Жизнь растений. том 4. мхи. планктоны. хвощи. папоротники. голосеменные растения

Виды садовых папоротников

Одним из главных преимуществ большинства садовых видов папоротников — это способность расти в тенистых и влажных местах не теряя декоративности. Их красивые листья (правильнее называть их вайи) сочетаются со многими цветочно-декоративными растениями, создавая для них эффектный фон. Прекрасно смотрятся папоротники в моногруппах, или как одиночные растения — солитеры на газоне.

Большинство папоротников размножаются делением корневищ растений, а некоторые ценные виды — спорами. В природных условиях нашей страны наиболее распространены следующие виды папоротников.

Кочедыжник женский, или Папоротник женский (Athyrium filix-femina).

Самый характерный, известный и узнаваемый из всех видов папоротников. Широко распространен в природе по всей умеренной зоне Северного полушария. Имеет красивые светло-зеленые ажурные листья, которые резко контрастируют с грубыми листьями щитовника мужского. Спороносные органы на нижней стороне листьев прикрыты бахромчатым покрывальцем. На одном месте данный вид может расти до 10 лет; возможен самосев. Достигает высоты до 1-1,2 м. Предпочитает тень и влажные места.

Наиболее известны такие: «Fildiae» — листья стоячие, удлиненные, узкие; «Minutissima» — очень густой и сильно кустящийся папоротник с листьями до 30 см; «Victoria» — длина листьев до 50 см, ширина 10-12 см, дольки листьев расположены крестообразно и образуют правильную решетку. Это один из самых красивых садовых форм кочедыжника женского.

Щитовник мужской, или Папоротник мужской (Dryopteris filix-mas).

Многолетнее споровое растение семейства многоножковых, с толстым корневищем, плотно усаженными остатками черешков листьев прошлых лет. Листья темно-зеленые, кожистые, блестящие. Высота куста до 1,1 м. С нижней стороны пластинки листа щитовника располагаются спороносные органы, защищённые почковидными покрывальцами, словно щитом, за что и получил своё название. Этот вид широко распространен в Европе, Северной Америке, Сибири. Является одним из самых распространённых видов этого рода как в природе, так и в искусственном озеленении.

Имеет следующие садовые формы: Crispa — отличается густо-курчавыми листьями; Furcata — листья неоднократно вильчато делятся, особенно на концах.

Орляк обыкновенный (Pteridium aquilinum)

Многолетний стройный папоротник, достигающий высоты 60 см. В природе вырастает до 1,5 м. Растёт в европейской части России, в Сибири, на Дальнем Востоке, на Урале. У орляка длинное, горизонтальное, сильно разветвлённое корневище. Листья светло-зеленые, плотные, дельтовидные, расположены горизонтально, почти перпендикулярно к черешку. Край сегментов листьев орляка завёрнут, прикрывая спороносные органы на нижней стороне листа. Предпочитает полутенистые места. Может расти на довольно бедных сухих почвах.

Страусник обыкновенный или Страусовое перо (Matteucia struthiopteris)

Папоротник страусник — один из самых эффектных многолетних видов. Он красив, легко размножается отрезками ползучих корневищ, образуя пышные заросли, легок в культуре. Этот вид наиболее часто применяется сегодня в ландшафтном озеленении.

У страусника имеются два типа листьев: стерильные и спороносные. В первом случае растения достигают высоты до 1,5 м, их почти вертикально стоящие листья образуют красивую густую правильную воронку. Листья светло-зеленые, ланцетные двояко-перистые. Страусник хорошо растет как в тени, так же на солнце, почти на любых почвах, но требователен к влажности почвы.

Спороносные (внутри воронки 2-3 более мелких необычных листа (вайи). Данный вид получил своё название за сходство вайи с пером страуса, что означает «страусовый папоротник». Большие стерильные листья страусника осенью отмирают, а спороносные зимуют. Когда весной края спороносных листьев разворачиваются, то освободившиеся споры падают на влажную землю и прорастают. Спороносные листья страусника часто используются аранжировщиками как сухоцвет, при составлении зимних букетов, флористических композиций.

Определение гаметофита

Гаметофиты являются стадией, которая производит половые клетки в растениях и водоросли что проходит смена поколений, Среди наземных растений эти половые клетки можно обозначать как «сперма» и «яйцеклетка», при этом «мужские» и «женские» половые клетки объединяются, чтобы произвести потомство.

В отличие от животных и других организмов, которые используют половое размножение гаметофиты не продуцируют свои половые клетки через мейоз.

Вместо этого все клетки в гаметофите организм находятся гаплоидный – то есть, имея только одну копию каждого хромосома – и эти гаплоидные организмы производят гаметы через митоз.

Это в отличие от животных и других организмов, которые диплоид – иметь две копии каждой хромосомы – и кто должен сократить количество своих хромосом пополам, прежде чем они смогут создать половые клетки с нужным количеством хромосом для получения здорового диплоидного потомства.

Потомки гаметофитов действительно являются диплоидными растениями, и эти диплоидные растения будут использовать мейоз для размножения. Но, как ни странно, диплоидные потомки гаметофитов называются спорофитами.

Вместо того чтобы использовать мейоз для производства половых клеток, они используют мейоз для получения спор, которые затем подвергаются митозу, чтобы вырасти в совершенно новые гаплоидные организмы, например, гаметофиты!

Это чередование поколений является стратегией выживания, в которой растение или водоросли чередуются между различными репродуктивными методами.

Гаметофит – обычно считающийся первой стадией цикла – размножается половым путем, объединяя репродуктивные клетки двух разных организмов для получения генетически разнообразного потомства.

Это позволяет растению Население смешивать и сопоставлять признаки во время размножения гаметофита, что делает население более устойчивым к болезням и более адаптируемым к изменяющимся условиям окружающей среды.

спорофит С другой стороны, потомство гаметофитов может быстро распространяться и не нуждается в партнерах для размножения.

Это позволяет одному спорофиту основать целую новую популяцию, которая затем может смешивать гены с соседними популяциями в поколении гаметофитов. Споры могут также выживать в течение многих лет в неблагоприятных условиях, в то время как сперматозоиды и яйцеклетки не могут.

Такое чередование поколений позволяет родительскому растению воспользоваться преимуществами полового размножения, такими как генетическая рекомбинация который способствует генетическому разнообразию – и преимущества бесполое размножение такие как скорость и быстрый рост.

Обычные растения, которые используют смену поколений, включают мхи, папоротники и сосны. При странном эволюционном перевороте семенные растения, использующие смену поколений, такие как хвойные и другие сосны, развивают стадию своего полного жизненного цикла гаметофита внутри замкнутого конуса.

Напротив, в некоторых других вид Чередование поколений вполне заметно. Например, среди папоротников спорофит – это знакомое крупное лиственное растение, которое часто можно увидеть на лесных полах.

Гаметофит, с другой стороны, является крошечным сердце -образное растение, которое можно легко принять за совершенно иной вид от поколения спорофитов.

Гетероморфия гаметофитов

У растений, которые обладают гетероморфными гаметофитами, есть два типа гаметофитов. Поскольку они имеют разные формы и функции, их называют гетероморфами..

Gametófito, отвечающий за производство яйцеклеток, называется megagametófito, из-за его большого размера, а gametófito, отвечающий за производство сперматозоидов, называется microgametófito. Если гаметофиты производят яйцеклетки и сперму на отдельных растениях, их называют диоидными.

Растения heterósporas, такие как некоторые ликофиты, водные папоротники, а также все гимноспермы и покрытосеменные, имеют два разных эспорангио. Каждый из них производит одну спору и один тип гаметофита.

Но не все гетероморфные гаметофиты происходят из гетероспорических растений. Это означает, что некоторые растения имеют разные гаметофиты, продуцирующие яйцеклетку и сперму.

Но эти гаметофиты происходят из одного и того же типа спор в пределах одного и того же спорангия, например: растение Sphaerocarpos.

Строение папоротников

Вайя – сильно рассеченные листья папоротников (см. Рис. 2). Дали начало листьям голосеменных.

Рис. 2. Вайя

Вайя (от др. греч. βαΐον – пальмовая ветвь) – листоподобный орган папоротников и некоторых примитивных голосеменных, так называемых семенных папоротников. Появилась в результате уплощения ветвей древних предков. Уплощение увеличивало площадь поверхности и повышало эффективность фотосинтеза у древних папоротников, а значит, и их конкурентоспособность. В эмбриональном состоянии вайя, как правило, спирально (улиткообразно) свернута.

Другое название вайя – плосковетка. Вайя имеет собственную проводящую систему. Может быть цельной (см. Рис. 3).

Рис. 3. Цельная вайя

Папоротники имеют корневища – подземные побеги, расположенные параллельно земле (см. Рис. 4). Обеспечивают вегетативное размножение папоротника.

Рис. 4. Корневище

 На обратной стороне листьев папоротника расположены органы спороношения (см. Рис. 5). Строение спорангия можно рассмотреть только под микроскопом.

Рис. 5. Органы спороношения папоротника

Совокупность органов спороношения папоротников – спорангиев называется сорусами. Сверху сорусы покрыты образованием – индузием. Чаще всего, в 1 спорангии формируется 64 споры.

Общая характеристика

Папоротники – отдел высших споровых растений. Многолетние растения, растут во влажных местах. Чаще всего травянистые, в тропиках встречаются древовидные формы (см. Рис. 1).

Рис. 1. Древовидные папоротники, встречаются в тропиках

Папоротники имеют корни и побеги, представлены разнообразными жизненными формами. Возникли в девонском периоде палеозойской эры.

Палеозойская эра, палеозой, PZ (от греч. πᾰλαιός – древний, греч. ζωή – жизнь) – геологическая эра в истории планеты Земля, известная как эра древней жизни.

Каменноугольный период, сокращенно карбон (С), – предпоследний (пятый) геологический период палеозойской эры. Начался 358,9 ± 0,4 млн лет назад, кончился 298,9 ± 0,15 млн лет назад. Продолжался, таким образом, около 60 млн лет. Название получил из-за сильного углеобразования в это время.

В каменноугольный период вместе с хвощами и плаунами папоротники составляли основу растительности. Приняли участие в образовании каменного угля. Составляли основу растительности также в мезозойской эре.

Разнообразие гаметофитов водорослей

У многих водорослей наблюдается правильное чередование поколений гаметофита и спорофита, хотя у некоторых водорослей на одно гаплоидное поколение приходится два диплоидных (например, у красной водоросли Polysiphonia раздельнополые нитчатые гаметофиты сменяются поколением карпоспорофита, который образует диплоидные карпоспоры, и затем поколением тетраспорофита, который образует гаплоидные тетраспоры). У красной водоросли Palmaria крупные пластинчатые мужские гаметофиты по морфологии сходны со спорофитами, а женские гаметофиты микроскопические (диаметром 0,1 мм). У бангиевых красных водорослей макроталломная форма — гаметофит. Спорофит представлен микроскопическими нитчатыми талломами, которые сверлят раковины моллюсков. У бурых ламинариевых водорослей огромные пластинчатые спорофиты и микроскопические нитчатые раздельнополые гаметофиты. У зелёной водоросли ульва из порядка ульвовых гаметофиты имеют крупный пластинчатый таллом, морфологически неотличимый от таллома спорофитов (за исключением репродуктивных органов); поскольку ульвовые обладают изогамией, их гаметофиты называют не мужскими и женскими, а +=гаметофит и —гаметофит.

Антеридии и архегонии

Как известно, все органы растений объединяются в две группы: вегетативные и генеративные. Первые выполняют функции почвенного питания, фотосинтеза и роста растения. Они также осуществляют процесс вегетативного размножения. Это корень, стебель, лист и почка.

Генеративный орган обеспечивает половое размножение. У покрытосеменных растений это цветок. В завязи его пестика созревает женская гамета — яйцеклетка, а в пыльниках тычинок — неподвижные спермии.

Покрытосеменные, споровые растения также формируют органы полового размножения — гаметангии. Женские называются архегониями. Их составными частями являются: брюшко, в котором созревает яйцеклетка, и шейка. Мужские гаметангии — это антеридии. В них формируются спермии.

Биология. Щитовник мужской (папоротник) чем представлено тело

Прочитайте и комментарии.
Щитовник мужской — один из самых красивых и широко известных лесных папоротников, образует толстое ползучее корневище, на конце которого ежегодно появляется розетка крупных, дваждыперисторассечённых «листьев». Молодые листья на конце улиткообразно свернуты, они растут верхушкой (как стебель). От корневищ отходят придаточные корни.
На нижней поверхности вай летом образуются округлые сорусы. Внутри спорангия образуются одинаковые споры. Щитовник мужской — типично равноспоровый папоротник. Попав на землю, спора прорастает, и образуется заросток. Он представляет собой сердцевидную зеленую пластинку размером около 1 см. На нижней поверхности заростка образуются архегонии и антеридии. В антеридиях развиваются спирально закрученные многожгутиковые сперматозоиды. Оплодотворение происходит при наличии воды. Из оплодотворенной яйцеклетки постепенно вырастает многолетний крупный спорофит.
Водные папоротники — разноспоровые растения. Это немногочисленная группа. Примером может служить сальвиния плавающая (Salvinia natans), относящаяся к порядку сальвиниевых (Salviniales). Это маленькое плавающее на воде растение.
Мужские и женские гаметофиты развиваются из микро- и мегаспор, которые образуются в микро- и мегаспорангиях. Мужской гаметофит, развивающийся из микроспоры, сильно редуцирован.
Женский гаметофит развивается внутри мегаспоры, он многоклеточный. После оплодотворения развивается многолетний спорофит. Процесс прорастания спор, оплодотворение и развитие спорофита происходят в воде.
Анатомическое строение стеблей хвойных довольно однообразно. Древесина на 90-95% состоит из трахеид. В коре и древесине многих видов хвойных содержится много горизонтальных и вертикальных смоляных ходов.
Стробилы хвойных исключительно раздельнополые. Растения бывают однодомные, реже двудомные. По форме и величине стробилы сильно варьируются.
Основные черты жизненного цикла хвойных можно рассмотреть на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). Это стройное дерево, достигающее высоты 40 м. На концах ветвей сосны находятся почки, которые ежегодно дают начало новым побегам.
Весной у основания некоторых молодых побегов образуются собрания зеленовато-желтых мужских шишек — стробилов. На оси мужской шишки расположены микроспорофиллы, на нижней поверхности каждого находятся два микроспорангия (пыльцевых мешка). Внутри микроспорангиев после редукционного деления образуются микроспоры. Микроспора начинает прорастать внутри микроспорангия и в конечном счете превращается в пыльцевое зерно, имеющее две клетки: вегетативную и генеративную (из последней развиваются две мужские гаметы — спермии). Пыльцевое зерно (пыльца) покидает микроспорангий (пыльник). Зрелая пыльца сосны имеет две оболочки: наружную — экзину, внутреннюю — интину. Экзина образует два воздушных мешка, способствующих переносу пыльцы ветром.
Мегастробилы называются женскими шишками. Они собраны по 1-3 на концах молодых побегов. Каждая шишка представляет собой ось, от которой во все стороны отходят чешуи двух типов: бесплодные (кроющие) и семенные. На каждой семенной чешуе с внутренней стороны образуется по два семязачатка. В центре семязачатка развивается эндосперм или заросток (женский гаметофит). Он образуется из мегаспоры, и его клетки имеют гаплоидный набор хромосом. В верхней части эндосперма закладываются два архегония с крупными яйцеклетками.
После процесса опыления начинается процесс оплодотворения. Период между опылением и оплодотворением длится около года. Из пыльцевого зерна вырастает длинная пыльцевая трубка, продвигающаяся к архегонию. Два спермия по пыльцевой трубке перемещаются к яйцеклетке. Кончик пыльцевой трубки, достигший яйцеклетки, разрывается и освобождает спермин. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а другой погибает.

Гаметофитос в папоротниках

В папоротниках гаметофиты мелкие, выполняют фотосинтез и ведут свободный образ жизни, так как им не нужен спорофит для питания.

В видовом Leptosporangiate dryopteris, папоротник gametófito является autótrofo (производит свою собственную еду), осуществляет фотосинтез и владеет структурой, называемой проталлус, которая производит гаметы. Проталлус удерживает спорофит в стадии раннего многоклеточного развития..

В некоторых группах, особенно в генеалогической ветви (Psilotaceae и Ophioglossaceae) гаметофиты находятся под землей и выживают, устанавливая микотрофные отношения с грибами.

Хвощевидные

Хвощи — это высшие споровые многолетние травянистые лесные растения размером 40-60 см (некоторые виды — до 10-12 м). Были широко распространены в палеозое. В настоящее время представлены одним родом — хвощом, который насчитывает около 20 видов. Распространены везде, кроме Австралии и Новой Зеландии. Растут на полях, лугах, болотах, по берегам водоемов, реже на сухих песчаных почвах в сосновых лесах. Жизненный цикл осуществляется с чередованием поколений и подобен жизненному циклу папоротников. Основная жизненная форма — диплоидный спорофит.

Особенности строения. Хвощи имеют членистое, ветвистое корневище с придаточными корнями. Надземные побеги — обычно двух видов: вегетативные (зеленые, летние) и спороносные (бурые, неветвящиеся, весенние, несущие на верхушке спороносный колосок). Для хвощей характерно членение стебля на четко выраженные ребристые междоузлия и вздутые узлы, к которым прикрепляются мутовки боковых побегов. Чешуевидные листья также располагаются мутовчато, срастаясь между собой в трубку почти до самой верхушки. Листья не способны к фотосинтезу, эту функцию выполняет зеленый стебель и побеги, имеющие хорошо развитую ассимиляционную ткань, сосудисто-волокнистые проводящие пучки и содержащие участки механической ткани.

Размножение. Хвощи размножаются при помощи спор, образующихся в специальных колосках, развивающихся либо на спороносных, либо на обычных побегах. Из спор после их падения на землю вырастают заростки (половое поколение), на которых затем формируются архегонии и антеридии, где созревают гаметы. Оплодотворение происходит в капельно-жидкой среде. После него образуется зигота, затем формируется спора, из которой прорастает взрослое растение — спорофит.

Значение. Хвощ полевой используется как лекарственное растение в качестве мочегонного и кровеостанавливающего средства. Некоторые виды хвоща используются для чистки посуды и мебели. Хвощ болотный ядовит для животных, хвощ полевой является трудноискоренимым сорняком.

Почему в жизненном цикле растений преобладает спорофит?

Преимущества спорофита:

• в водной среде происходит передвижение гамет, а на поверхности земли растения не способны перемещать свои споры;

• из-за изменчивых условий на поверхности земли диплоидным организмам легче сохранить рецессивные признаки, которые могут стать необходимыми для выживания в изменившейся среде обитания.

В жизни покрытосеменных, голосеменных, большей части споровых, кроме мхов, преобладает гаплоидность

Обусловлено это тем, что в природе важно наличие семени для дальнейшей жизни. . Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор

Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле. 

Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор. Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле. 

Именно диплоидный вид организма способен вынести меняющиеся условия наземной жизни.

Споры папоротника

Поэтому диплоидное поколение преобладает у наземных растений, у подводной растительности – водорослей преобладает гаплоидная часть. Даже одноклеточные водоросли — хламидомонады, имеют преобладающую гаплоидность на протяжении своей жизни.

Разнообразие папоротникообразных. Папоротники

Папоротники очень часто растут в наших лесах – самым обычным можно считать щитовник мужской, небольшой относительно невысокий папоротник (Рис. 1).

Рис. 1. Щитовник мужской и сорусы на обратной стороне вайи (Источник)

Его узкие вайи хорошо отличаются от всех других папоротников. На обратной стороне этих ваий, как и у всех папоротников можно увидеть сорусы – пучки спорангии, пучки мешочков, где созревают споры.

Орляк, папоротник с крупными треугольными вайями, под землей у орляка длинное корневище (Рис. 2).

Рис. 2. Орляк обыкновенный (Источник)

Самый красивый папоротник в наших лесах – страусник обыкновенный (Рис. 3).

Рис. 3. Страусник обыкновенный (Источник)

Особенности этого папоротника не только в его красоте (его как декоративное растение выращивают в садах и парках) но и в том, что вайи у него двух видов: одни вайи служат для фотосинтеза, как листья служат растениям, другие – бурые – не фотосинтезируют, зато на них образуются споры (Рис. 4).

Рис. 4. Вайи страусника обыкновенного (Источник)

Папоротники растут в сырых, затененных местах, именно там им хорошо размножаться, точнее, размножаться их гаметофитам. Гаметофиты у папоротников гермафродитные, и для того, чтобы сперматозоид переплыл к яйцеклетке, им нужна влажная среда. Вот такая влажная среда и может быть в темных лесах.

Водные папоротники

Сюда относятся сальвиния, марсилия, азолла и др. (см. Рис. 10).

Рис. 10. Водные папоротники

Являются разноспоровыми, споры прорастают внутри оболочек. Водные папоротники могут не иметь корней.

Азолла вступает в симбиоз с сине-зеленой водорослью, способной к азотфиксации. На этом основано применение азоллы, как удобрения для рисовых полей в Азии.

По окаменелостям удалось установить, что древние папоротники размножались семенами. То есть являлись примитивными семенными растениями.

Семенные папоротники, или птеридоспермы (Pteridospermatophyta) – группа вымерших голосеменных растений. Встречаются в отложениях нижнего карбона – юры. Семенные папоротники, в отличие от папоротников обыкновенных, размножаются не спорами, а семенами. Представляют собой промежуточный этап эволюции между папоротниками и цикадовыми растениями, похожими на современные пальмы.

Споровые растения

Какие организмы в природе размножаются при помощи спор? Прежде всего, это мхи, плауны, хвощи и папоротники. Их объединяют в группу высших споровых растений. У мхов в жизненном цикле преобладает гаметофит. А у остальных представителей — бесполое поколение. Их спорофит состоит из корней и побегов. А вот в строении этих вегетативных органов существуют значительные отличия.

Папоротники имеют подземное видоизменение побега — корневище. На поверхности видны только пышные и раскидистые листья растения. На их нижней стороне невооруженным глазом можно рассмотреть небольшие бугорки. Это группы спорангиев, в которых созревают клетки бесполого размножения.

Что такое спорофит у плаунов? Это многолетнее травянистое растение с ползучими стеблями, на которых спирально расположены мелкие листья. Под землю от него отрастают придаточные корни. Некоторые листья, находящиеся на верхушке побегов, видоизменяются в чешуйки. На их верхней стороне формируются спорангии.

Спорофит хвоща также представляет травянистый побег, состоящий из корневища и листьев. Он бывает двух видов: весенний и летний. Первый является спороносным. Он лишен хлорофилла и имеет бледно-розовый цвет. Летний побег зеленого цвета с клиновидными листьями. Функцию фотосинтеза у него выполняет стебель.

Гаметофиты плаунов, хвощей и папоротников развиваются отдельно от растений бесполого поколения. Они имеют вид плоских зеленых пластинок. В этом заключается их основное отличие от мхов, спорофит которых анатомически связан с особями полового поколения.