Skip to main content
Global

26.2: גימנוספרמים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    206247

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מיומנויות לפיתוח

    • דון בסוג הזרעים המיוצרים על ידי גימנוספרמים, כמו גם במאפיינים אחרים של גימנוספרמים
    • ציינו באיזו תקופה ראו את הופעתם הראשונה של הגימנוספרמים והסבירו מתי הם היו חיי הצומח הדומיננטיים
    • רשום את ארבע הקבוצות של הגימנוספרמים המודרניים וספק דוגמאות לכל אחת מהן

    גימנוספרמים, שמשמעותם "זרעים עירומים", הם קבוצה מגוונת של צמחי זרעים והם פרפילטיים. קבוצות פרפילטיות הן אלה שבהן לא כל החברים הם צאצאים של אב קדמון משותף אחד. המאפיינים שלהם כוללים זרעים עירומים, גמטות נקבות וזכריות נפרדות, האבקה על ידי רוח וטרכאידים (המובילים מים ומומסים במערכת כלי הדם).

    זרעי גימנוספרם אינם סגורים בשחלה, אלא הם נחשפים על קונוסים או עלים שהשתנו. ספורופילים הם עלים מיוחדים המייצרים ספורנגיה. המונח סטרובילוס (רבים = סטרובילי) מתאר סידור הדוק של ספורופילים סביב גבעול מרכזי, כפי שניתן לראות בקונוסים. חלק מהזרעים עטופים ברקמות ספורופיטים עם התבגרותם. שכבת רקמת הספורופיטים המקיפה את המגספורנגיום, ובהמשך, העובר, נקראת האינטגומנט.

    הגימנוספרמים היו הפילום הדומיננטי בעידן המזוזואיקון. הם מותאמים לחיות במקום בו מים מתוקים דלים בחלק מהשנה, או באדמה דלה בחנקן של ביצה. לכן, הם עדיין הפילום הבולט בביומה המחטנית או בטייגה, שם לעצי המחט הירוקים-עד יש יתרון סלקטיבי במזג אוויר קר ויבש. עצי מחט ירוקי עד ממשיכים ברמות נמוכות של פוטוסינתזה במהלך החודשים הקרים, ומוכנים לנצל את ימי השמש הראשונים של האביב. חסרון אחד הוא שעצי מחט רגישים יותר מעצים נשירים לנגיעות מכיוון שעצי מחט אינם מאבדים את העלים בבת אחת. לכן הם לא יכולים להשיל טפילים ולהתחיל מחדש עם אספקה טרייה של עלים באביב.

    מחזור החיים של גימנוספרם כרוך בחילופי דורות, עם ספורופיט דומיננטי בו שוכנת הגמטופיט הנשי, וגמטופיטים מופחתים. כל הגימנוספרמים הם הטרוספוריים. אברי הרבייה הזכריים והנקביים יכולים להיווצר בקונוסים או בסטרובילי. ספורנגיה של זכר ונקבה מיוצרים על אותו צמח, המתואר כחד-ביתי ("בית אחד" או דו מיני), או על צמחים נפרדים, המכונים צמחים דו-ביתיים ("שני בתים" או חד מיניים). מחזור החיים של עצי מחט ישמש כדוגמה שלנו להתרבות בגימנוספרמים.

    מחזור חיים של מחטניים

    עצי אורן הם עצי מחט (נושאי חרוט) ונושאים ספורופילים זכרים ונקבות על אותו ספורופיט בוגר. לכן, הם צמחים חד-מיניים. כמו כל הגימנוספרמים, האורנים הם הטרוספוריים ומייצרים שני סוגים שונים של נבגים: מיקרו-נבגים זכריים ומגה-ספורים נקביים. בחרוטים הזכריים, או קונוסים עמידים, המיקרוספורוציטים מולידים גרגרי אבקה על ידי מיוזה. באביב משתחררים כמויות גדולות של אבקה צהובה ונישאים על ידי הרוח. כמה גמטופיטים ינחתו על חרוט נקבה. האבקה מוגדרת כהתחלת צמיחת צינור האבקה. צינור האבקה מתפתח לאט, והתא היצרני בגרגר האבקה מתחלק לשני תאי זרע הפלואידים על ידי מיטוזה. בהפריה, אחד מתאי הזרע יאחד סוף סוף את הגרעין הפלואידי שלו עם הגרעין הפלואידי של תא ביצה הפלואידי.

    קונוסים נקביים, או חרוטי ביוץ, מכילים שתי ביציות לכל קנה מידה. תא אם מגה-ספור אחד, או מגה-ספורוציט, עובר מיוזה בכל ביצית. שלושה מארבעת התאים מתפרקים; רק תא בודד ששרד יתפתח לגמטופיט רב-תאי נקבה, המקיף ארכגוניה (ארכיגוניום הוא איבר רבייה המכיל ביצה אחת גדולה). עם ההפריה, הביצית הדיפלואידית תוליד את העובר, הסגור במעטפת זרע של רקמה מצמח האם. דישון ופיתוח זרעים הוא תהליך ארוך בעצי אורן: זה עשוי להימשך עד שנתיים לאחר ההאבקה. הזרע שנוצר מכיל שלושה דורות של רקמות: מעיל הזרע שמקורו ברקמת הספורופיטים, הגמטופיט שיספק חומרים מזינים והעובר עצמו.

    איור \(\PageIndex{1}\) ממחיש את מחזור החיים של עצי מחט. שלב הספורופיט (2 n) הוא השלב הארוך ביותר בחייו של גימנוספרם. הגמטופיטים (1 n) - מיקרונבגים ומגה-ספורים - מצטמצמים בגודלם. זה עשוי לקחת יותר משנה בין האבקה להפריה בעוד צינור האבקה גדל לכיוון המגספורוציט (2 n), שעובר מיוזה למגה-ספורים. המגה-ספורים יתבגרו לביצים (1 n).

    מחזור החיים של מחטניים מתחיל בעץ בוגר, הנקרא ספורופיט והוא דיפלואידי (2n). העץ מייצר קונוסים זכריים בענפים התחתונים, וחרוטים נקביים בענפים העליונים. החרוטים הזכריים מייצרים גרגרי אבקה המכילים שני גרעינים יצירתיים (זרע) וגרעין צינור. כאשר האבקה נוחתת בקנה מידה נקבי, צינור אבקה צומח לכיוון הגמטופיט הנשי, המורכב מביצית המכילה את המגה-ספור. עם ההפריה נוצרת זיגוטה דיפלואידית. הזרעים המתקבלים מפוזרים, וגדלים לעץ בוגר, ומסיים את המחזור.
    איור\(\PageIndex{1}\): תמונה זו מציגה את מחזור החיים של עצי מחט. אבקה מחרוטים זכריים מתפוצצת לענפים העליונים, שם היא מפרה קונוסים נקביים.

    תרגיל \(\PageIndex{1}\)

    באיזה שלב נוצרת הזיגוטה הדיפלואידית?

    1. כאשר החרוט הנשי מתחיל לנבוט מהעץ
    2. בהפריה
    3. כאשר הזרעים נושרים מהעץ
    4. כאשר צינור האבקה מתחיל לצמוח

    וידאו\(\PageIndex{1}\): צפה בסרטון זה כדי לראות את תהליך ייצור הזרעים בגימנוספרמים.

    מגוון של גימנוספרמים

    גימנוספרמים מודרניים מסווגים לארבע פילות. Coniferophyta, Cycadophyta ו- Ginkgophyta דומים בייצורם של קמביום משני (תאים היוצרים את מערכת כלי הדם של הגזע או הגזע ומתמחים חלקית להובלת מים) ובדפוס התפתחות הזרעים שלהם. עם זאת, שלוש הפילות אינן קשורות זו לזו מבחינה פילוגנטית זו לזו. Gnetophyta נחשבים לקבוצה הקרובה ביותר לאנגיוספרמים מכיוון שהם מייצרים רקמת קסילם אמיתית.

    עצי מחט (קוניפרופיטה)

    עצי מחט הם הפילום הדומיננטי של הגימנוספרמים, עם מגוון המינים הרב ביותר (איור). \(\PageIndex{2}\) רובם הם בדרך כלל עצים גבוהים הנושאים בדרך כלל עלים דמויי אבנית או דמויי מחט. אידוי מים מעלים מצטמצם על ידי צורתם הדקה והציפורן העבה. שלג מחליק בקלות מעלים בצורת מחט, שומר על העומס קל ומפחית את שבירת הענפים. התאמות למזג אוויר קר ויבש מסבירות את הדומיננטיות של עצי מחט בגובה רב ובאקלים קר. עצי מחט כוללים עצים ירוקי עד מוכרים כמו אורנים, אשוחים, אשוחים, ארזים, סקויה וטקסוס. כמה מינים נשירים ומאבדים את העלים שלהם בסתיו. הגש האירופי והתמרק הם דוגמאות לעצי מחט נשירים (איור \(\PageIndex{2}\) ג). עצים מחטניים רבים נקצרים עבור עיסת נייר ועץ. עץ עצי המחט פרימיטיבי יותר מעץ האנגיוספרמים; הוא מכיל טרכאידים, אך ללא אלמנטים של כלי שיט, ולכן מכונה "עץ רך".

    תמונה א 'מראה עץ ערער עם גזע מסוקס. תמונה B מציגה סקויה עם גזע גבוה ורחב וענפים שמתחילים גבוה במעלה הגזע. תמונה C מראה יער של תמרק עם מחטים צהובות.. תמונה D מראה עץ אשוח גבוה מכוסה באצטרובלים. תמונה ב' תמונה ג' חלק ד'
    איור\(\PageIndex{2}\): עצי מחט הם הצורה הדומיננטית של צמחייה בסביבות קרות או צחיחות ובגבהים גבוהים. מוצגים כאן (א) אשוחית ירוקה-עד Picea sp., (ב) ערער ג'וניפרוס sp., (ג) סקויה סקויה Semervirens, שהוא גימנוספרם נשיר, ו (ד) התמרק Larix larcinia. שימו לב לעלים הצהובים של התמרק. (אשראי א: שינוי עבודה על ידי רוזנדאל; אשראי ב: שינוי עבודה על ידי אלן לוין; אשראי ג: שינוי עבודה על ידי וונדי מקורמיק; אשראי ד: שינוי עבודה על ידי מיקי זלימן)

    ציקדים

    ציקדים משגשגים באקלים מתון, ולעתים קרובות הם טועים כדקלים בגלל צורת העלים הגדולים והמורכבים שלהם. ציקדים נושאים קונוסים גדולים (איור\(\PageIndex{3}\)), ועשויים להיות מואבקים על ידי חיפושיות ולא על ידי רוח: יוצא דופן עבור גימנוספרם. הם שלטו בנוף בעידן הדינוזאורים במזוזואיקון, אך רק כמאה מינים נמשכו עד ימינו. הם עומדים בפני הכחדה אפשרית, וכמה מינים מוגנים באמצעות מוסכמות בינלאומיות. בגלל צורתם האטרקטיבית, הם משמשים לעתים קרובות כצמחי נוי בגנים באזורים הטרופיים והסובטרופיים.

    בתצלום נראה ציקס עם עלים הדומים לאלה של שרך, עם עלים דקים המסתעפים מגזע עבה. שני קונוסים גדולים מאוד יושבים באמצע העלים, קרוב לאדמה.
    איור\(\PageIndex{3}\): לציקאד זה של Encephalartos ferox יש קונוסים גדולים ועלים רחבים דמויי שרך. (קרדיט: וונדי קאטלר)

    גינגקופיטים

    המין היחיד ששרד מקבוצת הגינגקופיטים הוא גינגקו בילובה (איור). \(\PageIndex{4}\) העלים שלו בצורת מניפה - ייחודיים בין צמחי זרעים מכיוון שהם כוללים דפוס ורידי דיכוטומי - מצהיבים בסתיו ונופלים מהעץ. במשך מאות שנים טיפח ג 'בילובה על ידי נזירים בודהיסטים סיניים במנזרים, מה שהבטיח את שימורו. הוא נטוע במרחבים ציבוריים מכיוון שהוא עמיד בצורה יוצאת דופן בפני זיהום. איברים זכר ונקבה מיוצרים על צמחים נפרדים. בדרך כלל, גננים שותלים רק עצים זכרים מכיוון שלזרעים המיוצרים על ידי הצמח הנקבי יש ריח מרתיע של חמאה מעופשת.

    האיור מציג את העלים הירוקים בצורת מניפה של גינקו בילובה.
    איור\(\PageIndex{4}\): צלחת זו מתוך הספר משנת 1870 פלורה ג'פוניקה, סקטו פרימה (טפלבנד) מתארת את העלים והפירות של גינגקו בילובה, כפי שציירו פיליפ פרנץ פון זיבולד וג'וזף גרהרד צוקריני.

    גנטופיטים

    Gnetophytes הם הקרובים ביותר יחסית לאנגיוספרמים מודרניים, וכוללים שלושה סוגים שונים של צמחים: שרביטן, גנטום ו-Welwitschia (איור). \(\PageIndex{5}\) כמו אנגיוספרמים, יש להם עלים רחבים. באזורים טרופיים וסובטרופיים, gnetophytes הם גפנים או שיחים קטנים. שרביטן מופיע באזורים יבשים בחוף המערבי של ארצות הברית ומקסיקו. העלים הקטנים דמויי האבנית של שרביטן הם המקור לתרכובת אפדרין, המשמשת ברפואה כחומר דקונגסטנט חזק. מכיוון שאפדרין דומה לאמפטמינים, הן במבנה הכימי והן בהשפעות הנוירולוגיות, השימוש בו מוגבל לתרופות מרשם. כמו אנגיוספרמים, אך בניגוד לגימנוספרמים אחרים, לכל הגנטופיטים יש יסודות כלי בקסילם שלהם.

    תמונה א' מציגה תה מורמוני, צמח קצר ומקרצוף עם ענפים צהובים הקורנים מתוך צרור מרכזי. תמונה B מראה צמח בעל עלים ירוקים גדולים בצורת דמעה. תמונה C מראה צמח בעל עלים ארוכים ושטוחים המקרינים לאורך האדמה מחלק מרכזי עם ניצנים ורודים.
    איור\(\PageIndex{5}\): (א) שרביטן וירידיס, הידוע בשם הנפוץ תה מורמוני, גדל בחוף המערבי של ארצות הברית ומקסיקו. (ב) גנמון גנטום גדל במלזיה. (ג) את מיראביליס וולוויצ'יה הגדולה ניתן למצוא במדבר נמיבי. (אשראי א: שינוי עבודה על ידי USDA; אשראי ב: שינוי עבודה על ידי מלקולם מאנרס; אשראי ג: שינוי עבודה על ידי דרק קיטס)

    סיכום

    גימנוספרמים הם צמחי זרעים הטרוספוריים המייצרים זרעים עירומים. הם הופיעו בתקופה הפליאוזואית והיו חיי הצומח הדומיננטיים בתקופת המזוזואיקון. הגימנוספרמים המודרניים שייכים לארבע פילות. הפילום הגדול ביותר, Coniferophyta, מיוצג על ידי עצי מחט, הצמחים השולטים בגובה ורוחב רב. ציקדים (פילום Cycadophyta) דומים לעצי דקל וגדלים באקלים טרופי. גינגקו בילובה הוא הנציג היחיד של הפילום גינגקופיטה. הפילום האחרון, Gnetophyta, הוא קבוצה מגוונת של שיחים המייצרים אלמנטים של כלי בעץ שלהם.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{1}\): באיזה שלב נוצרת הזיגוטה הדיפלואידית?

    1. כאשר החרוט הנשי מתחיל לנבוט מהעץ
    2. בהפריה
    3. כאשר הזרעים נושרים מהעץ
    4. כאשר צינור האבקה מתחיל לצמוח
    תשובה

    הזיגוטה הדיפלואידית נוצרת לאחר שצינור האבקה סיים להיווצר, כך שהגרעינים הגנרטיביים הזכריים יכולים להתמזג עם הגמטופיט הנשי.

    רשימת מילים

    כוניפאר
    קבוצה דומיננטית של גימנוספרמים עם מגוון העצים הרב ביותר
    ציקאד
    גימנוספרם הגדל באקלים טרופי ודומה לעץ דקל; חבר בפילום Cycadophyta
    דו-ביתי
    מתאר מין שבו איברי הרבייה הזכריים והנקביים נישאים על דגימות נפרדות
    גינגקופיט
    גימנוספרם עם מין אחד קיים, הגינגקו בילובה: עץ בעל עלים בצורת מניפה
    גנטופיט
    שיח גימנוספרם בעל מאפיינים מורפולוגיים מגוונים המייצר אלמנטים של כלי ברקמות העץ שלו; הפילום כולל את הסוגים שרביטן, גנטום וולוויצ'יה
    גימנוספרם
    צמח זרעים עם זרעים עירומים (זרעים שנחשפו על עלים שהשתנו או בקונוסים)
    אינטגומנט
    שכבת רקמת ספורופיטים המקיפה את המגספורנגיום, ובהמשך, את העובר
    מגספורוציט
    תא אם megaspore; נבג גדול יותר הנובט לתוך גמטופיט נקבה בצמח הטרוספורני
    מיקרוספורוציטים
    נבג קטן יותר המייצר גמטופיט זכר בצמח הטרוספורורי
    חד-ביתי
    מתאר מין שבו איברי הרבייה הזכריים והנקביים נמצאים על אותו צמח
    חרוט ביוץ
    חרוט המכיל שתי ביציות לכל קנה מידה
    סטרובילוס
    מבנה צמחי עם סידור הדוק של ספורופילים סביב גבעול מרכזי, כפי שניתן לראות בקונוסים או בפרחים; הסטרובילוס הזכר מייצר אבקה, והסטרובילוס הנקבי מייצר ביצים