Вопрос 1. Почему плауны, хвощи и папоротники относят к высшим споровым растениям?
К высшим растениям плауны, хвощи и папоротники относят по причине наличия у них органов - стебля, листьев и корня. А споровыми их называют из-за того, что размножаются они спорами.
Вопрос 2. Где они растут?
Плауны, хвощи и папоротники растут в основном во влажных тенистых местах. Плауны растут преимущественно в сосновых лесах. Хвощи растут на полях, в лесах или около водоемов, обычно на участках с влажной кислой почвой. Папоротники распространены очень широко, обитают как на суше, где они растут не только на почве, но и на стволах и ветвях деревьев, так и в воде (встречаются многолетние плавающие папоротники).
Папоротники умеренных широт - многолетние травянистые растения, в тропических лесах встречаются древовидные формы. Немногочисленные виды (сальвиния) обитают в воде.
Вопрос 3. Каково их строение?
Все папоротникообразные имеют стебель, листья и корни.
У плаунов побег дихотомически ветвится и разделяется на подземную и надземную части. Корневая система представлена придаточными корнями, без корневых волосков. Листья мелкие с одной жилкой. Гаметофиты (заростки) мелкие, зеленые или бесцветные.
Хвощи произрастают во влажных или заболоченных местах. Надземные побеги имеют членистые стебли с мутовчато отходящими от узлов ветвями. Листья мелкие, чешуевидные, собраны в узлах мутовками. В клетках кожицы стеблей и листьев откладываются кристаллы кремнезема, поэтому тело хвощей очень жесткое. Надземные побеги хвоща ежегодно формируются из почек корневища. От корневища отходят придаточные корни. У хвоща два типа побегов. Ранней весной развиваются весенние побеги. Они светло-коричневого цвета, нефотосинтезирующие. На концах весенних побегов формируются спороносные колоски.
Спорофит папоротника четко подразделяется на корень, стебель и лист.. Корни всегда придаточные, стебель обычно хорошо развит иногда видоизменен и представлен клубнем или корневищем). Листья обычно перистые, сложные, они называются - вайи. Вайи растут от корневища. На нижней стороне вайи развиваются маленькие бурые бугорки - спорангии. Молодые листья улиткообразно свернуты. Спорангии расположены на нижней стороне листа. Заросток (гаметофит) часто имеет сердцевидную форму. Он несет архегонии, антеридии и ризоиды.
Вопрос 4. Какие растения - папоротники или мхи - имеют более сложное строение? Докажите это.
Отличием мхов от папоротноков служит то, что тело мхов расчленено на органы (стебель и листья), у мхов нет настоящих корней, их заменяют ризоиды, которыми они укрепляются в почве и всасывают воду. У папоротников есть корни. Кроме того, все папоротники имеют более сложное внутреннее строение листьев.
Вопрос 5. Каково значение плаунов, хвощей и папоротников?
Роль папоротникообразных в природе и в хозяйственной дея¬тельности человека в основном связана с залежами каменного угля, образованными древними папоротникообразными в каменноугольном периоде палеозоя. Современные папоротникообразные используют в медицине (например, щитовник мужской применяют как глистогонное средство), в качестве декоративных растений, в аквариумах и водоемах (например, сальвиния, азолла каролинская). Некоторые виды азоллы используют как зеленое удобрение, обогащающее почву азотом. В металлургии формы для литья обсыпают порошком из спор этих растений, и металлические детали легко отстают от стенок. В некоторых районах нашей страны употребляют в пищу весенние побеги хвоща (в сыром, пареном виде и как начинку в пирогах), а также молодые листья папоротника орляка. Орляк на Дальнем Востоке заготавливают в больших количествах для пищевых целей. Хвощи часто бывают злостными сорняками; среди них встречаются и ядовитые формы.
Хво-щи (Equisetum) - это многолетние травянистые растения, которые растут на влажных полях и лугах, на болотах и в сы-рых лесах. Хотя по внешнему виду они отличаются от папоротни-ков и плаунов , но по многим признакам схожи с ними. Хво-щи, как и папоротники , являются споровыми растениями . В настоящее время хвощи большой роли в образовании растительного покрова не играют. Хотя нередко хвощи обра-зуют заросли в тех местах, где другие растения существовать не могут.
Видовое разнообразие хвощей невелико — около 30 видов. В лесах на увлажненной поч-ве часто встречается хвощ лесной с сильно разветвленными поника-ющими боковыми веточками. На песчаных почвах и в оврагах рас-тет хвощ зимующий, на заболочен-ных местах, по берегам рек и озер произрастают хвощ болотный и хвощ приречный (рис. 88).
Хвощ полевой
Типичным представителем является хвощ полевой (рис. 87). Это многолетний сорняк, растущий на полях и пашнях. В почве находится ветвистое корневище с придаточными корнями и почками , из которых каждый год развивают-ся надземные побеги. При обработке почвы кусочки корне-вища хвоща не погибают, а из каждого вырастает самостоя-тельное растение. Поэтому с этим сорняком очень трудно бороться.
Строение
Хвощи имеют уникальные чле-нистые стебли. На стыках располо-жены листья. Стебель пропитан кремнезе-мом, который придает ему боль-шую прочность.
В благоприятных условиях споры хвоща, как и папоротника, про-растают в небольшие растеньица, непохожие на листостебельные. На них формируются органы полового размножения , в которых со-зревают половые клетки. При наличии капельной воды происходит оплодотворение. Из яйцеклетки образуется молодое растение хвоща с корневищем.
После образования спор весен-ние побеги отмирают, а от корне-вища отрастают зеленые летние побеги, похожие на маленькие со-сенки (см. рис. 87).
Стебли хвоща зимующего содержат значительное количе-ство кремнезема — твердого, хорошо полирующего вещества. Поэтому его стебли особенно жесткие, прочные. Они издав-на применялись для чистки металлической посуды и вместо наждачной бумаги.
Побеги некоторых хвощей (например, хвоща полевого) ис-пользуются в народной медицине как мочегонное и вяжущее средство.
Многие из вас, наверно, видели красивые перистые листья папоротника, но никто никогда не видел его цветков.
Только старинное поверье утверждало, что папоротник цветет в глухую июньскую ночь, накануне религиозного праздника Ивана Купалы. Говорили, что бутон у него маленький, красный, как раскаленный уголек, а распустившийся цветок яркий, словно пламя. В старину люди ходили искать чудесный цветок, считая, что он наделен волшебной силой - может указать клады, скрытые в земле.
Теперь мы знаем, что у папоротников никаких цветков нет. Они, как мхи, никогда не цветут, потому что размножаются не семенами, а спорами.
Папоротники наших лесов - многолетние травянистые растения, растущие во влажных, тенистых местах, чаще под пологом леса и на дне сырых оврагов.
Особенно много разнообразных папоротников в тропических лесах. Там они вместе с мхами не только покрывают землю, но и поселяются на ветвях и стволах деревьев. В тропической Азии, в Австралии и Южной Америке некоторые виды папоротников напоминают пальмовые деревья с высокими стволами. В нашей стране в природе древовидные папоротники не встречаются.
По сравнению с мхами папоротники имеют более сложное строение. У них есть не только стебли и листья, как у мхов, но и корни, которых мхи не имеют.
Своими листьями, стеблями и корнями папоротники напоминают цветковые растения, но цветков у них нет. От стебля, почти незаметного на поверхности почвы, отходят темно-зеленые листья на длинных черешках. Осенью они отмирают, а весной из почек развиваются новые, молодые листья.
Рис. 168.
Папоротник: 1 - общий вид;
2
- лист с нижней стороны; 3 - поперечный разрез листа под микроскопом;
4
- заросток (увеличено).
Здесь же, на нижней поверхности заростка, а не на взрослых растениях, как у мха, внутри защитных органов образуются яйцеклетки и сперматозоиды. Нижняя поверхность заростка плотно прижата к земле. Под заростком задерживаются капельки росы или дождевой воды. По воде сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам. Происходит оплодотворение. Из яйцеклетки после оплодотворения развивается зародыш, который сразу начинает прорастать. У проростка развивается корешок, углубляющийся в почву, и стебелек с листом. Со временем проросток превращается в многолетний мощный папоротник.
Таким образом, у папоротников имеется как бы два поколения. Одно из них - мощные многолетние растения с большими перистыми листьями, на которых созревают споры. Это бесполое поколение.
Другое поколение - половое - представляет собой маленькие заростки, живущие короткий срок. Чередование поколений проявляется не только у папоротников. Два поколения - половое и бесполое - характерны для высокоорганизованных растений.
Родственны папоротникам хвощи и плауны. Они размножаются спорами, имеют стебли, листья и корни.
Хвощи напоминают маленькие зеленые елочки. Это многолетние травянистые растения с длинными ветвящимися корневищами, зимующими в почве. Одни хвощи растут на полях, другие - в лесу или около водоемов.
Рано весной вы не встретите зеленых «елочек» полевого хвоща. Они появляются только летом. Весной от корневища отрастают вверх прямые побеги кремовой окраски, лишенные зеленых листьев. На верхушке побегов расположены спороносные колоски, в которых созревают споры. А летом отрастают зеленые побеги. У других хвощей спороносные побеги не отличаются от зеленых с чешуйчатыми мутовчато расположенными листьями.
Рис. 169.
Развитие папоротника. На желтом фоне показано бесполое поколение, на белом половое.
Растут хвощи чаще всего на участках с влажной кислой почвой. Там, где встречаются хвощи, почва обычно нуждается в известковании. На такой почве культурные растения без предварительного внесения извести будут расти плохо.
Плауны чаще всего встречаются в сосновых борах. У растений длинный ползучий стебель с множеством веточек, покрытых мелкими листочками. Летом у плаунов на прямостоячих побегах развиваются колоски, из которых высыпается мелкий желтый «порошок» - созревшие споры. Из колосков этого растения собирают споры, которые сдают в аптеки. Спорами пересыпают пилюли.
17. Систематика и основные признаки папоротников, плаунов и хвощей. Строение и размножение.
Папоротники (папоротниковидные растения) – это отдел сосудистых растений, которые занимают промежуточную позицию между риниофитами и голосеменными растениями. В эту группу входят современные папоротники и древние высшие растения, появление которых на Земле произошло около 400 млн. лет назад в процессе эволюции от древних риниофитов.
Папоротники чаще растут в тенистых влажных лесах и на дне сырых оврагов. Гораздо реже они встречаются на открытых местах.
Папоротник имеет укороченный надземный стебель. От него отходят длинные и широкие перистые листья. Надземный стебель у папоротника является продолжением подземного побега - корневища. От корневища отходят придаточные корни.
Папоротники питаются так же, как и другие зелёные растения: в листьях на свету они образуют органические вещества. Органические вещества идут не только на питание растения, но часть их откладывается в корневище.
Папоротник является многолетним растением. Поздней осенью надземные части его отмирают, а корневище перезимовывает под снегом. Весной, когда оттает и согреется почва, из верхушечной почки корневища вырастает укороченный стебель с листьями.
По сравнению со мхами строение папоротников более сложное: у них имеются не только стебель и листья, но и корни. На нижней стороне листьев папоротника летом появляются коричневые бугорки. При рассмотрении под микроскопом препарата (поперечного разреза листа) эти бугорки имеют вид маленьких зонтиков. Под прикрытием их находятся кучки мелких мешочков со спорами. При помощи спор папоротник размножается. После созревания, попадая на влажную, не занятую другими растениями почву, споры прорастают.
Размножение папоротников осуществляется спорами и вегетативным способом (корневищами, плосковетками, почками, т.д.). Помимо этого папоротники способны размножаться половым путем.
Жизненный цикл папоротника делится на две фазы: спорофита (бесполого поколения) и гаметофита (полового поколения), причем фаза спорофита продолжительнее.
На нижней поверхности листа имеется спорангий. Когда он раскрывается, споры падают на землю, прорастают в виде заростка с гаметами. После оплодотворения образуется молодое растение. У равноспоровых папоротников гаметофиты обоеполые. У разноспоровых папоротников мужской гаметофит сильно редуцирован, а женский хорошо развит и содержит питательные вещества для развития будущего зародыша спорофита.
Хвощи - растения, родственные папоротникам. Они встречаются в сырых борах, на болотах, на влажных лугах и полях. Хвощи выглядят как маленькие зелёные ёлочки. Стебли их растут вертикально вверх, а в стороны от главного стебля расходятся боковые побеги. Они расположены на стебле мутовчато. При внимательном осмотре стебля и боковых побегов можно увидеть зачаточные листочки, сросшиеся в чешуйчатые бахромки вокруг стебля. На верхушке стеблей у хвощей имеются колоски с мешочками спор. Как и папоротники, хвощи размножаются спорами. Кроме надземных побегов, у хвоща имеется длинное ветвящееся корневище, от которого отходят корни.
Хвощи размножаются, в основном, корневищами, образуя множество дочерних растений-близнецов, особенно в местах с нарушенным растительным покровом, например, после пожаров. Образуются обширные трудноискоренимые заросли этих сорняков на пастбищах, полях. Для роста хвощей благоприятна кислая почва, на которой они особенно быстро растут и служат своеобразными индикаторами кислотности почвы.
Также для хвощей характерно размножениеспорами, которые заключены в спорангиях на спорангиофорах. На стебле имеются спороносные зоны из спорангиофоров либо они упакованы в стробилы на верхушке. Гаметофит, или заросток, выглядит как небольшое недолговечное одно- или обоеполое зеленое растение. Также гаметофит может иметь вид буровато-розового неветвящегося побега, который отмирает после спороношения. На этих заростках расположены антеридии со сперматозоидами и архегонии с яйцеклетками. Для осуществления оплодотворения необходима вода. Образовавшаяся зигота дает начало спорофиту.
Плауны встречаются большей частью в хвойных лесах. Они имеют длинные ползучие стебли, густо покрытые узкими зелёными листочками. У плаунов на верхушках стеблей имеются длинные колоски, состоящие из мелких листочков. На верхней стороне листочков расположены мешочки со спорами.
Папоротники, хвощи и плауны имеют определенные особенности строения. Эти растения по внешнему виду мало сходны между собой. Но все они имеют настоящие стебли, надземные и подземные, строение которых сходно со строением стеблей цветковых растений. У всех имеются листья и настоящие корни, а не ризоиды.
Размножение плаунов осуществляется спорами и вегетативным способом (ветвями, почками, клубеньками).
Расположение линейных либо ланцетовидных листьев плаунов – очередное или мутовчатое. Спорангии находятся в пазухах листьев или на внутренней поверхности листа. Внешне спорофиты похожи на вегетативные листья, они могут отличаться от них, если собраны в стробилы. У плаунов обоеполые, сочные гаметофиты созревают в течение одного-пяти лет. Гаметофиты являются сапрофитами, образуютмикоризу.
- Что называют тканью?
- Какие растительные ткани вы знаете?
- Какое строение имеют и какую функцию выполняют проводящие ткани?
- Какое строение имеют и какую функцию выполняют механические ткани?
Плауны, хвощи и папоротники растут преимущественно во влажных тенистых местах. Это многолетние, чаще всего травянистые растения. В тропических широтах обычны древовидные папоротники. Все они имеют корни, стебель и листья. У этих растений хорошо развиты проводящие и механические ткани, что позволяет им достигать больших размеров. Размножаются они спорами и относятся к высшим споровым растениям.
Современные плауны, хвощи и папоротники - это потомки очень крупных древовидных растений, живших около 300 млн лет назад в каменноугольном периоде палеозойской эры на всех материках, включая Антарктиду. Отмирая, они образовали залежи каменного угля.
Растут преимущественно в сосновых лесах. У этих растений длинный ползучий стебель с множеством веток, покрытых мелкими листьями (рис. 71). Летом у плаунов на прямостоячих побегах развиваются спороносные колоски со спорами.
Рис. 71. Плаун
Стелющиеся ветвистые побеги плауна очень декоративны. Из них делают венки, гирлянды для украшения зданий.
В настоящее время во многих районах плаун стал редким, нуждающимся в охране растением.
Многолетние травянистые растения с длинными ветвящимися корневищами, зимующими в почве (рис. 72).
Рис. 72. Хвощи
Весной появляются бурые побеги, на верхушках которых расположены спороносные колоски. В них созревают споры.
Зелёные летние побеги содержат хлорофилл.
Хвощи растут на полях, в лесах или около водоёмов, обычно на участках с влажной кислой почвой. Если на поле много хвощей, значит, почва нуждается в известковании.
Строение спороносящего хвоща
- С помощью лупы рассмотрите летний и весенний побеги хвоща полевого из гербария.
- Найдите спороносный колосок. Каково значение спор в жизни хвоща?
- Зарисуйте побеги хвоща.
Широко распространены по всему земному шару. Они растут как на суше, так и в воде.
Папоротников насчитывается более 10 тыс. видов. В основном это травянистые растения, но в тропических областях имеются и древовидные формы.
Размеры папоротников разнообразны: от нескольких миллиметров до 20 м высотой. Сильно рассечённые листья папоротников называются вайями. У некоторых папоротников вайи цельные. У большинства папоротников, растущих в умеренном климате, под землёй параллельно поверхности почвы расположены корневища (подземные побеги). Вайи растут прямо от корневищ.
Если летом посмотреть на нижнюю сторону вайи папоротника, то можно увидеть маленькие бурые бугорки. Это группы спорангиев (от греческих слов «спора» и «ангейон» - сосуд), в которых созревают споры. Строение спорангиев можно рассмотреть только под микроскопом (рис. 73).
Рис. 73. Папоротник
Строение спороносящего папоротника
- Изучите внешнее строение папоротника. Рассмотрите форму и окраску корневища; форму, размеры и окраску вай.
- Рассмотрите бурые бугорки на нижней стороне вай в лупу. Как их называют? Что в них развивается? Каково значение спор в жизни папоротника?
- Сравните папоротники с мхами. Найдите признаки сходства и различия.
- Обоснуйте принадлежность папоротника к высшим споровым растениям.
Значение плаунов, хвощей, папоротников . Из древних древовидных форм этих растений миллионы лет назад образовались залежи каменного угля, который служит не только топливом, но и ценным химическим сырьём. Из него получают смазочные масла, смолы, кокс, пластмассы, парфюмерные изделия и многие другие продукты.
Споры плауна раньше широко использовали в аптечном деле при изготовлении детской присыпки. В металлургии формы для литья обсыпают порошком из спор, и металлические детали легко отстают от стенок.
Хвощ полевой является трудноистребимым сорняком полей с повышенной кислотностью почв.
Побеги хвоща жёсткие, они содержат много кремнезёма и раньше использовались при полировке металлических изделий. В некоторых районах нашей страны употребляют в пищу весенние побеги хвоща (в сыром, пареном виде и как начинку в пирогах), а также молодые листья папоротника орляка.
Новые понятия
Вайи. Корневище. Спорангии. Плаун. Хвощ. Папоротник
Вопросы
- Почему плауны, хвощи и папоротники относят к высшим споровым растениям?
- Где они растут?
- Каково их строение?
- Какие растения - папоротники или мхи - имеют более сложное строение? Докажите это.
- Каково значение плаунов, хвощей и папоротников?
Подумайте
Почему многие виды папоротников, также являясь споровыми растениями, в отличие от мхов могут достигать значительных размеров?
Задания для любознательных
Найдите и рассмотрите кусочки каменного угля с отпечатками древних растений.
Знаете ли вы, что...
Около 300 млн лет назад на нашей планете климат был постоянно влажным и тёплым. В этих условиях хорошо развивались древние плауны, хвощи и папоротники (рис. 74).
Рис. 74. Ландшафт каменноугольного периода
В то время росли по берегам водоёмов древовидные гигантские растения, образовывая леса. Под их пологом существовали и небольшие растения, напоминавшие современные мхи, папоротники, хвощи и плауны.
На ветвях растений, размножавшихся спорами, ещё не было птиц. В мрачном безмолвном лесу летали огромные стрекозы. По земле ползали насекомые, пауки и скорпионы.
Многоводные реки во время разливов сносили упавшие деревья на мелководья, покрывали их там илом и песком. Под давлением наносов и воды деревья спрессовывались и за многие миллионы лет без доступа кислорода превращались в каменный уголь. Наряду с растениями, размножавшимися спорами, в каменноугольном периоде существовали своеобразные папоротники. На их листьях встречались образования, которые можно считать примитивными семязачатками. Это удалось установить в результате изучения отпечатков и окаменелостей древних растений, найденных в пластах осадочных пород. Эти папоротники назвали семенными. Учёные считают, что именно от них произошли голосеменные растения.
Высшие споровые растения - живые ископаемые, дошедшие до наших дней, поэтому их надо охранять. В Красную книгу нашей страны внесено 60 видов мхов, 23 вида папоротников и 4 вида плаунов (сведения на 2000 г.).
Задания
На основании изучения материала параграфа и дополнительного текста составьте сообщение «Многообразие высших споровых растений и их значение в природе и жизни человека».