Спорофит папоротника представлен взрослым растением: Размножение папоротников — урок. Биология, 6 класс.

Папоротники | СПАДИЛО

Папоротники – наиболее древняя группа высших споровых растений, в который входят как современные папоротники, так и одни из древнейших высших споровых растений, появившихся около 400 млн. лет назад в девонском периоде палеозойской эры. В настоящее время их насчитывается около 300 родов и более 10 000 видов. Встречаются в различных экологических условиях. В умеренных зонах это травянистые растения, многолетние корневищные травы, наиболее распространенные во влажных лесах; некоторые растут на заболоченных местах и в водоемах, их листья отмирают на зиму. Во влажных тропических лесах встречаются древовидные папоротники с колоноподобным стволом высотой до 20 метров. На верхушке ствола находится крона из больших перистых вечнозеленых листьев.

Строение папоротников

Большинство папоротников имеет стебель лежащий, подземный или надземный. Корни и стебель состоят из хорошо дифференцированных тканей. Размеры и форма листьев у разных видов неодинаковы, но у большинства они большие, растут верхушкой, выводковые почки закладываются в мезофилле листа. Листья папоротниковидных – это гомологи стебля (кладодии), их называют вайями. Значительная часть надземных форм папоротников имеет два типа листьев – стерильные и спороносные (диморфизм листьев). В течение сухого сезона развиваются только спороносные листья. Эта форма диморфизма способствует распространению спор: спорангии возвышаются над окружающими листьями и подвергаются действию сухого воздуха и ветра. У древовидных папоротников обычно не бывает подобного диморфизма. Листок у них является одновременно и фотосинтезирующим, и спороносным органом.

Господствующей фазой в жизненном цикле папоротниковидных является спорофит. Почти у всех папоротников спорофит многолетний и лишь у немногих (у видов рода цератоптерис) – однолетний (он ежегодно отмирает, оставляя специальные спорофитные почки, дающие начало новым спорофитам). Спорофит папоротника имеет довольно сложное строение. От корневища вертикально вверх отходят листья, вниз – придаточные корни (первичный корень быстро отмирает). Часто на корнях образуются выводковые почки, обеспечивающие вегетативное размножение растений.

Размножение папоротников

Папоротники чередуют половое и бесполое размножение. Преобладает фаза спорофита.

Спорофит

Спорофит – диплоидная (2n) многоклеточная фаза в жизненном цикле растений и водорослей, развивающаяся из оплодотворенной яйцеклетки, или зиготы и производящая споры. На спорофите в специальных органах — спорангиях — в результате мейоза развиваются гаплоидные споры (1n). У цветковых растений, голосеменных и сосудистых споровых (плауны, хвощи и папоротники) спорофит значительно крупнее гаметофита. Собственно, все, что мы обычно называем растением, и есть его спорофит.

Гаметофит

Гаметофит — гаплоидная (n) многоклеточная фаза в жизненном цикле растений, развивающаяся из спор и производящая половые клетки, или гаметы.

Развивается из гаплоидных спор. На гаметофите в специальных органах гаметангиях развиваются половые клетки, или гаметы. Гаметангии, производящие мужские гаметы, называются антеридии, а гаметангии, производящие женские гаметы — архегонии. Из оплодотворенной яйцеклетки, или зиготы развивается диплоидный спорофит, который первое время зависит от гаметофита.

Спорангии находятся на нижней стороне листа, собраны кучками (так называемые сорусы). Сверху сорусы прикрыты покрывальцем. Споры рассеиваются при разрыве стенки спорангия. Число спор на одном растении достигает десятков, сотен миллионов, иногда миллиардов.

На влажной почве споры прорастают в маленькую зеленую сердцеобразную пластинку. Это заросток (гаметофит) прикрепляется к почве ризоидами. Заросток обоеполый (изредка однополый – у водных папоротников), на нем образуются антеридии и архегонии. Оплодотворение происходит в водной среде (во время росы, дождя или под водой – у водных папоротников). Из оплодотворенной яйцеклетки формируется зародыш спорофита, состоящий из гаустории – ножки, которой он врастает в ткани заростка и потребляет из него питательные вещества, зародышевого корешка, почки, первого листа зародыша – “семядоли”. Таким образом, гаметофит папоротников приспособлен к обитанию в условиях увлажнения, а спорофит – типичное сухопутное растение.

Задание ollbio02920162017

Перед вами список вещей из определенных материалов, в состав которых либо входят сами живые организмы и их части, либо продукт приготовлен при помощи живых организмов (обозначены буквами). Во втором столбце даны зашифрованные описания этих живых организмов (обозначены цифрами).

• Описания каких организмов даны цифрами? Как их используют при приготовлении материалов? Одному организму могут соответствовать несколько описаний!
• Установите соответствие между пунктами первого и второго столбца. Обратите внимание на то, что одной вещи может соответствовать несколько организмов и наоборот.

Организмы, которые могут случайно попасть в материал, не указывайте!

При выполнении задания важно сразу соотнести живые объекты, из которых приготовляют определенные вещи и материалы, и их зашифрованные описания.

1. Лепестки венчика цветка у этого растения обычно голубые, цветок пятичленный. Из всех представленных материалов только льняная олифа приготовляется из семян льна – растения с голубыми цветками. Правильный ответ – Лён. Соответствие: 1 – Ж.

2. Эти вымершие автотрофы были споровыми. Из всех предметов и материалов только мел и графит могут быть продуктом, полученным из вымерших организмов. Из них только графит определённого происхождения является продуктом метаморфизации остатков фотосинтезирующих споровых организмов: папоротников, хвощей и плаунов. Соответствие: 2 – Е.

3. Глаза этих организмов состоят из отдельных фасеток (омматидиев). Этот признак характерен для насекомых. В левом столбце есть два материала, получаемых от насекомых: шёлк и проволис. Таким образом, в описании зашифрованы тутовый шелкопряд и пчела. Соответствие: 3 – А, И.

4. Эти гетеротрофные организмы имеют четырёхкамерный желудок, три из пяти пальцев конечности у них недоразвиты. Строение сердце позволяет сказать, что это – либо птицы, либо млекопитающие. Четырёхкамерный желудок характерен для некоторых представителей Парнокопытных. Он состоит следующих отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга. Строение конечностей также соответствует Парнокопытным. Наиболее вероятно, что дано описание коровы. Из соединительных тканей получают желатин, который используется для производства желатиновых фотографических пластинок. Соответствие: 4 – Г.

5. Это тропическое растение содержит во всех своих частях млечный сок. Из млечного сока получают натуральный каучук. Поэтому может быть зашифровано самое распространённое каучуконосное растение – гевея бразильская. Правильным может быть также ответ фикус эластичный [его используют как каучуконос в Индии]. Соответствие: 5 – Б.

6. Это растение имеет плод – коробочку с семенами, покрытыми густыми волосками. Таким троением обладает коробочка хлопчатника, а волоски, развивающиеся на семенах, используют для производства хлопачтобумажной ткани. Соответствие: 6 – В.

7. Это автотрофные организмы, в жизненном цикле которых преобладает спорофит, а гаметофит можно разглядеть только под микроскопом. Под это описание подходит довольно большой спектр растений. Это Цветковые (Покрытосеменные) и Голосеменные растения. Перечислим цветковые расетния, участвующие в производстве материалов. Тутовое дерево (шелковица) – пища для тутового шелкопряда. Гевея бразильская –каучуконос. Хлопчатник – источник ваты и хлопчатобумажных тканей. Осина – источник мягкой древесины, удобной для отачивания карандашей. Лён – источник льнаяной олифы и льняных тканей. Тополь, берёза и другие деревья, дающие смолистые выделения – с них пчёлы собирают материал, который перерабатывается в прополис. Из Голосеменных ель используют в производстве бумаги. Соответствие: 7 – А, Б,В, Д, Е, Ж, И.

8. Этот организм в личиночной стадии имеет грызущий ротовой аппарат. Такой ротовой аппарат характерен для гусениц, который у имаго претерпевает сильный метаморфоз. У пчёл – грызуще-лижущий аппарат, сохраняющийся во взрослом состоянии. Таким образом, был зашифрован тутовый шелкопряд.
Соответствие: 8 – А.

9. Эти одноклеточные гетеротрофы имеют раковины и ловчую сеть из специализированных ложноножек. Речь идёт о фораминиферах, раковины которых образовали залежи мела. Соответствие: 9 – З.

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

Задание EB1019D

Установите соответствие между признаками и отделами растений: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

Начнем с конца:

Корни отсутствуют у мхов.

Заросток – зеленая пластинка, присутствующая в онтогенезе папоротников.

Споры развиваются в коробочке у мхов, классический пример – коробочки кукушкиного льна.

Спорангии на нижней стороне листа (вай) – папоротники. Наверняка многие видели спорангии папоротников. Они выглядят как небольшие коричневые диски внизу листьев.

Протонема, или зеленая нить, – мхи.

Преобладание гаметофита – мхи. У папоротников преобладает спорофит.

Ответ: 221212

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB11087

Какие изменения произошли в размножении цветковых растений, по сравнению с папоротникообразными, в процессе эволюции?

1. У покрытосеменных растений появился цветок — специализированный орган, приспособленный к половому размножению.
2. Двойное оплодотворение, в результате которого образуется семя.
3. Семена находятся в плодах, которые имеют разные приспособления к размножению.

Примечание В пункте 3) вернее указывать в плодах, которые имеют разные приспособления к расселению (распространению). Например, крылатки клена; яркий околоплодник вишни и т.д.

Ответ: см. решение

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB11745

Установите правильную последовательность стадий жизненного цикла папоротника начиная с зиготы.

1. образование зиготы
2. прорастание споры, образование заростка
3. формирование половых клеток в заростке
4. образование корневища из зиготы
5. образование спор на листьях
6. рост листьев из корневища

Начнем в это раз даже не с пункта «образование зиготы», а с того, что посмотрим на то, как в природе выглядит тот самый заросток:

Теперь можно делать.

Читаем варианты и видим: 4) образование корневища из зиготы

Затем 6) рост листьев из корневища

Осталось три варианта:

2) прорастание споры, образование заростка

3) формирование половых клеток в заростке

5) образование спор на листьях

Очевидно, что вариант 2) идет следом за вариантом 5), только потом образуются половые клетки.

Ответ: 146523

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB10713

Определите последовательность стадий развития папоротника, начиная с оплодотворения.

1. развитие заростка
2. оплодотворение
3. развитие спорофита
4. образование архегониев и антеридиев
5. образование спорангиев
6. прорастание споры

Начнем с того, что после оплодотворения образуется зигота, она диплоидна. Из нее должно что-то развиться, тоже диплоидное.

Наши варианты:

1) развитие заростка

3) развитие спорофита

4) образование архегониев и антеридиев

Диплоидный в перечне только спорофит

На спорофите развиваются спорангии, а из прорастающих спор должно опять же что-то вырасти.

Антеридии и архегонии — взрослые мужские и женские растения, поэтому выбираем заросток, ведь даже взрослым растениям нужно из чего-то вырасти.

Ответ: 235614

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB20522

Установите последовательность стадий жизненного цикла папоротника орляка, начиная с оплодотворения. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.

1. оплодотворение
2. развитие половых клеток
3. развитие спорангиев на листьях
4. развитие корневища
5. развитие заростка
6. развитие спор в спорангиях

Первое по условию – оплодотворение, на схеме это, соответственно, место, где яйцеклетки и сперматозоиды сливаются друг с другом, образуя зиготу.

Далее следует развитие спорофита из зародыша, развивается корневище

На вайях (листьях) развиваются спорангии.

В спорангиях развиваются споры.

Затем развивается заросток.

А из него – половые клетки.

Ответ: 143652

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB21617

Известно, что папоротник орляк — это споровое растение, с развитыми проводящими тканями, размножающееся как бесполым, так и половым путём. Выберите из приведённого ниже текста три утверждения, относящиеся к описанию перечисленных выше признаков организма.

(1) Среди папоротникообразных растений в настоящее время встречаются как травянистые, так и деревянистые растения. (2) В цикле развития преобладает спорофит — взрослое, наземное растение. (3) Гаметофит папоротника представлен маленьким заростком, на котором образуются гаметы. (4) В высоту папоротники могут достигать нескольких метров, не испытывая затруднений в поступлении воды к листьям (вайям). (5) Папоротники — наземные растения, широко распространённые в разных ярусах леса. (6) На нижней стороне вайи можно заметить коричневые образования — сорусы, содержащие споры.

Все указанные предложения описывают папоротник, но нам нужно выбрать те предложения, которые соответствуют выделенному утверждению: «споровое растение, с развитыми проводящими тканями, размножающееся как бесполым, так и половым путём».

Гаметофит папоротника представлен маленьким подземным заростком, на котором образуются гаметы — размножающееся половым путём. В высоту папоротники могут достигать нескольких метров, не испытывая затруднений в поступлении воды к листьям (вайям) — с развитыми проводящими тканями. На нижней стороне вайи можно заметить коричневые образования — сорусы, содержащие споры — споровое растение.

Ответ: 346

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB10106

Сходство мхов и папоротников проявляется в

1. размножении спорами
2. дифференциация на органы и ткани
3. оплодотворении, которое происходит вне водной среды
4. автотрофном способе питания
5. перекрёстном опылении насекомыми
6. преобладании среди них древесных форм

Общие признаки высших споровых растений.

1. Наличие многоклеточных антеридиев (мужских органов полового размножения) и архегониев (женских органов полового размножения) и многоклеточных спорангиев (бесполое размножение).
2. Чередование диплоидной (бесполое поколение — спорофит) и гаплоидной фаз (половое поколение — гаметофит) в жизненном цикле; у большинства организмов гаметофиты раздельнополые.
3. Растения, имеют зародыш (признак, отличающий их от водорослей) и размножаются спорами.
4. Дифференцированный спорофит (органы и ткани).

Ответ: 124

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB10103

Растения отдела Папоротниковидные характеризуются следующими признаками

1. оплодотворение происходит в водной среде
2. образуется обоеполый заросток
3. орган размножения — цветок
4. опыляются насекомыми
5. не имеют корней
6. на нижней стороне листьев образуются споры

Под цифрами 3, 4 — признаки цветковых, 5 — признак мхов.

Заросток обоеполый, служит для полового воспроизведения папоротника. В микроскоп можно увидеть, что верхняя сторона его гладкая, а на нижней имеются тончайшие волоски-ризоиды, служащие для прикрепления его к влажной почве. Между волосками попадаются маленькие полые бугорки (антеридии), содержащие в себе множество мельчайших сперматозоидов.

Ближе к сердцевидной выемке заростка на той же нижней стороне находятся удлиненные вздутия с канальцами, ведущими внутрь. На дне каждого такого бугорка (архегония) находится женская половая клетка — яйцеклетка, с которой происходит слияние одного из сперматозоидов.

Ответ: 126

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB21266

Все приведённые ниже признаки, кроме двух, — гаплоидные стадии развития папоротника. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

1. спермий
2. листья
3. спора
4. зигота
5. заросток

Для выполнения этого задания нужно разобрать жизненный цикл папоротника:

Найдем все, что гаплоидно. Следуя схеме, это спермий, споры и заросток. Значит, листья и зигота — диплодны.

Ответ: 24

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Даниил Романович | Просмотров: 11. 1k

Тест по биологии Отделы Хвощи, Плауны, Папоротники 7 класс

Тест по биологии Отделы Хвощи, Плауны, Папоротники 7 класс. Тест включает два варианта, в каждом по 9 заданий.

Вариант 1

A1. В отличие от мхов у хвощей имеются

1) стебли
2) листья
3) корни
4) побеги

А2. На взрослом растении хвоща созревают

1) споры
2) гаметы
3) семена
4) шишки

А3. К генеративным органам папоротников относят

1) корень
2) стебель
3) лист
4) спорангии

А4. Гаметы папоротника образуются

1) в спорангиях на листьях
2) на придаточных корнях
3) на заростке
4) па молодом растении

А5. К вегетативным органам папоротников относят

1) корневище
2) спорангии
3) коробочку на ножке
4) органы, в которых созревают гаметы

Б1. Верны ли следующие утверждения?

А. Для плаунов характерно вегетативное размножение участками побегов.
Б. Споры формируются на заростках хвощей.

1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) неверны оба суждения

Б2. Верны ли следующие утверждения?

А. Заросток папоротника — это бесполое поколение в цикле его развития, или спорофит.
Б. Органы взрослого растения папоротника образованы тканями.

1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) неверны оба суждения

Б3. Установите соответствие между жизнедеятельностью растения и его систематической группой.

ПРОЦЕСС ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

А. Корни обеспечивают поч­венное питание
Б. Прикрепляются к почве ризоидами
В. Гаметы образуются на по­бегах
Г. Споры формируются на взрослом растении

СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ ГРУППА

1. Мхи
2. Папоротники

Запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Б4. Установите последовательность этапов жизненного цикла папоротников, начиная со взрослого растения

1) взрослое растение (спорофит)
2) заросток (гаметофит)
3) яйцеклетка и сперматозоид
4) споры
5) оплодотворение
6) молодое растение
7) зигота

Вариант 2

А1. Плауны размножаются

1) семенами
2) спорами
3) гифами
4) слоевищем

А2. Спорофит у плаунов представлен

1) взрослым растением
2) заростком
3) яйцеклеткой
4) сперматозоидом

А3. Спорангии большинства папоротников расположены на

1) корневище
2) заростке
3) листьях
4) почках

А4. Среди жизненных форм папоротников в странах умеренного климата преобладают

1) многолетние травы
2) однолетние травы
3) кустарники
4) деревья

А5. Фотосинтез у папоротников происходит в

1) гаметах
2) корневище
3) спорангиях
4) тканях листа

Б1. Верны ли следующие утверждения?

А. В жизненном цикле плаунов чередуются половое и бес­полое поколения.
Б. У хвощей процесс фотосинтеза протекает в клетках, со­держащих хлоропласты.

1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) неверны оба суждения

Б2. Верны ли следующие утверждения?

А. Яйцеклетка папоротника представляет собой женскую гамету.
Б. В цикле развития папоротников оплодотворение проис­ходит без участия воды.

1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) неверны оба суждения

Б3. Установите соответствие между строением растения и его систематической группой.

СТРОЕНИЕ

А. Наличие корней и побегов
Б. Тело состоит из слоевища
В. Наличие тканей
Г. Имеются колониальные, одноклеточные и много­клеточные организмы

СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ ГРУППА

1. Водоросли
2. Хвощи

Запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Б4. Установите последовательность этапов жизненного цикла папоротников, начиная с молодого растения

1) молодое растение
2) гаметы: яйцеклетка и сперматозоид
3) споры
4) взрослое растение
5) зигота
6) заросток
7) оплодотворение

Ответы на тест по биологии Отделы Хвощи, Плауны, Папоротники 7 класс
Вариант 1
А1-3
А2-1
А3-4
А4-1
А5-1
Б1. 1
Б2. 2
Б3. А2 Б1 В1 Г2
Б4. 1423576
Вариант 2
А1-2
А2-1
А3-3
А4-1
А5-4
Б1. 3
Б2. 1
Б3. А2 Б1 В2 Г1
Б4. 1436275

PDF версия для печати
Тест Отделы Хвощи, Плауны, Папоротники 7 класс
(130 Кб)

9.20: Жизненный цикл бессемянных сосудистых растений

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Что такое фиддлхед?

Эта структура листьев папоротника известна как Fiddlehead. Вы можете понять, почему? Выглядит вкусно? Почти у всех папоротников есть наросты, и существует множество рецептов их приготовления. Но эта часть растения, лист или вайя, также играет очень важную роль в жизненном цикле папоротника.

Жизненный цикл бессемянных сосудистых растений

В отличие от несосудистых растений, все сосудистые растения, включая бессемянные сосудистые растения, имеют доминирующее поколение спорофита . Бессемянные сосудистые растения включают плауны и папоротники. На рисунке ниже показан типичный жизненный цикл папоротника.

В жизненном цикле папоротника преобладает поколение спорофитов.

Зрелый спорофитный папоротник имеет знакомые лиственные вайи . Нижняя сторона листьев усеяна гроздьями по 9 штук.0032 спорангии . Спорангии производят споры, которые развиваются в крошечные сердцевидные гаметофиты . Гаметофиты имеют антеридия и архегония . Антеридии производят сперму с множеством ресничек; архегонии откладывают яйца. Оплодотворение происходит, когда сперматозоиды подплывают к яйцеклетке внутри архегония . Образовавшаяся зигота развивается в зародыш, который становится новым спорофитным растением. Затем цикл повторяется.

Резюме

• У сосудистых растений преобладает поколение спорофитов.
• У бессемянных сосудистых растений, таких как папоротники, спорофит выделяет споры с нижней стороны листьев.
• Споры развиваются в крошечные отдельные гаметофиты, из которых вырастает следующее поколение спорофитных растений.

Обзор

1. Какую роль играют листья в размножении папоротников?
2. Опишите антеридии и архегонии и их функции.
3. Создайте собственную диаграмму цикла, чтобы представить жизненный цикл папоротника.

Эта страница под названием 9. 20: Жизненный цикл бессемянных сосудистых растений распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Фондом CK-12 через исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами LibreTexts. Платформа; подробная история редактирования доступна по запросу.

ПОД ЛИЦЕНЗИЕЙ

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Фонд СК-12

   Лицензия

   СК-12

   Программа OER или Publisher

   СК-12

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@http://www. ck12.org/book/CK-12-Biology-Concepts

Бессемянные сосудистые растения | Биология для специальностей II

Результаты обучения

• Различие между сосудистыми и несосудистыми растениями
• Определите основные характеристики бессемянных сосудистых растений

Сосудистые растения, или трахеофиты , являются доминирующей и наиболее заметной группой наземных растений. Более 260 000 видов трахеофитов составляют более 90 процентов растительности Земли. Несколько эволюционных инноваций объясняют их успех и их способность распространяться на все места обитания.

Мохообразные, возможно, успешно перешли из водной среды обитания в сушу, но они по-прежнему зависят от воды для размножения и должны поглощать влагу и питательные вещества через поверхность гаметофита. Отсутствие корней для поглощения воды и минеральных веществ из почвы, а также отсутствие армированных лигнином проводящих клеток ограничивают мохообразные до небольших размеров. Хотя они могут выжить в относительно засушливых условиях, они не могут размножаться и расширять свой ареал обитания без воды. Сосудистые растения, напротив, могут достигать огромной высоты, успешно конкурируя за свет. Органы фотосинтеза превращаются в листья, а трубчатые клетки или сосудистые ткани переносят воду, минеральные вещества и связанные углеродорганические соединения по всему организму.

На протяжении эволюции растений происходит прогрессивное увеличение доминирования поколения спорофитов. У бессемянных сосудистых растений преобладающей фазой жизненного цикла является диплоидный спорофит. Гаметофит теперь менее заметен, но все еще независим от спорофита. Бессемянные сосудистые растения все еще зависят от воды во время оплодотворения, так как жгутиковые сперматозоиды должны плыть по слою влаги, чтобы достичь яйцеклетки. Этот этап размножения объясняет, почему папоротники и их родственники более многочисленны во влажной среде.

Сосудистая ткань: ксилема и флоэма

Рисунок 1. Сосудистые пучки сельдерея. На этом поперечном срезе стебля сельдерея видно несколько сосудистых пучков. Ксилема находится на внутренней части каждого пучка. (кредит: fir0002 | flagstaffotos.com.au [GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/fdl-1.2.html)], через Wikimedia Commons. Изображение изменено из источника.)

Первые окаменелости растений, показывающие наличие сосудистой ткани, относятся к силурийскому периоду, около 430 миллионов лет назад. Простейшее расположение проводящих клеток представляет собой рисунок ксилемы в центре, окруженный флоэмой. Xylem  является тканью, отвечающей за хранение и транспортировку воды и питательных веществ на большие расстояния, а также перенос водорастворимых факторов роста от органов синтеза к органам-мишеням. Ткань состоит из проводящих клеток, известных как трахеиды, и поддерживающей ткани наполнителя, называемой паренхимой. Проводящие клетки ксилемы включают в свои стенки соединение лигнин , поэтому их называют одревесневшими. Лигнин сам по себе представляет собой сложный полимер: он непроницаем для воды и придает механическую прочность сосудистой ткани. Благодаря своим жестким клеточным стенкам клетки ксилемы обеспечивают поддержку растению и позволяют ему достигать впечатляющих высот. Высокие растения имеют селективное преимущество, поскольку они могут достигать нефильтрованного солнечного света и рассеивать свои споры или семена вдали от родительского растения, тем самым расширяя ареал вида. Вырастая выше других растений, высокие деревья отбрасывают тень на более низкие растения и тем самым вытесняют их за воду и драгоценные питательные вещества в почве.

Флоэма — второй тип сосудистой ткани; он переносит сахара, белки и другие растворенные вещества по всему растению. Клетки флоэмы делятся на ситовидные элементы (проводящие клетки) и клетки, поддерживающие ситовидные элементы. Вместе ткани ксилемы и флоэмы образуют сосудистую систему растений (рис. 1).

Рисунок 2. Схема тканей ксилемы и флоэмы

Корни: опора для растения

Корни плохо сохранились в летописи окаменелостей. Тем не менее, кажется, что корни возникли позже в эволюции, чем сосудистая ткань. Развитие разветвленной сети корней представляло собой существенную новую черту сосудистых растений. Тонкие ризоиды прикрепляли мохообразные к субстрату, но эти довольно непрочные нити не давали растению прочного якоря; они также не поглощали значительное количество воды и питательных веществ. Напротив, корни с их заметной системой сосудистой ткани переносят воду и минералы из почвы к остальной части растения. Обширная сеть корней, которая проникает глубоко в почву, чтобы добраться до источников воды, также стабилизирует растения, действуя как балласт или якорь. Большинство корней устанавливают симбиотические отношения с грибами, образуя мутуалистическую микоризу, которая приносит пользу растению, значительно увеличивая площадь поверхности для поглощения воды, минералов почвы и питательных веществ.

Листья, спорофиллы и стробилы

Третье нововведение относится к бессемянным сосудистым растениям. Вместе с появлением спорофита и развитием сосудистой ткани появление настоящих листьев повысило их фотосинтетическую эффективность. Листья улавливают больше солнечного света благодаря своей увеличенной площади поверхности, используя больше хлоропластов для улавливания световой энергии и преобразования ее в химическую энергию, которая затем используется для связывания атмосферного углекислого газа в углеводы. Углеводы экспортируются в остальную часть растения проводящими клетками ткани флоэмы.

Существование двух типов морфологии листьев — микрофиллов и мегафиллов — предполагает, что листья развивались независимо у нескольких групп растений. Микрофиллы («листочки») мелкие и имеют простую сосудистую систему. Первые микрофилла в палеонтологической летописи могут быть датированы 350 миллионами лет назад в позднем силурийском периоде. Единственная неразветвленная жилка — пучок сосудистой ткани, состоящей из ксилемы и флоэмы, — проходит через центр листа. Микрофиллы могли возникнуть в результате уплощения боковых ветвей или из спорангиев, утративших репродуктивную способность. Микрофиллы встречаются у плаунов. Микрофиллы, вероятно, предшествовали развитию мегафиллы  («большие листья»), которые представляют собой более крупные листья с рисунком из нескольких жилок. Мегафиллы, скорее всего, возникали независимо несколько раз в ходе эволюции. Их сложная сеть жилок предполагает, что несколько ветвей могли объединиться в уплощенный орган, а промежутки между ветвями были заполнены фотосинтезирующей тканью. Мегафиллы встречаются у папоротников и более производных сосудистых растений.

Помимо фотосинтеза листья играют еще одну роль в жизни растений. Сосновые шишки, зрелые листья папоротника и цветы — все  спорофиллы — листья, структурно модифицированные для несения спорангиев. У хвойных, обычно называемых сосновыми шишками, стробилы представляют собой конусообразные структуры, содержащие спорангии.

Папоротники и другие бессемянные сосудистые растения

К позднему девонскому периоду растения развили сосудистую ткань, четко очерченные листья и корневую систему. Благодаря этим преимуществам растения увеличились в высоту и в размерах. В каменноугольный период (от 360 до 300 млн лет назад) болотные леса из плаунов и хвощей, некоторые экземпляры которых достигают высоты более 30 м (100 футов), покрывали большую часть суши. Эти леса дали начало обширным месторождениям угля, давшим название каменноугольному периоду. У бессемянных сосудистых растений спорофит стал доминирующей фазой жизненного цикла.

Вода по-прежнему требуется в качестве среды для транспортировки сперматозоидов во время оплодотворения бессемянных сосудистых растений, и для большинства из них благоприятна влажная среда. Современные бессемянные трахеофиты включают плауны, хвощи, папоротники и папоротники.

Тип Lycopodiophyta: плауны

Рисунок 3. У плаунов, таких как Lycopodium clavatum , спорангии расположены группами, называемыми стробилами. (кредит: Кори Занкер)

плауны , или тип Lycophyta, являются самой ранней группой бессемянных сосудистых растений. Они доминировали в ландшафте каменноугольного периода, вырастая в высокие деревья и образуя большие болотные леса. Современные плауны представляют собой крошечные вечнозеленые растения, состоящие из стебля (который может быть разветвленным) и микрофиллов (рис. 3). Тип Lycophyta включает около 1200 видов, включая иглолистные ( Isoetales ), плауны ( Lycopodiales ) и колючие мхи ( Selaginellales ), ни один из которых не является настоящим мхом или мохообразным.

Ликофиты следуют схеме чередования поколений, наблюдаемой у мохообразных, за исключением того, что спорофит является основной стадией жизненного цикла. Некоторые ликофиты, такие как плаун Lycopodium , производят гаметофиты, независимые от спорофита, развивающиеся под землей или в других местах, где они могут образовывать микоризные ассоциации с грибами. У многих плаунов спорофит дает спорофиллы, расположенные в виде стробилов, конусообразных структур, которые и дали название этому классу. Спорангии развиваются внутри камеры, образованной каждым спорофиллом.

Ликофиты могут быть гомоспористыми (споры одинакового размера) или гетероспористыми (споры разных размеров). Мох колючий Selaginella  является гетероспоровым плауновидным растением. В одном и том же стробиле будут содержаться микроспорангии, производящие споры, которые разовьются в мужской гаметофит, и мегаспорангии, производящие споры, которые разовьются в женский гаметофит. Оба гаметофита развиваются внутри защитного стробила.

Рис. 4. Хвощи, названные так из-за кустистого вида спорофита, прекрасно себя чувствуют в болотах. (кредит: Мириам Фельдман)

Тип Monilophyta: класс Equisetopsida (хвощи)

Хвощи, папоротники и папоротники относятся к типу Monilophyta, а хвощи относятся к классу Equisetopsida. Единственный род Equisetum  – оставшийся в живых из большой группы растений, известных как Arthrophyta, которые давали большие деревья и целые болотные леса в каменноугольном периоде. Растения обычно встречаются во влажной среде и на болотах (рис. 4).

Стебель хвоща характеризуется наличием суставов или узлов, отсюда и название Arthrophyta (arthro- = «сустав»; -phyta = «растение»). Листья и ветки выходят мутовками из равномерно расположенных суставов. Игольчатые листья не вносят большого вклада в фотосинтез, большая часть которого происходит в зеленом стебле (рис. 5).

Рисунок 5. На растении хвоща заметны тонкие листья, отходящие от суставов. Хвощи когда-то использовались в качестве чистящих щеток и получили прозвище чистящие щетки. (кредит: Мириам Фельдман)

Силикагель, собранный в клетках эпидермиса, способствует жесткости растений хвоща, но подземные стебли, известные как корневища, прикрепляют растения к земле. Современные хвощи гомоспоровые. Споры прикрепляются к элатерам — как мы видели, это спиральные нити, которые раскрываются в сухую погоду и отбрасывают споры в место, удаленное от родительских растений. Затем споры прорастают, образуя небольшие обоеполые гаметофиты.

Phylum Monilophyta: класс Psilotopsida (Висловидные папоротники)

Рисунок 6. Висловидный папоротник Psilotum nudum имеет ярко выраженные зеленые стебли с узловатыми спорангиями. (кредит: Forest & Kim Starr)

В то время как у большинства папоротников образуются большие листья и ветвящиеся корни, у вихревых папоротников класса Psilotopsida отсутствуют как корни, так и листья, вероятно, утраченные в результате редукции. Фотосинтез происходит в их зеленых стеблях, которые дихотомически разветвляются. Маленькие желтые наросты образуются на кончиках ветвей или в узлах ветвей и содержат спорангии (рис. 6). Споры развиваются в гаметофиты размером всего несколько миллиметров, но которые производят как мужские, так и женские гаметангии. Ветвистые папоротники считались ранними птерофитами. Однако недавний сравнительный анализ ДНК показывает, что эта группа могла утратить как сосудистую ткань, так и корни в процессе эволюции и более тесно связана с папоротниками.

Рисунок 7. Некоторые экземпляры этого низкорослого древовидного папоротника могут вырасти очень высокими. (кредит: Адриан Пингстоун)

Тип Monilophyta: класс Polypodiopsida (настоящие папоротники)

Настоящие папоротники с их большими ветвями, пожалуй, являются наиболее легко узнаваемыми бессемянными сосудистыми растениями. Они также считаются наиболее продвинутыми бессемянными сосудистыми растениями и обладают характеристиками, обычно наблюдаемыми у семенных растений. Более 20 000 видов папоротников обитают в средах от тропиков до лесов умеренного пояса. Хотя некоторые виды выживают в засушливой среде, большинство папоротников растет только во влажных затененных местах. Папоротники появились в летописи окаменелостей в девонский период (420 млн лет назад) и расширились в течение каменноугольного периода (от 360 до 300 млн лет назад).

Доминирующей стадией жизненного цикла папоротника является спорофит, состоящий из крупных сложных листьев, называемых вайями. Вайи могут быть как мелкорассеченными, так и широколопастными. Вайи выполняют двойную роль; это фотосинтетические органы, которые также несут репродуктивные органы. Стебель может быть похоронен под землей как корневище, от которого отрастают придаточные корни, поглощающие воду и питательные вещества из почвы; или они могут расти над землей в виде ствола древовидного папоротника (рис. 7). Придаточные органы – это те, которые растут в необычных местах, например, корни, растущие сбоку от стебля.

Кончик развивающейся ветви папоротника сворачивается в посох или головку скрипки (рис. 8a и рис. 8b). Fiddleheads разворачиваются по мере развития ветви.

Рис. 8. Крозье, или фиддлхеды, — это кончики листьев папоротника. (кредит а: модификация работы Кори Занкера; кредит б: модификация работы Мириам Фельдман)

На нижней стороне каждой зрелой ветви папоротника находятся группы спорангиев, называемые сорусами (рис. 9а). Большинство папоротников равноспоровые. Споры образуются в результате мейоза и выбрасываются в воздух из спорангиев. Те, что приземляются на подходящий субстрат, прорастают и образуют сердцевидный гаметофит, или заросток, который прикрепляется к земле тонкими нитевидными ризоидами (рис. 9).б). Гаметофиты образуют как антеридии, так и архегонии. Как и сперматозоиды других птерофитов, сперматозоиды папоротников имеют несколько жгутиков и должны плыть к архегонию, который выделяет хемоаттрактант, направляющий их. Зигота развивается в спорофит папоротника, который выходит из архегония гаметофита. Созревание антеридий и архегоний в разное время способствует перекрестному оплодотворению.

Рисунок 9. Репродуктивные стадии папоротника. Сорусы (а) выглядят как небольшие бугорки на нижней стороне листьев папоротника. (кредит: Мириам Фельдман). (б) Гаметофит папоротника и молодой спорофит. Спорофит и гаметофит помечены. (кредит: модификация работы «Влмастра»/Wikimedia Commons.

Полный жизненный цикл папоротника показан на рисунке 10 ниже.

Рисунок 10. Репродуктивный цикл папоротника. Этот жизненный цикл папоротника показывает чередование поколений с доминирующей стадией спорофита. (кредит «папоротник»: модификация работы Кори Занкера; кредит «гаметофит»: модификация работы «Влмастры»/Викисклада)

Практический вопрос

Какое из следующих утверждений о жизненном цикле папоротника неверно?

1. Спорангии образуют гаплоидные споры.
2. Спорофит вырастает из гаметофита.
3. Спорофит диплоидный, а гаметофит гаплоидный.
4. Спорангии образуются на нижней стороне гаметофита.

Показать ответ

Чтобы посмотреть урок и проверить свои знания, посмотрите это видео о жизненном цикле папоротника.

Ландшафтный дизайнер

Глядя на декоративное расположение клумб и фонтанов, типичных для королевских замков и исторических домов Европы, становится ясно, что создатели садов знали больше, чем искусство и дизайн. Они также были знакомы с биологией растений, которые выбирали. Ландшафтный дизайн также имеет прочные корни в традициях Соединенных Штатов. Ярким примером раннего американского классического дизайна является Монтичелло, частное поместье Томаса Джефферсона. Среди его многочисленных интересов Джефферсон сохранял сильную страсть к ботанике. Ландшафтная планировка может охватывать небольшое личное пространство, такое как сад на заднем дворе, общественные места сбора, такие как Центральный парк в Нью-Йорке, или весь план города, такой как проект Пьера Л’Энфана для Вашингтона, округ Колумбия.

Ландшафтный дизайнер спланирует традиционные общественные пространства, такие как ботанические сады, парки, университетские городки, сады и более крупные застройки, а также природные территории и частные сады. Восстановление природных мест, на которые посягнуло вмешательство человека, таких как водно-болотные угодья, также требует опыта ландшафтного дизайнера.

Рисунок 11. Эта благоустроенная граница кампуса колледжа была спроектирована студентами факультета садоводства и ландшафтного дизайна колледжа. (кредит: Мириам Фельдман)

С таким набором необходимых навыков образование ландшафтного дизайнера должно включать солидный опыт в области ботаники, почвоведения, патологии растений, энтомологии и садоводства. Курсовая работа в области архитектуры и программного обеспечения для проектирования также требуется для получения степени. Успешный дизайн ландшафта основывается на обширных знаниях требований к росту растений, таких как свет и тень, уровни влажности, совместимость различных видов и восприимчивость к патогенам и вредителям. Мхи и папоротники будут процветать в затененных местах, где фонтаны обеспечивают влагу; кактусы, с другой стороны, не будут хорошо себя чувствовать в такой среде. Необходимо учитывать будущий рост отдельных растений, чтобы избежать скученности и конкуренции за свет и питательные вещества. Внешний вид пространства с течением времени также вызывает беспокойство. Формы, цвета и биология должны быть сбалансированы для создания ухоженных и устойчивых зеленых насаждений. Искусство, архитектура и биология сливаются в прекрасно спроектированном и реализованном ландшафте

Важность бессемянных сосудистых растений

Мхи и печеночники часто являются первыми макроскопическими организмами, заселяющими территорию, как в первичной последовательности, когда голая земля впервые заселяется живыми организмами, так и во вторичной последовательности, когда живые организмы почва остается нетронутой после катастрофического события, уничтожающего многие существующие виды. Их споры разносятся ветром, птицами или насекомыми. После того, как мхи и печеночники приживутся, они станут пищей и убежищем для других видов растений. Во враждебной среде, такой как тундра, где почва промерзла, мохообразные хорошо растут, потому что у них нет корней, и они могут быстро высыхать и восстанавливаться, как только вода снова становится доступной. Мхи являются основой пищевой цепи тундрового биома. Многие виды — от мелких травоядных насекомых до овцебыков и северных оленей — питаются мхами. В свою очередь, хищники питаются травоядными, которые являются основными потребителями. Некоторые сообщения указывают на то, что мохообразные делают почву более податливой для заселения другими растениями. Поскольку они устанавливают симбиотические отношения с азотфиксирующими цианобактериями, мхи пополняют почву азотом.

К концу девятнадцатого века ученые заметили, что лишайники и мхи становятся все более редкими в городских и пригородных районах. Поскольку мохообразные не имеют ни корневой системы для поглощения воды и питательных веществ, ни кутикулярного слоя, защищающего их от высыхания, загрязняющие вещества в дождевой воде легко проникают в их ткани, поскольку они поглощают влагу и питательные вещества через всю свою открытую поверхность. Поэтому загрязняющие вещества, растворенные в дождевой воде, легко проникают в ткани растений и оказывают большее влияние на мхи, чем на другие растения. Исчезновение мхов можно считать биологическим индикатором уровня загрязнения окружающей среды.

Папоротники вносят свой вклад в окружающую среду, способствуя выветриванию горных пород, ускоряя формирование верхнего слоя почвы и замедляя эрозию по мере того, как корневища распространяются по почве. Водные папоротники рода Azolla содержат азотфиксирующие цианобактерии и восстанавливают это важное питательное вещество в водной среде обитания.

Рисунок 12. Sphagnum acutifolium представляет собой высушенный торфяной мох и может использоваться в качестве топлива. (кредит: Кен Гулдинг)

Бессемянные растения исторически играли важную роль в жизни человека, используя их в качестве инструментов, топлива и лекарств. Например, высушенный мох-торф, Sphagnum широко используется в качестве топлива в некоторых частях Европы и считается возобновляемым ресурсом. Сфагновые болота (рис. 12) засеяны кустами клюквы и черники. Кроме того, способность Sphagnum удерживать влагу делает мох распространенным почвоулучшителем. Даже флористы используют блоки Sphagnum для сохранения влаги в цветочных композициях!

Привлекательные листья папоротника делают его любимым декоративным растением. Поскольку они хорошо растут при слабом освещении, они хорошо подходят в качестве комнатных растений. Что еще более важно, папоротник папоротник-орляк ( Pteridium aquilinum ) — традиционная весенняя еда коренных американцев, популярная в качестве гарнира во французской кухне. Солодковый папоротник, Polypodium glycyrrhiza, , входит в рацион племен северо-западного побережья Тихого океана, отчасти благодаря сладости его корневищ. Он имеет слабый лакричный вкус и служит подсластителем. Корневище также фигурирует в фармакопее коренных американцев благодаря своим лечебным свойствам и используется как средство от боли в горле.

Прочтите этот веб-сайт, чтобы узнать, как идентифицировать виды папоротников по их головкам.

Однако наибольшее влияние бессемянных сосудистых растений на жизнь человека оказали их вымершие предки. Высокие плауны, хвощи и древовидные папоротники, процветавшие в заболоченных лесах каменноугольного периода, дали начало крупным месторождениям угля по всему миру. Уголь был обильным источником энергии во время промышленной революции, которая имела огромные последствия для человеческого общества, включая быстрый технический прогресс и рост крупных городов, а также ухудшение состояния окружающей среды. Уголь по-прежнему является основным источником энергии, а также одним из основных факторов глобального потепления.

Резюме: бессемянные сосудистые растения

Сосудистые системы состоят из ткани ксилемы, которая транспортирует воду и минералы, и ткани флоэмы, которая транспортирует сахара и белки. С развитием сосудистой системы появились листья, выполняющие роль крупных фотосинтезирующих органов, и корни, обеспечивающие доступ к воде из земли. Мелкие несложные листочки – микрофиллы. Крупные листья с прожилками — мегафиллы. Видоизмененные листья, несущие спорангии, являются спорофиллами.