§ 20. Папоротникообразные

Определения и обозначения

Папоротникообразные — группа высших споровых растений, к которой относятся папоротники, хвощи и плауны. У них есть корни, стебли и листья, но нет цветков и семян. Споры помогают этим растениям размножаться и распространяться, хотя для продолжения жизненного цикла им обычно нужна влажная среда.

Вайя — крупный лист папоротника, часто рассечённый на множество частей. Молодые вайи обычно свёрнуты, а по мере роста расправляются. По форме вайи можно узнать папоротник и заметить, что его листья отличаются от листьев многих других растений.

Сорус — скопление спорангиев, обычно расположенное на листе папоротника. Спорангий — орган, внутри которого образуются и созревают споры. Поэтому бурые пятна-сорусы на листе связаны с размножением растения, а не являются самими спорами.

Заросток — небольшое самостоятельное половое поколение папоротника, которое развивается из споры. На нём образуются органы с половыми клетками, необходимые для оплодотворения. Заросток важен тем, что именно на этой стадии происходит половой процесс, после которого может вырасти новое взрослое растение.

Как это устроено

У папоротникообразных есть корни, стебли и листья, поэтому они относятся к высшим растениям. Но цветков и семян у них нет: размножение происходит с помощью спор. Такой способ отличает их от семенных растений, а наличие настоящих органов — от более простых по строению споровых растений.

На листьях папоротника располагаются спорангии — органы, в которых созревают споры. Часто спорангии собраны в заметные группы-сорусы, поэтому на нижней стороне листа могут быть видны бурые пятна. Когда споры созревают, они высыпаются; при подходящих условиях спора прорастает и даёт начало заростку.

Заросток — не маленький лист взрослого папоротника, а отдельная стадия его жизненного цикла. На заростке есть органы, образующие мужские и женские половые клетки. Для оплодотворения нужна вода, потому что мужские клетки должны переместиться по влажной поверхности к женским. В сухом месте такое перемещение затруднено, поэтому оплодотворение может не состояться.

После оплодотворения из заростка развивается новое растение. Оно постепенно становится заметным взрослым папоротником, который образует споры. Взрослое растение называют бесполым поколением, потому что на нём формируются споры, а половые клетки возникают на заростке. Так поколения сменяют друг друга, обеспечивая продолжение жизненного цикла.

Папоротники, хвощи и плауны относятся к споровым растениям, но выглядят по-разному. У папоротников обычно хорошо заметны крупные листья, у хвощей — членистые побеги, а у плаунов — побеги с мелкими листьями. Различается и расположение спороносных органов: у папоротников они часто собраны в сорусы на листьях, а у хвощей и плаунов обычно образуют колоски на побегах.

Сравнение папоротников, хвощей и плаунов

Сначала сравните форму стебля и листьев: эти признаки помогают определить группу даже без спороносных органов. Затем посмотрите, где находятся спорангии и как выглядит спороносная часть растения. Последняя строка показывает общие признаки, по которым все три группы относят к папоротникообразным.

Разбор задач

На нижней стороне листа папоротника видны бурые пятна. Определите, что это и какую роль они выполняют.

1. Сначала проверяем, где расположены пятна: они находятся на листе папоротника, а не на побеге другого растения. Для многих папоротников такое место характерно для спороносных органов. Поэтому пятна нужно связать с размножением.
2. Вспоминаем, что сорус — группа спорангиев, а внутри каждого спорангия образуются споры. Значит, бурые пятна — это не отдельные споры, а скопления органов, в которых споры созревают. Когда они созреют, споры смогут высыпаться.

Ответ: бурые пятна — сорусы, то есть скопления спорангиев. Их роль — обеспечить образование спор.

Растение образует споры в колоске на верхушке побега. Какие особенности строения хвоща или плауна помогут определить его группу?

1. Сначала обращаем внимание на колосок: он показывает, что побег спороносный, но сам по себе ещё не позволяет уверенно назвать группу. Нужно рассмотреть строение всего растения. Сопоставляем заметные признаки с признаками хвощей и плаунов.
2. Если стебель членистый, с ясно различимыми узлами, а листья мелкие, это указывает на хвощ. Если побеги покрыты мелкими листьями и заканчиваются спороносными колосками, вероятнее всего, это плаун. Решение основываем сразу на нескольких признаках, а не только на наличии колоска.

Ответ: членистые стебли характерны для хвощей, а побеги с мелкими листьями и спороносными колосками — для плаунов.

Спора папоротника проросла, но заросток оказался в сухом месте. Объясните, почему новое взрослое растение может не появиться.

1. Прослеживаем дальнейшие события: из споры уже появился заросток, на котором образуются половые клетки. Чтобы началось развитие нового растения, мужская и женская клетки должны встретиться. Значит, одного прорастания споры недостаточно.
2. Для оплодотворения мужским половым клеткам нужно переместиться к женским по влажной поверхности. В сухом месте такое перемещение затруднено, поэтому оплодотворение может не произойти. Без него из заростка не начнёт развиваться новое взрослое растение.

Ответ: сухость может помешать оплодотворению, потому что для перемещения мужских половых клеток нужна вода. Поэтому заросток может не дать начало взрослому папоротнику.

Типичные ошибки

Ошибка — называть сорусы спорами. Их легко перепутать, потому что бурые сорусы заметны на листе, а споры невооружённым глазом рассмотреть трудно. Проверка простая: сорус — это скопление спорангиев, а споры образуются внутри спорангиев.

Ошибка — считать заросток молодым листом взрослого папоротника. Такое представление возникает потому, что заросток и взрослое растение принадлежат одному виду. Но заросток — самостоятельное половое поколение: на нём образуются половые клетки, а не сорусы со спорами.

Ошибка — утверждать, что вода папоротнику для оплодотворения не нужна. Это может казаться верным, если помнить только о спорах, которые распространяются без семян. Проверьте себя по жизненному циклу: мужским половым клеткам нужно попасть к женским, и для их перемещения необходима влажная поверхность.

Ошибка — считать, что папоротники размножаются семенами или цветками. Пышные листья и крупный размер взрослого растения иногда создают впечатление, что его размножение похоже на размножение цветковых растений. Но у папоротников нет цветков и семян: проверяйте, какие органы образуются на листьях, и помните, что это спорангии со спорами.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания о том, чем споровые растения отличаются от семенных, и как устроены корень, стебель и лист. Эти понятия помогают объяснить, почему папоротникообразные считаются высшими растениями, хотя у них нет семян.

Тема связана с изучением жизненных циклов растений: на примере папоротника видно чередование поколений и роль воды в оплодотворении. Сравнение папоротников, хвощей и плаунов также помогает увидеть различия между группами споровых растений и сопоставить их с семенными.

Что запомнить

• Папоротникообразные — высшие споровые растения.
• К ним относят папоротники, хвощи и плауны.
• Взрослое растение образует споры в спорангиях.
• У папоротников спорангии часто собраны в сорусы на листьях.
• Из споры развивается заросток — половое поколение.
• Для оплодотворения необходима вода.