Skip to main content
Global

14.3: צמחי זרעים - גימנוספרמים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208975

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

    הצמחים הראשונים שהתיישבו אדמה היו ככל הנראה קשורים קשר הדוק לטחבים של ימינו (בריופיטים) ונחשבים שהופיעו לפני כ -500 מיליון שנה. אחריהם הגיעו עצי כבד (גם בריופיטים) וצמחי כלי דם פרימיטיביים, הפטרופיטים, מהם נגזרים שרכים מודרניים. מחזור החיים של בריופיטים ופטרופיטים מאופיין בחילופי דורות. השלמת מחזור החיים דורשת מים, שכן הגמטות הזכריות חייבות לשחות אל הגמטות הנשיות. הגמטופיט הזכר משחרר זרע, שחייב לשחות - מונע על ידי הדגל שלהם - כדי להגיע ולהפרות את הגמטה או הביצית הנשית. לאחר ההפריה, הזיגוטה מתבגרת וגדלה לספורופיט, אשר בתורו יהווה ספורנגיה, או "כלי נבגים", בהם תאי האם עוברים מיוזה ומייצרים נבגים הפלואידים. שחרור נבגים בסביבה מתאימה יוביל לנביטה ולדור חדש של גמטופיטים.

    האבולוציה של צמחי זרעים

    בצמחי זרעים, המגמה האבולוציונית הובילה לדור ספורופיטים דומיננטי, שבו הדור הגדול והמשמעותי יותר מבחינה אקולוגית למין הוא הצמח הדיפלואידי. במקביל, המגמה הובילה לירידה בגודל הגמטופיט, ממבנה בולט לאשכול מיקרוסקופי של תאים הסגורים ברקמות הספורופיט. צמחי כלי דם תחתונים, כגון טחבי מועדונים ושרכים, הם בעיקר הומוספוריים (מייצרים רק סוג אחד של נבגים). לעומת זאת, כל צמחי הזרעים, או spermatophytes, הם הטרוספוריים, ויוצרים שני סוגים של נבגים: מגספוריות (נקבה) ומיקרוספוריות (זכר). Megaspores מתפתחים לגמטופיטים נקביים המייצרים ביצים, ומיקרוספוריות מבשילות לגמטופיטים זכריים המייצרים זרע. מכיוון שהגמטופיטים מתבגרים בתוך הנבגים, הם אינם חיים חופשיים, וכך גם הגמטופיטים של צמחי כלי דם אחרים ללא זרעים. צמחים נטולי זרעים הטרוספוריים נתפסים כמבשרי האבולוציה של צמחי זרעים.

    זרעים ואבקה - שתי התאמות לבצורת - מבדילים בין צמחי זרעים לצמחי כלי דם אחרים (ללא זרעים). שתי ההתאמות היו קריטיות להתיישבות האדמה. מאובנים מציבים את צמחי הזרעים המובהקים המוקדמים ביותר לפני כ -350 מיליון שנה. התיעוד האמין המוקדם ביותר של גימנוספרמים מתארך את הופעתם לתקופה הקרבונית (לפני 359—299 מיליון שנה). לגימנוספרמים קדמו הפרוגימנוספרמים ("צמחי זרעים עירומים ראשונים"). זו הייתה קבוצת מעבר של צמחים שדמו באופן שטחי לעצי מחט ("נושאי חרוט") מכיוון שהם ייצרו עץ מהגידול המשני של רקמות כלי הדם; עם זאת, הם עדיין התרבו כמו שרכים, ומשחררים נבגים לסביבה. בעידן המזוזואיקון (לפני 251—65.5 מיליון שנה) שלטו הגימנוספרמים בנוף. האנגיוספרמים השתלטו באמצע תקופת הקרטיקון (לפני 145.5-65.5 מיליון שנה) בתקופה המזוזואית המאוחרת, ומאז הפכו לקבוצת הצמחים הנפוצה ביותר ברוב הביומות היבשתיות.

    שני המבנים החדשניים של אבקה וזרעים אפשרו לצמחי זרעים לשבור את תלותם במים לצורך רבייה והתפתחות העובר, ולכבוש אדמה יבשה. גרגרי האבקה נושאים את הגמטות הזכריות של הצמח. התאים הפלואידים הקטנים (1 n) עטופים במעטפת מגן המונעת התייבשות (התייבשות) ונזק מכני. אבקה יכולה להתרחק מהספורופיט שנשא אותו, להפיץ את הגנים של הצמח ולהימנע מתחרות עם צמחים אחרים. הזרע מציע לעובר הגנה, הזנה ומנגנון לשמירה על תרדמה במשך עשרות ואף אלפי שנים, מה שמאפשר לו לשרוד בסביבה קשה ומבטיח נביטה בתנאי הגידול אופטימליים. זרעים מאפשרים לצמחים לפזר את הדור הבא הן במרחב והן בזמן. עם יתרונות אבולוציוניים כאלה, צמחי זרעים הפכו לקבוצת הצמחים המצליחה והמוכרת ביותר.

    גימנוספרמים

    גימנוספרמים ("זרע עירום") הם קבוצה מגוונת של צמחי זרעים והם פרפילטיים. קבוצות פרפילטיות אינן כוללות צאצאים של אב קדמון משותף אחד. מאפייני הגימנוספרם כוללים זרעים עירומים, גמטות נקבות וזכריות נפרדות, האבקה על ידי רוח וטרכאידים, המעבירים מים ומומסים במערכת כלי הדם.

    מחזור חיים של מחטניים

    עצי אורן הם עצי מחט ונושאים ספורופילים זכרים ונקבות על אותו צמח. כמו כל הגימנוספרמים, האורנים הם הטרוספוריים ומייצרים מיקרו-נבגים זכריים ומגה-ספורים נקביים. בחרוטים הזכריים, או קונוסים עמידים, המיקרוספורוציטים מולידים מיקרוספוריות על ידי מיוזה. לאחר מכן המיקרונבגים מתפתחים לגרגרי אבקה. כל גרגר אבקה מכיל שני תאים: תא גנראטיבי אחד שיתחלק לשני זרע, ותא שני שיהפוך לתא צינור האבקה. באביב עצי האורן משחררים כמויות גדולות של אבקה צהובה, הנישאת על ידי הרוח. כמה גמטופיטים ינחתו על חרוט נקבה. צינור האבקה צומח מגרגר האבקה לאט, והתא היוצר בגרגר האבקה מתחלק לשני תאי זרע על ידי מיטוזה. אחד מתאי הזרע יאחד סוף סוף את הגרעין הפלואידי שלו עם הגרעין הפלואידי של תא ביצה בתהליך ההפריה.

    קונוסים נקביים, או חרוטי ביוץ, מכילים שתי ביציות לכל קנה מידה. מגה ספורוציט אחד עובר מיוזה בכל ביצית. רק תא הפלואידי בודד ששרד יתפתח לגמטופיט רב-תאי נקבה העוטף ביצית. בהפריה, הזיגוטה 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: מעטפת הזרעים שמקורה ברקמת צמח האם, הגמטופיט הנשי שיספק חומרים מזינים והעובר עצמו. איור \(\PageIndex{1}\) ממחיש את מחזור החיים של עצי מחט.

    חיבור אמנות

    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.

    באיזה שלב נוצרת הזיגוטה הדיפלואידית?

    1. כאשר החרוט הנשי מתחיל לנבוט מהעץ
    2. כאשר גרעין הזרע וגרעין הביצית מתמזגים
    3. כאשר הזרעים נושרים מהעץ
    4. כאשר צינור האבקה מתחיל לצמוח

    מושג בפעולה

    צפה בסרטון זה כדי לראות את תהליך ייצור הזרעים בגימנוספרמים.

    מגוון של גימנוספרמים

    הגימנוספרמים המודרניים מסווגים לארבע חטיבות עיקריות וכוללים כ -1,000 מינים מתוארים. Coniferophyta, Cycadophyta ו- Ginkgophyta דומים בייצורם של קמביום משני (תאים היוצרים את מערכת כלי הדם של הגזע או הגזע) ובדפוס התפתחות הזרעים שלהם, אך אינם קשורים זה לזה מבחינה פילוגנטית. Gnetophyta נחשבים לקבוצה הקרובה ביותר לאנגיוספרמים מכיוון שהם מייצרים רקמת קסילם אמיתית המכילה גם טרכאידים וגם יסודות כלי.

    עצי מחט

    עצי מחט הם הפילום הדומיננטי של הגימנוספרמים, עם מגוון המינים הרב ביותר. רובם עצים גבוהים הנושאים בדרך כלל עלים דמויי אבנית או מחט. הצורה הדקה של המחטים וציפורן השעווה שלהן מגבילה את איבוד המים באמצעות טרנספירציה. שלג מחליק בקלות מעלים בצורת מחט, שומר על העומס קל ומפחית את שבירת הענפים. התאמות אלה למזג אוויר קר ויבש מסבירות את הדומיננטיות של עצי מחט בגובה רב ובאקלים קר. עצי מחט כוללים עצים ירוקי עד מוכרים, כגון אורנים, אשוחים, אשוחים, ארזים, סקויה וטקסוס (איור). \(\PageIndex{2}\) כמה מינים נשירים ומאבדים את העלים בבת אחת בסתיו. הגש האירופי והתמרק הם דוגמאות לעצי מחט נשירים. עצים מחטניים רבים נקצרים עבור עיסת נייר ועץ. עץ עצי המחט פרימיטיבי יותר מעץ האנגיוספרמים; הוא מכיל טרכאידים, אך ללא יסודות כלי, ומכונה "עץ רך".

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

    ציקאדים

    ציקדים משגשגים באקלים מתון ולעתים קרובות הם טועים כדקלים בגלל צורת העלים הגדולים והמורכבים שלהם. הם נושאים קונוסים גדולים, ובאופן יוצא דופן עבור גימנוספרמים, עשויים להיות מואבקים על ידי חיפושיות, ולא על ידי רוח. הם שלטו בנוף בעידן הדינוזאורים בעידן המזוזואיקון (לפני 251—65.5 מיליון שנה). רק כמאה מיני ציקאדים נמשכו עד ימינו. הם עומדים בפני הכחדה אפשרית, וכמה מינים מוגנים באמצעות מוסכמות בינלאומיות. בגלל צורתם האטרקטיבית, הם משמשים לעתים קרובות כצמחי נוי בגנים (איור\(\PageIndex{3}\)).

    תמונה מראה ציקס עם עלים הדומים לאלה של עץ דקל. עלי המתחם מקרינים החוצה מגזע מרכזי. שני קונוסים כתומים גדולים נמצאים במרכז.
    איור\(\PageIndex{3}\): ציקאד אנספלרטוס פרוקס זה מציג קונוסים גדולים. (קרדיט: וונדי קאטלר)

    גינגקופיטים

    המין היחיד ששרד של גינקופיט הוא גינקו בילובה (איור). \(\PageIndex{4}\) העלים שלו בצורת מניפה, ייחודיים בין צמחי זרעים מכיוון שהם כוללים דפוס ורידי דיכוטומי, מצהיבים בסתיו ונופלים מהצמח. במשך מאות שנים טיפחו נזירים בודהיסטים את גינקו בילובה והבטיחו את שימורו. הוא נטוע במרחבים ציבוריים מכיוון שהוא עמיד בצורה יוצאת דופן בפני זיהום. איברים זכריים ונקביים נמצאים על צמחים נפרדים. בדרך כלל, רק עצים זכרים נטועים על ידי גננים 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

    גנטופיטים הם קרובי המשפחה הקרובים ביותר לאנגיוספרמים מודרניים, וכוללים שלושה סוגים שונים של צמחים. כמו אנגיוספרמים, יש להם עלים רחבים. מיני גנטום הם בעיקר גפנים באזורים טרופיים וסובטרופיים. המין היחיד של Welwitschia הוא צמח יוצא דופן, בעל צמיחה נמוכה שנמצא במדבריות נמיביה ואנגולה. זה יכול לחיות עד 2000 שנה. הסוג שרביטן מיוצג בצפון אמריקה באזורים יבשים בדרום מערב ארצות הברית ומקסיקו (איור\(\PageIndex{5}\)). 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 מראה תה מורמוני, צמח קצר, משופשף עם ענפים צהובים הקורנים מתוך צרור מרכזי.
    איור\(\PageIndex{5}\): שרביטן וירידיס, הידוע בשם הנפוץ תה מורמוני, גדל במערב ארצות הברית. (אשראי: שירות הפארקים הלאומיים של ארה"ב, מאגר הצמחים USDA-NRCS)

    מושג בפעולה

    צפו בסרטון ה- BBC הזה המתאר את המוזרות המדהימה של וולוויטשיה.

    סיכום

    גימנוספרמים הם צמחי זרעים הטרוספוריים המייצרים זרעים עירומים. הם הופיעו בתקופה הפחמנית (לפני 359—299 מיליון שנה) והיו חיי הצומח הדומיננטיים בתקופה המזוזואית (לפני 251—65.5 מיליון שנה). הגימנוספרמים המודרניים שייכים לארבע חטיבות. החלוקה Coniferophyta - עצי המחט - הם הצמחים העצים השולטים בגבהים ובקווי רוחב גבוהים. ציקדים דומים לעצי דקל וגדלים באקלים טרופי. גינגקו בילובה הוא המין היחיד בחטיבה גינגקופיטה. החלוקה האחרונה, הגנטופיטים, היא קבוצה מגוונת של מינים המייצרים אלמנטים של כלי בעץ שלהם.

    חיבורי אמנות

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

    ת כאשר החרוט הנקבי מתחיל לנבוט מהעץ
    ב' כאשר גרעין הזרע וגרעין הביצית מתמזגים
    ג כאשר הזרעים נושרים מהעץ
    ד כאשר צינור האבקה מתחיל לצמוח

    תשובה

    הזיגוטה הדיפלואידית נוצרת לאחר שצינור האבקה סיים להיווצר כך שהגרעין הגנרטיבי הזכרי (זרע) יכול להתמזג עם הביצית הנשית.

    רשימת מילים

    חרוט
    סטרובילוס הביוץ על גימנוספרמים המכיל ביציות
    כוניפאר
    החלוקה הדומיננטית של הגימנוספרמים עם מגוון המינים הרב ביותר
    ציקאד
    חלוקה של גימנוספרמים הגדלים באקלים טרופי ודומים לעצי דקל
    גינגקופיט
    חלוקה של גימנוספרם עם מין חי אחד, הגינגקו בילובה, עץ בעל עלים בצורת מניפה
    גנטופיט
    חלוקה של גימנוספרמים עם מאפיינים מורפולוגיים מגוונים המייצרים יסודות כלי ברקמות העץ שלהם
    גימנוספרם
    צמח זרעים עם זרעים עירומים (זרעים שנחשפו על עלים שהשתנו או בקונוסים)
    מגספורוציט
    תא אם מגה-ספור; נבג גדול יותר הנובט לגמטופיט נקבה בצמח הטרוספורני
    מיקרוספורוציטים
    נבג קטן יותר המייצר גמטופיט זכר בצמח הטרוספורורי

    תורמים וייחוסים