Informace

1.4.10.9: Cévnaté rostliny bez semen - biologie


Učební cíle

  • Rozlišujte mezi cévními a nevaskulárními rostlinami
  • Identifikujte hlavní charakteristiky bezsemenných cévnatých rostlin

Cévnaté rostliny, příp tracheofyty, jsou dominantní a nejnápadnější skupinou suchozemských rostlin. Více než 260 000 druhů tracheofytů představuje více než 90 procent vegetace Země. Několik evolučních inovací vysvětluje jejich úspěch a schopnost rozšířit se na všechna stanoviště.

Mechorosty mohly být úspěšné při přechodu z vodního prostředí na souš, ale stále jsou závislé na reprodukci vody a absorbují vlhkost a živiny přes povrch gametofytů. Nedostatek kořenů pro absorpci vody a minerálů z půdy, stejně jako nedostatek vyztužených vodivých buněk, omezuje mechorosty na malé velikosti. Ačkoli mohou přežít v přiměřeně suchých podmínkách, nemohou se reprodukovat a rozšířit svůj rozsah stanovišť bez vody. Cévnaté rostliny mohou naopak dosáhnout obrovských výšek, a tak úspěšně soutěží o světlo. Z fotosyntetických orgánů se stávají listy a trubkovité buňky nebo vaskulární tkáně transportují vodu, minerály a fixní uhlík do celého organismu.

V bezsemenných cévnatých rostlinách je diploidní sporofyt dominantní fází životního cyklu. Gametofyt je nyní nenápadný, ale přesto nezávislý organismus. V průběhu evoluce rostlin dochází k evidentnímu obrácení rolí v dominantní fázi životního cyklu. Cévnaté rostliny bez semen při oplodnění stále závisí na vodě, protože sperma musí plavat na vrstvě vlhkosti, aby se dostala do vajíčka. Tento krok reprodukce vysvětluje, proč jsou kapradiny a jejich příbuzní ve vlhkém prostředí hojnější.

Cévní tkáň: Xylem a Phloem

První zkameněliny, které ukazují přítomnost vaskulární tkáně, pocházejí z období siluru, zhruba před 430 miliony let. Nejjednodušší uspořádání vodivých buněk ukazuje vzorec xylému uprostřed obklopeného floémem. Xylem je tkáň zodpovědná za skladování a dálkový transport vody a živin, jakož i za přenos ve vodě rozpustných růstových faktorů z orgánů syntézy do cílových orgánů. Tkáň se skládá z vodivých buněk, známých jako tracheidy, a podpůrné výplňové tkáně, zvané parenchym. Xylem vodivé buňky obsahují sloučeninu lignin do jejich stěn, a jsou tedy popsány jako lignifikované. Lignin je komplexní polymer, který je nepropustný pro vodu a dodává cévní tkáni mechanickou pevnost. Díky tuhým buněčným stěnám poskytují xylemové buňky rostlině oporu a umožňují jí dosáhnout působivých výšek. Vysoké rostliny mají selektivní výhodu v tom, že mohou dosáhnout nefiltrovaného slunečního světla a rozptýlit své spory nebo semena dále, čímž rozšíří svůj dosah. Rostou -li výše než jiné rostliny, vrhají vysoké stromy svůj stín na kratší rostliny a omezují konkurenci o vodu a cenné živiny v půdě.

Phloem je druhým typem vaskulární tkáně; transportuje cukry, bílkoviny a další rozpuštěné látky po celé rostlině. Phloemové buňky se dělí na sítové prvky (vodivé buňky) a buňky, které podporují sítové prvky. Xylemové a floemové tkáně dohromady tvoří cévní systém rostlin.

Roots: Podpora závodu

Kořeny nejsou ve fosilních záznamech dobře zachovány. Přesto se zdá, že kořeny se objevily později v evoluci než vaskulární tkáň. Rozvoj rozsáhlé sítě kořenů představoval významný nový rys cévnatých rostlin. Tenké rhizoidy přichytávaly k substrátu mechorosty, ale tato dosti křehká vlákna neposkytovala rostlině silnou kotvu; ani neabsorbovaly značné množství vody a živin. Naproti tomu kořeny s prominentním systémem cévních tkání přenášejí vodu a minerály z půdy do zbytku rostliny. Rozsáhlá síť kořenů, která proniká hluboko do půdy, aby dosáhla zdrojů vody, také stabilizuje stromy tím, že působí jako zátěž nebo kotva. Většina kořenů navazuje symbiotický vztah s houbami, které tvoří mykorhizy, které jsou prospěšné pro rostlinu tím, že výrazně zvětšují povrchovou plochu pro absorpci vody a půdních minerálů a živin.

Listy, sporofyly a strobili

Třetí novinkou jsou cévnaté rostliny bez semen. Vzhled pravých listů zlepšil jejich fotosyntetickou účinnost, což doprovázelo výtečnost sporofytů a vývoj vaskulární tkáně. Listy zachycují více slunečního světla se zvětšeným povrchem tím, že používají více chloroplastů k zachycení světelné energie a přeměňují ji na chemickou energii, která se pak používá k fixaci atmosférického oxidu uhličitého na uhlohydráty. Sacharidy jsou exportovány do zbytku rostliny vodivými buňkami tkáně floému.

Existence dvou typů morfologie naznačuje, že listy se vyvinuly nezávisle v několika skupinách rostlin. Prvním typem listu je mikrofyllneboli „malý list“, který lze datovat před 350 miliony let na konci siluru. Mikrofyl je malý a má jednoduchý cévní systém. Jediný nerozvětvený žíla- svazek cévní tkáně vyrobený z xylému a floému - prochází středem listu. Mikrofyly mohou pocházet ze zploštění postranních větví nebo ze sporangií, které ztratily své reprodukční schopnosti. Mikrofyly jsou přítomny v klubových mechech a pravděpodobně předcházely vývoji megaphylynebo „velké listy“, což jsou větší listy se vzorem rozvětvených žil. Megaphyly se s největší pravděpodobností objevily několikrát nezávisle v průběhu evoluce. Jejich složité sítě žil naznačují, že několik větví se mohlo spojit do zploštělého orgánu, přičemž mezery mezi větvemi jsou vyplněny fotosyntetickou tkání.

Kromě fotosyntézy hrají listy v životě rostlin další roli. Šišky, zralé listy kapradin a květiny jsou všechno sporofyly—Listy, které byly strukturně upraveny tak, aby nesly sporangie. Strobili jsou kuželovité struktury, které obsahují sporangie. Jsou prominentní v jehličnanech a jsou běžně známé jako šišky.

Kapradiny a jiné bezsemenné cévnaté rostliny

Na konci devonu se z rostlin vyvinula cévní tkáň, dobře definované listy a kořenové systémy. Díky těmto výhodám rostly rostliny do výšky i velikosti. Během karbonu pokrývaly většinu půdy bažinové lesy klubových mechů a přesliček - některé exempláře dosahující výšky více než 30 m (100 stop). Tyto lesy daly vzniknout rozsáhlým ložiskům uhlí, která dala karbonu jméno. U bezsemenných cévnatých rostlin se sporofyt stal dominantní fází životního cyklu.

K hnojení bezsemenných cévnatých rostlin je stále zapotřebí voda a většina upřednostňuje vlhké prostředí. Mezi moderní tracheofyty bez semen patří mechové mechy, přesličky, kapradiny a kapradiny.

Phylum Lycopodiophyta: Club Mosses

The klubové mechy, nebo kmen Lycopodiophyta, jsou nejranější skupinou bezsemenných cévnatých rostlin. Dominovaly krajině karbonu, rostly do vysokých stromů a vytvářely rozsáhlé bažinaté lesy. Dnešní klubové mechy jsou zdrobnělé, stálezelené rostliny sestávající ze stonku (který může být rozvětvený) a mikrofylů (obrázek 2). Kmen Lycopodiophyta se skládá z téměř 1 200 druhů, včetně brk (Isoetales), klubové mechy (Lycopodiales) a špičaté mechy (Selaginellales), z nichž žádný není pravý mech nebo mechorost.

Lykophyty se řídí vzorem střídání generací pozorovaných v mechorostech, kromě toho, že sporofyt je hlavní fází životního cyklu. Gametofyty nejsou na sporofytech závislé na živinách. Některé gametofyty se vyvíjejí v podzemí a vytvářejí mykorhizní asociace s houbami. V klubových mechech vyvolává sporofyt sporofyly uspořádané ve strobili, kuželovitých strukturách, které třídě dávají jméno. Lykophyty mohou být homosporózní nebo heterosporózní.

Phylum Monilophyta: Class Equisetopsida (přesličky)

Přesličky, kapradiny a kapradiny patří do kmene Monilophyta, s přesličky umístěna ve třídě Equisetopsida. Jediný rod Equisetum je přeživší z velké skupiny rostlin, známé jako Arthrophyta, která v karbonu vytvářela velké stromy a celé bažinaté lesy. Rostliny se obvykle nacházejí ve vlhkém prostředí a močálech (obrázek 3).

Kmen přesličky je charakterizován přítomností kloubů nebo uzlů, odtud název Arthrophyta (Arthro- = „kloub“; -phyta = „Rostlina“). Listy a větve vycházejí jako přesleny z rovnoměrně rozmístěných kloubů. Jehlovité listy příliš nepřispívají k fotosyntéze, jejíž většina probíhá v zeleném stonku (obrázek 4).

Křemík se shromažďuje v epidermálních buňkách, což přispívá k tuhosti rostlin přesličky. Podzemní stonky známé jako oddenky ukotvují rostliny k zemi. Moderní přesličky jsou homosporózní a produkují bisexuální gametofyty.

Phylum Monilophyta: Class Psilotopsida (šlehací kapradiny)

Zatímco většina kapradin tvoří velké listy a rozvětvené kořeny, šlehat kapradiny, Třída Psilotopsida, postrádají kořeny i listy, pravděpodobně ztracené redukcí. Fotosyntéza probíhá v jejich zelených stoncích a na špičce stonku větve se tvoří malé žluté knoflíky a obsahují sporangie. Šlehací kapradiny byly považovány za rané pterofyty. Nedávná srovnávací analýza DNA však naznačuje, že tato skupina mohla evolucí ztratit jak vaskulární tkáň, tak kořeny a je více příbuzná kapradinám.

Phylum Monilophyta: Class Psilotopsida (Ferns)

S jejich velkými listy, kapradiny jsou nejsnáze rozpoznatelné cévnaté rostliny bez semen. Jsou považovány za nejpokročilejší bezsemenné cévnaté rostliny a vykazují charakteristiky běžně pozorované u semenných rostlin. Více než 20 000 druhů kapradin žije v prostředí od tropů po mírné lesy.

Ačkoli některé druhy přežívají v suchém prostředí, většina kapradin je omezena na vlhká, stinná místa. Kapradiny se objevily ve fosilních záznamech během devonu a rozšířily se během karbonu.

Dominantní fází životního cyklu kapradiny je sporofyt, který se skládá z velkých složených listů nazývaných listy. Frondy plní dvojí roli; jsou to fotosyntetické orgány, které také nesou reprodukční orgány. Stonek může být pohřben pod zemí jako oddenek, ze kterého vyrůstají náhodné kořeny, které absorbují vodu a živiny z půdy; nebo mohou růst nad zemí jako kmen v kapradinách stromů (obrázek 6). Náhodné orgány jsou ty, které rostou na neobvyklých místech, jako jsou kořeny vyrůstající ze strany stonku.

Špička vyvíjejícího se kapradí se stočí do crozieru nebo fiddleheadu (obrázek 7a a obrázek 7b). Fiddleheads se rozvíjejí s vývojem vějíře.

Životní cyklus kapradiny je znázorněn na obrázku 8.

Cvičná otázka

Které z následujících tvrzení o životním cyklu kapradin je nepravdivé?

  1. Sporangia produkuje haploidní spory.
  2. Sporofyt roste z gametofytu.
  3. Sporofyt je diploidní a gametofyt je haploidní.
  4. Sporangia se tvoří na spodní straně gametofytu.

[odhal-odpověď q = ”184 000 ″] Zobrazit odpověď [/odhalit-odpověď]
[skrytá odpověď a = ”184 000 ″] Prohlášení d je nepravdivé. [/skrytá odpověď]

Většina kapradin produkuje stejný typ spór, a proto je homosporózní. Diploidní sporofyt je nejnápadnější fází životního cyklu. Na spodní straně zralých listů se sori (singulární, sorus) tvoří jako malé shluky, kde se vyvíjejí sporangie (obrázek 9).

Uvnitř sori jsou spóry produkovány meiózou a uvolňovány do vzduchu. Ty, které přistanou na vhodném substrátu, vyklíčí a vytvoří srdcovitý gametofyt, který je k zemi připevněn tenkými vláknitými rhizoidy (obrázek 10).

Nenápadný gametofyt ukrývá obě pohlavní gametangie. Bičíkovité spermie uvolněné z antheridia plavou na mokrém povrchu do archegonia, kde je oplodněno vajíčko. Nově vytvořená zygota roste do sporofytu, který vychází z gametofytu a roste mitózou do sporofytu příští generace.

Zkus to

Při pohledu na dobře položené partery květin a fontán v areálu královských hradů a historických domů Evropy je jasné, že tvůrci zahrad věděli víc než jen o umění a designu. Byli také obeznámeni s biologií rostlin, které si vybrali. Krajinný design má také silné kořeny v americké tradici. Typickým příkladem raného amerického klasického designu je Monticello: soukromé panství Thomase Jeffersona. Mezi svými mnoha zájmy si Jefferson udržoval silnou vášeň pro botaniku. Rozložení na šířku může zahrnovat malý soukromý prostor, například zahradu ve dvoře; veřejná shromažďovací místa, jako je Central Park v New Yorku; nebo celý plán města, jako například návrh Pierra L’Enfanta pro Washington, DC.

Krajinný designér bude plánovat tradiční veřejná prostranství - například botanické zahrady, parky, univerzitní kampusy, zahrady a rozsáhlejší zástavbu - a také přírodní oblasti a soukromé zahrady. Obnova přírodních míst zasažených lidským zásahem, jako jsou mokřady, vyžaduje také odbornost krajinného designéra.

S takovou řadou nezbytných dovedností zahrnuje vzdělání krajinného designéra solidní zázemí v botanice, půdní vědě, rostlinné patologii, entomologii a zahradnictví. K dokončení titulu je také nutná práce v oboru architektury a návrhového softwaru. Úspěšný návrh krajiny spočívá na rozsáhlých znalostech požadavků na růst rostlin, jako je světlo a stín, úrovně vlhkosti, kompatibilita různých druhů a náchylnost k patogenům a škůdcům. Mechům a kapradinám se bude dařit ve stinné oblasti, kde fontány poskytují vlhkost; kaktusům by se v tom prostředí naopak nevedlo dobře. Je třeba vzít v úvahu budoucí růst jednotlivých rostlin, aby se zabránilo tlačení a konkurenci o světlo a živiny. Vzhled prostoru v průběhu času je také znepokojující. Tvary, barvy a biologie musí být vyvážené pro dobře udržovaný a udržitelný zelený prostor. Umění, architektura a biologie se snoubí v krásně navržené a implementované krajině.

Důležitost bezsemenných cévnatých rostlin

Mechy a játrovky jsou často prvními makroskopickými organismy, které kolonizují oblast, a to jak v primární posloupnosti - kde je holá půda poprvé osídlena živými organismy - nebo v sekundární posloupnosti, kde půda zůstává po katastrofické události neporušená stávající druhy. Jejich spory jsou neseny větrem, ptáky nebo hmyzem. Jakmile jsou vytvořeny mechy a játrovky, poskytují potravu a úkryt dalším druhům. V nepřátelském prostředí, jako je tundra, kde je půda zmrzlá, mechorosty dobře rostou, protože nemají kořeny a mohou rychle vyschnout a rehydratovat, jakmile bude opět k dispozici voda. Mechy jsou základem potravinového řetězce v biomu tundry. Mnoho druhů - od drobného hmyzu až po pižmo a sob - závisí na potravě na mechech. Dravci se zase živí býložravci, kteří jsou primárními konzumenty. Některé zprávy uvádějí, že mechorosty činí půdu přístupnější kolonizaci jinými rostlinami. Protože navazují symbiotické vztahy se sinicemi fixujícími dusík, mechy doplňují půdu dusíkem.

Na konci devatenáctého století vědci zjistili, že lišejníky a mechy jsou v městských a příměstských oblastech stále vzácnější. Protože mechorosty nemají ani kořenový systém pro absorpci vody a živin, ani vrstvu kůžičky, která je chrání před vysycháním, znečišťující látky v dešťové vodě snadno pronikají do jejich tkání; absorbují vlhkost a živiny přes celé své odhalené povrchy. Znečišťující látky rozpuštěné v dešťové vodě proto snadno pronikají do rostlinných pletiv a mají větší dopad na mechy než na jiné rostliny. Zmizení mechů lze považovat za bioindikátor úrovně znečištění životního prostředí.

Kapradiny přispívají k životnímu prostředí tím, že podporují zvětrávání hornin, urychlují tvorbu ornice a zpomalují erozi šířením oddenků v půdě. Vodní kapradiny rodu Azolla uchovávat sinice fixující dusík a obnovit tuto důležitou živinu do vodních stanovišť.

Bezsemenné rostliny historicky hrály roli v lidském životě pomocí nástrojů, paliva a medicíny. Sušené rašelinový mech, Rašeliník, se v některých částech Evropy běžně používá jako palivo a je považován za obnovitelný zdroj. Rašeliník rašeliniště (obrázek 12) se pěstují s brusinkovými a borůvkovými keři. Schopnost Rašeliník udržet vlhkost dělá z mechu běžný půdní kondicionér. Květinářství používá bloky Rašeliník k udržení vlhkosti pro květinové úpravy.

Atraktivní listy kapradin z nich dělají oblíbenou okrasnou rostlinu. Protože se jim daří při slabém osvětlení, dobře se hodí jako pokojové rostliny. Ještě důležitější je, že fiddleheads jsou tradiční jarní jídlo domorodých Američanů na severozápadě Pacifiku a jsou oblíbené jako příloha ve francouzské kuchyni. Kapradina lékořice, Polypodium glycyrrhiza, je součástí stravy pobřežních kmenů severozápadního Pacifiku, částečně kvůli sladkosti jejích oddenků. Má slabou lékořicovou chuť a slouží jako sladidlo. Oddenek také figuruje v lékopisu domorodých Američanů pro své léčivé vlastnosti a používá se jako lék na bolest v krku.

Na této webové stránce se dozvíte, jak identifikovat druhy kapradin na základě jejich fiddleheads.

Zdaleka největší dopad bezsemenných cévnatých rostlin na lidský život však mají jejich vyhynulí předci. Mechy, přesličky a kapradiny podobné stromům, které kvetly v bažinatých lesích období karbonu, daly vzniknout velkým ložiskům uhlí po celém světě. Uhlí poskytovalo během průmyslové revoluce bohatý zdroj energie, který měl obrovské důsledky pro lidské společnosti, včetně rychlého technologického pokroku a růstu velkých měst a zhoršování životního prostředí. Uhlí je stále hlavním zdrojem energie a také hlavním přispěvatelem ke globálnímu oteplování.

Učební cíle

Cévní systémy se skládají z xylemové tkáně, která transportuje vodu a minerály, a tkáňové tkáně, která transportuje cukry a bílkoviny. S rozvojem cévního systému se objevily listy, které fungovaly jako velké fotosyntetické orgány, a kořeny pro přístup k vodě ze země. Malé nekomplikované listy jsou mikrofyly. Velké listy s žilnatinou jsou megaphyly. Upravené listy, které nesou sporangie, jsou sporofyly. Některé sporofyly jsou uspořádány v kuželových strukturách nazývaných strobili.

Mezi bezsemenné cévnaté rostliny patří kyjové mechy, které jsou nejprimitivnější; šlehat kapradiny, které redukční evolucí ztratily listy a kořeny; a přesličky a kapradiny. Kapradiny jsou nejpokročilejší skupinou bezsemenných cévnatých rostlin. Vyznačují se velkými listy nazývanými listy a malými strukturami obsahujícími sporangie zvanými sori, které se nacházejí na spodní straně listů.

Mechy hrají zásadní roli v rovnováze ekosystémů; jsou průkopnickými druhy, které kolonizují holá nebo zdevastovaná prostředí a umožňují nástup posloupnosti. Přispívají k obohacení půdy a poskytují útočiště a živiny zvířatům v nepřátelském prostředí. Mechy a kapradiny lze použít jako palivo a slouží kulinářským, lékařským a dekorativním účelům.


Rostliny bez semen

V pozemské krajině žije neuvěřitelná rozmanitost bezsemenných rostlin. Mechy rostou na kmenech stromů a přesličky ([odkaz]) vystavují na lesní půdě své spojené stonky a vřetenovité listy. Přesto rostliny bez semen představují jen malý zlomek rostlin v našem prostředí. Před třemi sty miliony let dominovaly krajině rostliny bez semen a rostly v obrovských bažinatých lesích období karbonu. Jejich rozkládající se těla vytvořila velká ložiska uhlí, která dnes těžíme.

Mechorosty

Mechorosty, neformální seskupení nevaskulárních rostlin, jsou nejbližším existujícím příbuzným raných suchozemských rostlin. První mechorosty se s největší pravděpodobností objevily v období ordoviku, zhruba před 490 miliony let. Vzhledem k nedostatku ligninu - houževnatého polymeru v buněčných stěnách stonků cévnatých rostlin - a dalších odolných struktur je pravděpodobnost, že mechorosty vytvoří zkameněliny, poměrně malá, přestože byly objeveny některé spory tvořené sporopolleninem, které byly přičítány rané mechorosty. V období siluru (před 440 miliony let) se však cévnaté rostliny rozšířily po všech kontinentech. Tato skutečnost se používá jako důkaz, že nevaskulárním rostlinám muselo předcházet období siluru.

Existuje asi 18 000 druhů mechorostů, kterým se daří většinou na vlhkých stanovištích, i když některé rostou v pouštích. Tvoří hlavní flóru nehostinného prostředí, jako je tundra, kde jejich malá velikost a tolerance k vysychání nabízejí výrazné výhody. Nemají specializované buňky, které vedou tekutiny nalezené v cévnatých rostlinách, a obecně jim chybí lignin. V mechorostech cirkuluje voda a živiny uvnitř specializovaných vodivých buněk. Ačkoli je název netracheofyt přesnější, jsou mechorosty běžně označovány jako nevaskulární rostliny.

V mechorostu patří všechny nápadné vegetativní orgány k haploidnímu organismu neboli gametofytu. Diploidní sporofyt je sotva znatelný. Gamety tvořené mechorosty plavou pomocí bičíků. Sporangium, mnohobuněčná sexuální reprodukční struktura, je přítomna v mechorostech. Embryo také zůstává připojeno k mateřské rostlině, která ji vyživuje. To je charakteristické pro suchozemské rostliny.

Mechorosty jsou rozděleny do tří divizí (v rostlinách se místo kmene používá „divize“ taxonomické úrovně): játrovky nebo hornworty Marchantiophyta nebo Anthocerotophyta a mechy nebo pravé mechorosty.

Játrovky

Játrovky (Marchantiophyta) lze považovat za rostliny nejblíže příbuzné předkovi, který se přestěhoval do země. Játrovky kolonizovaly mnoho stanovišť na Zemi a diverzifikovaly se na více než 6 000 stávajících druhů ([odkaz]A). Některé gametofyty tvoří lalokovité zelené struktury, jak je vidět na [odkaz]b. Tvar je podobný lalokům jater, a proto poskytuje původ společného názvu daného divize.

Hornworts

The hornworts (Anthocerotophyta) kolonizovali různá stanoviště na souši, i když nikdy nejsou daleko od zdroje vlhkosti. Existuje asi 100 popsaných druhů hornwortů. Dominantní fází životního cyklu hornwortů je krátký, modrozelený gametofyt. Sporofyt je určující charakteristikou skupiny. Je to dlouhá a úzká trubkovitá struktura, která vychází z mateřského gametofytu a udržuje růst po celý život rostliny ([odkaz]).

Mechy

Více než 12 000 druhů mechy byly katalogizovány. Jejich stanoviště se liší od tundry, kde jsou hlavní vegetací, až po podrost tropických lesů. V tundře jim jejich mělké rhizoidy umožňují upevnit se na substrát, aniž by se zarývaly do zmrzlé půdy. Zpomalují erozi, uchovávají vlhkost a živiny v půdě a poskytují úkryt malým zvířatům a potravu větším býložravcům, jako je pižmoň. Mechy jsou velmi citlivé na znečištění ovzduší a používají se ke sledování kvality ovzduší. Citlivost mechů na soli mědi činí z těchto solí běžnou přísadu sloučenin prodávaných za účelem odstranění mechů v trávnících ([odkaz]).

Cévnaté rostliny

Cévnaté rostliny jsou dominantní a nejnápadnější skupinou suchozemských rostlin. Existuje asi 275 000 druhů cévnatých rostlin, které představují více než 90 procent vegetace Země. Několik evolučních inovací vysvětluje jejich úspěch a jejich rozšíření na tolik stanovišť.

Cévní tkáň: Xylem a Phloem

První zkameněliny, které ukazují přítomnost vaskulární tkáně, jsou datovány do období siluru, zhruba před 430 miliony let. Nejjednodušší uspořádání vodivých buněk ukazuje vzorec xylému uprostřed obklopeného floémem. Xylem je tkáň zodpovědná za dálkový transport vody a minerálů, přenos ve vodě rozpustných růstových faktorů z orgánů syntézy do cílových orgánů a skladování vody a živin.

Druhým typem vaskulární tkáně je floém, který transportuje cukry, bílkoviny a další rozpuštěné látky rostlinou. Phloemové buňky jsou rozděleny na sítové prvky nebo vodivé buňky a podpůrnou tkáň. Xylemové a floemové tkáně dohromady tvoří cévní systém rostlin.

Roots: Podpora závodu

Kořeny nejsou ve fosilních záznamech dobře zachovány, ale zdá se, že se objevily později v evoluci než vaskulární tkáň. Rozvoj rozsáhlé sítě kořenů představoval významný nový rys cévnatých rostlin. Tenké rhizoidy přichytily mechorosty k substrátu. Jejich poměrně křehká vlákna neposkytovala rostlině silnou kotvu ani neabsorbovala vodu a živiny. Naproti tomu kořeny s prominentním systémem cévních tkání přenášejí vodu a minerály z půdy do zbytku rostliny. Rozsáhlá síť kořenů, která proniká hluboko do země, aby dosáhla zdrojů vody, také stabilizuje stromy tím, že působí jako zátěž a kotva. Většina kořenů navazuje symbiotický vztah s houbami a tvoří mykorhizy. V mykorhizách rostou houbové hyfy kolem kořene a uvnitř kořene kolem buněk a v některých případech uvnitř buněk. To rostlině prospívá tím, že výrazně zvětšuje povrchovou plochu pro absorpci.

Listy, sporofyly a strobili

Třetí adaptace označuje cévnaté rostliny bez semen. Vzhled pravých listů zlepšil účinnost fotosyntézy, což doprovázelo výtečnost sporofytů a vývoj vaskulární tkáně. Listy se zvětšenou povrchovou plochou zachytí více slunečního světla.

Kromě fotosyntézy hrají listy v životě rostlin další roli. Šišky, zralé listy kapradin a květiny jsou všechno sporofyly—Listy, které byly strukturně upraveny tak, aby nesly sporangie. Strobili jsou struktury, které obsahují sporangie. Jsou prominentní v jehličnanech a jsou běžně známé jako šišky: například šišky borovic.

Cévnaté rostliny bez semen

V pozdním devonu (před 385 miliony let) se v rostlinách vyvinula cévní tkáň, dobře definované listy a kořenové systémy. Díky těmto výhodám rostly rostliny do výšky i velikosti. Během karbonu (před 359–299 miliony let) pokrývaly většinu půdy bažinové lesy klubových mechů a přesliček, přičemž některé exempláře dosahovaly výšky více než 30 metrů. Tyto lesy daly vzniknout rozsáhlým ložiskům uhlí, která dala karbonu jméno. U bezsemenných cévnatých rostlin se sporofyt stal dominantní fází životního cyklu.

K hnojení bezsemenných cévnatých rostlin je stále zapotřebí voda a většina upřednostňuje vlhké prostředí. Mezi moderní cévnaté rostliny bez semen patří mechy mechové, přesličky, kapradiny a kapradiny.

Klubové mechy

The klubové mechynebo Lycophyta jsou nejranější skupinou bezsemenných cévnatých rostlin. Dominovaly krajině karbonského období, rostly do vysokých stromů a vytvářely rozsáhlé bažinaté lesy. Dnešní klubové mechy jsou zdrobnělé, stálezelené rostliny sestávající ze stonku (který může být rozvětvený) a malých listů nazývaných mikrofyly ([odkaz]). Divizi Lycophyta tvoří téměř 1 000 druhů, včetně brk (Isoetales), klubové mechy (Lycopodiales) a špičaté mechy (Selaginellales): žádný z nich není skutečný mech.

Přesličky

Kapradiny a kapradiny patří do divize Pterophyta. Třetí skupina rostlin v Pterophyta, přesličky, je někdy klasifikována odděleně od kapradin. Přesličky mít jeden rod, Equisetum. Jsou to přeživší z velké skupiny rostlin, známé jako Arthrophyta, která v karbonu produkovala velké stromy a celé bažinaté lesy. Rostliny se obvykle nacházejí ve vlhkém prostředí a bažinách ([odkaz]).

Stonek přesličky je charakterizován přítomností kloubů nebo uzlů: odtud název Arthrophyta, což znamená „kloubová rostlina“. Listy a větve vycházejí jako přesleny z rovnoměrně rozmístěných prstenů. Jehlovité listy příliš nepřispívají k fotosyntéze, jejíž většina se odehrává v zeleném stonku ([odkaz]).

Kapradiny a šlehací kapradiny

Kapradiny jsou považovány za nejmodernější cévnaté rostliny bez semen a vykazují vlastnosti běžně pozorované u semenných rostlin. Kapradiny tvoří velké listy a rozvětvené kořeny. V porovnání, šlehat kapradiny, psilofyty, postrádají kořeny i listy, které byly pravděpodobně ztraceny evoluční redukcí. Evoluční redukce je proces, při kterém přirozený výběr zmenšuje velikost struktury, která již v konkrétním prostředí není příznivá. Fotosyntéza probíhá v zeleném stonku šlehací kapradiny. Malé žluté knoflíky se tvoří na špičce větve a obsahují sporangie. Šlehací kapradiny byly zařazeny mimo pravé kapradiny, nicméně nedávná srovnávací analýza DNA naznačuje, že tato skupina mohla evolucí ztratit jak vaskulární tkáň, tak kořeny, a ve skutečnosti je s kapradinami úzce spjata.

S jejich velkými listy, kapradiny jsou nejsnáze rozpoznatelnými cévnatými rostlinami bez semen ([odkaz]). Asi 12 000 druhů kapradin žije v prostředí od tropů po mírné lesy. Ačkoli některé druhy přežívají v suchém prostředí, většina kapradin je omezena na vlhká a stinná místa. Ve fosilních záznamech se objevili během devonu (před 416–359 miliony let) a rozšířili se v období karbonu, před 359–299 miliony let ([odkaz]).

Podívejte se na toto video ilustrující životní cyklus kapradiny a zhodnoťte své znalosti.

Krajinný designér Při pohledu na dobře položené zahrady s květinami a fontánami na královských hradech a historických domech Evropy je zřejmé, že tvůrci těchto zahrad věděli víc než umění a design. Byli také obeznámeni s biologií rostlin, které si vybrali. Krajinný design má také silné kořeny v americké tradici. Ukázkovým příkladem raného amerického klasického designu je Monticello, soukromý majetek Thomase Jeffersona mezi jeho mnoha dalšími zájmy, Jefferson udržoval vášeň pro botaniku. Rozložení na šířku může zahrnovat malý soukromý prostor, například veřejná shromaždiště na zahradě, jako je Central Park v New Yorku nebo celý plán města, jako návrh Pierra L’Enfant pro Washington, DC.

Krajinný designér bude plánovat tradiční veřejná prostranství - například botanické zahrady, parky, univerzitní kampusy, zahrady a rozsáhlejší zástavbu - a také přírodní oblasti a soukromé zahrady ([odkaz]). Obnova přírodních míst zasažených lidským zásahem, jako jsou mokřady, vyžaduje také odbornost krajinného designéra.

S takovou řadou požadovaných dovedností zahrnuje vzdělání krajinného designéra solidní zázemí v botanice, půdní vědě, rostlinné patologii, entomologii a zahradnictví. K dokončení titulu je také nutná práce v oboru architektury a návrhového softwaru. Úspěšný návrh krajiny spočívá na rozsáhlých znalostech požadavků na růst rostlin, jako je světlo a stín, úrovně vlhkosti, kompatibilita různých druhů a náchylnost k patogenům a škůdcům. Například mechům a kapradinám se bude dařit ve stinné oblasti, kde by fontány poskytovaly vlhké kaktusy, na druhou stranu by se jim v tom prostředí nevedlo dobře. Je třeba vzít v úvahu budoucí růst jednotlivých rostlin, aby se zabránilo tlačení a soutěži o světlo a živiny. Vzhled prostoru v průběhu času je také znepokojující. Tvary, barvy a biologie musí být vyvážené pro dobře udržovaný a udržitelný zelený prostor. Umění, architektura a biologie se snoubí v krásně navržené a implementované krajině.

Shrnutí sekce

Bezsemenné nevaskulární rostliny jsou malé. Dominantní fází životního cyklu je gametofyt. Bez cévního systému a kořenů absorbují vodu a živiny přes všechny své odhalené povrchy. Existují tři hlavní skupiny: játrovky, hornworty a mechy. Jsou souhrnně známé jako mechorosty.

Cévní systémy se skládají z xylemové tkáně, která transportuje vodu a minerály, a tkáňové tkáně, která transportuje cukry a bílkoviny. S cévním systémem se objevily listy - velké fotosyntetické orgány - a kořeny, které absorbovaly vodu ze země. K bezsemenným cévnatým rostlinám patří palice mechové, což jsou nejprimitivnější kapradiny, které ztratily listy a kořeny přesličkami evoluce reduktivní evoluce, a kapradiny.


Co jsou mechorosty?

Mechorosty jsou nejprimitivnějším druhem rostlin v přírodě. Žijí ve vlhkém prostředí. They show alternation of generations. The gametophytic generation of bryophytes is dominant. The gametophyte is independent and haploid. It consists of a small stem with leaf-like projections termed as pseudo leaves or leafless flattened bodies. Bryophytes anchor to surface through thread-like structures called rhizoids. The gametophyte reproduces sexually, giving rise to a diploid sporophyte. The sporophyte is dependent on the gametophyte.

Figure 01: Bryophytes

Bryophytes depend on water for fertilization. They usually depend on a film of water or splashing of raindrops for transfer of sperms to the egg. Bryophytes produce motile flagellate sperms which are directed to the archegonium. The fertilized egg (zygote) grows out of the gametophyte.


1.4.10.9: Seedless Vascular Plants - Biology

A subscription to J o VE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds .

Přehrávač videa JoVE je kompatibilní s HTML5 a Adobe Flash. Starší prohlížeče, které nepodporují HTML5 a kodek videa H.264, budou stále používat přehrávač videa založený na formátu Flash. Doporučujeme stáhnout si nejnovější verzi Flash zde, ale podporujeme všechny verze 10 a vyšší.

Pokud to nepomůže, dejte nám prosím vědět.

There are three major groupings covering the plant life on Earth&mdashnonvascular plants, seedless vascular plants, and seed plants.

The seedless vascular plants were the first to evolve specialized vascular systems&mdashan adaptation that helped them become the first tall plants on Earth. Today, seedless vascular plants are represented by lycophytes and monilophytes.

Lycophytes include clubmosses, spikemosses, and quillworts. Notably, none of the lycophytes are true mosses, which are nonvascular plants. Monilophytes include ferns, horsetails, and whisk ferns and their relatives.

Like all plants, seedless vascular plants display an alternation of generations in their life cycle, as shown here using a fern plant as an example.

This means that they spend part of their life cycle as a haploid gametophyte, and the other part as a diploid sporophyte.

Like nonvascular plants, seedless vascular plants reproduce using spores, rather than seeds. The spores are haploid, and are dispersed by structures called sori, clustered on the underside of the leaves.

The sori themselves contain many sporangia. Upon reaching maturity, these sporangia open, dispersing the haploid spores. The spores then grow via mitosis to form the haploid gametophyte.

At the gametophyte stage - which is typically very small and found on or just below the soil surface - haploid gametes are formed by mitosis. A single gametophyte is bisexual and develops two different structures - the antheridia and archegonia - that produce gametes in male and female forms respectively.

Like the nonvascular plants, the male sperm gamete is flagellated and requires water to travel to the female gamete, following a chemical attractant to find the egg.

Because the gametes in a single gametophyte will be genetically identical due to their haploid origin, crosses typically occur between different gametophytes. Ferns can prevent any self-fertilization by having their antheridia and archegonia mature at different times.

Finally, the fertilized egg will grow a new diploid sporophyte from the diploid zygote of the gametophyte, completing the life cycle.

Like seed plants, seedless vascular plants have life cycles dominated by sporophytes. However, unlike either of the other major plant lineages, their smaller gametophytes can live independently&mdashmeaning they do not provide nourishment to the sporophyte, or require it from the sporophyte.

Arguably the key feature of seedless vascular plants is their specialized network of vascular tissue, akin to that of the seed plants. This adaptation allowed them to transport water, nutrients, and other organic materials, and to attain greater sizes&mdashwhich distinguished them from their nonvascular relatives.

34.3: Seedless Vascular Plants

Seedless Vascular Plants Were the First Tall Plants on Earth

Today, seedless vascular plants are represented by monilophytes and lycophytes. Ferns&mdashthe most common seedless vascular plants&mdashare monilophytes. Whisk ferns (and their relatives) and horsetails are also monilophytes. Lycophytes include club mosses, spikemosses, and quillworts&mdashnone of which are true mosses.

Unlike nonvascular plants, vascular plants&mdashincluding seedless vascular plants&mdashhave an extensive network of vascular tissue comprised of xylem and phloem. Most seedless vascular plants also have true roots and leaves. Furthermore, the life cycles of seedless vascular plants are dominated by diploid spore-producing sporophytes, rather than gametophytes.

However, like nonvascular plants, seedless vascular plants reproduce with spores rather than seeds. Seedless vascular plants are also typically more reproductively successful in moist environments because their sperm require a film of water to reach the eggs.

The Life Cycle of Seedless Vascular Plants

Like animals, seedless vascular plants (and other plants) alternate between meiosis and fertilization during reproduction. Meiosis is a cell division process that produces haploid cells&mdashwhich contain one complete set of chromosomes&mdashfrom a diploid cell&mdashwhich contains two complete sets of chromosomes. Fertilization, by contrast, produces a diploid cell called a zygote through the fusion of haploid cells called gametes&mdashsperm and eggs.

In most animals, only the diploid stage is multicellular, and gametes are the only haploid cells. Plants, however, alternate between haploid and diploid stages that are both multicellular this is called alternation of generations. Alternation of generations is a feature of all sexually reproducing plants, but the relative size and prominence of the haploid and diploid stages differ among plants.

In seedless vascular plants (as well as seed plants), the diploid stage of the life cycle&mdashthe sporophyte&mdashis dominant. For example, what most people recognize as a fern is the large, independent fern sporophyte. Sporophytes produce haploid cells called spores through meiosis.

A spore can germinate and develop into a gametophyte&mdashthe haploid stage of the life cycle&mdashthrough mitosis. Gametophytes produce egg and sperm cells through mitosis (unlike animals, which produce gametes through meiosis). Most seedless vascular plants produce one type of spore that gives rise to a bisexual gametophyte. The gametophytes are smaller and less structurally complex than the sporophytes, but they can photosynthesize and do not depend on the sporophyte for nourishment or protection.

Egg and sperm cells fuse through fertilization, forming a diploid zygote. The zygote divides through mitosis to generate the familiar, fronded fern sporophyte&mdashcontinuing the cycle.

Jones, Victor A.s., and Liam Dolan. 2012. "The Evolution of Root Hairs and Rhizoids." Annals of Botany 110 (2): 205&ndash12. [Zdroj]

Pittermann, Jarmila, Craig Brodersen, and James E. Watkins. 2013. "The Physiological Resilience of Fern Sporophytes and Gametophytes: Advances in Water Relations Offer New Insights into an Old Lineage." Hranice ve vědě o rostlinách 4. [Source]

Sigel, Erin M., Eric Schuettpelz, Kathleen M. Pryer, and Joshua P. Der. 2018. "Overlapping Patterns of Gene Expression Between Gametophyte and Sporophyte Phases in the Fern Polypodium Amorphum (Polypodiales)." Hranice ve vědě o rostlinách 9 (September). [Zdroj]


The Transition From Aquatic to Terrestrial Environments

Although it is not certain when plants first arose, it appears that they did so during a time when the Earth's climate was changing. Likely, those areas where plants evolved was subject to periods of saturation and periods of drying, and characteristics that enabled some species to better survive during the dry periods evolved slowly. Adaptation to the drier conditions eventually enabled early plants to colonize the land. To fully appreciate the huge advantages that terrestrial migration had for plant development, it is necessary to understand the differences between aquatic and terrestrial environments with respect to requirements for plant growth.


Apical Meristems

Shoots and roots of plants increase in length through rapid cell division in a tissue called the apical meristem, which is a small zone of cells found at the shoot tip or root tip (see the figure below). The apical meristem is made of undifferentiated cells that continue to proliferate throughout the life of the plant. Meristematic cells give rise to all the specialized tissues of the organism. Elongation of the shoots and roots allows a plant to access additional space and resources: light in the case of the shoot, and water and minerals in the case of roots. A separate meristem, called the lateral meristem, produces cells that increase the diameter of tree trunks.

Addition of new cells in a root occurs at the apical meristem. Subsequent enlargement of these cells causes the organ to grow and elongate. The root cap protects the fragile apical meristem as the root tip is pushed through the soil by cell elongation.


Introduction to Vascular Plant Structure

Feature image. Plant anatomy sections. Left: Cross section of a polyarch root of Aeglopsis chevalieri, a plant in the citrus family (Rutaceae) of angiosperms. Center: Cross section of a woody stem of kenaf (Hibisicus cannabinus, an angiosperm). Right: Epidermis of a leaf of redgal (Morinda royoc, an angiosperm). Credits: Aeglopsis chevalieri Swingle (SV422), Hibiscus cannabinus L. (C8), and Morinda roioc (F24) (University of Miami Swingle Plant Anatomy Reference Collection, not under copyright in the United States). Images modified from originals.

What are vascular plants (tracheophytes)?

Most land plants are tracheophytes, or vascular plants. Their defining feature is the presence of vascular tissue, or specialized tissue that conducts food (phloem) and water (xylem). When considered in a phylogenetic context or in the fossil record, tracheophytes can be more specifically defined by the origin of a type of water-conducting cell known as a tracheid. The first evidence for tracheids shows up in the fossil record in the Silurian period. Tracheophytes later diversified structurally, with many key innovations appearing by the end of the Devonian period, such as leaves and wood. The dominant life stage in most vascular plants is the sporofyt, or the diploid, spore-producing plant.

Vascular tissue. Left: Cross section of a vascular bundle in the stem of clover (Trifolium, an angiosperm) showing food-conducting phloem and water-conducting xylem. Right: Detail of portion of the tracheids in pine (Pinus, a conifer) wood, radial section (longitudinal section on the radius of the axis) note the characteristic circular-bordered pits typical of conifer tracheids. Credits: Cortex and pith in Trifolium stem and Circular bordered pits in Pinus wood (Fayette A. Reynolds M.S./Berkshire Community College Bioscience Library, via flickr, CC0 1.0/Public Domain Dedication).

Living tracheophytes belong to one of two major sister groups: 1) The lycophytes (clubmosses and relatives) and 2) The euphyllophytes (ferns, horsetails, and seed plants). The lycophytes, ferns, and horsetails are free-sporing (seedless) vascular plants sometimes collectively called pteridophytes. These plants share certain plesiomorophic or ancestral structural and developmental characteristics. Thus, it is sometimes useful when discussing the comparative sporophyte structure of vascular plants to contrast the paraphyletic pteridophytes with the monophyletic spermatofyty, or seed plants. Furthermore, while angiosperms (flowering plants) are a group of seed plants, they have many of their own unique structural characteristics that set them apart from gymnosperms (the group made up of non-angiospermous seed plants).

Relationships among major extant land plant groups. This phylogenetic tree shows the relative relationships among extant land plants, with emphasis on vascular plant groups. Note that the relationships among extant gymnosperm groups is shown as unresolved. Recent molecular phylogenetic analyses indicate that extant gymnosperms are monophyletic this contradicts the traditional view that extant gymnosperms are a paraphyletic group. Regardless, gymnosperms are paraphyletic when extinct groups are included. Credit: E.J. Hermsen (DEAL).

Overview of sporophyte structure

The study of plant structure includes morphology, the study of form, and anatomie, the study of internal structure (cells, tissues, etc.). Paleobotany uses both of these disciplines in order to analyze fossil plants.

Organs & organ systems of the plant body

The vascular plant sporophyte (hereafter, simply called the plant) includes three basic categories of non-reproductive, or vegetative, orgány. These are the roots, stems, and leaves. Roots are organs that typically occur belowground and anchor the plant in the soil. They also function in absorbing water and sometimes in storage. Stems are often (although not always) aboveground structures. Stems bear the leaves, and also serve as conduits between roots and leaves. Finally, leaves are lateral appendages on the stem. Their main function is photosynthesis. A stem and its leaves together are known as a střílet.

Plant organs can be grouped into two organ systems. All the shoots (stems and leaves) of a plant are together known as the shoot system, whereas all the roots together comprise the root system. Sporangia (spore-producing structures) are borne on modified leaves or shoots thus, sporangium-bearing organs can also be considered part of the shoot system.

Vegetative organs and organ systems of the vascular plant sporophyte. The shoot system includes al of the stems, leaves, and reproductive structures (sporangia, cones, flowers, etc.). The root system includes all of the roots. Credit: E.J. Hermsen (DEAL).

Růst

Růst is the process by which a plant increases in size (length, height, or girth) through cell division (adding new cells) and cell expansion. Active cell division is typically concentrated in regions known as meristémy. As cells are distanced from the meristems by new growth, they begin to differentiate. Diferenciace is the process by which a cell takes on a specific identity and function in the plant body. Once a cell is fully differentiated, or mature, it often does not—and in many cases cannot—divide further.

Vascular plant sporophytes have two major categories of meristems that contribute to growth: apical and lateral. However, other types of meristems may contribute to growth of stems and expansion of leaves (e.g., intercalary meristems, marginal meristems).

Apikální meristémy

Apical meristems are meristems at the tips of roots and stems that add length to these organs growth from apical meristems is known as primární růst. Primary growth also produces the leaves. The primární meristémyprotoderm, pozemní meristém, a prokambium—include partially differentiated cells. The primary meristems can be found in regions still undergoing growth between the apical meristem proper and the fully mature tissues of the stem, leaf, and root. They correspond to the three tissue systems of vascular plants (discussed below).

Apical and primary meristems. Left: Longitudinal section of the shoot apex of coleus (Plectranthus, an angiosperm), showing the shoot apical meristem and primary meristems the horn-like projects to either side of the apical meristem are developing leaves. Right: Longitudinal section of the root apex of wheat (Triticum) the root apical meristem is immediately above the root cap. Credits: Coleus shoot tip and wheat root tip (BlueRidgeKitties, via flickr, CC BY-NC-SA 2.0). Images modified from originals.

Lateral meristems (cambia)

Lateral meristems, also called cambia nebo sekundární meristémy, are located within roots and stems and increase the diameter of these structures. Growth from cambia is known as sekundární růst. Living pteridophytes do not have secondary growth. Seed plants may or may not have secondary growth, depending on the taxon.

A woody stem or root has two major concentric regions dřevo is surrounded by kůra. In a typical woody seed plant, two types of lateral meristems contribute cells to these regions. The vascular cambium is a layer of dividing cells between the wood and the bark. It produces vascular tissue to its interior (xylem) and to its exterior (phloem), thus contributing to the growth of both the wood and the bark. The cork cambium develops within the bark and most notably adds layers of protective cork to the bark.

Bark encompasses the entire region outside of the vascular cambium. In addition to tissues produced by the cambia, it may also include tissues produced by primary growth. Wood is made up entirely of xylem (more specifically, secondary xylem, or xylem produced by secondary growth).

Vascular cambium. Cross section of a woody pine (Pinus) stem. The vascular cambium is a layer of dividing cells located between the wood and the bark. Note that the vascular cambium produces cells both to its inside and its outside the cells are produced in neat rows. In this young stem, much primary tissue is still present in the bark and there is no well-developed cork layer. For a good example of cork, see the cross section of birthwort (Aristolochia) periderm below. Credit: Four year Pinus (Fayette A. Reynolds M.S./Berkshire Community College Bioscience Image Library, via flickr, CC0 1.0/Public Domain Dedication). Image modified from original.

Tissues & tissue systems

Tissues are regions of cells in the plant body that are functionally and physically connected to one another. There are two basic categories of tissues in the plant body, jednoduchý a complex. Simple tissues are made up of one type of cell, whereas complex tissues include more than one type of cell. Tissues can also be classified as primární tkáně nebo secondary tissues. Primary tissues are produced by growth from the apical and primary meristems, whereas secondary tissues are produced by growth from the cambia.

Tissues can further be grouped into tissue systems. Tissue systems may include more than one type of tissue. The three tissue systems and their tissues are:

Dermal tissue system

The dermal tissue system covers the outer surface of the plant body. The primary dermal tissue is the pokožka, which matures from the protoderm. The epidermis is typically one cell layer thick and primarily made up of epidermal buňky. The secondary dermal tissue is the periderm, which is produced by the cork cambium and makes up part of the bark in woody plants. Periderm consists of multiple layers of cells, including outer layers of protective cork buňky (which are dead when mature), the cork cambium, and a typically thin inner zone of living cells. The dermal tissues are complex (made up of more than one cell type).

Cévní tkáňový systém

The vascular tissue system (less often called the fascicular tissue system) conducts food and water through the plant body. The two types of vascular tissue are phloem, or the food-conducting tissue, and xylem, or the water-conducting tissue. Phloem and xylem are complex tissues and include conducting cells and other cell types. The conducting cells are sieve elements in the phloem and tracheary prvky in the xylem (a tracheid is a type of tracheary element). Vascular tissue can be primary or secondary, depending on its origin. If it matures from the procambium, it is primary if it develops from the vascular cambium, it is secondary.

In leaves, vascular tissue is often arranged into one or more veins nebo vascular bundles (strands) that may form complex networks. The veins are surrounded by a region of ground tissue (discussed below) called the mezofylu.

Arrangement of vascular tissue in a leaf. Left: Diagram of a leaf, with the petiole (stalk) and veins in purple the entire expanded portion of the leaf in which the veins are embedded is the blade. The dotted line indicates where the leaf would be cut to make a cross-section. Right: Cross section of leaf blade showing the vascular bundles embedded in the mesophyll. Credit: E.J. Hermsen (DEAL).

In the stem, the arrangement of primary vascular tissue varies. It can be arranged, for example, in a solid cylinder (protostele), a hollow cylinder surrounding a central pith (siphonostele), or in separate vascular bundles around a pith (eustele). The primary vascular tissue of the root typically takes the form of a protostele (solid cylinder) with a central strand of lobed xylem and phloem between the lobes of xylem.

Arrangement of primary vascular tissue in axes (stems and roots). The diagrams above show axes (roots or stems) in cross section (transverse section). Left: Protostele, solid vascular tissue with no pith this arrangement is typical of roots and of lycophyte stems. Center: Siphonostele, vascular tissue in a ring surrounding a pith this arrangement is typical of fern stems. Right: Eustele, vascular tissue in bundles surrounding a pith this arrangement is typical of seed plant stems. Credit: E.J. Hermsen (DEAL).

In stems and roots with secondary growth, the secondary xylem typically forms a continuous ring internal to a continuous ring of secondary phloem. The xylem and phloem are separated by a thin vascular cambium, or layer of undifferentiated dividing cells. Secondary xylem is also known as wood. All tissues external to the vascular cambium are part of the bark. Thus, secondary phloem is part of the bark.

Relative arrangement of secondary tissues in a mature woody stem. This diagram shows the relative arrangement of secondary tissues in a mature seed plant stem in cross section. Note that some of the primary tissues are retained in the center of the woody stem. The yellow arrows show the directions of cell division that add cells to the secondary phloem and secondary xylem. A woody root would be similar in anatomy, except that the center of the stem would be made up of a lobed strand of primary xylem with no pith. In young woody stems, some primary tissues may be retained between the secondary phloem and the periderm (see the cross section of a young pine stem above on this page for an example). These are often crushed and destroyed/sloughed off as the stem ages. Credit: E.J. Hermsen (DEAL).

Ground tissue system

The ground tissue system (also called the fundamental tissue system) fills in the spaces in the plant body between the dermal and vascular tissues it develops from the ground meristem. Ground tissue is typically primary tissue. It can be found primarily in the following regions of the plant body:

  • Kůra: The region between the epidermis and the vascular tissue in the stem and root.
  • Dřeň: The region in the center of the stem, internal to the vascular tissue (not always present).
  • Mesophyll: Occurs between and around the vascular bundles of the leaf.

In addition, ground tissue occurs between the vascular bundles in stems with separate vascular bundles, such as stems with eusteles.

There are three types of ground tissue: parenchymu, kolenchym, a sklerenchyma. They are simple tissues. The cells that make up these tissues share the name of their respective tissue type: parenchyma cells, collenchyma cells, a sclerenchyma cells. Parenchyma cells often have thin cell walls, whereas collenchyma and sclerenchyma cells have thicker cell walls. Collenchyma adds support to non-woody stems and leaves, whereas rigid sclerenchyma cells often function in support or protection. Parenchyma is versatile, and functions in photosynthesis, storage, healing, etc.

Note: Parenchyma cells and sclerenchyma cells do not occur only in the ground tissue system. They can also be found in the vascular tissue.


Life Cycle of Seedless Vascular Plants

Unlike nonvascular plants, all vascular plants&mdashincluding seedless vascular plants&mdashhave a dominant sporofyt generation. Seedless vascular plants include clubmosses and ferns. Postava below shows a typical fern life cycle.

In the life cycle of a fern, the sporophyte generation is dominant.

A mature sporophyte fern has the familiar leafy listy. The undersides of the leaves are dotted with clusters of sporangia. Sporangia produce spores that develop into tiny, heart-shaped gametophytes. Gametophytes have antheridia a archegonia. Antheridia produce sperm with many cilia archegonia produce eggs. Fertilization occurs when sperm swim to an egg inside an archegonium. The resulting zygote develops into an embryo that becomes a new sporophyte plant. Then the cycle repeats.


1.4.10.9: Seedless Vascular Plants - Biology

BOTANY LS1203 - PLANT BIOLOGY

Features of Vascular Plants:
1) chl a, chl b, carotenoids, starch, cellulose walls
2) well developed cuticle functional stomata
3) lignin: xylem, fibers, sclereids
upright growth on land
large leaves
roots for anchorage and absorption + conduction of soil minerals and water
4) sporic life cycle
7) sporophyte is dominant generation and can be long lived
8) seedless plants have an independent gametophyte seed plants have a dependent gametophyte

Extant Seedless Vascular Plants
Ferns (Polypodiophyta)
Horsetails ( Equisetophyta)
Whisk Ferns (Psilotophyta)
Club Mosses, Quillwort (Lycophyta)
Note: These are the phyla used in your textbook. A new classification puts the extant seedless vascular plants in two phyla: Lycopodiophyta (club mosses, quillwort) and Pteridophyta (ferns, whisk ferns, horsetails)

Extant Seed Plants
Gymnosperms and Angiosperms

Conifers (Pinophyta) = the cone bearers: pine, spruce, fir, redwood, cedar, juniper
Cycads (Cycadophyta) = cycads, sago palm (not true palms, which are angiosperms)
Ginkgo (Ginkgophyta) = Ginkgo biloba is only extant species
Gnetophytes (Gnetophyta) = includes Ephedra (Mormon tea), Welwitschia, a Gnetum
Flowering plants (Magnoliophyta)


1.4.10.9: Seedless Vascular Plants - Biology


Copyright information:
The images contained in the COMMON PLANTS of WISCONSIN web site may be freely used for non-profit, educational purposes, as long as complete citation information is included.

Use in any copyrighted document or any web site is prohibited without specific permission of the University of Wisconsin - Stevens Point Department of Biology. Please contact Webmaster for more information.