Лабораторная работа № 17
Папоротникообразные
Папоротникообразные – это группа споровых растений, которые обладают проводящими тканями (сосудистыми пучками). Предполагают, что зародились они более 400 млн. лет назад, еще в палеозойский период.
Предками считают ринофитов, но папоротникообразные растения в процессе эволюции приобрели более сложную систему строения (появились листья, корневая система). Для папоротникообразных характерны следующие признаки:
Разнообразие форм, жизненных циклов, системы строения. Насчитывается три сотни родов и примерно 10 тыс. видов растений (самые многочисленные из споровых).
Высокая устойчивость к переменам климата, влажности, образование огромного количества спор – причины, которые привели к расселению папоротникообразных по всей планете. Встречаются в нижних ярусах леса, на скалистой поверхности, возле болот, рек, озер, разрастаются на стенах заброшенных домов и в сельской местности. Самые благоприятные условия для папоротниковых растений – это наличие влаги и тепла, поэтому наибольшее разнообразие можно встретить в тропиках и субтропиках.
Всем папоротникообразным для оплодотворения нужна вода. Они проходят два периода в жизненном цикле:
· Продолжительный бесполовой (спорофит);
· короткий половой (гаметофит).
· Когда спора попадает на влажную поверхность, сразу активируется процесс прорастания, наступает половая фаза. Гаметофит крепится к земле с помощью ризоидов (образования похожие на корни, нужны для питания и прикрепления к субстрату) и начинает самостоятельный рост. Новообразовавшееся росток формирует мужские и женские половые органы (антеридии, архегонии), в них идет образование гамет (сперматозоидов и яйцеклеток), которые сливаются и дают жизнь новому растению.
· Во время раскрытия спорангии (место созревания споровых клеток) высыпается множество спор, но выживает только их часть, ведь для дальнейшего роста нужна влажная среда и теневая местность.
Вьющиеся по земле папоротники могут размножаться вегетативно, листья,
Стебли папоротниковых имеют множество разнообразных форм, но уступают по размерам листве. Когда стебель на верхушке несет листья, его называют стволом, он снабжен ветвящимся корнем, который придает устойчивости древовидным папоротникам. Вьющиеся стебли называют корневищем, могут простилаться на значительные расстояния.
Папоротники никогда не цветут. В давние времена, когда люди не знали о споровом размножении, существовали легенды о цветке папоротника, который обладал магическими свойствами, кто найдет его, тот обретет неведомую силу.
· Появились корни, они придаточные, первоначальный корень в дальнейшем не функционирует. Заменяется на корни, проросшие из стебля.
· Листья еще не имеют типичного строения, это совокупность ветвей расположенных в одной плоскости под названием вайя. В них находится хлорофилл, за счет которого происходит фотосинтез. Вайи также служат для размножения, на обратной стороне листа находятся спорангии, после их дозревания, происходит раскрытие и высыпание спор.
· Взрослые папоротникообразные – диплоидные организмы.
· соприкасаясь с почвой, при достаточной влажности дают новые ростки.
Настоящие папоротники – самый многочисленный класс. Представитель щитовник мужской – многолетнее растение, достигает высоты до 1 м. Корневище толстое, короткое, укрыто чешуйками, на нем расположены листья. Растет на влажной почве в смешанных и хвойных лесах. Орляк обыкновенный обитает в сосновых лесах, достигает больших размеров. Быстро размножается, хорошо приживается, поэтому может занимать значительные территории, если использовать его в парках или садах.
Схема развития папоротника Щитовник мужской Мараттиевые папоротники Хвощевидные папоротники
Хвощевидные – травянистые папоротники, растут от нескольких сантиметров до 12 метров (хвощ гигантский), при этом диаметр стебля около 3см, поэтому чтобы развиваться их необходимо использовать другие деревья как опору. Листва видоизменена до чешуй, стебель равномерно разделен узелками на междуузелковые участки. Корневая система представлена придаточными корнями, в почве также находится часть корневища, которое может формировать клубни (органы вегетативного размножения).
Мараттиевые – относятся к древним видам растений, которые населяли нашу планету в Каменноугольный период. Присутствует стебель, до середины погруженный в почву, корни придаточные. Сейчас они постепенно отмирают, встречаются только в тропических поясах. Обладают огромными двухъярусными листьями, до 6 метров длиной.
Ужовниковые – наземные травянистые растения до 20см в высоту (есть исключения, которые достигают 1,5м длинны). Представители имеют толстый корень, не дающий ответвлений. Корневище, например, у гроздовника полулунного короткое, не разветвляется, а у червеколосника — вьющееся, распространяется по земле.
Сальвиниевые – водные папоротниковые растения (населяют водоемы Африки, южной Европы), которые имеют корень для крепления к сильно увлажненной почве. Они разноспоровые, отдельно развиваются мужские и женские гаметофиты. После дозревания взрослая особь отмирает, а сорусы опускаются на дно, из которых весной выйдут споры и поднимутся с глубины на поверхность воды, где происходит оплодотворение. Используются, как растения для аквариумов.
Хвощи Плауны
Хвощи – растения древние. Появились они на Земле еще в девонском периоде палеозойской эры, не менее 400 миллионов лет назад. А расцвет хвощей приходится на следующий геологический период, каменноугольный. Хвощевидные каламиты, росшие в те далекие времена, были огромными деревьями, высотой до 30 метров и диаметром ствола до метра!
Наши современные хвощи далеки до таких «высот». Это многолетние травянистые растения. Наверно, втайне они все же несколько «свысока» поглядывают на своих соседей – более успешных, но и более молодых – на цветковые и голосеменные растения. Да и интересных особенностей у хвощей немало. Значительна и польза, извлекаемая человеком из этих сохранившихся реликтов древней флоры
Хвощи трудно перепутать с какими-то иными растениями. Их стебель всегда членистый – он состоит из чередующихся узлов и междоузлий. В узлах мутовками расположены редуцированные до зубцов бурые листья. Здесь же вырастают боковые веточки, также образующие мутовки.
В междоузлиях на стебле нет ни листьев, ни веток. Он обычно зелен. Ведь из-за отсутствия настоящих листьев фотосинтез идет в главном стебле и боковых веточках. Стебель хвощей внутри полый. Поверхность его часто ребриста, так как содержит в коре кристаллы кремнезема.
Хвощи – многолетники. Их надземные побеги могут появляться и отмирать ежегодно у одних видов, могут зимовать зелеными у других. Но постоянно живет лишь сильно развитое подземное корневище. В его узлах образуются придаточные корни. Почки на корневище дают начало новым надземным побегам. Самый известный из хвощей, по распространенности и «докучливости» для садоводов – это обыкновенный полевой хвощ. Иногда его еще называют «сосенкой» за поднимающиеся вверх веточки.
У этого хвоща вырастают побеги двух видов, не очень-то и похожие друг на друга. Сначала весной появляются побеги генеративные.
Стебли их лишены хлорофилла. Они бледно-розовые или буроватые. Веточек нет. В узлах расположены мутовки бурых листовых зубцов. На верхушке генеративного побега сразу же начинает развиваться стробил – спороносный колосок.
Слово «генеративный» и означает «обеспечивающий размножение».
В стробилах созревают споры. Легкие, почти невесомые, они разносятся ветром. Огромное количество спор просто погибнет. Но некоторые прорастут, дав начало новому растению.
Из споры вырастает маленькое зеленое растеньице величиной всего в несколько миллиметров, совершенно не похожее на взрослого хвоща. Это заросток хвоща, его гаметофит.
На гаметофите образуются половые клетки – яйцеклетка и сперматозоиды. Для того, чтобы подвижный сперматозоид попал к яйцеклетке и слился с нею, необходима капельно-жидкая вода – дождевая или капли росы. После оплодотворения яйцеклетка начинает делиться, прорастает. И образуется растение нового поколения – спорофит. Это именно то, что мы привычно называем хвощомУ них, так же, как у плаунов и папоротников, в жизненном цикле преобладает именно стадия спорофита.
Выполнив свою жизненную миссию, весенние генеративные побеги засыхают. Летом на смену им вырастают другие, непохожие. Именно их и можно назвать «сосенкой».
В узлах, помимо листовых зубцов, развиваются зеленые веточки, косо поднимающиеся вверх. Зелены и сами стебли в междоузлиях. Летний побег – вегетативный. Его роль – запасать питательные вещества.
В почве у полевого хвоща – длинное ветвящееся ползучее корневище. На нем формируются утолщения – клубеньки. Они содержат значительный запас питательных веществ – прежде всего, крахмала.
Ареал этого хвоща очень обширен. Он встречается почти по всей Евразии и Северной Америке. Не растет лишь в пустынях и полупустынях да на Крайнем севере.
В химическом составе хвоща много органических кислот: аскорбиновая, щавелевая, яблочная. У всех хвощей повышенное содержание кремниевой кислоты – точнее, ее соединений. Есть алкалоиды, сапонины, флавоноиды, каротин. Значительна доля углеводов, белков, жиров.
Плауновидные – это отдел споровых растений с «великим прошлым» и сравнительно небольшим значением в современной растительности. Расцвет Плауновидных пришелся на палеозой, где они господствовали вместе с Папоротниковидными и Членистостебельными. В дальнейшем во влажных мезозойских лесах, особенно в карбоне, леса которых дали каменный уголь, Плауновидные были важной группой, представленной крупными древовидными организмами. В настоящее время сохранились только травянистые формы.
Все Плауны имеют облиственные побеги и своеобразные корни. Наиболее характерной чертой является микрофиллия. Листья Плауновидных имеют цельную листовую пластинку и несколько расширенное основание, иногда в виде подушечки. У некоторых Плауновидных на расширенном основании листа формируются выросты в виде язычка (лигулы). В лист входит одна неветвящаяся жилка, которая лишь у единичных палеозойских видов на вершине дихотомически разветвлялась. Первые листья молодого растения не имеют жилок. В ходе онтогенеза лист развивается из одной поверхностной клетки стебля. Все это указывает на то, что в ходе филогенеза листья плауновидных возникли как поверхностные выросты, или энации, на осевых органах.
Для Плауновидных, как и для всех прочих споровых растений, характерно отсутствие главного корня; все корни занимают на побегах боковое положение. Уникальность Плауновидных в том, что и побеги, и корни обладают дихотомическим типом ветвления.
Анатомическое строение вегетативных частей спорофита Плауна
Чередование поколений в жизненном цикле плауна.
1 – взрослое растение со спороносными колосками; 2 – спорофилл; 3 – спорангий; 4 – споры; 5 – гаметофит; 6 – антеридий;
7 – сперматозоиды; 8 – архегоний; 9 – яйцеклетка; 10 – зигота; 11 – зародыш.
У плауна отмечены два типа прорастания спор - подземное и наземное. При подземном прорастании споры, обладающие длительным периодом вынужденного покоя, постепенно покрываются слоем падающих сверху минеральных частиц и, частиц растительного детрита и как бы погружаются в почву, у эпифитов - внедряются в кору дерева-хозяина. Некоторые споры действительно погружаются в субстрат вместе с токами воды, а, возможно, также и в результате деятельности различных беспозвоночных, например дождевых червей, через пищеварительный тракт которых споры, вероятно, проходят невредимыми. Споры прорастают через 3-8 лет после высыпания из спорангия, находясь уже «под землей», в слое гумуса. Уже на самых ранних стадиях развития гаметофита в некоторые из его клеток внедряются гифы почвенных грибов. Если этого не происходит, дальнейший рост гаметофита прекращается.
Многие плауны содержат сильный яд, поэтому звери обходят эти растения стороной. Однако улитки и другие беспозвоночные, нечувствительные к этому яду, поедают плауны. Но и ядовитые плауны, например плаун баранец, приносят большую пользу. В этом плауне содержится редкое вещество, способное вызвать повышенную рвотную возбудимость. Это свойство используется при лечении алкоголизма, закрепляя у больного отрицательную реакцию на алкоголь.
Особенно широко используются споры некоторых видов плаунов. Из них делают детскую присыпку. Споры плаунов на 50% состоят из масел. Поэтому раньше их использовали в пиротехнике. Вспыхивая тысячью искр, споры сгорают без дыма и запаха, образовывая газ. Это свойство спор используют в литейном производстве. Формы для отливки посыпают спорами и вливают в них жидкий металл. От раскалённого металла споры вспыхивают, а высвободившийся газ делает поверхность отлитой детали необычайно гладкой, не нуждающейся в полировке.