytowy etap rozwoju. Odznaczają się one tak wysoką organizacją budowy zewnętrznej i wewnętrznej, jakiej nie osiągnęły ani plechowce, ani rośliny zarodnicowe. Są to zdobycze na poziomie aromorfoz.
Aromorfoza jest procesem ewolucyjnym, polegającym na osiągnięciu przez daną grupę organizmów pewnych cech, dzięki którym podnoszone są na wyższy poziom ich organizacja zewnętrzna i wewnętrzna oraz czynności życiowe. Te nowo powstałe cechy i właściwości sprawiają, że rośliny nasienne mają znaczną przewagę w stosunku do grupy, z której powstały i w związku z tym lepiej opanowują środowisko, a przede wszystkim dominują w nim.
W przypadku roślin nasiennych takimi zmaniami aromorfotycznymi było:
1. Powstanie wysoko wyspecjalizowanych i zróżnicowanych tkanek stałych:
- okrywającej (skórka, korek)
- przewodzącej (łyko, drewno)
- wzmacniającej (kolenchyma, sklerenchyma)
- miękiszowej (wypełniającej, asymilacyjnej, zapasowej)
- gruczołowej;
oraz tkanek twórczych (pierwotnych i wtórnych).
Powstanie tego rodzaju tkanek, o wysokiej specjalizacji i zróżnicowaniu, było podstawowym warunkiem opanowania środowiska lądowego. Rozwój tkanek stałych u roślin nasiennych zagwarantował im nie tylko możliwość bytowania na lądzie, ale i dał im możliwość do przystosowania się do różnych typów środowisk i zmiennych warunków tych środowisk.
Dzięki rozwojowi tkanek twórczych, zwłaszcza wtórnych, rośliny nasienne zyskały zdloność przyrostu na grubość, co wpływa na trwałość i długość ich życia.
2. Wykształcenie bardzo dobrze rozwiniętych i wyspecjalizowanych organów wegetatywnych, mogących w zależności od warunków środowiska i pełnionych funkcji ulegac modyfikacjom.
Organy wegetatywne roślin nasiennych - korzenie, łodygi, liście, ich budowa i specjalizacja również wskazuje na wysokość poziomu zaawansowania ewolucyjnego.
Główną funkcją korzenia jest pobieranie wody i soli mineralnych z gleby, oraz przytwierdzenie rośliny do podłoża. Ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi stanowi umieszczona na wierzchołku korzenia czapeczka, ochraniająca merystem wierzchołkowy. Dalsza część korzenia zróżnicowana jest na odcinki odznaczające się różnymi specjalizacjami: strefę wydłużania (gdzie zachodzi wzrost komórek), strefę włośnikową ( gdzie zachodzi różnicowanie się komórek), oraz strefę korzeni bocznych.
Korzenie niektórych roślin tworzą układy symbiotycznie: z bakteriami (bakterioryza) lub z grzybami (mikoryza). Mikoryza zwiększa powierzchnię chłonną korzeni.
Niektóre rośliny wykształciły różnego rodzaju modyfikację korzeni, po to, by jeszcze lepiej przystosować się do środowiska w którym żyją.
Najważniejsze z tych modyfikacji to:
a). spichrzowy - gromadzi substancje zapasowe (marchew)
b). kurczliwy - posiada zdolność skracania swych górnych części, dzięki czemu może wciągać roślinę głębiej w glebę
c). podporowy - występują u roślin rosnących nad brzegami wód, chronią roślinę przed zatopieniem
d). czepny
e). powietrzny - za ich pomocą rośliny pobierają parę z powietrza (możliwe jest to dzięki obecności welamenu, czyli wielowarstwowej skórki korzenia zbudowanej z komórek wypełnionych powietrzem, a zdolnej do wchłaniania wody, jak gąbka) (niektóre epifity)
f). oddechowy - stanowiący boczne, pionowe odgałęzienia poziomych korzeni podziemnych, wyrastają pionowo w górę ponad powierzchnię bagnistego podłoża, służą do pobierania tlenu (namorzyny)
g). asymilacyjny - przeprowadzają fotosyntezę, występują w postaci taśm zawierających chlorofil (niektóre storczyki)
h). korzeń ssawka - korzenie pasożytów (jemioła)
Modyfikacje te poszerzyły znacznie możliwości organu jakim jest korzeń. Umożliwia to roślinom opanowanie nowych środowisk.
Innym organem wegetatywnym rośliny jest pęd, złożony z łodygi i osadzonych na niej liści.
Pod względem budowy i funkcji łodyg rośliny wykazują również duże zróżnicowanie. Ze względu na stopień jej trwałości wyróżnia się łodygi zielne (o delikatnej budowie, nietrwałe) oraz zdrętwiałe (trwałe, wieloletnie).
Budowa łodygi różni się nieco od budowy korzenia, co wiąże się z innymi funkcjami spełnianymi przez te organy. Najważniejszy element walca osiowego stanowią tkanki przewodzące. Ich układ w łodydze może być różny. Również wiązki przewodzące same mogą przyjmować różną postać. W zależności od układu pasm drewna i łyka wyróżniamy bowiem wiązki:
*kolateralne - (czyli wiązki otwarte, stwarzające możliwość przyrostu na grubość, lub zamknięte, nie posiadające kambium i przez to czyniące rośliny jednoliścienne niezdolnymi do przyrostu na grubość) jedno pasmo drewna i jedno pasmo łyka
*bikolateralne - dwa pasma łyka, jedno pasmo drewna.
Drugą, obok łodygi, składową częścią pędu jest liść - organ odpowiedzialny za wymianę gazową ze środowiskiemoraz wytwarzanie składników odżywczych.
U niektórych roślin pojawia się zjawisko nazywane heterofilią, czyli różnopostaciowością liścia. Pojawia się ona w zależności od warunków środowiska, a polega na różnym ukształtowaniu liści właściwych, w zależności od warunków zewnętrznych.
Podobnie jak korzenie, także i pędy oraz ich części mogą być wykształcone w sposób nietypowy i pełnić nietypowe funkcje, co w wielu przypadkach pozwala roślinom na przystosowanie się do pewnych specjalnych środowisk. Dzięki modyfikacją pędy mogą pełnić różne, dodatkowe funkcje: np. spichrzową(ziemniak), gromadzenia wody(kaktus), czepną (winorośl), ochronną (cierniowe pędy dzikiej gruszy), asymilacyjną (gałęziaki).
3. Wykształcenie organu generatywnego - kwiatu oraz uniezależnienie procesu płciowego od obecności wody dzięki wykształceniu łagiewki pyłkowej.
Specyficznym tworem, nie występującym w żadnej innej grupie roślin oprócz nasiennych, jest kwiat - organ generwatywny, będący skróconym pędem zarodnionośnym. Jego poszczególne elementy uległy takim modyfikacjom, by zoptymalizować potrzeby procesu płciowego u roślin. U nagozalążkowych kwiaty męskie są drobne, kwiaty żeńskie żaś to łuski nasienne (owocolistki) zebrane w kwiatostany o postaci szyszki.
Natomiast u roślin okrytozalążkowych jest to twór znacznie bardziej skomplikowany, którego budowa i funkcje zostały szczególnie wysoko wyspecjalizowane. Oś kwiatowa (zwana dnem kwiatowym) jest tu silnie skrócona, często bywa rozszerzona, płaska, wypukła lub wklęsła. Na niej osadzone są pozostałe, boczne części kwiatu (działki kielicha i płatki korony pręciki i słupki).
Rośliny okrytozalążkowe uzyskały ewolucyjną przewagę dzięki odizolowaniu zalążka, przez ukrycie go wewnątrz słupka. Uniezależniły także proces płciowy od obecności wody, dzięki wykształceniu łagiewki pyłkowej.
Różnorodność form kwiatów pozwala dzielić je na wiele grup. Ze względu na zawartość elementów generatywnych wyróżniamy kwiaty obupłciowe i rozdzielnopłciowe; pod względem symetrii dzielimy je na promieniste, grzbieciste, dwuboczne, niesymetryczne; w zależności od formy dna kwiatowego: dolne, kołozalążiowe, górne.
Dużym osiągnięciem cywilizacyjnym roślin okrytozalążkowych było także wykorzystanie pośrednictwa owadów w procesach zapylania kwiatów.
4. Silna redukcja gametofitu.
Wielki wpływ na przebieg ewolucji roślin miało zjawisko przemiany pokoleń. Pokolenie bezpłciowe (sporofit) dysponuje podwójną liczbą chromosomów, co dało możliwość większej ekspansji i większej odporności na warunki życia na lądzie.
Dlatego jednym z głównych kierunków ewolucji roślin jest zwiększanie dominacji sporofitu, przy jednoczesnej redukcji gametofitu, co osiągnęło maksimum u roślin okrytozalążkowych. Gametofit jest tu jedynie niezbędnym minimum, które inicjuje powstanie sporofitu, a jednocześnie źródłem zmienności dziedzicznej.
5. Wytworzenie nasion.
Wielkim osiągnięciem roślin nasiennych było uformowanie specjalnego organu przetrwalnego - nasienia, które zawartą w nim młodą roślinę zabezpiecza przed szkodliwymi wpływami otoczenia, zapewnia niezbędne dla jej rozwoju składniki odżywcze, a także umożliwia transport na duże odległości. Jest to forma przetrwalnikowa sporofitu, bardziej odporna na niesprzyjające warunki kiełkowania zarodniki.
Nasienie roślin okrytonasiennych składa się z:
- zarodka - wczesne stadium rozwojowe rośliny, zbudowany z liścieni, stożka wzrostu korzenia i łodygi;
- bielmo - tkanka gromadząca materiały zapasowe, które sa niezbędne do rozwoju zarodka. Zawiera przeważnie tłuszcz i skrobię.
- łupina nasienna - rozwija się z osłonek zalążka, zabezpiecza przed uszkodzeniem mechanicznym, wyschnięciem, zakażeniem bakteriami lub grzybami. Ściany łupiny są skorkowaciałe.
6. Powstanie owocu.
Dodatkowo rośliny okrytozalążkowe wykształciły owoc, jako organ osłaniający nasiona i jednocześnie ułatwiający ich rozprzestrzenianie na znaczne odległości
Owoc składa się z owocni i nasion. Owocnia zbudowana jest z 3 warstw. Warstwą zewnętrzną jest skórka, często zaopatrzona w rozmaite przydatki (szkrzydełka, haczyki, włoski). Środkowa warstwa owocni może być gruba i soczysta lub cienka i sucha. Warstwa wewnętrzna jest ścianą komory nasiennej. Może być błoniasta, skórzasta albo zdrętwiała.
Środowisko lądowe odznacza się ogromną różnorodnością, więc wyjścia roślin na ląd i opanowanie przez nich różnych siedlisk było ważnym krokiem w ewolucji. Opanowanie to stało się możliwe dzięki wielkiej różnorodności cech ich budowy i niezwykłym umiejętnościom przystosowawczym do niemal wszystkich siedlisk lądowych.