Министерство образования Российской Федерации
Уссурийский государственный педагогический институт
Черных Татьяна Анатольевна
Размножение папоротников в оранжерейных условиях
Дипломная работа
Научный руководитель:
К.б.н., доцент
В.Д. Фролов
Работа допущена к защите
________________________
Зав. кафедрой ботаники,
К.б.н., доцент
_____________ Прокопенко О.И.
Уссурийск, 2000
Оглавление
Введение...........................................................................................................
Глава I. Общие представления о размножении растений............................
1.1. Вегетативное размножение......................................................
1.2. Собственно бесполое размножение......................................
1.3. Половое размножение...........................................................
Глава II. Материал и методика исследования..........................................
Глава III. Ботаническая характеристика объектов исследования..........
3.1. Общая характеристика отдела Папоротниковидные.....
3.2. Адиант венерин волос (Adiantum
capillus-veneris L.)........................................................................
3.3. Птерис критский (Pteris cretica L.)...................................
3.4. Асплениум луковиценосный (Asplenium bulbiferum
G. Forst.)......................................................................................
3.5. Листовик обыкновенный (Phyllitis
scolopendrum (L.) Newm.)...............................................................
3.6. Циртомиум серповидный (Cyrtomium falcatum (L.)
Presl.)..............................................................................................
3.7. Нефролепис возвышенный (Nephrolepis
exaltata Schott.)...............................................................................
3.8. Флебодиум золотистый (Phlebodium
aureum (L.) G. Smith).....................................................................
Глава IV. Размножение папоротников.......................................................
4.1. Вегетативное размножение папоротников.......................
4.2. Размножение папоротников спорами..............................
4. Цикл развития Циртомиума серповидного..........................
4.4. Использование полученных материалов в
курсе ботаники средней и высшей школы.................................
Выводы.........................................................................................................
Литература...................................................................................................
Введение
Актуальность темы. Роль растений в жизни человека и всех живых существ велика. Только зеленые растения способны преобразовывать энергию Солнца, поставляя тем самым для других организмов кислород и органические вещества. В результате деятельности растений воздух в городах очищается от газообразных примесей, сажи, пыли, выделяемых автотранспортом и промышленными предприятиями. Аналогичную роль выполняют и комнатные растения. Но, выращивая в своих квартирах цветы, человек преследует отнюдь не утилитарные цели. Зеленые растения украшают наше жилище, скрашивают тоскливую зимнюю пору, поднимают настроение, воспитывают доброту, любознательность, приучают к аккуратности.
Выращивание растений в закрытых помещениях уходит в глубокую древность. Вначале человек отдавал предпочтение лекарственным, пряноароматическим, пищевым и другим хозяйственно ценным растениям. Позднее в квартирах появились декоративнолистные и декоративноцветущие растения. Существенно пополнился ассортимент оранжерейных растений благодаря крупным географическим открытиям. Первопроходцы привозили из экспедиций новые, до сего времени неизвестные диковинные растения. В результате в наших оранжереях и комнатах появились растения из тропиков и субтропиков Америки, Африки, Азии, Австралии. Популярность комнатных растений с каждым годом продолжает расти. На это указывает и большое количество литературы, издаваемой по данному вопросу. В последние годы вышли из печати книги Н.Г. Никонова (1978), Г.К. Тавлиновой (1982, 1996), Г.А. Агеевой и К.Г. Лавровой (1992), Н.В. Вороновой (1992), Д.Б. Кудревца (1993), Д.Г. Хессайона (1995), С.О. Герасимова и др. (1997) и многие другие.
Не последнее место среди комнатных растений занимают папоротники. Это очень многоликая и разнообразная группа высших растений. В настоящее время насчитывают более 12 000 видов папоротников. Около двух третей из них растут в тропиках, а оставшаяся треть населяет умеренные области земного шара (Рейвн и др., 1990). В оранжерейной культуре папоротники появились во второй половине XVIII в. и сразу привлекли внимание садоводов. В Англии особенно они были популярны в викторианские времена (XIX в.). В настоящее время самая крупная коллекция папоротникообразных (около 1 200 таксонов) собрана в ботанических садах Кью, в Англии (Catalogue..., 1984). В России лучшая оранжерейная коллекция папоротников находится в Ботаническом саду БИНа и насчитывает свыше 400 видов (Арнаутова, 1987). По утверждению Д.Г. Хессайона (1995), более двух тысяч видов папоротников пригодны для выращивания в закрытом грунте. Некоторые виды папоротников (Птерис критский, Нефролепис возвышенный, Циртомиум серповидный, Флебодиум золотистый, Адиантум венерин волос, Платицерум и другие) можно с успехом выращивать в условиях гидрокультуры (Kühle, 1980).
В жизни человека комнатные растения находят широкое применение. Некоторые из них используются в медицине при лечении заболеваний (Гаммерман и др.. 1963; Машковский, 1977; Муравьева, 1983; Пастушенков и др., 1990; Шретер, 1992), в косметике (Пашина, 1993), в ветеринарии (Рабинович, 1987). В качестве пищевых растений в оранжерейных условиях выращивают отдельные сорта томата, перца, огурца, баклажана (Хессайон, 1995). Но, все же, основная роль, отводимая растениям – это украшение наших квартир.
Комнатные растения, и, в частности, папоротники, могут дать интересный материал для учителя биологии. Целый ряд интересных опытов с комнатными растениями, которые можно провести в школе, изложены в книге Н.М. Верзилина (1954). На примере ряда папоротников (Асплениум, Нефролепис, Флебодиум и др.) ученики могут познакомиться с различными формами вегетативного размножения. Размножение и выращивание папоротников из спор предоставляет для учителя хорошую возможность познакомить учащихся с одним из основных явлений в растительном мире – чередованием спорофита и гаметофита в цикле развития растений. Здесь учитель может показать особенности анатомического и морфологического строения гаметофита папоротников, познакомить со строением гаметангиев – антеридиев и архегониев. Представители трех семейств папоротников (Марсилеевые, Сальвиниевые, Азолловые) освоили водную среду и являются прекрасными аквариумными растениями (Комнатный аквариум..., 1964; Жданов, 1973; Махлин, 1976, 1990; Золотницкий, 1993; Плонский, 1998). На их примере преподаватель имеет возможность иллюстрировать материал и проводить наблюдения в условиях, приближающихся к естественным.
Из вышеизложенного видно, что хорошее знание комнатных растений, и, в частности, папоротников, имеет большое значение в работе учителя, что и определило выбор настоящей темы.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является освоение методики выращивания папоротников и изучение начальных этапов их онтогенеза. Для достижения этой цели потребовалось выполнение следующих задач:
1. Познакомиться со способами размножения растений.
2. Дать ботаническую характеристику исследуемых видов папоротников.
3. Вырастить из спор исследуемые виды папоротников.
4. Изучить начальные этапы онтогенеза Циртомиума серповидного.
Структура и объем дипломной работы. Дипломная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Основной текст изложен на 65 страницах машинописного текста и содержит 2 таблицы, 20 рисунков, в том числе 9 фотографию. Список литературы включает 67 названий.
Глава I.
Общие представления о размножении растений
Размножение – это свойство, присущее всем живым организмам и заключающееся в вопсроизведении себе подобных особей. Благодаря размножению каждый вид поддерживает свою численность и обеспечивает непрерывность и преемственность жизни (Васильев и др., 1978). В ходе эволюции возникали новые группы растений, усложнялось их внутреннее и внешнее строение. Одновременно с этим соверщенствовались и способы размножения растений. Различают три способа размножения – вегетативное, собственно бесполое и половое.
1.1. Вегетативное размножение. Вегетативное размножение – это увеличение числа самостоятельных особей за счет отделения от материнского растения его неспециализированных или специализзированных частей, способных к самостоятельному существованию и развитию. Способность к вегетативному размножению присуща многим растениям. Ею обладают более 90% видов травянистых растений широколиственных лесов Европы (Федоров и др., 1962). Особенно широко вегетативное размножение выражено у растений, произрастающих в условиях, наблагоприятных для семенного размножения, таких как короткий вегетационный период, сильное затенение, избыточное увлажнение, отсутствие опылителей и т.п. Благодаря широкому распространению в природе, вегетативное размножение играет большую роль в сапоподдержании популяции того или иного вида. По словам Р.Е. Левиной (1964), способность к обильному вегетативному размножению имеет огромное приспособительное значение и часто обеспечивает доминирующее положение вида в фитоценозе. По сравнению с половым размножением, вегетативное имеет целый ряд преимуществ. Оно просто, надежно и к тому же часто обеспечивает быстрое расселение вида на территории (Даддингтон, 1972). Выживание вегетативного потомства у одного и того же вида выше, чем выживание семенного (Ценопопуляции растений, 1988).
В ходе эволюции появились самые разнообразные формы вегетативного размножения: размножение естественными отводками, размножение корневвыми отпрысками, размножение специализированными частями растений – корневищами, клубнями, луковицами, наземными и подземными столонами, выводковыми почками.
Естественными отводками размножаются многие виды деревьев и кустарников: Пихта, Ель, Калина, Лещина и другие. На ветвях этих растений в месте контакта с почвой формируются придаточные корни, что способствует возникновению новых побегов и самостоятельных особей.
Корневыми отпрысками размножаются Тополь серебристый, некоторые виды Сливы, Вишни, ряд сорных многолетних растений – Осот, Бодяк и другие. На корнях этих растений образуются придаточные почки, дающие начало побегам, которые часто называются корневыми отпрысками.
Корневище – это подземный или ползучий по поверхности почвы побег, выполняющий функции отложения запасов, возобновления и вегетативного размножения (Серебряков, Серебрякова, 1965, цит. по: Таршис, 1975). Размножение с помощью корневищ широко распространено в природе. Оно характерно для многих видов папоротников и цветковых растений.
Луковица представляет собой видоизмененный укороченный побег. Она состоит из крайне редуцированного стебля (донца), на котором сидят сочные видоизмененные листья. В пазухах этих листьев (чешуй) формируются “детки” – дочерние луковицы, которые отделяются от материнской в первый год или остаются связанными с ней до гибели последней. Размножение с помощью луковиц особенно широко распространено среди однодольных растений.
Распространенным видоизменением побега являются клубни. Клубень – это укороченный побег, служащий для запаса питательных веществ и вегетативного размножения. Из дальневосточных растений размножение клубнями характерно для видов рода Хохлатка, Сердечника трехнадрезанного, Седмичника, Хвоща полевого и ряда других видов.
Специализированными органами вегетативного размножения являются столоны. Это плагиотропные подземные или надземные побеги, несущие на конце почку, клубень или луковицу. В отличие от корневищ, столоны не являются запасающими органами. Они недолговечны и служат целям вегетативного размножения (Федоров и др., 1962). Размножение с помощью столонов свойственно Землянике, Лютику ползучему, Лапчатке гусиной, Адоксе и другим растениям.
1.2. Собственно бесполое размножение. Бесполое размножение заключается в том, что происходит при помощи специализированных клеток – спор. В отличие от гамет, споры непосредственно, т.е. без слияния с другими клетками, прорастают в новое растение.
У низших растений споры часто снабжены жгутиками. Они называются зооспорами. Если споры низших растений лишены жгутиков, они называются апланоспорами. У высших растений споры никогда не имеют жгутиков.
Формируются споры в специальных вместилищах – спорангиях. У низших растений спорангии одноклеточные, у высших – многоклеточные. Внутри спорангия формируется спорогенная ткань. Клетки этой ткани делятся путем митоза или мейоза и образуют споры.
По происхождению споры делятся на митоспоры и мейоспоры. Митоспоры образуются в результате митотического деления. Прорастают они во взрослую особь. Встречается подобный тип спор у некоторых низших растений. Мейоспоры образуются в результате редукционного деления. Прорастая, они развиваются в гаплоидные образования – гаметофиты. Характерен подобный тип спор для всех высших и некоторых низших растений.
Различают равноспоровые и разноспоровые растения. У равноспоровых растений все споры одного типа. При прорастании они формируют обоеполый гаметофит.
Разноспоровые растения имеют споры двух типов: микроспоры и мегаспоры. Микроспоры, прорастая, дают мужской гаметофит, а мегаспоры – женский гаметофит.
1.3. Половое размножение. Это самый прогрессивный способ размножения. Он заключается в слиянии двух специализированных клеток – гамет, и образовании зиготы, из которой развивается новая особь. При половом размножении происходит соединение наследственных признаков двух организмов (материнского и отцовского). В результате полученное потомство более разнообразно генетически, что способствует более успешному выживанию вида.
Половое размножение встречается у всех групп растений. Различают две основные формы полового процесса: соматогамию и гаметогамию. Соматогамия – это половой процесс, который осуществляется путем слияния содержимого двух соматических клеток. Гаметогамия – это половой процесс, который происходит путем слияния гамет. В зависимости от относительной величины гамет различают три типа гаметогамии – изогамия, гетерогамия и оогамия.
При оогамном половом процессе различают женские и мужские гаметы. Женская гамета называется яйцеклеткой. Мужские гаметы бывают двух видов: сперматозоиды – половые клетки со жгутиками, и спермии – половые клетки без жгутиков.
Формируются гаметы в специальных органах – гаметангиях. У низших растений гаметангии, как правило, одноклеточные. У высших растений они многоклеточные. Мужские гаметангии носят название антеридиев. Женские гаметангии низших растений называются оогониями, у высших – архегониями. Архегоний – это многоклеточное образование, имеющее колбовидную форму. Состоит из расширенного брюшка и вытянутой шейки. По каналу шейки сперматозоиды попадают в брюшко, где сливаются с яйцеклеткой. Наиболее хорошо развит архегоний у мхов. В дальнейшем наблюдается его редукция.
Глава II.