Споровые растения

На этой странице вы узнаете

• Почему каждый должен выполнять свою работу?
• «Спорофит паразитирует на гаметофите» – что это значит? Разве могут две стадии развития одного растения вступать в паразитические отношения?
• Как запомнить хромосомные наборы в жизненных циклах растений?

Существует много преданий о «цветке папоротника», по этой легенде даже сняли не один фильм. Но если вы разбираетесь в ботанике, то точно знаете, что папоротники не цветут, ведь они относятся к споровым растениям! А кто такие «споровые» и чем они отличаются от других растений, вы сможете прочитать в этой статье.

Высшие растения

Все споровые относятся к подцарству Высшие растения. 

Представители этой группы отличаются от низших растений следующими признаками:

• они имеют ткани — группы клеток и межклеточного вещества, которые объединены общим строением, происхождением и функциями;
• их тело состоит из органов — частей организма, выполняющих специфические функции и имеющих определенное строение.

Разберем же эти признаки подробнее! Все ароморфозы высших растений связаны с выходом на сушу, в том числе появление тканей и органов.

1. Дифференцированные ткани

Дифференцированные — различные по строению и функциям. 

Если растение живет в воде, то оно может впитывать влагу любой клеткой тела – проводящие ткани ему не нужны. Это касается низших растений, то есть водорослей. Но при выходе на сушу, как это произошло с высшими растениями в ходе эволюции, приходится всасывать воду только из почвы, других путей нет… Значит, нужно создать мощную водопроводную систему, которая подносит минеральные вещества и воду к каждой клетке тела! В качестве такой водопроводной системы выступает проводящая ткань.

Механическая ткань нужна для того, чтобы у высших растений была опора – только так оно сможет противостоять воздействию ветров и силы притяжения Земли и не сломаться.

Покровная ткань защищает высшие растения от перегрева и губительного воздействия ультрафиолетовых лучей, а также механических повреждений.

Так как наземно-воздушная среда, куда выходят споровые, не самая гостеприимная, растения могут повреждаться. Дуновение ветра, слишком сильные осадки или какое-нибудь прожорливое животное могут надломить часть растений, поэтому им необходима ткань, которая будет восстанавливать утраченные структуры. Эта ткань называется образовательной. Даже из названия ясно, что эта ткань образует разные структуры и обеспечивает регенерацию организма, то есть восстановление поврежденных органов.

Большую часть тела высших растений составляют основные ткани. Это самая широкая группа тканей, которые выполняют разные функции: от фотосинтеза до запасания воды и питательных веществ. А чтобы узнать обо всех тканях, которые мы обсуждали выше, подробнее, можно прочесть статью «Ткани растений».

2. Наличие органов

Орган — специализированная структура, имеющая определенное строение и выполняющая конкретные функции. 

Почему каждый должен выполнять свою работу? Возможно, вы помните русскую народную сказку «Крылатый, мохнатый да масляный» про трех друзей: мышь, воробья и блинчика. Как-то раз они решили поменяться своими привычными делами и взялись за чужую работу – итог у этого был крайне печальный. Так и в природе: специализированные органы имеют приспособления к своему виду деятельности и тратят на него гораздо меньше энергии. Например, корни обеспечивают прикрепление растения и всасывание воды с минеральными солями, а листья в это время синтезируют органические вещества при участии солнечного света, то есть обеспечивают процесс фотосинтеза.

Дифференциация тела на органы позволяет экономнее расходовать энергию: каждая часть организма занимается своей работой, не привлекая к этому менее приспособленные клетки.

Именно поэтому тело высших растений разделено на органы (корень, лист, стебель). Весь набор этих органов встречается у всех представителей споровых, за исключением моховидных (у всех моховидных нет корней, а у печеночных мхов, о которых мы будем говорить дальше, вообще нет органов).

Если посмотреть на папоротник, то мы увидим отдельные органы в его строении. Подробнее это мы будем обсуждать ниже. 

Споровые растения

Споровые растения названы так потому, что размножаются в основном бесполым путем – с помощью спор. Чтобы вспомнить разные способы размножения и их особенности, можно прочесть статью «Размножение и развитие организмов». 

Для них характерно и половое размножение, которое протекает только в условиях повышенной влажности. Поэтому споровые растения могут обитать только во влажных прохладных районах, они населяют в основном леса и болота. Как мы узнаем дальше в статье, половое и бесполое размножение будут чередоваться в жизненном цикле споровых, как и у всех растений.

Споровые растения не имеют шишек, цветков, плодов и семян – сложно устроенных органов полового размножения. Половые органы споровых имеют названия «антеридии» и «архегонии».

Антеридии — мужские половые органы растений, в которых образуются мужские половые клетки — сперматозоиды. 

Архегонии — женские половые органы растений, в которых образуются женские половые клетки — яйцеклетки.

Антеридии и архегонии

Есть очень простой способ запомнить два этих термина. Слово «антеридии» легко запомнить, ассоциируя его с мужским именем Андрей. А вот архегонии будем запоминать по первым двум буквам – они такие же, как в женском имени Арина.

К споровым растениям относятся представители отделов Моховидные, Папоротниковидные, Хвощевидные и Плауновидные. А прежде чем мы перейдем к изучению этих групп, посмотрим, какие организмы были первыми высшими растениями и которые дали начало споровым.

Риниофиты (псилофиты)

Риниофиты (псилофиты) — первопроходцы суши, самые первые и наиболее примитивные наземные высшие растения.

Риниофиты полностью вымерли в Карбоновом периоде Палеозойской эры. Чтобы вспомнить периоды и эры, можно прочитать статью «Основные этапы развития органического мира на Земле».

1. Особенности внешнего строения

Несмотря на примитивное строение, псилофиты уже имели элементарные покровные, механические и проводящие структуры, которые уже можно считать настоящими тканями – клетки разных тканей имели разное происхождение. 

Внешне псилофиты представляли собой тонкие, дихотомически ветвящиеся стебельки.

Дихотомия — последовательное деление на две части. Приставка «ди-» означает «два».

Риниофиты (псилофиты)

На концах стебельков у риниофитов также можно увидеть мелкие шарики — это их спорангии. 

Спорангии — органы бесполого размножения растений, в них созревают споры.

2. Прикрепление к субстрату 

У псилофитов для этого существовали ризоиды, настоящие корни отсутствовали.

Ризоиды – одноклеточные органы прикрепления к субстрату. Это своеобразные аналоги корням, присущие организмам, которые их не имеют.

У псилофитов еще не формируются полноценные корни, так что этот признак сближает их с более примитивными растениями — водорослями. О них можно прочитать в статье «Водоросли». 

Отдел Моховидные

Моховидные – отдел современных споровых растений, включающий в себя классы: 

• Листостебельные мхи; 
• Печеночные мхи;
• Антоцеротовые мхи.

На ЕГЭ мы будем встречаться с представителями Листостебельных мхов: кукушкиным льном и сфагнумом. 

Кукушкин лен 

Сфагнум

Признаки Моховидных:

1. наличие покровной, примитивной проводящей и механической тканей у Листостебельных мхов;
2. дифференциация тела на стебель и лист;
3. прикрепление к субстрату ризоидами, отсутствие настоящих корней;
4. небольшие размеры, что связано с отсутствием проводящих тканей;
5. преобладание стадии гаметофита в жизненном цикле.

1. Внешнее строение

Внешне мхи представляют собой довольно низкие и тонкие стебельки, похожие на псилофитов. От предков они отличаются только наличием настоящих листьев. 

2. Экология

Как и другие споровые растения, мхи предпочитают районы с повышенной влажностью, так как в отсутствии жидкой среды невозможно их половое размножение. Обитают в основном в лесах и на болотах, могут вырастать и в парках, садах, в которых почва обильно поливается. 

3. Размножение и цикл развития

Взрослое фотосинтезирующее (листостебельное) растение мха – гаметофит. Спорофит представлен коробочкой на ножке, которая вырастает на гаметофите. Внутри коробочки созревают споры. 

Гаметофит — половое поколение растений, которое продуцирует гаметы (половые клетки) и имеет гаплоидный (одинарный) набор хромосом.

Спорофит — бесполое поколение растений, которое продуцирует споры и имеет диплоидный (двойной) набор хромосом.

«Спорофит паразитирует на гаметофите» — что это значит? Разве могут две стадии развития одного растения вступать в паразитизм? Поскольку спорофит и гаметофит у мхов находятся на одном растении, про них часто пишут, что спорофит паразитирует на гаметофите. И это на самом деле так: коробочка на ножке не способна к фотосинтезу, все питательные вещества она получает от гаметофита.

Чтобы разобраться в жизненных циклах растений, нам понадобятся понятия «гаплоидный» и «диплоидный».

Гаплоидный – одинарный набор хромосом (1n).

Диплоидный – двойной (2n). Чтобы подробнее изучить хромосомные наборы, читайте статью «Митоз».

У всех споровых растений в жизненном цикле будет преобладать спорофит, поэтому мхи в этом отношении будут уникальными — они большую часть жизни существуют в форме гаметофита, что сближает их с водорослями. 

А теперь рассмотрим последовательность стадий в цикле развития мхов.

Жизненный цикл мха 

1. Гаметофит (взрослое растение) продуцирует гаметы.
2. Они сливаются и образуют зиготу — диплоидную клетку, образующуюся при оплодотворении.
3. Зигота прорастает в спорофит – коробочку на ножке.
4. В коробочке созревают споры, они выбрасываются в субстрат.
5. Из спор вырастает протонема – молодой гаметофит, представляющий из себя тонкую зеленую нить.
6. Гаметофит растет и становится листостебельным растением.

Как запомнить хромосомные наборы в жизненных циклах растений? В результате мейоза набор хромосом уменьшается вдвое, поэтому спорангии (не только у мхов, а у всех растений) будут диплоидными, а споры – гаплоидными.  2n : 2 = 1n  При слиянии гамет набор хромосом будет увеличиваться вдвое. Поэтому во всех жизненных циклах высших растений гаметы гаплоидны, а зигота диплоидна. 1n + 1n = 2n Кроме слияния и мейоза в циклах развития растений присутствует митоз. Этот тип деления будет везде, где не происходит оплодотворение или мейоз. Митотическое деление не меняет хромосомного набора (из гаплоидной клетки получаются гаплоидные, из диплоидной – диплоидные).

Теперь, когда мы разобрались с хромосомными наборами, попробуем решить задание по ним.

Перед нами пример задания ЕГЭ №3. 

Задание. В яйцеклетке листостебельного мха содержится 14 хромосом. Сколько хромосом содержится в клетках его листьев? Ответ запишите в виде числа. 

Решение. Мы уже узнали, что главная особенность мхов состоит в том, что их взрослое растение представлено гаметофитом — гаплоидным поколением. Так как листья — это часть взрослого растения, в их клетках содержится гаплоидный набор, как и в яйцеклетке (так как яйцеклетка — половая клетка). Значит, количество хромосом у яйцеклетки и клеток листьев будет одинаковым. 

Ответ: 14

Когда мы поняли, какие признаки характерны для всех мхов, давайте рассмотрим представителей разных классов из этого отдела. 

Значение мхов

Моховая подстилка – место обитания некоторых животных. Во мхах часто поселяются моллюски, гнездятся некоторые лесные птицы. 

Сфагновые мхи способны впитывать и удерживать большой объем влаги, они участвуют в болотообразовании. В процессе отмирания и прессования нижних частей растений образуется полезное ископаемое – торф. Люди используют его как топливо и удобрение.

Также мхи раньше использовали в медицине, так как они образуют антибиотики — соединения, которые уничтожают бактерии.

Папоротникообразные

К папоротникообразным относятся отделы:

• Папоротниковидные;
• Хвощевидные;
• Плауновидные.

Папоротниковидные, Хвощевидные и Плауновидные – отделы споровых растений, представители которых имеют более сложное строение, чем мхи. Стоит отметить, что Папоротникообразные и Папоротниковидные – это не одно и то же. Папоротниковидные – это название отдела, а к Папоротникообразным относятся все три вышеперечисленных отдела, то есть Хвощевидные, Плауновидные и Папоротниковидные. 

Ароморфозы (отличия от мхов):

1. Возникновение настоящих проводящих тканей.

Ксилема — проводящая ткань, обеспечивающая восходящий ток воды и минеральных веществ по растению.

Флоэма —  проводящая ткань, обеспечивающая нисходящий ток воды с растворенными органическими соединениями.

Подробнее о растительных тканях можно прочитать в статье «Ткани растений».

2. Преобладающее поколение – бесполое (спорофит). 

3. Появление корневища.

Корневище — орган прикрепления к субстрату и вегетативного размножения. 

Чтобы повторить отличия между папоротниками и мхами, решим пример задания ЕГЭ №11. 

Задание. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Папоротники, в отличие от мхов:

1) имеют сложные листья — вайи
2) имеют покровные ткани
3) имеют проводящие ткани
4) обладают корнями 
5) характеризуются преобладанием гаметофита в жизненном цикле
6) являются споровыми растениями

Решение. Как мы говорили выше, мхи имеют совсем небольшие размеры из-за того, что у них нет корней и проводящих тканей, но они появляются у папоротников. Также мы знаем, что для папоротников характерно наличие перисто-рассеченных листьев, которые называются вайи.

Ответ: 134

Морфология и представители

1. Папоротниковидные

Папоротники имеют розеточное листорасположение, то есть все листья прикреплены непосредственно к корневищу. 

Строение папоротника 

Перисто-рассеченные листья видоизменены и называются «вайи».

Слово «вайи» звучит так, будто оно образовано от слова «веять». Если присмотреться, можно заметить, что листья папоротников похожи на опахала, которыми можно «навеять» на себя прохладу в знойный день.

В период бесполого размножения на нижней стороне листьев у папоротников созревают спорангии – сорусы, в которых образуются споры. 

Сорусы — группа спорангиев у папоротниковидных.

Сорусы папоротника

Представители папоротниковидных: орляк, азолла, щитовник мужской, дебрянка.

Папоротник орляк

Щитовник мужской

2. Хвощевидные

Хвощи также имеют корневище, из которого вырастают побеги. Различают весенние (спороносные) побеги коричневого цвета и летние (фотосинтезирующие) побеги зеленого цвета.

Строение летних побегов полевого хвоща 

Как запомнить, в какое время года какие побеги вырастают у хвощей?

Запомнить окраску и функции побегов хвощей можно, вспомнив времена года, в которые они вырастают. Летом всюду зеленеет трава – хвощи формируют побеги зеленого цвета.

Ранней весной только-только растаял снег, вокруг слякоть, грязь – кругом коричневый цвет, значит, и побеги хвоща будут коричневыми. На весенних побегах образуются спорангии – стробилы.

Стробилы — спорангии хвощевидных.

На каждом побеге образуются мутовки с боковыми стеблями и мелкими чешуйчатыми листьями. 

Мутовки — совокупность листьев, отходящих от одного узла.  

Термин «узел» рассматривается в статье «Органы растений. Часть 2». 

Стебли хвощей твердые на ощупь за счет высокого содержания в них кремнезема — очень прочного вещества с формулой SiO₂. Такое приспособление делает хвощи не очень приятным источником пищи — так они защищаются от травоядных животных. 

Представители хвощевидных: хвощ полевой.

3. Плауновидные 

Плауны — наиболее примитивная группа из Папоротникообразных. 

Плауны внешне напоминают мхи: они имеют короткие стелющиеся побеги с простыми узкими листьями. 

Споры созревают на спороносных колосках. 

Внешнее строение плауна 

Спороносные колоски — спорангии плауновидных.  

Представители плауновидных: плаун булавовидный.

Экология и распространение Папоротникообразных

1. Места обитания

Папоротниковидные, Хвощевидные и Плауновидные предпочитают влажные прохладные районы: леса, приболотные территории. 

Хвощевидные отличаются высокой морозостойкостью, обитают в основном в северном полушарии. Хвощи любят селиться на кислых почвах, по их появлению на участке можно судить о водородном показателе (то есть кислотности) субстрата. Нередко хвощи могут расти в садах и вытеснять культурные растения, то есть они являются сорняками.

2. Значение для экосистемы

Все эти растения являются травянистыми. Это значит, что они формируют нижний ярус лесного сообщества, создавая благоприятные условия для обитания почвенных моллюсков, насекомых, червей. 

Плотным слоем закрывая почву, плауны и папоротники удерживают там влагу и способствуют заболачиванию территорий. 

Являются продуцентами — поставщиками органического вещества в пищевой цепи.

Размножение и жизненный цикл Папоротникообразных

Жизненные циклы Папоротниковидных, Хвощевидных и Плауновидных схожи. Рассмотрим их на примере цикла развития папоротника.

Цикл развития папоротника  

Взрослое фотосинтезирующее растение представлено спорофитом. 

1. На нижней стороне листьев папоротника образуются спорангии – сорусы.
2. Затем в них созревают споры. 
3. Споры попадают в субстрат и прорастают в гаметофит – сердцевидный заросток. 
4. Клетки заростка делятся, дифференцируются и образуют органы полового размножения: антеридии и архегонии. 
5. В них образуются гаметы.
6. При слиянии женской и мужской гамет возникает зигота.
7. Из нее прорастает сначала молодой спорофит, а затем зрелая бесполая стадия развития папоротника.

Заростки: 1 – папоротника, 2 – хвоща, 3 – плауна 

Применение Папоротникообразных

1. Хвощи

• считаются лекарственными растениями;
• используются в народной медицине;
• из них изготавливают абразивы — материалы, которыми обрабатывают поверхности для гладкости.

2. Папоротники 

• выращиваются в качестве декоративных растений;
• некоторые употребляются в пищу.

3. Плауны

• споры плаунов используются для изготовления детской присыпки;
• из плаунов также производят краски для шерсти и пиротехнические изделия.

Изучив статью, мы с вами прошли эволюционный путь от только вышедших на сушу мхов до достаточно прогрессивных папоротников, которым удалось закрепиться в наземно-воздушной среде. Именно от папоротников произошли первые семенные растения, которые получили в дальнейшем господство на нашей планете и до сих пор доминируют среди растительных форм. А увлекательную историю о том, как это произошло, можно прочесть в статье «Семенные растения».

Термины

Ароморфоз — прогрессивное эволюционное преобразование, приводящее к повышению уровня организации.

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды при участии солнечного света у растений и цианобактерий.

Фактчек

• Все споровые относятся к подцарству Высшие растения, они имеют дифференцированные ткани и органы (кроме Печеночных мхов).
• К споровым растениям относятся представители отделов Моховидные, Папоротниковидные, Хвощевидные и Плауновидные. 
• Псилофиты (риниофиты) – самые первые и наиболее примитивные наземные высшие растения, предки современных моховидных, плауновидных и папоротниковидных. Для них характерно примитивное строение, наличие ризоидов. 
• Моховидные – отдел современных споровых растений, включающий в себя классы Листостебельные, Печеночные и Антоцеротовые мхи. 
• Для Моховидных характерно отсутствие корней и проводящей ткани, преобладание гаметофита в жизненном цикле.  
• Папоротниковидные, Хвощевидные и Плауновидные – отделы споровых растений, представители которых имеют более сложное строение, чем мхи. Для них характерно наличие корней, проводящей ткани, преобладание спорофита в жизненном цикле.

Проверь себя

Задание 1.

Какое растение накапливает в побегах кремнезем?

1. Маршанция
2. Риччия
3. Сфагнум
4. Хвощ полевой

Задание 2.

Споровые растения редко селятся в сухих местах. Почему?

1. Они не имеют настоящих проводящих тканей
2. Размножение зависит от воды
3. Они не имеют настоящих корней
4. Они имеют слишком большие листья и огромную площадь транспирации

Задание 3.

Какая стадия развития сфагнума имеет гаплоидный набор хромосом?

1. Коробочка на ножке
2. Протонема
3. Спорофит
4. Зигота

Задание 4.

При помощи каких структур мхи прикрепляются к субстрату?

1. Корней
2. Корневищ
3. Воздушных корней
4. Ризоидов

Задание 5.

Как называется гаметофит папоротника?

1. Предросток
2. Заросток
3. Протонема
4. Зеленая нить 

Ответы: 1. – 4; 2. – 2; 3. – 2; 4. – 4; 5. – 2.