26.2: Gymnosperms

Ujuzi wa Kuendeleza

• Jadili aina ya mbegu zinazozalishwa na gymnosperms, pamoja na sifa nyingine za gymnosperms
• Hali ambayo kipindi kiliona kuonekana kwa kwanza kwa gymnosperms na kuelezea wakati wao walikuwa maisha makubwa ya mmea?
• Andika orodha ya makundi manne ya gymnosperms ya kisasa na kutoa mifano ya kila mmoja

Gymnosperms, maana yake ni “mbegu za uchi,” ni kundi tofauti la mimea ya mbegu na ni paraphyletic. Makundi ya paraphyletic ni yale ambayo sio wanachama wote ni wazao wa babu moja ya kawaida. Tabia zao ni pamoja na mbegu za uchi, gametes tofauti za kike na za kiume, pollination na upepo, na tracheids (ambayo husafirisha maji na solutes katika mfumo wa mishipa).

Mbegu za Gymnosperm hazifungwa kwenye ovari; badala yake, zinafunuliwa kwenye mbegu au majani yaliyobadilishwa. Sporophylls ni majani maalumu ambayo huzalisha sporangia. Neno strobilus (wingi = strobili) linaelezea mpangilio mkali wa sporophylls karibu na kilele cha kati, kama inavyoonekana katika mbegu. Mbegu zingine zimefunikwa na tishu za sporophyte juu ya kukomaa. Safu ya tishu za sporophyte inayozunguka megasporangium, na baadaye, kiinitete, inaitwa integument.

Gymnosperms walikuwa phylum kubwa katika zama za Mesozoic. Wao ni ilichukuliwa kuishi ambapo maji safi ni chache wakati wa mwaka, au katika udongo wa nitrojeni maskini wa bog. Kwa hiyo, bado ni phylum maarufu katika biome ya coniferous au taiga, ambapo conifers ya kawaida huwa na faida ya kuchagua katika hali ya hewa ya baridi na kavu. Conifers Evergreen kuendelea ngazi ya chini ya photosynthesis wakati wa miezi baridi, na wako tayari kuchukua faida ya siku ya kwanza ya jua ya spring. Hasara moja ni kwamba conifers huathirika zaidi kuliko miti ya uharibifu kwa sababu conifers hazipoteza majani yao mara moja. Kwa hiyo, hawawezi kumwaga vimelea na kuanzisha upya na ugavi mpya wa majani katika chemchemi.

Mzunguko wa maisha ya gymnosperm unahusisha mchanganyiko wa vizazi, na sporophyte kubwa ambayo gametophyte ya kike inakaa, na gametophytes iliyopunguzwa. Gymnosperms zote ni heterosporous. Viungo vya uzazi wa kiume na wa kike vinaweza kuunda katika mbegu au strobili. Sporangia ya kiume na ya kike huzalishwa ama kwenye mmea huo, unaoelezewa kama monoecious (“nyumba moja” au bisexual), au kwenye mimea tofauti, inayojulikana kama mimea ya dioecious (“nyumba mbili” au unisexual) mimea. Mzunguko wa maisha ya conifer utatumika kama mfano wetu wa uzazi katika gymnosperms.

Mzunguko wa Maisha ya Conifer

Miti ya pine ni conifers (kuzaa koni) na kubeba sporophylls wote wa kiume na wa kike kwenye sporophyte sawa kukomaa. Kwa hiyo, ni mimea monoecious. Kama gymnosperms zote, pine ni heterosporous na kuzalisha aina mbili tofauti za spores: microspores kiume na megaspores kike. Katika mbegu za kiume, au mbegu za staminate, microsporocytes hutoa nafaka za poleni na meiosis. Katika chemchemi, kiasi kikubwa cha poleni ya njano hutolewa na kufanyika na upepo. Baadhi ya gametophytes itashuka kwenye koni ya kike. Uchafuzi hufafanuliwa kama uanzishwaji wa ukuaji wa bomba la poleni. Bomba la poleni linaendelea polepole, na kiini cha kuzalisha katika nafaka ya poleni hugawanyika katika seli mbili za mbegu za haploidi na mitosis. Katika mbolea, moja ya seli za kiume hatimaye huunganisha kiini chake cha haploidi na kiini cha haploidi cha kiini cha yai ya haploidi.

Mbegu za kike, au mbegu za ovulate, zina vyenye ovules mbili kwa kiwango. Kiini kimoja cha mama cha megaspore, au megasporocyte, hupata meiosis katika kila ovule. Tatu kati ya seli nne zinavunja; kiini kimoja tu kinachoendelea kitaendelea kuwa gametophyte ya kike ya multicellular, ambayo inafunga archegonia (archegonium ni chombo cha uzazi ambacho kina yai moja kubwa). Juu ya mbolea, yai ya diploid itafufua kiinitete, ambacho kinafungwa katika kanzu ya mbegu ya tishu kutoka kwa mmea wa mzazi. Mbolea na maendeleo ya mbegu ni mchakato mrefu katika miti ya pine: inaweza kuchukua hadi miaka miwili baada ya kupiga rangi. Mbegu inayotengenezwa ina vizazi vitatu vya tishu: kanzu ya mbegu inayotokana na tishu za sporophyte, gametophyte ambayo itatoa virutubisho, na kiinitete yenyewe.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha mzunguko wa maisha ya conifer. Awamu ya sporophyte (2 n) ni awamu ndefu zaidi katika maisha ya gymnosperm. Gametophytes (1 n) -microspores na megaspores—hupunguzwa kwa ukubwa. Inaweza kuchukua zaidi ya mwaka kati ya mbelewele na mbolea wakati tube ya poleni inakua kuelekea megasporocyte (2 n), ambayo hupitia meiosis katika megaspores. Megaspores itakua ndani ya mayai (1 n).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Picha hii inaonyesha mzunguko wa maisha ya conifer. Poleni kutoka kwa mbegu za kiume hupiga matawi ya juu, ambako huzalisha mbegu za kike.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je! Ni hatua gani fomu ya zygote ya diploid?

1. wakati koni ya kike inapoanza kuchuja kutoka kwenye mti
2. katika mbolea
3. wakati mbegu zinashuka kutoka kwenye mti
4. wakati tube ya poleni inapoanza kukua

Video\(\PageIndex{1}\): Tazama video hii ili uone mchakato wa uzalishaji wa mbegu katika gymnosperms.

Tofauti za Gymnosperms

Gymnosperms ya kisasa huwekwa katika phyla nne. Coniferophyta, Cycadophyta, na Ginkgophyta ni sawa katika uzalishaji wao wa cambium sekondari (seli zinazozalisha mfumo wa mishipa ya shina au shina na ni sehemu maalumu kwa ajili ya usafiri wa maji) na muundo wao wa maendeleo ya mbegu. Hata hivyo, phyla tatu hazihusiani kwa karibu na phylogenetically kwa kila mmoja. Gnetophyta huchukuliwa kuwa kundi la karibu zaidi na angiosperms kwa sababu zinazalisha tishu za kweli za xylem.

Conifers (Coniferophyta)

Conifers ni phylum kubwa ya gymnosperms, na aina nyingi za aina (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Wengi ni kawaida miti mirefu ambayo kwa kawaida hubeba majani kama wadogo au sindano. Uvukizi wa maji kutoka kwa majani hupunguzwa na sura yao nyembamba na cuticle yenye nene. Snow slides kwa urahisi mbali na majani ya sindano, kuweka mwanga mzigo na kupungua kwa matawi. Mabadiliko ya hali ya hewa ya baridi na kavu huelezea predominance ya conifers katika urefu wa juu na katika hali ya baridi. Conifers ni pamoja na miti ya kawaida ya kijani kama vile pines, spruces, firs, mierezi, sequoias, na yews. Aina chache ni deciduous na kupoteza majani yao katika kuanguka. Larch ya Ulaya na tamarack ni mifano ya conifers deciduous (Kielelezo\(\PageIndex{2}\) c). Miti mingi ya coniferous huvunwa kwa massa ya karatasi na mbao. Miti ya conifers ni ya kwanza zaidi kuliko kuni ya angiosperms; ina tracheids, lakini hakuna vipengele vya chombo, na kwa hiyo inajulikana kama “kuni laini.”

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Conifers ni aina kubwa ya mimea katika mazingira ya baridi au kavu na katika urefu wa juu. Inavyoonekana hapa ni (a) evergreen spruce Picea sp., (b) mreteni Juniperus sp., (c) sequoia Sequoia Semervirens, ambayo ni gymnosperm deciduous, na (d) tamarack Larix larcinia. Angalia majani ya njano ya tamarack. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Rosendahl; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Alan Levine; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Wendy McCormic; mikopo d: mabadiliko ya kazi na Micky Zlimen)

Cycads

Cycads kustawi katika hali ya hewa kali, na mara nyingi makosa kwa mitende kwa sababu ya sura ya kubwa, majani yao kiwanja. Cycads hubeba mbegu kubwa (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)), na inaweza kupandwa na mende badala ya upepo: isiyo ya kawaida kwa gymnosperm. Waliongoza mazingira wakati wa umri wa dinosaurs katika Mesozoic, lakini aina mia moja tu au hivyo ziliendelea kwa nyakati za kisasa. Wanakabiliwa na kutoweka iwezekanavyo, na spishi kadhaa zinalindwa kupitia mikataba ya kimataifa. Kwa sababu ya sura yao ya kuvutia, mara nyingi hutumiwa kama mimea ya mapambo katika bustani katika kitropiki na subtropics.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Hii encephalartos ferox cycad ina mbegu kubwa na pana, majani kama fern-kama. (mikopo: Wendy Cutler)

Gingkophytes

Aina moja ya kuishi ya kundi la gingkophytes ni Gingko biloba (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Majani yake yenye umbo la shabiki-ya kipekee kati ya mimea ya mbegu kwa sababu huwa na muundo wa venation dichotomous-hugeuka njano katika vuli na kuanguka kutoka kwenye mti. Kwa karne nyingi, G. biloba ilikuzwa na watawa wa Kichina wa Buddhist katika nyumba za monasteri, ambazo zilihakikisha uhifadhi wake. Inapandwa katika maeneo ya umma kwa sababu ni sugu isiyo ya kawaida kwa uchafuzi wa mazingira. Viungo vya kiume na vya kike vinazalishwa kwenye mimea tofauti. Kwa kawaida, wakulima hupanda miti ya kiume tu kwa sababu mbegu zinazozalishwa na mmea wa kike zina harufu nzuri ya siagi ya rancid.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Sahani hii kutoka kitabu cha 1870 Flora Japonica, Sehemu ya Prima (Tafelband) inaonyesha majani na matunda ya Gingko biloba, kama inayotolewa na Philipp Franz von Siebold na Joseph Gerhard Zuccarini.

Gnetophytes

Gnetophytes ni jamaa ya karibu zaidi na angiosperms ya kisasa, na ni pamoja na genera tatu tofauti za mimea: Ephedra, Gnetum, na Welwitschia (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Kama angiosperms, wana majani mapana. Katika maeneo ya kitropiki na subtropical, gnetophytes ni mizabibu au vichaka vidogo. Ephedra hutokea katika maeneo kavu ya Pwani ya Magharibi ya Marekani na Meksiko. Majani madogo ya Ephedra, kama wadogo ni chanzo cha ephedrine ya kiwanja, ambayo hutumiwa katika dawa kama decongestant yenye nguvu. Kwa sababu ephedrine ni sawa na amfetamini, wote katika muundo wa kemikali na athari za neva, matumizi yake ni vikwazo kwa dawa za dawa. Kama angiosperms, lakini tofauti na gymnosperms nyingine, gnetophytes wote wana vipengele vya chombo katika xylem yao.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): (a) Ephedra viridis, inayojulikana kwa jina la kawaida Mormoni chai, inakua katika Pwani ya Magharibi ya Marekani na Mexico. (b) Gnetum genemon inakua nchini Malaysia. (c) Mirabilis kubwa ya Welwitschia inaweza kupatikana katika jangwa la Namibia. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na USDA; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Malcolm Tabia; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Derek Keats)

Muhtasari

Gymnosperms ni mimea ya mbegu ya heterosporous inayozalisha mbegu za uchi. Walionekana katika kipindi cha Paleozoic na walikuwa maisha makubwa ya mmea wakati wa Mesozoic. Gymnosperms ya kisasa ni ya phyla nne. Phylum kubwa, Coniferophyta, inawakilishwa na conifers, mimea kubwa katika urefu wa juu na latitude. Cycads (phylum Cycadophyta) hufanana na mitende na kukua katika hali ya hewa ya kitropiki. Gingko biloba ni mwakilishi pekee wa phylum Gingkophyta. Phylum ya mwisho, Gnetophyta, ni kundi tofauti la vichaka vinavyozalisha vipengele vya chombo katika kuni zao.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Katika hatua gani fomu ya zygote ya diploid?

1. Wakati koni ya kike inapoanza kuchuja kutoka kwenye mti
2. Katika mbolea
3. Wakati mbegu zinashuka kutoka kwenye mti
4. Wakati tube ya poleni huanza kukua

Jibu

B. aina ya zygote ya diploid baada ya tube ya poleni imekamilika, ili kiini cha kiume cha uzazi kinaweza kuunganisha na gametophyte ya kike.

faharasa

misonobari

phylum kubwa ya gymnosperms na miti mbalimbali

cycad

gymnosperm ambayo inakua katika hali ya hewa ya kitropiki na inafanana na mtende; mwanachama wa phylum Cycadophyta

dioecious

inaelezea aina ambayo viungo vya uzazi wa kiume na wa kike vinafanywa kwa vipimo tofauti

gingkophyte

gymnosperm na aina moja iliyopo, biloba ya Gingko: mti wenye majani ya shabiki

gnetophyte

shrub ya gymnosperm yenye sifa mbalimbali za kimaadili zinazozalisha vipengele vya chombo katika tishu zake za ngozi; phylum inajumuisha genera Ephedra, Gnetum na Welwitschia

gymnosperm

kupanda mbegu na mbegu za uchi (mbegu zilizo wazi kwenye majani yaliyobadilishwa au kwenye mbegu)

ushirikishwaji

safu ya tishu sporophyte kwamba mazingira megasporangium, na baadaye, kiinitete

megasporocyte

megaspore mama kiini; spore kubwa kwamba kuota katika gametophyte kike katika mmea heterosporous

microsporocyte

ndogo spore ambayo inazalisha gametophyte kiume katika mmea heterosporous

monoecious

inaelezea aina ambayo viungo vya uzazi wa kiume na wa kike viko kwenye mmea huo

koni ya ovulate

koni iliyo na ovules mbili kwa kiwango

strobilus

muundo wa mimea na utaratibu mkali wa sporophylls karibu na kilele cha kati, kama inavyoonekana katika mbegu au maua; strobilus ya kiume hutoa poleni, na strobilus ya kike hutoa mayai