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.

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 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. 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.

Читайте также: Где находиться основная ткань у растения

Учебник. Папоротниковидные

Папоротниковидные (Pterophyta) – отдел высших растений, известный с девона и занимающий промежуточное положение между псилофитами и голосеменными. В отличие от моховидных папоротники имеют проводящую ткань, доставляющую воду и питательные вещества ко всем органам. У папоротников есть хорошо развитые листья и стебель, у многих — корневище (с придаточными корнями), однако нет ни цветков, ни семян.

Строение папоротника-орляка Ещё не раскрывшийся лист папоротника

Как и у всех высших растений, для папоротниковидных характерно чередование двух поколений с явным преобладанием бесполого (спорофита). Спорофит папоротника – травянистое или древовидное растение с крупными перистыми листьями, спирально свёрнутыми в почках. Характерно чрезвычайное разнообразие форм; они бывают подземными и надземными, прямостоячими и вьющимися, простыми и ветвистыми. Длина стеблей современных папоротников варьирует от нескольких сантиметров до 25 м. Основную опорную функцию стеблей выполняют клетки коры. У папортников отсутствует камбий, в связи с чем у них не образуются годичные кольца, а рост и прочность ограничены. Проводящая ткань не так совершенна, как у семенных растений: так, ксилема у большинства из них образована не сосудами, а трахеидами, флоэма – ситовидными клетками, а не ситовидными трубками.

Листья (вайи) – обычно наиболее заметная часть папоротника. Считается, что они произошли от вильчатых ветвлений псилофитов в результате их уплощения, ограничения в росте и последующей дифференциации нижней и верхней листовых поверхностей. Листья некоторых гименофилловых имеют размеры всего 3–4 мм, в то время как у циатейных их длина составляет 5–6 м (вьющиеся листья лигодиума достигают 30 м).

Возможная схема эволюции листа Нижняя сторона листа папоротника

На нижней стороне листа созревают спорофиллы, иногда собранные в группы – сорусы. У некоторых папоротников листья или их отдельные фрагменты дифференцированы на зелёные и спороносные. Споры попадают на землю и прорастают в обоеполые гаметофиты (заростки). Это нежные недолговечные пластинки сердцевидной формы диаметром около 1 см с рассеянными на поверхности половыми органами – антеридиями и архегониями, в которых созревают гаметы. Заросток укореняется одноклеточными ризоидами и способен к фотосинтезу. Гаметы возникают путём митоза из материнских клеток. Архегонии выделяют химические вещества (например, яблочную кислоту), привлекающие сперматозоиды (хемотаксис). Оплодотворение обычно перекрёстное. Многожгутиковые сперматозоиды из антеридия с капельножидкой водой попадают в архегонии; один из них оплодотворяет яйцеклетку, в результате чего образуется зигота. Зигота интенсивно делится, прорастая прямо в архегонии в новый спорофит; заросток же увядает и отмирает.

Сорус крупным планом

У некоторых папоротников (их называют разноспоровыми) образуются споры двух типов. Из мелких мужских спор развиваются мужские микрозаростки, которые разносятся ветром. В них развиваются спермии, которые после созревания и разрыва оболочки выходят во внешнюю среду. Из более крупных женских спор (мегаспор), развивается женский заросток с архегонием, содержащим яйцеклетку. Спермий попадает к яйцеклетке также с водой.

Спорофиты могут размножаться также вегетативным путём. На листьях, лежащих на земле, могут образовываться новые растения, укореняющиеся затем в почве.

Слева направо: мараттиевые (карликовая мараттия, ангиоптерис Смита), ужовниковые (ужовник обыкновенный, гроздовник простой) Отпечаток ископаемого папоротника – кладоксилии

Отдел папоротниковидные включает один класс, подразделяемый на восемь подклассов. Три из них (Protopteridiidae, Archaeopteridiidae, Noeggerathiidae) вымерли ещё в перми. Современных папоротниковидных около десяти тысяч видов (300 родов). Наиболее примитивными среди них являются известные с карбона мараттиевые (Marattiidae, 1 семейство, 6 родов, 190 видов) и ужовниковые (Ophioglossidae – 1 семейство, 4 рода, 70 видов).

Настоящие папоротники. Верхний ряд, слева направо: орляк обыкновенный, асплений степной, щитовник мужской, криптограмма курчавая. Нижний ряд, слева направо: лигодиум, многоножка обыкновенная, циботиум Мензиса, страусник обыкновенный Настоящие папоротники. Верхний ряд, слева направо: асплений северный, многорядник копьевидный, диксония антарктическая, виттария линейная (свисает бахромой с дерева). Нижний ряд: пузырник ломкий, зубянка клубненосная, скребница аптечная, листовик сколопендровый

Самый обширный современный подкласс – настоящие папоротники (Polypodiidae или Filicidae), известный, в основном, с триаса (некоторые семейства – с карбона) и насчитывающий до десяти тысяч видов. Настоящие папоротники расселены по всему миру; особенно много их в тропических дождевых лесах, где они составляют важный элемент горной растительности. В умеренном поясе они растут чаще всего в тенистых лесах, глубоких оврагах и на болотах. Одни виды папоротников засухоустойчивы и встречаются на сухих каменистых склонах и даже в пустыне. Их листья покрыты слоем воска, густыми волосками или чешуйками, предотвращающими потери воды. Листья других видов состоят из одного слоя клеток; отсутствие приспособлений для защиты от высыхания ограничивает их распространение местами, постоянно окутываемыми туманом. Некоторые папоротники селятся на ветвях деревьев.

Читайте также: Аппликация из ткани морской пейзаж

Слева направо: марсилиевые (марсилия четырёхлистная, пилюльница шароносная), сальвиниевые (сальвиния плавающая, азолла каролинская)

Разноспоровые папоротниковидные представлены двумя подклассами: марсилиевые (Marsileidae) – около 70 видов, и сальвиниевые (Salviniidae) – 2 семейства, около 15 видов; оба подкласса – водные растения, прикрепляющиеся ко дну либо плавающие по поверхности воды.

Хозяйственное значение папоротников невелико. Некоторые виды – декоративные растения в оранжереях. Стволы древовидных папоротников служат в тропиках строительным материалом, а их сердцевину, богатую крахмалом, используют в пищу.

Параграф 21. Плауны. Хвощи. Папоротники.

Вопросы в начале параграфа

1. Что называют тканью?
Растительная ткань – это группа клеток, имеющих общее происхождение, строение и приспособления к выполнению определенных функций.

2. Какие растительные ткани вы знаете?
Различают пять типов растительной ткани:
• Образовательная ткань –осуществляет рост растения.
• Покровная ткань – выполняет защитную функцию.
• Механическая ткань – придает форму растению.
• Проводящая ткань – проводит питательные вещества.
• Основная ткань – запасает питательные вещества.

3. Какое строение имеют и какую функцию выполняют проводящие ткани?
Клетки проводящей ткани образуют, находящиеся во всех частях растения, сосуды и ситовидные трубки, по которым проходят питательные вещества.

4. Какое строение имеют и какую функцию выполняют механические ткани?
Клетки с толстыми стенками находятся во всех частях растения, образуя механическую ткань, которая придает растению определенную форму и выполняет защитную функцию. Строение клеток придает механической ткани необходимую прочность для устойчивости и крепости стволов, стеблей и других частей растений.

Вопросы в конце параграфа

1. Почему плауны, хвощи и папоротники относят к высшим споровым растениям?
Плауны, хвощи и папоротники относятся к высшим споровым растениям потому, что:
• их тела разделены на различные органы – корни, стебли и листья,
• они имеют хорошо развитые механические и проводящие ткани, благодаря чему могут достигать больших размеров,
• размножаются спорами.

2. Где они растут?
Плауны растут преимущественно в сосновых лесах.
Хвощи растут на полях, в лесах, возле водоемов.
Папоротники растут по всему земному шару, как на суше, так и в воде.

3. Каково их строение?
Плауны представляют собой длинный ползучий стебель со множеством веток, покрытых мелкими листьями. Летом у плаунов на прямостоячих побегах развиваются спороносные колоски со спорами.
Хвощи – многолетние растения с длинными разветвленными корневищами, зимующими в почве. Весной на поверхности земли появляются бурые побеги, на верхушках которых расположены спороносные колоски. Летом побеги хвоща принимают зеленую окраску за счет образующегося в них хлорофилла.
Папоротники имеют корневище, расположенное параллельно земной поверхности, из которого выходят на коротких слабо развитых стеблях сильно рассеченные листья – вайи. Летом на нижней стороне листа появляются красные бугорочки – спорангии, в которых развиваются споры.

4. Какие растения – папоротники или мхи – имеют более сложное строение? Докажите это.
Строение папоротников более сложное по сравнению со мхами.
1) Если у мхов в наличии только ризоиды, то у папоротников имеется корневище, видоизмененный стебель, выполняющий функции корня.
2) Папоротники имеют хорошо развитые механические и проводящие ткани, в то время как у мхов такие ткани отсутствуют.
3) Папоротники способны существовать в различных климатических условиях на суше и в воде, а мхам для выживания необходима только среда повышенной влажности.

Читайте также: Выделительные ткани наружной секреции это

5. Каково значение плаунов, хвощей и папоротников?
Плауны, хвощи и папоротники нашли широкое применение в жизнедеятельности человека. Ветвистые побеги плауна очень декоративны. Из них делают венки, гирлянды для украшения зданий. Споры плауна используют в гигиенических препаратах в качестве детской присыпки, а также в металлургической промышленности в качестве обсыпки форм для литья, что позволяет легко вынимать из них готовые изделия.
Весенние побеги хвоща употребляют в пищу, а летние нашли свое широкое применение в народной медицинеи в промышленности для полировки металлических изделий.
Папоротники содержат в себе полезные вещества, которые используют в медицине. Кроме того, одни виды папоротника используют какдекоративные растения, а другие – в качестве кормовых культур. В отдельных районах нашей страны молодые побеги папоротника орляка употребляют в пищу.
Однако наиболее ценны залежи древних древовидных форм этих растений. За миллионы лет из них образовались залежи каменного угля, который служит не только топливом, но и ценным химическим сырьем, из которого получают смазочные масла, кокс, смолы, пластмассы, парфюмерные изделия и многие другие продукты.

Почему многие виды папоротников, также являясь споровыми растениями, в отличие от мхов могут достигать значительных размеров.

1) Папоротники обладают развитой сетью проводящих тканей, при помощи которой питательные вещества доставляются до каждой клетки растения даже в том случае, когда они находятся от корневища на значительном расстоянии. Это позволяет растению не ограничивать себя в росте. Поэтому там, где питательная и климатическая среда очень благоприятная, например, в тропиках, папоротники могут достигать значительных размеров.Мхи не обладают проводящими тканями и питательные вещества поступают к ним через ризоиды, которые самостоятельно не могут снабжать питательными веществами клетки растений, находящиеся на некотором удалении от них. Это обстоятельство и ограничивает их в росте.

2) У папоротников имеется развитая корневая система, способная удерживать растения на поверхности почвы, в то время как у мхов такой системы нет. Ее заменяют ризоиды, не способные выносить такую нагрузку.

3) Кроме того, мхи не обладают и механическими тканями, обеспечивающими их устойчивость, прочность и гибкость, защищающие от неблагоприятных воздействий окружающей среды.

На основании изучения материала параграфа и дополнительного текста, составьте сообщение «Многообразие высших споровых растений и их значение в природе и жизни человека».
Значение высших споровых растений в жизни человека велико, так как именно эти растения являются древнейшими растениями на Земле. Они существовали уже в период палеозойской эры, то есть 250-500 миллионов лет назад и именно они положили начало современного многообразия растительного мира. Это их развитие и распространение привело к созданию условий для появления голосеменных, а позднее и цветковых растений.
Древние споровые растения сыграли огромную роль в большом круговороте органических веществ в природе, сначала формируя атмосферу и почву нашей планеты, а затем образуя своими останками полезные ископаемые в ее недрах.
На Земле насчитывается огромное количество видов высших споровых растений. Одних только папоротников более 10 тысяч видов. Из-за специфического внешнего вида им приписывали магические свойства и они были окружены тайнами и легендами. Согласно славянской мифологии, цветок папоротника в ночь на Ивана Купалу наделит, нашедшего его человека, волшебными свойствами и позволит ему найти ценные клады.
Высшие споровые растения нашли применение в различных областях человеческой жизнедеятельности: в медицине, сельском хозяйстве, промышленном производстве, животноводстве, декоративно-прикладном искусстве и пищевой промышленности. В тропических странах стволы древовидного папоротника служат строительным материалом.
Мхи, плауны, хвощи и папоротники – это живые ископаемые, дошедшие до наших дней. Их надо беречь и охранять. Многие споровые растения находятся на грани исчезновения и занесены в Красную книгу.

• Свежие записи
  • Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
  • Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
  • Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
  • Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
  • Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом