Chapter-03 Plant Kingdom
In the previous chapter, we looked at the broad classification of living organisms under the system proposed by Whittaker (1969) wherein he suggested the Five Kingdom classification viz. Monera, Protista, Fungi, Animalia and Plantae. In this chapter, we will deal in detail with further classification within Kingdom Plantae popularly known as the ‘plant kingdom’.
We must stress here that our understanding of the plant kingdom has changed over time. Fungi, and members of the Monera and Protista having cell walls have now been excluded from Plantae though earlier classifications placed them in the same kingdom. So, the cyanobacteria that are also referred to as blue green algae are not ‘algae’ any more. In this chapter, we will describe Algae, Bryophytes, Pteridophytes, Gymnosperms and Angiosperms under Plantae .
Let us also look at classification within angiosperms to understand some of the concerns that influenced the classification systems. The earliest systems of classification used only gross superficial morphological characters such as habit, colour, number and shape of leaves, etc. They were based mainly on vegetative characters or on the androecium structure (system given by Linnaeus). Such systems were artificial; they separated the closely related species since they were based on a few characteristics. Also, the artificial systems gave equal weightage to vegetative and sexual characteristics; this is not acceptable since we know that often the vegetative characters are more easily affected by environment. As against this, natural classification systems developed, which were based on natural affinities among the organisms and consider, not only the external features, but also internal features, like ultrastructure, anatomy, embryology and phytochemistry. Such a classification for flowering plants was given by George Bentham and Joseph Dalton Hooker.
At present phylogenetic classification systems based on evolutionary relationships between the various organisms are acceptable. This assumes that organisms belonging to the same taxa have a common ancestor. We now use information from many other sources too to help resolve difficulties in classification. These become more important when there is no supporting fossil evidence. Numerical Taxonomy which is now easily carried out using computers is based on all observable characteristics. Number and codes are assigned to all the characters and the data are then processed. In this way each character is given equal importance and at the same time hundreds of characters can be considered. Cytotaxonomy that is based on cytological information like chromosome number, structure, behaviour and chemotaxonomy that uses the chemical constituents of the plant to resolve confusions, are also used by taxonomists these days.
3.1 ALGAE
Algae are chlorophyll-bearing, simple, thalloid, autotrophic and largely aquatic (both fresh water and marine) organisms. They occur in a variety of other habitats: moist stones, soils and wood. Some of them also occur in association with fungi (lichen) and animals (e.g., on sloth bear).
The form and size of algae is highly variable, ranging from colonial forms like Volvox and the filamentous forms like Ulothrix and Spirogyra (Figure 3.1). A few of the marine forms such as kelps, form massive plant bodies.
The algae reproduce by vegetative, asexual and sexual methods. Vegetative reproduction is by fragmentation. Each fragment develops into a thallus. Asexual reproduction is by the production of different types of spores, the most common being the zoospores. They are flagellated (motile) and on germination gives rise to new plants. Sexual reproduction takes place through fusion of two gametes. These gametes can be flagellated and similar in size (as in Ulothrix) or non-flagellated (non-motile) but similar in size (as in Spirogyra). Such reproduction is called isogamous. Fusion of two gametes dissimilar in size, as in species of Eudorina is termed as anisogamous. Fusion between one large, nonmotile (static) female gamete and a smaller, motile male gamete is termed oogamous, e.g., Volvox, Fucus.
Figure 3.1 Algae : (a) Green algae (i) Volvox (ii) Ulothrix (b) Brown algae (i) Laminaria (ii) Fucus (iii) Dictyota (c) Red algae (i) Porphyra (ii) Polysiphoni
TABLE 3.1 Divisions of Algae and their Main Characteristics
Classes | Common Name |
Major Pigments |
Stored Food |
Cell Wall | Flagellar Number and Position of Insertions |
Habitat |
---|---|---|---|---|---|---|
Chlorophyceae | Green algae |
Chlorophyll $a, b$ |
Starch | Cellulose | $2-8$, equal, apical |
Fresh water, brackish water salt water |
Phaeophyceae | Brown algae |
Chlorophyll $a, c$, fucoxanthin |
Mannitol, laminarin |
Cellulose and algin |
2, unequal, lateral |
Fresh water (rare) brackish water, salt water |
Rhodophyceae | Red algae |
Chlorophyll $a, d$, phycoerythrin |
Floridean starch |
Cellulose, pectin and poly sulphate esters |
Absent | Fresh water (some), brackish water, salt water (most) |
Algae are useful to man in a variety of ways. At least a half of the total carbon dioxide fixation on earth is carried out by algae through photosynthesis. Being photosynthetic they increase the level of dissolved oxygen in their immediate environment. They are of paramount importance as primary producers of energy-rich compounds which form the basis of the food cycles of all aquatic animals. Many species of Porphyra, Laminaria and Sargassum are among the 70 species of marine algae used as food. Certain marine brown and red algae produce large amounts of hydrocolloids (water holding substances), e.g., algin (brown algae) and carrageen (red algae) which are used commercially. Agar, one of the commercial products obtained from Gelidium and Gracilaria are used to grow microbes and in preparations of ice-creams and jellies. Chlorella a unicellular alga rich in proteins is used as food supplement even by space travellers. The algae are divided into three main classes: Chlorophyceae, Phaeophyceae and Rhodophyceae.
3.1.1 Chlorophyceae
The members of chlorophyceae are commonly called green algae. The plant body may be unicellular, colonial or filamentous. They are usually grass green due to the dominance of pigments chlorophyll a and b. The pigments are localised in definite chloroplasts. The chloroplasts may be discoid, plate-like, reticulate, cup-shaped, spiral or ribbon-shaped in different species. Most of the members have one or more storage bodies called pyrenoids located in the chloroplasts. Pyrenoids contain protein besides starch. Some algae may store food in the form of oil droplets. Green algae usually have a rigid cell wall made of an inner layer of cellulose and an outer layer of pectose.
Vegetative reproduction usually takes place by fragmentation or by formation of different types of spores. Asexual reproduction is by flagellated zoospores produced in zoosporangia. The sexual reproduction shows considerable variation in the type and formation of sex cells and it may be isogamous, anisogamous or oogamous. Some commonly found green algae are: Chlamydomonas, Volvox, Ulothrix, Spirogyra and Chara (Figure 3.1a).
3.1.2 Phaeophyceae
The members of phaeophyceae or brown algae are found primarily in marine habitats. They show great variation in size and form. They range from simple branched, filamentous forms (Ectocarpus) to profusely branched forms as represented by kelps, which may reach a height of 100 metres. They possess chlorophyll a, c, carotenoids and xanthophylls. They vary in colour from olive green to various shades of brown depending upon the amount of the xanthophyll pigment, fucoxanthin present in them. Food is stored as complex carbohydrates, which may be in the form of laminarin or mannitol. The vegetative cells have a cellulosic wall usually covered on the outside by a gelatinous coating of algin. The protoplast contains, in addition to plastids, a centrally located vacuole and nucleus. The plant body is usually attached to the substratum by a holdfast, and has a stalk, the stipe and leaf like photosynthetic organ - the frond. Vegetative reproduction takes place by fragmentation. Asexual reproduction in most brown algae is by biflagellate zoospores that are pear-shaped and have two unequal laterally attached flagella.
Sexual reproduction may be isogamous, anisogamous or oogamous. Union of gametes may take place in water or within the oogonium (oogamous species). The gametes are pyriform (pear-shaped) and bear two laterally attached flagella. The common forms are Ectocarpus, Dictyota, Laminaria, Sargassum and Fucus (Figure 3.1b).
3.1.3 Rhodophyceae
The members of rhodophyceae are commonly called red algae because of the predominance of the red pigment, r-phycoerythrin in their body. Majority of the red algae are marine with greater concentrations found in the warmer areas. They occur in both well-lighted regions close to the surface of water and also at great depths in oceans where relatively little light penetrates. The red thalli of most of the red algae are multicellular. Some of them have complex body organisation. The food is stored as floridean starch which is very similar to amylopectin and glycogen in structure. The red algae usually reproduce vegetatively by fragmentation. They reproduce asexually by non-motile spores and sexually by non-motile gametes. Sexual reproduction is oogamous and accompanied by complex post fertilisation developments. The common members are: Polysiphonia, Porphyra (Figure 3.1c), Gracilaria and Gelidium.
3.2 BRYOPHYTES
Bryophytes include the various mosses and liverworts that are found commonly growing in moist shaded areas in the hills
Figure 3.2 Bryophytes: A liverwort - Marchantia (a) Female thallus (b) Male thallus Mosses - (c) Funaria, gametophyte and sporophyte (d) Sphagnum gametophyte
Bryophytes are also called amphibians of the plant kingdom because these plants can live in soil but are dependent on water for sexual reproduction. They usually occur in damp, humid and shaded localities. They play an important role in plant succession on bare rocks/soil.
The plant body of bryophytes is more differentiated than that of algae. It is thallus-like and prostrate or erect, and attached to the substratum by unicellular or multicellular rhizoids. They lack true roots, stem or leaves. They may possess root-like, leaf-like or stem-like structures. The main plant body of the bryophyte is haploid. It produces gametes, hence is called a gametophyte. The sex organs in bryophytes are multicellular. The male sex organ is called antheridium. They produce biflagellate antherozoids. The female sex organ called archegonium is flask-shaped and produces a single egg. The antherozoids are released into water where they come in contact with archegonium. An antherozoid fuses with the egg to produce the zygote. Zygotes do not undergo reduction division immediately. They produce a multicellular body called a sporophyte. The sporophyte is not free-living but attached to the photosynthetic gametophyte and derives nourishment from it. Some cells of the sporophyte undergo reduction division (meiosis) to produce haploid spores. These spores germinate to produce gametophyte.
Bryophytes in general are of little economic importance but some mosses provide food for herbaceous mammals, birds and other animals. Species of Sphagnum, a moss, provide peat that have long been used as fuel, and as packing material for trans-shipment of living material because of their capacity to hold water. Mosses along with lichens are the first organisms to colonise rocks and hence, are of great ecological importance. They decompose rocks making the substrate suitable for the growth of higher plants. Since mosses form dense mats on the soil, they reduce the impact of falling rain and prevent soil erosion. The bryophytes are divided into liverworts and mosses.
3.2.1 Liverworts
The liverworts grow usually in moist, shady habitats such as banks of streams, marshy ground, damp soil, bark of trees and deep in the woods. The plant body of a liverwort is thalloid, e.g., Marchantia. The thallus is dorsiventral and closely appressed to the substrate. The leafy members have tiny leaf-like appendages in two rows on the stem-like structures.
Asexual reproduction in liverworts takes place by fragmentation of thalli, or by the formation of specialised structures called gemmae (sing. gemma). Gemmae are green, multicellular, asexual buds, which develop in small receptacles called gemma cups located on the thalli. The gemmae become detached from the parent body and germinate to form new individuals. During sexual reproduction, male and female sex organs are produced either on the same or on different thalli. The sporophyte is differentiated into a foot, seta and capsule. After meiosis, spores are produced within the capsule. These spores germinate to form free-living gametophytes.
3.2.2 Mosses
The predominant stage of the life cycle of a moss is the gametophyte which consists of two stages. The first stage is the protonema stage, which develops directly from a spore. It is a creeping, green, branched and frequently filamentous stage. The second stage is the leafy stage, which develops from the secondary protonema as a lateral bud. They consist of upright, slender axes bearing spirally arranged leaves. They are attached to the soil through multicellular and branched rhizoids. This stage bears the sex organs.
Vegetative reproduction in mosses is by fragmentation and budding in the secondary protonema. In sexual reproduction, the sex organs antheridia and archegonia are produced at the apex of the leafy shoots. After fertilisation, the zygote develops into a sporophyte, consisting of a foot, seta and capsule. The sporophyte in mosses is more elaborate than that in liverworts. The capsule contains spores. Spores are formed after meiosis. The mosses have an elaborate mechanism of spore dispersal. Common examples of mosses are Funaria, Polytrichum and Sphagnum (Figure 3.2).
3.3 PTERIDOPHYTES
The Pteridophytes include horsetails and ferns. Pteridophytes are used for medicinal purposes and as soil-binders. They are also frequently grown as ornamentals. Evolutionarily, they are the first terrestrial plants to possess vascular tissues - xylem and phloem. You shall study more about these tissues in Chapter 6. The pteridophytes are found in cool, damp, shady places though some may flourish well in sandy-soil conditions.
You may recall that in bryophytes the dominant phase in the life cycle is the gametophytic plant body. However, in pteridophytes, the main plant body is a sporophyte which is differentiated into true root, stem and leaves (Figure 3.3). These organs possess well-differentiated vascular tissues. The leaves in pteridophyta are small (microphylls) as in Selaginella or large (macrophylls) as in ferns. The sporophytes bear sporangia that are subtended by leaf-like appendages called sporophylls. In some cases sporophylls may form distinct compact structures called strobili or cones (Selaginella, Equisetum). The sporangia produce spores by meiosis in spore mother cells. The spores germinate to give rise to inconspicuous, small but multicellular,
Figure 3.3 Pteridophytes : (a) Selaginella (b) Equisetum (c) Fern (d) Salvinia
free-living, mostly photosynthetic thalloid gametophytes called prothallus. These gametophytes require cool, damp, shady places to grow. Because of this specific restricted requirement and the need for water for fertilisation, the spread of living pteridophytes is limited and restricted to narrow geographical regions. The gametophytes bear male and female sex organs called antheridia and archegonia, respectively. Water is required for transfer of antherozoids - the male gametes released from the antheridia, to the mouth of archegonium. Fusion of male gamete with the egg present in the archegonium result in the formation of zygote. Zygote thereafter produces a multicellular well-differentiated sporophyte which is the dominant phase of the pteridophytes. In majority of the pteridophytes all the spores are of similar kinds; such plants are called homosporous. Genera like Selaginella and Salvinia which produce two kinds of spores, macro (large) and micro (small) spores, are known as heterosporous. The megaspores and microspores germinate and give rise to female and male gametophytes, respectively. The female gametophytes in these plants are retained on the parent sporophytes for variable periods. The development of the zygotes into young embryos take place within the female gametophytes. This event is a precursor to the seed habit considered an important step in evolution.
The pteridophytes are further classified into four classes: Psilopsida (Psilotum); Lycopsida (Selaginella, Lycopodium), Sphenopsida (Equisetum) and Pteropsida (Dryopteris, Pteris, Adiantum).
3.4 GYMNOSPERMS
The gymnosperms (gymnos : naked, sperma : seeds) are plants in which the ovules are not enclosed by any ovary wall and remain exposed, both before and after fertilisation. The seeds that develop post-fertilisation, are not covered, i.e., are naked. Gymnosperms include medium-sized trees or tall trees and shrubs (Figure 3.4). One of the gymnosperms, the giant redwood tree Sequoia is one of the tallest tree species. The roots are generally tap roots. Roots in some genera have fungal association in the form of mycorrhiza (Pinus), while in some others (Cycas) small specialised roots called coralloid roots are associated with N2- fixing cyanobacteria. The stems are unbranched (Cycas) or branched (Pinus, Cedrus). The leaves may be simple or compound. In Cycas the pinnate leaves persist for a few years. The leaves in gymnosperms are well-adapted to withstand extremes of temperature, humidity and wind. In conifers, the needle-like leaves reduce the surface area. Their thick cuticle and sunken stomata also help to reduce water loss.
Figure 3.4 Gymnosperms: (a) Cycas (b) Pinus (c) Ginkgo
The gymnosperms are heterosporous; they produce haploid microspores and megaspores. The two kinds of spores are produced within sporangia that are borne on sporophylls which are arranged spirally along an axis to form lax or compact strobili or cones. The strobili bearing microsporophylls and microsporangia are called microsporangiate or male strobili. The microspores develop into a male gametophytic generation which is highly reduced and is confined to only a limited number of cells. This reduced gametophyte is called a pollen grain. The development of pollen grains take place within the microsporangia. The cones bearing megasporophylls with ovules or megasporangia are called macrosporangiate or female strobili. The male or female cones or strobili may be borne on the same tree (Pinus). However, in cycas male cones and megasporophylls are borne on different trees. The megaspore mother cell is differentiated from one of the cells of the nucellus. The nucellus is protected by envelopes and the composite structure is called an ovule. The ovules are borne on megasporophylls which may be clustered to form the female cones. The megaspore mother cell divides meiotically to form four megaspores. One of the megaspores enclosed within the megasporangium develops into a multicellular female gametophyte that bears two or more archegonia or female sex organs. The multicellular female gametophyte is also retained within megasporangium. Unlike bryophytes and pteridophytes, in gymnosperms the male and the female gametophytes do not have an independent free-living existence. They remain within the sporangia retained on the sporophytes. The pollen grain is released from the microsporangium. They are carried in air currents and come in contact with the opening of the ovules borne on megasporophylls. The pollen tube carrying the male gametes grows towards archegonia in the ovules and discharge their contents near the mouth of the archegonia. Following fertilisation, zygote develops into an embryo and the ovules into seeds. These seeds are not covered.
3.5 ANGIOSPERMS
Unlike the gymnosperms where the ovules are naked, in the angiosperms or flowering plants, the pollen grains and ovules are developed in specialised structures called flowers. In angiosperms, the seeds are enclosed in fruits. The angiosperms are an exceptionally large group of plants occurring in wide range of habitats. They range in size from the smallest Wolffia to tall trees of Eucalyptus (over 100 metres). They provide us with food, fodder, fuel, medicines and several other commercially important products. They are divided into two classes : the dicotyledons and the monocotyledons (Figure 3.5).
Figure 3.5 Angiosperms : (a) A dicotyledon (b) A monocotyledon
Summary
Plant kingdom includes algae, bryophytes, pteridophytes, gymnosperms and angiosperms. Algae are chlorophyll-bearing simple, thalloid, autotrophic and largely aquatic organisms. Depending on the type of pigment possesed and the type of stored food, algae are classfied into three classes, namely Chlorophyceae, Phaeophyceae and Rhodophyceae. Algae usually reproduce vegetatively by fragmentation, asexually by formation of different types of spores and sexually by formation of gametes which may show isogamy, anisogamy or oogamy.
Bryophytes are plants which can live in soil but are dependent on water for sexual reproduction. Their plant body is more differentiated than that of algae. It is thallus-like and prostrate or erect and attached to the substratum by rhizoids. They possess root-like, leaf-like and stem-like structures. The bryophytes are divided into liverworts and mosses. The plant body of liverworts is thalloid and dorsiventral whereas mosses have upright, slender axes bearing spirally arranged leaves. The main plant body of a bryophyte is gamete-producing and is called a gametophyte. It bears the male sex organs called antheridia and female sex organs called archegonia. The male and female gametes produced fuse to form zygote which produces a multicellular body called a sporophyte. It produces haploid spores. The spores germinate to form gametophytes.
In pteridophytes the main plant is a sporophyte which is differentiated into true root, stem and leaves. These organs possess well-differentiated vascular tissues. The sporophytes bear sporangia which produce spores. The spores germinate to form gametophytes which require cool, damp places to grow. The gametophytes bear male and female sex organs called antheridia and archegonia, respectively. Water is required for transfer of male gametes to archegonium where zygote is formed after fertilisation. The zygote produces a sporophyte.
The gymnosperms are the plants in which ovules are not enclosed by any ovary wall. After fertilisation the seeds remain exposed and therefore these plants are called naked-seeded plants. The gymnosperms produce microspores and megaspores which are produced in microsporangia and megasporangia borne on the sporophylls. The sporophylls - microsporophylls and megasporophylls - are arranged spirally on axis to form male and female cones, respectively. The pollen grain germinates and pollen tube releases the male gamete into the ovule, where it fuses with the egg cell in archegonia. Following fertilisation, the zygote develops into embryo and the ovules into seeds.
Exercises
1. What is the basis of classification of algae?
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Algae are classified into three main classes - Chlorophyceae, Phaeophyceae, and Rhodophyceae. These divisions are based on the following factors:
(a) Major photosynthetic pigments present
(b) Form of stored food
(c) Cell wall composition
(d) Number of flagella and position of insertion
Class I - Chlorophyceae
Common name - Green algae
Major pigments - Chlorophylls $a$ and $b$
Stored food - Starch
Cell wall composition - Cellulose
Flagella number and position - 2-8; equal and apical
Class II - Phaeophyceae
Common name- Brown algae
Major pigments - Chlorophylls a and c, and fucoxanthin
Stored food - Mannitol and laminarin
Cell wall composition - Cellulose and algin
Flagella number and position - 2; unequal and lateral
Class III - Rhodophyceae
Common name - Red algae
Major pigments - Chlorophylls a and b, and phycoerythrin
Stored food - Floridean starch
Cell wall - Cellulose, pectin, and polysulphate esters
Flagella number - Absent
2. When and where does reduction division take place in the life cycle of a liverwort, a moss, a fern, a gymnosperm and an angiosperm?
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Liverwort- In liverworts, the main plant-body is haploid (gametophytic). It bears the male and female sex organs which produce gametes. These gametes fuse to form a zygote. The zygote develops on the gametophytic plant-body to form a sporophyte. The sporophyte is differentiated into the foot, seta, and capsule. Many haploid spores are produced as a result of the reduction division taking place inside the capsule.
Moss- In mosses, the primary protonema (developed in the first stage) develops into the secondary protonema. Both these stages are haploid or gametophytic. The secondary protonema bears the sex organs which produce gametes. These gametes fuse to form a zygote. The zygote develops into a sporophyte. Many spores are formed as a result of the reduction division taking place in the capsule of this sporophyte.
Fern-In ferns, the main plant-body is sporophytic. Its leaves are known as sporophylls and these bear the sporangia. Reduction division takes place in these sporangia, thereby producing many spores.
Gymnosperm- In gymnosperms, the main plant-body is sporophytic. They bear two types of leaves microsporophylls and megasporophylls. Reduction division takes place in the microsporangia present on the microsporophylls (producing pollen grains) and on the megasporangia present on the megasporophylls (producing megaspores).
Angiosperm- In angiosperms, the main plant-body is sporophytic and bears flowers. The male sex organ in the flower is the stamen, while the female sex organ is the pistil. Reduction division takes place in the anthers of the stamen (producing haploid pollen grains) and in the ovary of the pistil (producing eggs).
3. Name three groups of plants that bear archegonia. Briefly describe the life cycle of any one of them.
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Archegonium is the female sex organ that produces the female gamete or egg. It is present in the life cycles of bryophytes, pteridophytes, and gymnosperms.
Life cycle of a fern (Bryopteris)
Dryopterisis a common fern with pinnately-compound leaves. The main plant-body is sporophytic. Many sporangia are borne on the lower surfaces of its mature leaves. Each sporangium has spore mother cells which undergo meiosis to produce haploid spores. On maturing, these spores dehisce and germinate to give rise to a heart-shaped gametophyte called prothallus.
Theprothallus bears the male and female sex organs called antheridia and archegonia respectively. The antheridia produce sperms that swim in water to reach the archegonia. The egg is produced by the archegonia. As a result of fertilisation, a zygote is formed. The zygote forms an embryo, which in turn develops into a new sporophyte. The young plant comes out of the archegonium of the parent gametophyte.
4. Mention the ploidy of the following: protonemal cell of a moss; primary endosperm nucleus in dicot, leaf cell of a moss; prothallus cell of a ferm; gemma cell in Marchantia; meristem cell of monocot, ovum of a liverwort, and zygote of a fern.
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(a) Protonemal cell of a moss - Haploid
(b) Primary endosperm nucleus in a dicot - Triploid
(c) Leaf cell of a moss - Haploid
(d) Prothallus of a fern - Haploid
(e) Gemma cell in Marchantia- Haploid
(f) Meristem cell of a monocot - Diploid
(g) Ovum of a liverwort - Haploid
(h) Zygote of a fern - Diploid
5. Write a note on economic importance of algae and gymnosperms.
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Economic importance of algae
Algae have diverse economic uses. They perform half of the total carbon dioxide-fixation on earth by photosynthesis, acting as the primary producers in aquatic habitats.
(a) Food source: Many species of marine algae such as Porphyra, Sargassum, and Laminaria are edible. Chlorella andSpirulina are rich in proteins. Thus, they are used as food supplements.
(b) Commercial importance: Agar is used in the preparation of jellies and ice-cream. It is obtained from Gelidium andGracilaria. Carrageenin is used as an emulsifier in chocolates, paints, and toothpastes. It is obtained from the red algae.
(c) Medicines: Many red algae such as Corallina are used in treating worm infections.
Economic importance of gymnosperms
(a) Construction purposes: Many conifers such as pine, cedar, etc., are sources of the soft wood used in construction and packing.
(b) Medicinal uses: An anticancer drug Taxol is obtained from Taxus. Many species of Ephedra produce ephedrine, which can be used in the treatment of asthma and bronchitis.
(c) Food source: The seeds of Pinus gerardiana (known as chilgoza) are edible.
(d) Source of resins: Resins are used commercially for manufacturing sealing waxes and water-proof paints. A type of resin known as turpentine is obtained from various species of Pinus.
6. Both gymnosperms and angiosperms bear seeds, then why are they classified separately?
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Gymnosperms and angiosperms are seed-producing plants with diplontic life cycles.
In gymnosperms, the sporophylls are aggregated to form compact cones. The microsporophylls are broad and are not distinguished into filaments and anthers. The megasporophylls are woody and lack the ovary, style, and stigma, because of which the ovules lie exposed. The female gametophyte consists of archegonia. The fertilisation process involves the fusion of a male gamete with the female gamete. Their endosperm is haploid. The produced seeds are naked as there is no fruit formation.
Angiosperms are also known as flowering plants. They have sporophylls that aggregate to form flowers with the perianth. The microsporophylls consist of stamens containing pollen sacs. These sacs bear the male gametes called pollen grains. The megasporophylls are delicate and rolled, forming carpels that contain the ovary, style, and stigma. The ovules are present inside the ovary. The archegonium is replaced by an egg apparatus. Two male gametes enter the egg apparatus at the time of fertilisation. One male gamete fertilises the egg and the other fuses with the diploid secondary nucleus to form an endosperm. The resulting endosperm is thus triploid. In addition, in angiosperms, the development of seeds takes place inside the fruits.
7. What is heterospory? Briefly comment on its significance. Give two examples.
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Heterospory is a phenomenon in which two kinds of spores are borne by the same plant. These spores differ in size. The smaller one is known as microspore and the larger one is known as megaspore. The microspore germinates to form the male gametophyte and the megaspore germinates to form the female gametophyte. The male gametophyte releases the male gametes and these reach the female gametophyte to fuse with the egg. The development of the zygote takes place inside the female gametophyte.
This retention and germination of the megaspore within the megasporangium ensures proper development of the zygote. The zygote develops into the future sporophyte. The evolution of the seed habit is related to the retention of the megaspore.
Heterospory is thus considered an important step in evolution as it is a precursor to the seed habit.
Heterospory evolved first in pteridophytes such as Selaginellaand Salvinia.
8. Explain briefly the following terms with suitable examples:
(i) protonema
(ii) antheridium
(iii) archegonium
(iv) diplontic
(v) sporophyll
(vi) isogamy
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(i) Protonema -It is the first stage in the life cycle of a moss, developing directly from the spore. It consists of creeping, green, branched, and often filamentous structures.
(ii) Antheridium - It is the male sex organ present in bryophytes and pteridophytes and is surrounded by a jacket of sterile cells. It encloses the sperm mother cells, which give rise to the male gametes.
(iii) Archegonium- It is the female sex organ present in bryophytes, pteridophytes, and gymnosperms. In bryophytes and pteridophytes, it generally has a swollen venter and a tubular neck, and contains the female gamete called the egg.
(iv) Diplontic - It is the term used for the life cycles of seed-bearing plants (gymnosperms and angiosperms). In these plants, the diploid sporophyte is dominant, photosynthetic, and independent. The gametophyte is represented by a single-celled (or a few-celled) structure.
(v) Sporophyll - In pteridophytes, the sporophytic plant body bears sporangia. These sporangia are subtended by leaf-like appendages known as sporophylls. In gymnosperms, microsporophylls and megasporophylls are found. These bear microspores and megaspores respectively.
(vi) Isogamy -It is a type of sexual reproduction involving the fusion of morphologically-similar gametes. This means that the gametes are of the same size, but perform different functions. This type of reproduction is commonly observed inSpirogyra.
9. Differentiate between the following:
(i) red algae and brown algae
(ii) liverworts and moss
(iii) homosporous and heterosporous pteridophyte
(iv) syngamy and triple fusion
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Answer
(i) Red algae and brown algae
Red algae | Brown algae |
---|---|
1. Red algae are grouped under the class Rhodophyceae. | 1. Brown algae are grouped under the class Phaeophyceae. |
2. They contain floridean starch as stored food. | 2. They contain mannitol or laminarin as stored food. |
3. They contain the photosynthetic pigments chlorophylls a and d, and phycoerythrin. | 3. They contain the photosynthetic pigments chlorophylls a and c, and fucoxanthin. |
4. Their cell walls are composed of cellulose, pectin, and phycocolloids. | 4. Their cell walls are composed of cellulose and algin. |
5. Flagella are absent | 5. Two flagella are present |
(ii) Liverworts and moss
Liverworts | Moss |
---|---|
1. They have unicellular rhizoids. | 1. They have multicellular rhizoids. |
2. Scales are present very often | 2. Scales are absent |
3. They are generally thalloid, with dichotomous branching. | 3. They are foliage, with lateral branching. |
4. Gemma cups are present | 4. Gemma cups are absent |
5. Sporophyte has very little photosynthetic tissue | 5. Sporophyte has abundant photosynthetic tissue |
(iii) Homosporous and heterosporous pteridophyte
Homosporous pteridophytes | Heterosporous pteridophytes |
---|---|
1. They bear spores that are of the same type. | 1. They bear two kinds of spores – microspores and megaspores. |
2. They produce bisexual gametophytes. | 2. They produce unisexual gametophytes. |
(iv) Syngamy and triple fusion
Syngamy | Triple fusion |
---|---|
1. It is the process of fusion of the male gamete with the egg in an angiosperm. | 1. It is the process of fusion of the male gamete with the diploid secondary nucleus in an angiosperm. |
2. A diploid zygote is formed as a result of syngamy. | 2. A triploid primary endosperm is formed as a result of triple fusion. |
10. Match the following (column I with column II)
Column I | Column II |
---|---|
(a) Chlamydomonas | (i) Moss |
(b) Cycas | (ii) Pteridophyte |
(c) Selaginella | (iii) Algae |
(d) Sphagnum | (iv) Gymnosperm |
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Column I | Column II |
---|---|
(a) Chlamydomonas | (iii) Algae |
(b) Cycas | (iv) Gymnosperm |
(c) Selaginella | (ii) Pteridophyte |
(d) Sphagnum | (i) Moss |
11. Describe the important characteristics of gymnosperms.
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Important features of gymnosperms:
-
The term gymnosperm refers to plants with naked seeds (gymnos - naked, sperma - seeds), i.e., the seeds of these plants are not enclosed in fruits.
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The plant-body ranges from medium to tall trees and shrubs. The giant redwood tree Sequoia is one of the tallest trees in the world.
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The root system consists of tap roots. The coralloid roots present in Cycas are associated with nitrogen-fixing cyanobacteria.
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The stem can be branched (as in Pinus and Cedrus) or un-branched (as in Cycas).
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The leaves can be simple (as in Pinus)or compound (pinnate in Cycas). The leaves are needle-like, with a thick cuticle and sunken stomata. These help in preventing water loss.
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Gymnosperms are heterosporous. They bear two kinds of spores - microspores and megaspores.
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Flowers are absent. The microsporophylls and megasporophylls are arranged to form compact male and female cones.
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Pollination occurs mostly through wind and pollen grains reach the pollen chamber of the ovule through the micropyle.
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The male and female gametophytes are dependent on the sporophyte.
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The seeds contain haploid endosperms and remain uncovered.
पिछले अध्याय में हमने विटेकर (1969) द्वारा सुझाए सजीवों के प्रमुख वर्ग के विषय में पढ़ा था। इसमें उन्होंने पाँच किंगडम मोनेरा, प्रोटिस्टा, फंजाई, एनिमेलिया तथा प्लांटी सुझाए थे। इस अध्याय में हम प्लांटी जगत, जिसे वनस्पति जगत भी कहते हैं, के बारे में तथा वर्गीकरण के विषय में विस्तार से पढ़ेंगे।
हमें यहाँ पर इस बात पर ध्यान देने की आवश्यकता है कि वनस्पति जगत के विषय में समयानुसार परिवर्तन आया है। फंजाई (कवक) तथा मोनेरा तथा प्रोटिस्टा वर्ग के सदस्य, जिनमें कोशिका भित्ति होती है, अब प्लांटी वर्ग से निकाल दिए गए हैं। यद्यपि वे पहले दिए गए वर्गीकरण के अनुसार एक ही जगत में होते थे। इसलिए सायनोबैक्टीरिया, जिन्हें नील हरित शैवाल कहते थे अब शैवाल नहीं है। इस अध्याय में हम प्लांटी के अंतर्गत शैवाल, ब्रायोफाइट, टैरिडोफाइट, जिम्नोस्पर्म तथा एंजियोस्पर्म के विषय में पढ़ेंगे।
आओ, इस तंत्र को प्रभावित करने वाले बिंदुओं को समझने के लिए एंजियोस्पर्म के वर्गीकरण को देखें। पहले दिए वर्गीकरण में हम आकारिकी के गुणों जैसे प्रकृति, रंग, पत्तियों की संख्या तथा आकृति के आधार आदि पर वर्गीकरण करते थे। वे मुख्यतः कायिक गुणों अथवा पुमंग की रचना के आधार पर हैं तथा (लीनियस के अनुसार) ऐसे वर्गीकरण कृत्रिम थे, क्योंकि उन्होंने बहुत ही समीप वाली संबंधित स्पीशीज को अलग कर दिया था। इसका कारण था कि वे बहुत ही कम गुणों पर आधारित थे। कृत्रिम वर्गीकरण में कायिक तथा लैंगिक गुणों को समान मान्यता दी गई थी। यह अब स्वीकार नहीं है, क्योंकि हम जानते हैं कि कायिक गुणों में प्राय: पर्यावरण के अनुसार परिवर्तन हो जाता है। इसके विपरीत, प्राकृतिक वर्गीकरण जीवों में प्राकृतिक संबंध तथा बाह्य गुणों के साथ-साथ भीतरी गुणों, जैसे-परा-रचना, शारीर, भ्रूण विज्ञान तथा पादप रसायन के आधार पर विकसित हुआ है। पुष्पी पादपों के इस वर्गीकरण को जॉर्ज बेंथम तथा जोसेफ़ डॉल्टन हूकर ने सुझाया था।
वर्तमान में हम जातिवृत्तीय वर्गीकरण तंत्र, जो विभिन्न जीवों में विकासीय संबंध पर आधारित है, को स्वीकार करते हैं। इससे यह पता लगता है कि समान टैक्सा के जीव के पूर्वज एक ही थे। अब, हम वर्गीकरण की कठिनाइयों को हल करने के लिए विभिन्न सूचनाओं तथा अन्य स्रोतों का उपयोग करते हैं। यह तब और भी कठिन हो जाता है, उसके पक्ष में कोई भी जीवाश्मी प्रमाण उपलब्ध न हो। संख्यात्मक वर्गिकी जिसे अब सरलता से कंयूटरीकृत किया जा सकता है, सभी अवलोकनीय गुणों पर आधारित है। सजीवों के सभी गुणों को एक नंबर तथा एक कोड दिया गया है और इसके बाद इसे प्रोसेस किया जाता है। इस प्रकार प्रत्येक गुण को समान महत्व दिया गया है और उसी समय सैकड़ों गुणों को ध्यान में रख सकते हैं। आज कल वर्गिकीविद् भ्रांतियों को दूर करने के लिए कोशिका वर्गिकी के कोशिका विज्ञानीय सूचनाओं जैसे क्रोमोसोम की संख्या, रचना, व्यवहार तथा रसायन वर्गिकी जो पादपों के रसायनिक कारकों का उपयोग करते हैं।
3.1 शैवाल
शैवाल क्लोरोफिलयुक्त, सरल, थैलॉयड, स्वपोषी तथा मुख्यतः जलीय (अलवणीय जल तथा समुद्री दोनों का) जीव है। वे अन्य आवास जैसे नमयुक्त पत्थरों, मिट्टी तथा लकड़ी में भी पाए जाते हैं। उनमें से कुछ कवक (लाइकेन में) तथा प्राणियों के संगठन में भी पाए जाते हैं (जैसे स्लाथ रीछ)।
शैवाल के माप तथा आकार में बहुत विभिन्नता होती है। ये कॉलोनिय जैसे वॉल्वॉक्स तथा तंतुमयी जैसे यूलोथ्रिक्स, स्पाइरोगायरा (चित्र 3.1) तक हो सकते हैं। इनमें से कुछ, शैवाल जैसे केल्प, बहुत विशालकाय होते हैं।
शैवाल कायिक, अलैंगिक तथा लैंगिक जनन करते हैं। कायिक जनन विखंडन विधि द्वारा होता है। इसके प्रत्येक खंड से थैलस बन जाता है। अलैंगिक जनन विभिन्न प्रकार के बीजाणुओं द्वारा होता है। सामान्यतः ये बीजाणु जूस्पोर होते हैं। इनमें कशाभिक (फ्लैजिला) होता है और ये चलायमान होते हैं। अंकुरण के बाद इनसे पौधे बन जाते हैं। लैंगिक जनन में दो युग्मक संगलित होते हैं। यो युग्मक कशाभिक युक्त (फ्लैजिला युक्त) तथा माप में समान हो सकते हैं (जैसे यूलोथ्रिक्स) अथवा फ्लैजिला विहीन लेकिन समान माप वाले हो सकते हैं (जैसे स्पाइरोगायरा)। ऐसे जनन को समयुग्मकी कहते हैं। जब विभिन्न माप वाले दो युग्मक संगलित होते हैं तब उसे असमयुग्मकी कहते हैं (जैसे यूडोराइना) की कुछ स्पीशीज विषमयुग्मकी लैंगिक जनन में एक बड़े अचल (स्थैनिक) मादा युग्मक से एक छोटा चलायमान नरयुग्मक संमलित होता है। जैसे वॉलवॉक्स, फ्यूक्स। शैवाल वर्ग तथा उनके महत्वपूर्ण गुणों का सारांश तालिका में दिया गया है।
चित्र 3.1 शैवाल (अ) हरित शैवाल(i) बॉलबाक्स (ii) यूलोथ्रिक्स (ब) भूरे शैवाल(i) लैमिनेरिया(ii) फ्यकस (iii) डिक्टाइओटा (स) लाल शैवाल (i) पौरफाइरा (ii) पॉलीसाइफोनिया
तालिका 3.1 शैवाल के डिवीजन अनुभाग तथा उनके प्रमुख अभिलक्षण
डिविजन | सामान्य नाम | प्रमुख वर्णक | संचित भोजन | कोशिका भित्ति | फ्लेजिला की संख्या तथा उनकी निवेशन की स्थिति | आवास |
---|---|---|---|---|---|---|
क्लोरोफाइसी | हरे शैवाल | क्लोरोफ़िल $a, b$ | स्टार्च | सेल्यूलोज | $2-8$, समान, शीर्ष | अलवणजल, लवणीय जल, खारा जल |
फीयोफाइसी | भूरे शैवाल | क्लोरोफ़िल a, c, फ्यूकोजैंथिन | मैनीटोल लैमिनेरिन | सेल्यूलोज तथा एलजिन | 2, असमान, पार्श्वीय | अलवणजल, (बहुत कम) खारा जल, लवणीयजल |
रोडोफाइसी | लाल शैवाल | क्लोरोफ़िल a,d, फाइकोऐरीथ्रिन | फ्लोरिडिऑन स्टार्च | सेल्यूलोज | अनुपस्थित | अलवण जल, (कुछ) खारा जल, लवण जल (अधिकांश) |
मनुष्य के लिए शैवाल बहुत उपयोगी हैं। पृथ्वी पर प्रकाश-संश्लेषण के दौरान कुल स्थिरीकृत कार्बनडाइऑक्साइड का लगभग आधा भाग शैवाल स्थिर करते हैं। प्रकाश-संशलेषी जीव होने के कारण शैवाल अपने आस-पास के पर्यावरण में घुलित ऑक्सीजन का स्तर बढ़ा देते हैं। ये ऊर्जा के प्राथमिक उत्पादक होने के कारण बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि ये जलीय प्राणियों के खाद्य चक्रों का आधार हैं। पोरफायरा, लैमिनेरिया तथा सरगासम की बहुत सी स्पीशीज (प्रजातियाँ), जो समुद्र की 70 स्पीशीज (प्रजातियाँ) में से है, भोजन के रूप में उपयोग की जाती है। कुछ समुद्री भूरे तथा लाल शैवाल बहुत ही अधिक कैरागीन (लाल शैवाल से) का उत्पादन करते हैं। जिनका व्यवसायिक उपयोग होता है। जिलेडियम तथा ग्रेसिलेरिआ से एगार प्राप्त होता है जिसका उपयोग सूक्ष्म जीवियों के संवर्धन में तथा आइसक्रीम और जैली बनाने में किया जाता है। क्लोरैला तथा स्प्रिलाइना एक कोशिक शैवाल हैं। इनमें प्रोटीन प्रचुर मात्रा में होता है। यहाँ तक कि इसका उपयोग अंतरिक्ष यात्री भी भोजन के रूप में करते हैं। शैवाल तीन प्रमुख भागों में विभक्त किया जाता है: क्लोरोफाइसी, फीयोफाइसी तथा रोडोफाइसी।
3.1.1 क्लोरोफाइसी
क्लोरोफाइसी के सदस्यों को प्राय: हरा शैवाल कहते हैं। ये एक कोशिक, कॉलोनीमय अथवा तंतुमयी हो सकते हैं। क्लोरोफिल $a$ तथा $b$ के प्रभावी होने के कारण इनका रंग हरी घास की तरह होता है। वर्णक सुस्पष्ट क्लोरोप्लास्ट में होते हैं। क्लोरोप्लास्ट डिस्क, प्लेट की तरह, जालिकाकार, कप के आकार, सर्पिल अथवा रिबन के आकार के हो सकते हैं। इसके अधिकांश सदस्यों के क्लोरोप्लास्ट में एक अथवा एक से अधिक पाइरीनॉइड होते हैं। पाइरीनॉइड स्टार्च होते हैं। कुछ शैवाल तेलबुदंक के रूप में भोजन संचित करते हैं। हरे शैवाल में प्राय: एक कठोर कोशिका भित्ति होती है। जिसकी भीतरी सतह सेल्यूलोज की तथा बाहरी सतह पेक्टोज की बनी होती है।
कायिक जनन प्रायः तंतु के टूटने से अथवा विभिन्न प्रकार के बीजाणु (स्पोर) के बनने से होता है। अलैंगिक जनन फ्लैजिलायुक्त जूस्पोर से होता है। जूस्पोर जूस्पोरेजिंया (चल बीजाणुधानी) में बनते हैं। लैंगिक जनन में लैंगिक कोशिकाओं के बनने में बहुत विभिन्नता दिखाई पड़ती है। ये समयुगमकी, असमयुगमकी अथवा विषमयुमकी हो सकते हैं इसके सामान्य सदस्य क्लैमाइडोमोनास, वॉलवॉक्स, यूलोथ्रिक्सि, स्पाइरोगायरा तथा कारा (चित्र 3.1 अ) हैं।
3.1.2 फीयोफाइसी
फीयोफाइसी अथवा भूरे शैवाल मुख्यतः समुद्री आवास में पाए जाते हैं। उनके माप तथा आकार में बहुत विभिन्नताएं होती हैं। ये सरल शाखित, तंतुमयी (एक्टोकार्पस) से लेकर सघन शाखित जैसे केल्प तक हो सकते हैं। केल्प की ऊँचाई 100 मीटर तक हो सकती है। इनमें क्लोरोफ़िल $a, c$, कैरोटिनॉइड तथा जैंथोफिल होता है। इनका रंग जैतूनी हरे से लेकर भूरे के विभिन्न शेड तक हो सकता है। ये शेड जैंथोफिल वर्णक, फ्युकोजैंथिन की मात्रा पर निर्भर करते हैं। इनमें जटिल कार्बोहाइड्रेट के रूप में भोजन संचित होता है। यह भोजन लैमिनेरिन अथवा मैनीटोल के रूप में हो सकता है। कायिक कोशिका में सेल्यूलोज से बनी कोशिका भित्ति होती है जिसके बाहर की ओर एल्जिन का जिलैटिनी अस्तर होता है। प्रोटोप्लास्ट में लवक के अतिरिक्त केंद्र में रसधानी तथा केंद्रक होते हैं। पौधा प्राय: संलग्नक द्वारा अधःस्तर (स्बस्ट्रेटम) से जुड़ा रहता है और इसमें एक वृंत तथा पत्ती की तरह का प्रकाश-संश्लेषी अंग होता है। इसमें कायिक जनन विखंडन विधि द्वारा होता है। अलैंगिक जनन नाशपाती के आकार वाले दो फ्लैजिला युक्त जूस्पोर द्वारा होता है। इसके फ्लैजिला असमान होते हैं तथा वे पार्श्वीय रूप से जुड़े होते हैं।
इसमें लैंगिक जनन समयुग्मकी, असमयुग्मकी अथवा विषययुग्मकी हो सकता है। युग्मकों का संगम जल में अथवा अंडधानी (विषमयुग्मकी स्पीशीज) (प्रजाति) में हो सकता है। युग्मक पाइरीफोर्म (नाशपाती आकार) की होती हैं और इसके पार्श्व में दो फ्लेजिला होते हैं। इसके सामान्य सदस्य- एक्टोकार्पस, डिक्टयोटा, लैमिनेरिया, सरगासम तथा फ्यूकस हैं (चित्र 3.1 ब)।
3.1.3 रोडोफाइसी
रोडोफाइसी लाल शैवाल हैं। इनका लाल रंग लाल वर्णक, आर-फाइकोएरिथ्रिन के कारण है। अधिकांश लाल शैवाल समुद्र में पाए जाते हैं और इनकी बहुलता समुद्र के गरम क्षेत्र में अधिक होती है। ये पानी की सतह पर, जहाँ अधिक प्रकाश होता है, वहाँ भी पाए जाते हैं और समुद्र की गहराई में भी और जहाँ प्रकाश कम होता है, वहाँ भी पाए जाते हैं। लाल शैवाल का लाल थैलस अधिकांशतः बहुकोशिक होता है और इनमें से कुछ की संरचना बड़ी जटिल होती है भोजन फ्लोरिडियन स्टार्च के रूप में संचित होता है। इस स्टार्च की रचना एमाइलो प्रोटीन तथा ग्लाइकोजन की तरह होती है। इसमें कायिक जनन विखंडन, अलैंगिक जनन अचल स्पोर (बीजाणु) और लैंगिक जनन अचल युग्मकों द्वारा होता है। लैंगिक जनन विषमयुग्मकी होता है और इसके पश्चात निषेचनोत्तर विकास होता है। इसके सामान्य सदस्य- पोलीसाइफोनिया, ग्रेसिलेरिया, पोरफायरा तथा जिलेडियम हैं (चित्र 3.1 स)।
3.2 ब्रायोफाइट
ब्रायोफाइट में मॉस तथा लिवरवर्ट आते हैं जो प्रायः पहाड़ियों में नम तथा छायादार क्षेत्रों में पाए जाते हैं (चित्र 3.2)। ब्रायोफाइट को पादप जगत के जलस्थलचर भी कहते हैं;
चित्र 3.2 ब्रायोफाइट (अ) लिवरवर्ट-मारकैंशिया (अ) मादा थैलस (ब) नर थैलस मॉस - (स) फ्यूनेरिया, युग्मकोद्भिद् तथा बीजाणुद्गमिद् (द) स्फैगनम युग्मकोद्भिद्
क्योंकि ये भूमि पर भी जीवित रह सकते हैं, किंतु लैंगिक जनन के लिए जल पर निर्भर करते हैं। ये प्रायः नम, सीलन (आर्द्र), तथा छायादार स्थानों पर पाए जाते हैं। ये अनुक्रमण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
इनकी पादपकाय शैवाल की अपेक्षा अधिक विभेदित होती है। यह थैलस की तरह होता है और शयान अथवा सीधा होता है और एक कोशिक तथा बहुकोशिक मूलाभ द्वारा स्बस्ट्रेटम से जुड़ा रहता है। इनमें वास्तविक मूल, तना अथवा पत्तियाँ नहीं होती। इनमें मूलसम, पत्तीसम अथवा तनासम संरचना होती है। ब्रायोफाइट की मुख्यकाय अगुणित होती है। ये युग्मक उत्पन्न करते हैं, इसलिए इन्हें युग्मकोभिद् कहते हैं। ब्रायोफाइट में लैंगिक अंग बहुकोशिक होते हैं। नर लैंगिक अंग को पुंधानी कहते हैं। ये द्विकशाभिक पुमंग उत्पन्न करते हैं। मादा जनन अंग को स्त्रीधानी कहते हैं। यह फ्लास्क के आकार का होता है जिसमें एक अंड होता है। पुमंग को पानी में छोड़ दिया जाता है। ये स्त्रीधानी के संपर्क में आते हैं और अंडे से संगलित हो जाते हैं, जिसके कारण युग्मनज बनता है। युग्मनज में तुरंत न्यूनीकरण विभाजन नहीं होता और इससे एक बहुकोशिक बीजाणु-उद्भिद् (स्पोरोफाइट) बन जाता है। स्पोरोफाइट मुक्तजीवी नहीं है, बल्कि यह प्रकाश संश्लेषी युग्मकोद्भिद् से जुड़ा रहता है और इससे अपना पोषण प्राप्त करता रहता है। स्पोरोफाइट की कुछ कोशिकाओं में न्यूनीकरण विभाजन होता है, जिससे अंगुणित बीजाणु अंकुरित हो कर युग्मकोद्भिद् में विकसित हो जाते हैं।
ब्रायोफाइट का बहुत कम आर्थिक महत्त्व है। लेकिन कुछ मॉस शाकाहारी स्तनधारियों, पक्षियों तथा अन्य प्राणियों को भोजन प्रदान करते हैं। स्फेगनम की कुछ स्पीशीज (जाति) पीट प्रदान करती हैं जिसका उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं। इसका उपयोग पैकिंग में और सजीव पदार्थों को स्थानांतरित करने में भी करते हैं। इसका कारण यह है कि इनमें पानी को रोकने की क्षमता बहुत अधिक होती है। लाइकेन समेत मॉस सर्वप्रथम ऐसे सजीव हैं, जो चट्टानों पर उगते हैं। इनका परिस्थितिक दृष्टि से बहुत महत्व हैं। इन्होंने चट्टानों को अपघटित किया और अन्य उच्च कोटि के पौधों को उगने के अनुरूप बनाया। चूंकि मॉस मिट्टी पर एक सघन परत बना देते हैं, इसलिए वर्षा की बौछारें मृदा को अधिक हानि नहीं पहुँचा पाती और इस प्रकार ये मृदा अपक्षरण को रोकते हैं। ब्रायोफाइट को लिवरवर्ट तथा मॉस में विभक्त कर सकते हैं (चित्र 3.2)।
3.2.1 लिवरवर्ट
लिवरवर्ट प्रायः नमी छायादार स्थानों जैसे नदियों के किनारे, दल-दले स्थानों, गीली मिट्टी, पेड़ों की छालों आदि पर उगते हैं। लिवरवर्ट की पादपकाय थैलासाभ (मारकेंशिया) होती हैं। थैलस पृष्ठाधर होते हैं तथा अधःस्तर बिल्कुल चिपके रहते हैं। इसके पत्तीदार सदस्यों में पत्तियों की तरह की छोटी-छोटी संरचनाएँ होती हैं जो तने की तरह की रचना पर दो कतारों में होती हैं।
लिवरवर्ट में अलैंगिक जनन थैलस के विखंडन अथवा विशिष्ट संरचना जेमा द्वारा होता है। जेमा हरी बहुकोशिक अलैंगिक कलियाँ हैं। ये छोटे-छोटे पात्रों, जिन्हें जेमा कप कहते हैं, में स्थित होती हैं। ये अपने पैतक पादप से अलग हो जाती हैं और इससे एक नया पादप उग आता है। लैंगिक जनन के दौरान नर तथा मादा लैंगिक अंग या तो उसी थैलस पर अथवा दूसरे थैलस पर बनते हैं। स्पोरोफाइट में एक पाद, सीटा तथा कैप्स्यूल (मारकेंशिया) होता है। मिऑसिस के बाद कैप्सूल में स्पोर बनते हैं। स्पोर से अंकुरण होने के कारण मुक्तजीवी युग्मकोद्भिद् बनते हैं।
3.2.2 मॉस
जीवन चक्र की प्रभावी अवस्था युग्मकोद्भिद् होती है, जिसकी दो अवस्थाएँ होती हैं। पहली अवस्था प्रथम तंतु है जो स्पोर से बनता है। यह विसर्पी, हरा, शाखित तथा प्राय: तंतुमयी होता है। इसकी दूसरी अवस्था पत्ती की तरह की होती है जो प्रथम तंतु से पार्श्वीय कली के रूप में उत्पन्न होती है। इसमें एक सीधा, पतला तना सा होता है। जिस पर सर्पिल रूप में पत्तियां लगी रहती हैं। ये बहुकोशिक तथा शाखित मूलाभ द्वारा मिट्टी से जुड़ी रहती हैं। इस अवस्था में लैंगिक अंग विकसित होते हैं।
मॉस में कायिक जनन द्वितीयक प्रथम तंतु के विखंडन तथा मुकुलन द्वारा होता है। लैंगिक जनन में लैंगिक अंग पुंधानी तथा स्त्रीधानी पत्तीदार प्ररोह की चोटी पर स्थित होते हैं। निषेचन के बाद, युग्मनज से स्पोरोफाइट विकसित होता है जो पाद, सीटा तथा कैप्स्यूल में विभेदित रहता है। मॉस में स्पोरोफाइट लिवरवर्ट की अपेक्षा अधिक विकसित होता है। कैप्स्यूल में स्पोर होते हैं। मिऑसिस के बाद स्पोर बनते हैं। मॉस में स्पोर विकिरण की बहुत विस्तृत प्रणाली होती हैं। इसके सामान्य सदस्य- फ्यूनेरिया, पोलिट्राइकम तथा स्फेगनम (चित्र 3.2) होते हैं।
3.3 टैरिडोफाइट
टैरिडोफाइट का सजावट में बहुत अधिक आर्थिक महत्व है। फूल वाले अधिकांश फर्न का उपयोग सजाने में करते हैं और सजावटी पौधे के रूप में उगाते हैं। विकास की दृष्टि से ये स्थल पर उगने वाले सर्वप्रथम पौधे हैं, जिनमें संवहन ऊतक-जाइलम तथा फ्लोएम होते हैं। आप इन ऊतकों के विषय में विस्तार से अध्याय 6 में पढ़ेंगे। जीवाश्मी रिकार्ड के अनुसार टैरिडोफाइट 350 मिलियन वर्ष पूर्व प्रभावी वनस्पति थे और वे तने रूपी थे। टैरिडोफाइट के अंत्रगत हॉर्सटेल तथा फर्न आते हैं। टैरिडोफाइट ठंडे, गीले, छायादार स्थानों पर पाए जाते हैं। यद्यपि कुछ रेतीली मिट्टी में भी अच्छी तरह उगते हैं।
आपको याद होगा कि ब्रायोफाइट के जीवन में युग्मकोद्भिद् प्रभावी अवस्था होती है (चित्र 3.3)। लेकिन टेरिडोफाइट में मुख्य पादपकाय स्पोरोफाइट है, जिसमें वास्तविक मूल, तना तथा पत्तियाँ होती हैं। इन अंगों में सुस्पष्ट संवहन ऊतक होते हैं। टैरिडोफाइट में पत्तियाँ छोटी, लघुपर्ण उदाहरणतः सिलैजिैैला अथवा बड़ी, बृहत्पर्ण हो सकती है; जैसे फर्न। स्पोरोफाइट में बीजाणुधानी होती हैं; जो पत्ती की तरह के बीजाणुपर्ण पर लगी रहती हैं। कुछ टैरिडोफाइट में बीजाणुपर्ण सघन होकर एक सुस्पष्ट रचना बनाते हैं जिन्हें शंकु कहते हैं। उदाहरणतः सिलैजिनेला, इक्वीसीटम। बीजाणुधानी के स्थित बीजाणुमातृ कोशिका में मिऑसिस के कारण बीजाणु बनते हैं। बीजाणु अंकुरित होने पर एक अस्पष्ट, छोटा बहुकोशिक, मुक्तजीवी, अधिकांशतः प्रकाशसंश्लेषी थैलाभ युग्मकोद्भिद् बनाते हैं; जिसे प्रोथैलस कहते हैं। इन युग्मकोद्भिदों को उगने के लिए ठंडा, गीला, छायादार स्थान चाहिए।
चित्र 3.3 टैरिडोफाइट (अ) सेलैजिनैला (ब) इक्वीस्टिम (स) फर्न (द) सैलबीनिया
इसकी विशिष्ट, सीमित आवश्यकताएँ और निषेचन के लिए पानी की आवश्यकता कम होने के कारण जीवित टैरिडोफाइट का फैलाव भी सीमित है और कम भौगोलिक क्षेत्रों तक सीमित हैं। युग्मकोद्भिद् के नर तथा मादा अंग होते हैं; जिन्हें क्रमशः पुंधानी तथा स्त्रीधानी कहते हैं। पुंधानी से पुमणु के निकलने के बाद उसे स्त्रीधानी के मुँह तक पहुँचने के लिए पानी की आवश्यकता होती हैं। स्त्रीधानी में स्थित अंडे से नर युग्मक संगलन हो जाता है और युग्मनज बनता है। उसके बाद युग्मनज से बहुकोशिक, सुस्पष्ट स्पोरोफाइट बन जाता है जो टैरिडोफाइट की प्रभावी अवस्था है। यद्यपि अधिकांश टैरिडोफाइट में, जहाँ स्पोर एक ही प्रकार के होते हैं, उन पौधों को समबीजाणुक कहते हैं। सिलैजिनेला, साल्वीनिया में दो प्रकार के - बृहद् (बड़े) तथा लघु (छोटे) स्पोर बनते हैं; जिन्हें विषमबीजाणु कहते हैं। बड़े बृहद् बीजाणु (मादा) तथा छोटे लघु बीजाणु (नर) से क्रमशः मादा तथा नर युग्मकोद्भिद् बन जाते हैं ऐसे पौधों में मादा युग्मकोद्भिद् अपनी आवश्यकताओं की पूर्ति के लिए पैतृक स्पोरोफाइट से जुड़ा रहता है। मादा युग्मकोद्भिद् में युग्मनज का विकास होता है; जिससे एक नया शैशव भ्रूण बनता है। यह घटना बहुत महत्त्वपूर्ण समझी जाती है जो बीजी प्रकृति की ओर ले जाती है।
टैरिडोफाइट के चार वर्ग (क्लास) होते हैं: साइलोपसीडा (साइलोटम), लाइकोपसीडा (सिलैजिनेला तथा लाइकोपोडियम), स्फीनोपसीडा (इक्वीसीटम) तथा टीरोपसीडा (ड्रायोप्टैरीस, टैरिस तथा एडिएंटम)।
3.4 जिम्नोस्पर्म
जिम्नोस्पर्म (जिम्नोस - अनावृत, स्पर्म - बीज) ऐसे पौधे हैं; जिनमें बीजांड अंडाशय भित्ति से ढके हुए नहीं होते और ये निषेचन से पूर्व तथा बाद में भी अनावृत ही रहते हैं। जिम्नोस्पर्म में मध्यम अथवा लंबे वृक्ष तथा झाड़ियाँ होती हैं (चित्र 3.4)। जिम्नोस्पर्म का सिकुआ वृक्ष सबसे लंबा है। इनकी मूल प्राय: मूसला मूल होती हैं। इसके कुछ जीनस की मूल कवक से सहयोग कर लेती हैं, जिसे कवक मूल कहते हैं, उदाहरण-पाइनस । जबकि कुछ अन्यों की छोटी विशिष्ट मूल नाइट्रोजन स्थिर करने वाले सायनो बैक्टीरिया के साथ सहयोग कर लेती हैं जिसे प्रवाल मूल कहते हैं उदाहरणतः साइकैस । इसके तने अशाखीय (साइकैस) अथवा शाखित (पाइनस, सीड्रस) होते हैं। इनकी पत्तियां सरल तथा संयुक्त होती हैं। साइकैस में पिच्छाकार पत्तियाँ कुछ वर्षों तक रहती है। जिम्नोस्पर्म में पत्तियाँ अधिक ताप, नमी, तथा वायु को सहन कर सकती हैं। शंक्वाकार पौधों में पत्तियाँ सुई की तरह होती हैं। इनकी पत्तियों का सतही क्षेत्रफल कम, मोटी क्यूटिकल तथा गर्तिकरंध्र होते हैं। इन गुणों के कारण पानी की हानि कम होती है।
चित्र 3.4 जिम्नोस्पर्म (अ) साइकस (ब) पाइनस (द) गिंकगो
जिम्नोस्पर्म विषम बीजाणु होते हैं; वे अगुणित लघुबीजाणु तथा वृहद् बीजाणु बनाते हैं। बीजाणुधानी में दो प्रकार के बीजाणु उत्पन्न होते हैं। बीजाणुधानी बीजाणुपर्ण पर होते हैं। बीजाणुपर्ण सर्पिल की तरह तने पर लगे रहते हैं। ये शलथ अथवा सघन शंकु बनाते हैं। शंकु जिन पर लघुबीजाणुपर्ण तथा लघुबीजाणुधानी होती हैं; उन्हें लघुबीजाणुधानिक अथवा नरशंकु कहते हैं। प्रत्येक लघुबीजाणु से नर युग्मकोद्भिद् संतति उत्पन्न होती है, जो बहुत ही न्यूनीकृत होती है और यह कुछ ही कोशिकाओं में सीमित रहती हैं। इस न्यूनीकृत नर युग्मकोद्भिद् को परागकण कहते हैं। परागकणों का विकास लघुबीजाणुधानी में होता है। जिस शंकु पर गुरु बीजाणुपर्ण तथा गुरु बीजाणुधानी होती है; उन्हें गुरु बीजाणुधानिक अथवा मादा शंकु कहते हैं। दो प्रकार के नर अथवा मादा शंकु एक ही वृक्ष (पाइनस) अथवा विभिन्न वृक्षों पर (साइकैस) पर स्थित हो सकते हैं। गुरु बीजाणु मातृ कोशिका बीजांड काय की एक कोशिका से विभेदित हो जाता है। बीजांडकाय एक अस्तर द्वारा सुरक्षित रहता है और इस सघन रचना को बीजांड कहते हैं। बीजांड गुरु बीजाणुपर्ण पर होते हैं, जो एक गुच्छा बनाकर मादा शंकु बनाते हैं। गुरु बीजाणु मातृ कोशिका में मिऑसिस द्वारा चार गुरु बीजाणु बन जाते हैं। गुरु बीजाणुधानी (बीजांडकाय) स्थित अकेला गुरुबीजाणु मादा युग्मकोद्भिद् में विकसित होता है। इसमें दो अथवा दो से अधिक स्त्रीधानी अथवा मादा जनन अंग होते हैं। बहुकोशिक मादा युग्मकोद्भिद् भी गुरु बीजाणुधानी में ही रह जाता है। जिम्नोस्पर्म में दोनों ही नर तथा मादा युग्मकोद्भिद् ब्रायोफाइट तथा टैरिडोफाइट की तरह स्वतंत्र नहीं होते। वे स्पोरोफाइट पर बीजाणुधानी में ही रहते हैं। बीजाणुधानी से परागकण बाहर निकलते हैं। ये गुरु बीजाणुपर्ण पर स्थित बीजांड के छिद्र तक हवा द्वारा ले जाए जाते हैं। परागकण से एक परागनली बनती है जिसमें नर युग्मक होता हैं। यह परागनली स्त्रीधानी की ओर जाती है और वहाँ पर शुक्राणु छोड़ देती है। निषेचन के बाद युग्मनज बनता है, जिससे भ्रूण विकसित होता है और बीजांड से बीज बनते हैं। ये बीज ढके हुए नहीं होते।
3.5 एंजियोस्पर्म
पुष्पी पादपों अथवा एंजियोस्पर्म में परागकण तथा बीजांड विशिष्ट रचना के रूप में विकसित होते हैं जिसे पुष्प कहते हैं। जबकि जिम्नोस्पर्म में बीजांड अनावृत होते हैं। एंजियोस्पर्म पुष्पी पादप हैं, जिसमें बीज फलों के भीतर होते हैं। यह पादपों में सबसे बड़ा वर्ग है। उनके वासस्थान भी बहुत व्यापक हैं। इनका माप सूक्ष्मदर्शी जीवों वुल्फिया से लेकर सबसे ऊंचे वृक्ष यूकेल्पिट्स(100 मीटर से अधिक ऊंचाई) तक होता है। इनसे हमें भोजन, चारा, ईंधन, औषधियाँ तथा अन्य दूसरे आर्थिक महत्त्व के उत्पाद प्राप्त होते हैं। ये दो वर्गों द्विबीजपत्री तथा एकबीजपत्री में विभक्त होते हैं (चित्र 3.5)।
चित्र 3.5 ऐंजिओस्पर्म (अ) द्विबीजपत्री (ब) एकबीजपत्री
सारांश
पादप जगत में शैवाल, ब्रायोफाइट, टैरिडोफाइट, जिम्नोस्पर्म तथा एंजियोस्पर्म आते हैं। शैवाल में क्लोरोफिल होता है। वे सरल, थैलासाभ, स्वपोषी तथा मुख्यतः जलीय जीव हैं। वर्णक के प्रकार तथा भोजन संग्रह के प्रकार के आधार पर शैवाल को तीन वर्गों (क्लास) में विभक्त किए गए हैं, ये हैं - क्लोरोफाइसी, फीयोफाइसी तथा रोडोफाइसी। शैवाल प्रायः विखंडन द्वारा कायिक प्रवर्धन करते हैं। अलैंगिक जनन में विभिन्न प्रकार के बीजाणु द्वारा तथा लैंगिक जनन लैंगिक कोशिकाओं द्वारा करते हैं। लैंगिक कोशिकाएँ समयुग्मकी, असमयुग्मकी तथा विषमयुग्मकी हो सकती हैं।
ब्रायोफाइट ऐसे पौधे हैं जो मिट्टी में उगते हैं लेकिन उनका लैंगिक जनन पानी पर निर्भर करता है। शैवाल की अपेक्षा उनकी पादपकाय अधिक विभेदित होती है। यह थैलस की तरह होता है। और शयान अथवा सीधा हो सकता है। ये मूलाभ द्वारा स्बस्ट्रेटम से जुड़े रहते हैं। इनमें मूल की तरह, तने की तरह तथा पत्तियों की तरह की रचनाएँ होती है। ब्रायोफाइट लिबरवर्ट तथा मॉस में विभक्त होते हैं। लिवरवर्ट थैलसाभ तथा पृष्ठाधर होते हैं। मॉस सीधे, पतले तने वाले होते हैं जिस पर पत्तियाँ सर्पिल ढंग से लगी रहती हैं। ब्रायोफाइट की मुख्यकाय युग्मकोद्भिद् होती है जो युग्मकों को उत्पन्न करते हैं। इसमें नर लैंगिक अंग होते है जिसे पुंधानी कहते हैं। मादा लैंगिक अंग को स्त्रीधानी कहते हैं। नर तथा मादा युग्मक इससे पैदा होते हैं जो संगलित हो कर युग्मनज बनाते हैं। युग्मनज से बहुकोशिक रचना बनती है, जिसे बीजाणु-उद्भिद् कहते हैं। इससे अगुणित बीजाणु बनते हैं। बीजाणुओं से युग्मकोद्भिद् बनते हैं।
टैरिडोफाइट में मुख्य पौधा बीजाणु-उद्भिद् होता है। इसमें वास्तविक मूल, तना तथा पत्तियाँ होती हैं। इसमें सुविकसित संवहन ऊतक होते हैं। बीजाणु-उद्भिद् में बीजाणुधानी होती है। जिसमें मिऑसिस द्वारा बीजाणु बनते हैं। बीजाणु अंकुरित होकर युग्मकोद्भिद् बनाते हैं। इन्हें वृद्धि के लिए ठंडे, नम स्थानों की आवश्यकता होती है। युग्मकोद्भिद् में नर तथा मादा लैंगिक अंग होते हैं; जिन्हें क्रमशः पुंधानी तथा स्त्रीधानी कहते हैं। नरयुग्मक के मादा युग्मक तक जाने के लिए पानी की आवश्यकता होती है। निषेचन के बाद युम्मनज बनता है। युग्मनज से बीजाणु-उद्भिद् बनता है।
जिम्नोस्पर्म वे पौधे होते हैं, जिनमें बीजांड किसी अंडाशय भित्ति से ढका नहीं होता। निषेचन के बाद बीज अनावृत रहते हैं और इसीलिए इन्हें अनावृत बीजी पौधे कहते हैं। जिम्नोस्पर्म लघु बीजाणु तथा गुरु बीजाणु उत्पन्न करते हैं, जो लघु बीजाणुधानी तथा गुरु बीजाणुधानी ( बीजांड) में बनते हैं। ये धानियाँ बीजाणु पर्ण में होती हैं। बीजाणु पर्ण - लघु बीजाणुपर्ण तथा गुरु बीजाणुपर्ण अक्ष पर सर्पिल रूप में लगी रहती हैं। जिनसे क्रमशः नर शंकु तथा मादा शंकु बनते हैं। परागकण अंकुरित होते हैं और पराग नली बनती है; जिससे नर युग्मक अंडाशय में निकल जाता हैं। यहां पर यह स्त्रीधानी में स्थित अंडकोशिका से संगलन हो जाता है। निषेचन के बाद, युग्मनज भ्रूण में तथा बीजांड बीज में विकसित हो जाता हैं।
अभ्यास
1. शैवाल के वर्गीकरण का क्या आधार है?
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#Content Missing2. लिवरवर्ट, मॉस, फर्न, जिम्नोस्पर्म तथा एंजियोस्पर्म के जीवन-चक्र में कहाँ और कब निम्नीकरण विभाजन होता है?
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#Content Missing3. पौधे के तीन वर्गों के नाम लिखो, जिनमें स्त्रीधानी होती है। इनमें से किसी एक के जीवन-चक्र का संक्षिप्त वर्णन करो।
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#Content Missing4. निम्नलिखित की सूत्रगुणता बताओ: मॉस के प्रथम तंतुक कोशिका; द्विबीजपत्री के प्राथमिक भ्रूणपोष का केंद्रक, मॉस की पत्तियों की कोशिका; फर्न के प्रोथैलस की कोशिकाएं, मारकेंशिया की जेमा कोशिका; एकबीजपत्री की मैरिस्टेम कोशिका, लिवरवर्ट के अंडाशय तथा फर्न के युग्मनज।
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#Content Missing5. शैवाल तथा जिम्नोस्पर्म के आर्थिक महत्त्व पर टिप्पणी लिखो।
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#Content Missing6. जिम्नोस्पर्म तथा एंजियोस्पर्म दोनों में बीज होते हैं, फिर भी उनका वर्गीकरण अलग-अलग क्यों हैं?
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#Content Missing7. विषम बीजाणुता क्या है? इसकी सार्थकता पर संक्षिप्त टिप्पणी लिखो। इसके दो उदाहरण दो।
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#Content Missing8. उदाहरण सहित निम्नलिखित शब्दावली का संक्षिप्त वर्णन करो:
(i) प्रथम तंतु
(ii) पुंधानी
(iii) स्त्रीधानी
(iv) द्विगुणितक
(v) बीजाणुपर्ण
(v) समयुग्मकी
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#Content Missing9. निम्नलिखित में अंतर करो:
(i) लाल शैवाल तथा भूरे शैवाल
(ii) लिवरवर्ट तथा मॉस
(iii) विषम बीजाणुक तथा सम बीजाणुक टेरिडोफाइट
#Content Missing
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#Content Missing10. स्तंभ I में दिए गए पादपों की स्तंभ II में दिए गए पादप वर्गों से मिलान करो।
स्तंभ I ( पादप ) | स्तंभ II ( वर्ग ) |
---|---|
(अ) क्लैमाइडोमोनॉस | (i) मॉस |
(ब) साइकस | (ii) टैरिडोफाइट |
(स) सिलैंजिनैल्ग | (iii) शैवाल |
(द) स्फ्रैगनम | (iv) जिम्नोस्पर्म |
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#Content Missing11. जिम्नोस्पर्म के महत्वपूर्ण अभिलक्षणों का वर्णन करो।