Строение и цикл развития папоротника

Строение и цикл развития папоротника

Папоротники поистине являются одними из самых загадочных представителей растительного мира. С ними связаны красивые истории и легенды. В нашей статье мы рассмотрим цикл развития папоротника, схему жизненного периода и особенности этих растений.

Характерные черты отдела

Представители папоротниковидных представлены двумя жизненными формами. В лесах умеренного климатического пояса растут многолетние травы. Их надземная часть состоит только из листьев. А сам побег видоизменен в корневище и расположен под землей. От него отходят пучки мочковатой корневой системы. В зоне влажных тропических лесов встречаются древовидные папоротники. Их стебель может быть вьющимся или прямостоячим. В любом случае у этих видов он достигает нескольких десятков метров.

Папоротники относятся к группе высших споровых растений, представители которой являются первыми выходцами на сушу. В процессе эволюции у них сформировались настоящие ткани и органы. Именно это позволило освоить этим растениям новую среду обитания. Название данной систематической группы также связано с тем, что папоротники формируют споры, которые являются клетками бесполого размножения.

Цикл развития папоротника: схема описания

Для всех папоротников характерно наличие жизненного цикла. Так называется период между двумя одинаковыми этапами развития поколений. Типичным для этих растений является цикл развития папоротника орляка. Его можно представить в виде этапов, представленных в таблице.

Период жизненного цикла Функция
Растение бесполого поколения Фотосинтез, формирование спор, вегетативное размножение, минеральное питание, транспирация, закрепление растения в почве
Споры Бесполое размножение, формирование гаметофита
Заросток Фотосинтез, закрепление растения в почве, формирование половых клеток — яйцеклеток и сперматозоидов
Гаметы Половое размножение растения
Зародыш Формирование бесполого поколения — спорофита

Далее цикл развития папоротника повторяется. Этот процесс обеспечивает непрерывность существования всех отделов высших споровых растений. А теперь рассмотрим каждый этап более подробно.

Растение бесполого поколения

Знакомство с циклом развития папоротника, схема которого представлена ниже, мы начнем со спорофита. Именно так называется взрослое листостебельное растение, которое образует значительные заросли в лесах умеренного пояса. На поверхности мы можем видеть только листья папоротника. Они бывают двух видов. Молодые листья спирально закручены, их называют вайи. Они нарастают своей верхушкой и достигают значительных размеров. Так появляются пышные и раскидистые листья взрослых растений.

Спорофит является преобладающим поколением этих растений. Это является значительным отличием в циклах развития мхов и папоротников. У первых основным поколением является гаметофит. Он имеет вид зеленого листостебельного ковра и размножается с помощью половых клеток.

Где расположены спорангии

Следующим этапом цикла развития папоротника является созревание органов бесполого размножения. Они называются спорангиями. Эти структуры имеют вид небольших коричневых бугорков, расположенных на нижней стороне листьев. Сверху они дополнительно защищены пленчатыми "покрывальцами". Спорангии папоротников собраны в группы, которые называются сорусами.

В конце лета эти структуры темнеют. Это значит, что спорангии созрели. Далее они раскрываются, и в землю высыпаются тысячи мелких клеток. Это и есть споры. При наличии достаточного количества влаги они сразу начинают прорастать.

Что такое заросток

Результатом развития спор является заросток. Это и есть особь полового поколения, которая является следующим звеном в цикле развития папоротника. Долгое время ученые даже не знали о его существовании. Все дело в том, что заросток имеет очень мелкие размеры — всего до сантиметра в диаметре. Внешне он представляет собой пластину зеленого цвета сердцевидной формы. Заросток развивается на почве, к которой прикрепляется с помощью ризоидов.

По мере развития гаметофита на его нижней стороне формируются органы полового размножения. В них созревают половые клетки двух видов: яйцеклетки и сперматозоиды.

Условия оплодотворения в цикле развития папоротника орляка

Гаплоидный набор хромосом, который имеют половые клетки гаметофита, изменяется на двойной в процессе их слияния. Оплодотворение у папоротников имеет свои особенности. Во-первых, мужские и женские половые клетки на одном заростке созревают в разное время. Поэтому слияние гамет возможно только между разными растениями. Такой тип оплодотворения называется перекрестным.

Читайте также:  Инкубатор для икры цихлид своими руками

Второй особенностью этого процесса у папоротников является обязательное наличие воды. Дело в том, что половые клетки споровых растений не могут самостоятельно двигаться. Поэтому сперматозоид может добраться до яйцеклетки только с помощью воды. Таким образом, папоротники хоть и относятся к группе первых наземных растений, но не утратили связь с прежней средой обитания.

Далее из оплодотворенной яйцеклетки развивается растение бесполого поколения, на нем созревают споры, и процесс повторяется.

Продолжительность жизни

Сколько может повторяться цикл развития папоротника? Это зависит от конкретного вида растения и места его произрастания. Так, у травянистых форм умеренных широт листья отмирают каждый сезон, а в тропиках растут несколько лет. Но благодаря наличию подземного видоизменения побега, который называется корневищем, само растение остается жизнеспособным независимо от времени года и климатических условий. Во многом именно эта особенность строения сохранила эти древние растения до современного этапа развития органического мира.

Корни папоротников выполняют свои функции в среднем около четырех лет, после чего заменяются новыми. А вот побег может сохранять свою жизнеспособность до 100 лет.

Итак, мы рассмотрели особенности развития одного из отделов высших споровых растений — Папоротниковидные. Для этих растений характерны следующие признаки:

  • Появление настоящих тканей (механических, проводящих, покровных) и вегетативных органов (листьев, придаточных корней, видоизмененного подземного побега).
  • Бесполое размножение осуществляется с помощью специализированных клеток — спор.
  • В цикле развития папоротника преобладает спорофит. Это бесполое поколение, имеющее листостебельное строение.
  • Гаметофит папоротника называется заростком. Он представляет собой зеленую пластинку сердцевидной формы с диаметром до 1 см. Заросток развивается отдельно от спорофита и анатомически с ним не связан.
  • В жизненном цикле наблюдается последовательное чередование поколений — полового и бесполого.

Папоротники относятся к наиболее древним споровым растениям. Обитают в самых разнообразных экологических условиях: в заболоченных местах и водоемах, лесах тропического и умеренного климата. Наиболее известные представители — щитовник мужской, орляк, страусник. В жизненном цикле папоротников, хвощей, плаунов доминирует спорофит.

Расцвет папоротников произошел около 358 млн лет назад и длился примерно 65 млн лет, в честь папоротников назван период палеозойской эры — карбон, или каменноугольный период, который длился указанный промежуток времени. Именно папоротникам принадлежит активная роль в углеобразовании: в карбоне леса заселяли древовидные папоротники, достигавшие 40 и более метров в высоту.

Древесные формы папоротников сохранились до наших дней, однако большинство представителей — травянистые растения, у которых отсутствует камбий, а значит, нет и вторичной древесины.

Папоротники относятся к группе сосудистых растений, так как имеют жилки — сосудисто-волокнистые пучки, в отличие от мхов, которые не имеют жилок и не являются сосудистыми растениями. Механическая прочность обеспечивается отложением склеренхимы вокруг проводящих пучков (жилок).

В отличие от мхов, папоротники имеют проводящую ткань в стеблях и корнях, состоящую из ксилемы и флоэмы. Заметьте, я написал "корень" — у мхов не было и корней, вместо них были ризоиды, выполняющие аналогичную корням функцию. Корни папоротников, хвощей и плаунов всегда придаточные и растут от видоизмененного побега — корневища.

Строение

Рассмотрим строение папоротников на примере типичного представителя — щитовника мужского. Это широко распространенный папоротник, типичный для климата умеренных широт. Представляет собой многолетнее травянистое корневищное растение.

Образован пучком сильно расчлененных листьев, отходящих от корневища. Нарастают листья верхушкой, образуя завитки — "улитки".

Отметьте, что лист папоротника называется вайя (от греч. baion — пальмовая ветвь). В отличие от настоящих листьев, вайя имеет недетерминированный верхушечный рост. Листья имеют черешок, прикрепляющийся к стеблю, который может продолжаться в рахис — главную ось сложного листа, соответствующую центральной жилке.

Жизненный цикл папоротниковидных

Листостебельное растение папоротника, изображенное выше — спорофит (2n). Спорофит доминирует в жизненном цикле папоротниковидных, в отличие от цикла мха, где спорофит, по сути, является придатком гаметофита (редуцирован). На нижней стороне вайи располагаются спорангии, собирающиеся в сорусы — группы близкорасположенных спорангиев. На спорофите (2n) в спорангии после мейоза образуются споры (n).

В 2012 году группа ученых под руководством Ксавьера Нобли из Университета Ниццы выяснили, что спорангий имеет специальный механизм "катапульты", споры из него вылетают со скоростью около 10 м/с.

Читайте также:  Двухвостка насекомое в квартире

Гаплоидные споры (n) прорастают в заросток (n), небольшую пластинку (несколько мм) сердцевидной формы. Заросток зеленого цвета, способен фотосинтезировать и прикрепляется к почве ризоидами. На нем образуются мужские и женские половые органы — соответственно антеридии и архегонии. Сперматозоид (n), образовавшийся в антеридии, благодаря воде (во время дождя) попадает в архегоний, где сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n).

Из зиготы развивается зародыш, который проникает в ткани архегонии с помощью особого приспособления — гаустории (от лат. haustor — черпающий, пьющий). Гаустория представляет собой ножку, внедряющуюся в ткани заростка и поглощающую из него питательные вещества. Начинается бурный рост зародыша, образуется побег, а затем взрослое растение — спорофит (2n). Цикл замыкается.

Значение папоротников

Папоротники являются главным компонентом многих лесных сообществ, звеном в цепи питания — продуцентами (производителями органических веществ). Человек использует папоротник в декоративных целях. Молодые побеги некоторых папоротников съедобны и употребляются в пищу: побеги орляка, листья страусника обыкновенного.

Щитовник мужской имеет медицинское значение: из его корневищ изготавливают противогельминтный препарат.

©Беллевич Юрий Сергеевич

Данная статья является интеллектуальной собственностью Беллевича Юрия Сергеевича. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Пройдите тест
для закрепления знаний

В жизненно цикле у папоротников преобладает спорофит. Протонема — нитчатое образование, развивающееся из споры мхов. Заросток это и есть гаметофит. Антеридий — мужской половой орган примитивных растений, в нем образуются мужские половые клетки (сперматозоиды).

Папоротники в отличие от мхов имеют трахеиды — элементы проводящей ткани, которая появилась у папоротников. Настоящих листьев у папоротников нет, их листья — вайи, имеют недетерминированный верхушечный рост. Ризоиды и фотосинтезирующие клетки имеются и у мхов, и у папоротников.

Сорус — совокупность спорангиев на нижней стороне листа. Проросшая спора папоротника образует заросток — гаметофит.

Спорангии собраны в сорусы, расположенные на нижней стороне листа. В спорангиях происходит образование спор. В архегониях формируются яйцеклетки, а в антеридиях — сперматозоиды.

Запомните — разницы никакой нет! Само слово спорофит уже подразумевает диплоидный набор хромосом, поэтому спорофит любого растения будет содержать диплоидный набор хромосом.

Папоротники распространены фактически по всему земному шару, начиная с пустынь и кончая болотами, рисовыми полями и солоноватыми водоемами. Наиболее разнообразны — в тропических влажных лесах. Там они представлены как древовидными формами (до 25м в высоту), так и травянистыми и эпифитами (произрастающими на стволах и ветвях деревьев). Встречаются виды папоротников длиной всего лишь в несколько миллиметров.

Строение папоротников

Обычное растение папоротника, которое мы видим, — это бесполое поколение, или спорофит. Почти у всех папоротников он многолетний, хотя есть немногие виды, имеющие однолетний спорофит. Папоротники имеют придаточные корни (лишь у некоторых видов они редуцированы).

Листва, как правило, по массе и размерам преобладает над стеблем. Стебли бывают прямостоячие (стволы), ползучие или вьющиеся (корневища); нередко ветвятся. Наши лесные папоротники (страусник, орляк, щитовник мужской) имеют хорошо развитое корневище с отходящими от него многочисленными придаточными корнями. Над землей располагаются только крупные перисторассеченные листья — вайи.

Молодой лист улиткообразно свернут, по мере роста он распрямляется. У некоторых видов развитие листа происходит в течение трех лет. Листья папоротников растут своей верхушкой, как стебли, что указывает на их происхождение от стебля. У других групп растений листья нарастают от основания.

По своим размерам они могут быть от нескольких миллиметров, до трех и более метров в длину и у большинства видов выполняют две функции — фотосинтезирующую и спорообразовательную.

Размножение папоротников

На нижней стороне листа обычно находятся коричневые бугорки — сорусы с расположенными в них спорангиями, прикрытые сверху тонкой пленкой. В спорангиях в результате мейоза образуются гаплоидные споры, при помощи которых и происходит размножение папоротника.

Из споры лесного папоротника, попавшей в благоприятные условия, развивается гаплоидный заросток, гаметофит, маленькая зеленая пластинка сердцевидной формы, до 1см в диаметре. Заросток растет в затененных, влажных местах и прикрепляется к почве при помощи ризоидов. На нижней стороне гаметофита развиваются антеридии и архегонии.

Читайте также:  Как правильно ухаживать за поросятами

Процесс размножения папоротников

Оплодотворение происходит только при наличии достаточного количества влаги. По водяной пленке сперматозооны двигаются к архегонию, выделяющему определенные химические стимуляторы типа яблочной кислоты. Из возникшей диплоидной зиготы развивается диплоидный спорофит. Первоначально он растет как паразит на гаметофите, но вскоре у него формируются собственные корни, стебель и листья — он становится самостоятельным растением. На этом завершается цикл развития папоротника.

«Завоевание» папоротниками суши оказалось неполным, так как поколение гаметофита может существовать только при обилии влаги и тени, а для слияния гамет необходима водная среда.

Хвощи — строение

Хвощи представлены преимущественно ископаемыми формами. Они возникли в течение девона и переживали расцвет в каменноугольном периоде, достигнув большого разнообразия форм — вплоть до гигантов высотой в 13м.

Современные хвощи насчитывают около 32 видов и представлены мелкими формами — не более 40см высоты. Они встречаются от тропиков до полярных областей, за исключением Австралии, и могут жить как в болотистых, так и сухих местностях. Некоторые виды имеют в эпидермисе отложения кремния, что придает им шероховатость.

Размножение и развитие хвощей

Спорофит у хвощей состоит из горизонтально разветвленного подземного стебля — корневища, от которого отходят тонкие, ветвящиеся корни и членистые надземные стебли. Некоторые боковые ветви корневища способны образовывать небольшие клубни с запасом питательных веществ.

Размножение хвощей

Стебель содержит многочисленные сосудистые пучки, расположенные кольцом вокруг центральной полости. На стеблях, как и на корневище, ясно выражены узлы, придающие им членистое строение.

От каждого узла отходит мутовка вторичных веточек. Листья мелкие, клиновидные, расположены тоже мутовками, охватывают стебель в виде трубочки. Фотосинтез происходит в стебле.

Кроме ассимилирующих стеблей у хвоща полевого есть еще неветвистые спороносные побеги бурого цвета, на концах которых развиваются спорангии, собранные в колоски. В них образуются споры. После высыпания спор побеги отмирают, а им на смену вырастают зеленые ветвистые (вегетативные, летние) побеги.

Плауны — строение

Плауны были широко распространены в конце девонского и в каменноугольном периодах. Многие из них были высокими древовидными растениями. В настоящее время сохранилось незначительное, по сравнению с прошлым, число видов (около 400) — все это небольшие растения — до 30см в высоту. В наших широтах они встречаются в хвойных лесах, реже — на заболоченных лугах. Основная же масса плаунов — жители тропиков.

Обычным у нас видом является плаун булавовидный. Он имеет стелющийся по земле стебель, от которого вертикально вверх отходят игольчато-ветвящиеся боковые побеги. Листья у него — тонкие, плоские, располагаются по спирали, густо покрывая стебель и боковые веточки. Рост плаунов происходит только в точке роста, так как камбий в стебле отсутствует.

Плаун годичный — фото

Размножение плаунов

На верхушке стебля находятся особые листья — спорофиллы, собранные в стробил. Внешне он напоминает сосновую шишку.

Прорастающая спора дает заросток (гаметофит), который живет и развивается в земле в течение 12-20 лет. Он не имеет хлорофилла и питается с помощью грибов (микориза). Смена полового и бесполового поколений у хвощей и плаунов происходит точно так же, как и у папоротников.

Ископаемые папоротникообразные образовали мощные пласты каменного угля. Каменный уголь используется в качестве топлива и сырья в различных областях промышленности. Из него получают бензин, керосин, горючий газ, различные красители, лаки, пластмассы, ароматические, лекарственные вещества и т.п.

Значение папоротников, хвощей и плаунов

Современные папоротникообразные играют заметную роль в образовании растительных ландшафтов на Земле. Кроме того, человек использует хвощи как мочегонное средство, как индикатор кислотности почв. Благодаря жесткости стеблей, связанной с отложениями кремния в стенках клеток, хвощи употребляли для полировки мебели, чистки посуды.

Споры плаунов используются в медицине в качестве присыпки, щитовник мужской — как глистогонное. Их употребляют для лечения табачной зависимости, алкоголизма и глазных болезней. Некоторые виды папоротникообразных разводятся как декоративные (адиантум, асплениум, нефролепис).

Так как гаметофит плаунов развивается очень медленно (12-20 лет), эти растения следует охранять.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector