Голосеменные - это растения, которые не имеют цветков, размножаются семенами, но не образуют плодов. Семена их располагаются открыто на внутренней стороне чешуевидных листьев, образующих шишку, и защищены только семенной кожурой. Расцвет голосеменных растений относится к палеозойской и мезозойской эрам.
В настоящее время голосеменных растений насчитывают около 720 видов. Среди них встречаются гиганты, например секвойя (достигает 100 м высоты, толщина ствола 10 м), мамонтово дерево (продолжительность жизни - до 4 тыс. лет, толщина ствола до 12 м), кипарис болотный (толщина ствола до 16 м). Наиболее обширную группу составляют хвойные, к которым относятся сосна, ель, кедр, лиственница, тисс, можжевельник, кипарис и др.
Голосеменные представлены деревьями или кустарниками. В северном полушарии они образуют крупные лесные массивы. Сосна и ель наиболее часто встречаются в умеренной зоне. По значению в природе и жизни человека хвойные занимают второе место после цветковых растений.
Листья хвойных мелкие, чешуйчатые или игловидные, называются хвоей. Хвоя покрыта кутикулой. Устьица глубоко погружены в ткань листа, что уменьшает испарение воды. Хвоя живет от 3 до 7 лет, опадает и заменяется постепенно. Стебель хвойных включает кору, древесину и слабо выраженную сердцевину. Проводящая ткань представлена трахеидами, выполняющими и механическую функцию. В коре и древесине хвойных имеются смоляные ходы - межклеточные пространства, заполненные эфирными маслами и смолой, которые выделяются клетками, выстилающими канал. Смола защищает растение от проникновения микроорганизмов и насекомых. Корневая система обычно стержневая. Короткие боковые корни часто содержат микоризу.
Голосеменные приспособлены к жизни на суше во многих отношениях лучше, чем споровые растения. Их размножение не связано с наличием влаги, так как пыльца переносится ветром с мужского спорофита на женский. Оплодотворение совершается с помощью пыльцевой трубки. Благодаря развитию камбия и вторичной древесины многие голосеменные растения достигают больших размеров.
Из семейства Сосновые наиболее часто встречаются сосна, ель, пихта, лиственница.
Сосна - светолюбивое растение, нетребовательное к почве. Она растет на песках, на скалах, на болотах. В зависимости от места произрастания у нее развивается преимущественно либо главный корень, либо система боковых корней. Растущая в лесу сосна может достигать 50 м в высоту. Она имеет прямой ствол, покрытый красно-бурой корой. Низкий тонкий ствол встречается у сосны, растущей на болоте. Продолжительность жизни сосны - 350-400 лет.
Сосна - однодомное растение. Весной на некоторых ее побегах образуются двоякого рода шишки - мужские и женские. Шишка представляет собой видоизмененный побег (рис. 19).
Рис. 19. Схема строения видоизмененных побегов сосны: а - мужская шишка; б - женская шишка; в - крылышко; 1 - побег; 2 - пыльники; 3 - шишка с семяпочками; 4 - семя
Мужские шишки сосны зеленовато-желтого цвета собраны в густые колосовидные «соцветия» у основания удлиненных молодых побегов. Каждое «соцветие» состоит из отдельных плотно сидящих друг около друга шишек. На нижней стороне их чешуек находятся по два микроспорангия - пыльцевых мешка. В них мейозом образуются микроспоры, из которых развивается и созревает пыльца, представляющая собой мужской гаметофит. В результате ряда митозов в нем образуются два спермия (мужские гаметы) и пыльцевая трубка. Пыльцевое зерно имеет овальную форму. Его оболочка образует два воздушных пузырька, что облегчает перенос пыльцы ветром на большие расстояния. Красноватые женские шишки, более крупные, чем мужские, располагаются поодиночке на верхушках молодых побегов текущего года. Они имеют чешуи двух типов: наружная - кроющая, внутренняя - семенная. На каждой семенной чешуе с внутренней стороны образуются по два семязачатка (семяпочки). Семязачаток несет макроспорангий, в котором в результате ряда делений формируется макроспора, затем - женский гаметофит с гаплоидным набором хромосом. На нем закладываются архегонии с крупными яйцеклетками.
Опыление у сосны происходит через год в конце мая - начале июня. Созревшая пыльца разносится ветром и попадает на семенные чешуйки, после чего они смыкаются и склеиваются смолой. От опыления до оплодотворения у сосны проходит 12 месяцев. Пыльца прорастает пыльцевой трубкой к яйцеклетке, через нее входит одна мужская гамета, вторая гамета погибает. После оплодотворения семязачаток превращается в семя, которое имеет зародыш, эндосперм (запас питательных веществ) и семенную кожуру. Эндосперм образуется в семязачатке до оплодотворения. Покров семязачатка превращается в кожуру семени. Развивающийся зародыш содержит корешок, стебелек, несколько семядолей и почечки. Шишки вначале имеют зеленый цвет, позже становятся коричневыми. Семена у сосны созревают к осени следующего года. От опыления до созревания семян у сосны проходит 1 год и 8 месяцев. Обычно зимой одревесневшие семенные чешуи расходятся, и семена, имеющие крыловидные придатки, разносятся ветром. Попав в благоприятные условия, семена прорастают, давая начало спорофиту - крупному листостебельному растению.
У сибирской сосны, называемой кедровой, семена не имеют крылышек. Они известны под названием «кедровые орешки», но таковыми не являются. Настоящие кедры растут в горах Северной Африки, на востоке Средиземного моря и в Гималаях. Их семена несъедобны.
Ель в отличие от сосны теневыносливое растение. Ее высота 60-70 м. Продолжительность жизни - до 500600 лет. Ель развивает густую пирамидальную крону. Нижние ее ветви обычно не отмирают, а сохраняются, поэтому еловые леса темные. Ель требовательнее к окружающим условиям и растет на более плодородных и достаточно увлажненных почвах. Ее корневая система меньше развита, чем у сосны, и расположена более поверхностно, поэтому сильные ветры могут «вырвать» дерево с корнями. Листья ели - хвоя - игольчатые, четырехгранные или плоские, расположены поодиночке на побегах и сохраняются на дереве 7-9 лет. Если шишки сосны имеют длину 4-5 см, то у ели они 10-15 см длиной и развиваются в течение одного года. Размножение у ели происходит так же, как у сосны. В средней полосе наиболее распространены два вида ели - ель обыкновенная (европейская) и ель сибирская.
Пихта внешне похожа на ель. Ее высота достигает 80 м. Хвоинки плоские, мягкие.
Лиственница (сибирская, даурская, европейская) имеет мягкую хвою, которая сбрасывается на зиму. Хвоинки расположены пучками на укороченных побегах. Древесина лиственницы твердая, долговечная.
Тисс ягодный - дерево до 35 м высоты, достигает возраста 3-4 тыс. лет. Имеет красивую прочную древесину. Древесина, кора и хвоя тисса ядовиты.
Можжевельник (туркестанский, туркменский (арча), обыкновенный (верес), казацкий) - небольшие вечнозеленые деревья или кустарники. Листья у можжевельника игловидные или чешуйчатые. Мягкие чешуи его женских шишек срастаются, образуя «шишкоягоды».
Значение хвойных. Как и все зеленые растения, хвойные образуют органические вещества, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Хвойные леса задерживают таяние снега и обогащают почву влагой. Сосна выделяет фитонциды - летучие вещества, обладающие антибактериальным действием.
Человек использует хвойные как ценный строительный и поделочный материал («корабельная сосна», «красное дерево» - древесина секвойи, устойчивая к гниению древесина лиственницы). Древесина ели идет на изготовление музыкальных инструментов и бумаги. Зеленую хвою используют как лекарственное сырье. Из смолы хвойных получают скипидар, канифоль, сургуч, лаки, спирт, пластмассы. Из семян сибирской кедровой сосны вырабатывают пищевое масло. Из древесины пихты производят бумагу, из коры получают пихтовый бальзам, из пихтовых лапок - эфирное масло для синтеза камфоры. Лиственница используется в качестве строительного материала, в судостроении. «Шишки» можжевельника применяют в качестве лекарственного средства (для легочных сборов). Многие хвойные культивируют как декоративные растения (пихта).