§ 11. Папоротники, хвощи, плауны — споровые растения

Определения и обозначения

Папоротники — споровые растения с настоящими корнями, стеблями и листьями. Их листья часто крупные и рассечённые, а молодые листья обычно свернуты. Многие папоротники растут в лесах, где достаточно влаги и тени. Корни удерживают растение в почве и поглощают воду, а листья участвуют в образовании питательных веществ.

Хвощи — споровые растения с членистыми побегами, разделёнными на участки — узлы и междоузлия. Их стебли обычно зелёные и ребристые, а мелкие листья расположены вокруг узлов и похожи на чешуйки. Членистое строение помогает узнать хвощ даже тогда, когда его листья почти незаметны. Хвощи часто встречаются на влажной почве.

Плауны — споровые растения с ползучими и прямостоячими побегами, густо покрытыми мелкими листьями. Их побеги могут напоминать маленькие веточки хвойного растения, но плаун не образует шишек с семенами. Прямостоячие веточки поднимаются над землёй, а ползучие помогают растению распространяться. Многие плауны растут в лесах.

Спорангий — орган, в котором образуются споры. Спорангии нужны растению для размножения и распространения: созревшие споры могут отделиться и попасть в подходящее место. Спорангий и спора — не одно и то же: первый образует и содержит вторую. Чтобы понять, как размножается растение, важно проследить путь от споры до нового взрослого растения.

Как это устроено

У папоротников, хвощей и плаунов есть корни, стебли и листья, поэтому их называют высшими растениями. Однако у них нет цветков, семян и плодов, характерных для семенных растений. Вместо семян они образуют споры, которые не содержат готового зародыша. Поэтому развитие нового растения у споровых проходит через особые стадии, а не начинается с семени.

Споры созревают в спорангиях, но расположение этих органов у разных групп различается. У многих папоротников спорангии собраны в группы на нижней стороне листа; такое расположение помогает обнаружить их при осмотре растения. У хвощей и плаунов спорангии находятся в спороносных образованиях на побегах. Когда споры созревают, они высвобождаются и могут попасть на почву.

Из подходящей споры развивается заросток — небольшое образование, не похожее на привычное взрослое растение. На заростке появляются половые органы, в которых образуются яйцеклетки и сперматозоиды. Заросток отличается от взрослого папоротника размером, строением и ролью: он образует половые клетки, тогда как взрослое растение образует споры. Эта смена стадий позволяет растению размножаться половым способом.

Для оплодотворения нужна вода, потому что сперматозоид должен передвигаться к яйцеклетке. Влага помогает ему пройти по поверхности заростка и достичь женской половой клетки. Если воды недостаточно, встреча клеток затрудняется, поэтому размножение споровых растений связано с влажными условиями. Это объясняет, почему папоротники, хвощи и плауны часто растут в сырых местах, хотя отдельные виды встречаются и в других условиях.

После слияния половых клеток начинается развитие нового растения. Последовательность такова: взрослое растение образует спорангии, в них созревают споры, из споры вырастает заросток, на нём образуются половые клетки, а после оплодотворения развивается молодое растение. Оно постепенно становится взрослым и снова образует споры. Таким образом, в жизненном цикле сменяются взрослое спороносящее растение и заросток, образующий половые клетки.

Сравнение папоротников, хвощей и плаунов

Чтобы определить группу растения, сначала сравните форму его побегов и листьев, а затем обратите внимание на расположение спорангиев. Место обитания и примеры помогают проверить вывод, но сами по себе не всегда позволяют точно определить растение. Особенно полезно искать сочетание нескольких признаков.

Разбор задач

Задача 1

На нижней стороне листа растения обнаружены группы спорангиев. Нужно определить группу споровых растений и объяснить, какой признак поможет сделать вывод. Сначала сопоставим расположение спорангиев с особенностями трёх групп. Затем проверим, не перепутаны ли спорангии со спорами.

1. Установим, что найденные группы состоят из спорангиев — органов, где образуются споры.
2. Сравним место их расположения: у папоротников спорангии часто находятся группами снизу листа.
3. Сопоставим наблюдение с этим характерным признаком папоротников.

Ответ: растение относится к папоротникам, потому что группы спорангиев находятся на нижней стороне листа. Один этот признак помогает сделать вывод в рамках задачи. Сами споры находятся внутри спорангиев, а не являются группами органов.

Задача 2

Нужно расположить этапы размножения папоротника: образование спор, развитие заростка, оплодотворение, развитие молодого растения. Чтобы найти порядок, выясним, что происходит с каждой стадией и какая из них должна предшествовать следующей. Спора не превращается сразу во взрослое растение: сначала из неё развивается заросток.

1. Начинаем с образования спор во взрослом растении.
2. После попадания споры в подходящие условия развивается заросток.
3. На заростке образуются половые клетки; их слияние называют оплодотворением.
4. После оплодотворения развивается молодое растение.

Ответ: образование спор → развитие заростка → оплодотворение → развитие молодого растения. Такая последовательность показывает переход от спороносящей стадии к новому растению. Для оплодотворения при этом необходима вода.

Задача 3

Ученик утверждает, что споры папоротников прорастают в новое взрослое растение сразу после попадания на почву. Утверждение неверно, потому что между спорой и взрослым папоротником есть заросток. Чтобы объяснить ошибку, нужно назвать этапы развития и условие, необходимое для оплодотворения.

1. Уточним, что спора — не семя и в ней нет готового зародыша взрослого растения.
2. Из споры сначала развивается заросток, на котором образуются половые клетки.
3. Для оплодотворения сперматозоид должен добраться до яйцеклетки, поэтому нужна вода.
4. После оплодотворения развивается молодое растение, которое затем вырастает во взрослое.

Ответ: спора не становится взрослым папоротником сразу. Сначала она даёт начало заростку, затем при наличии воды происходит оплодотворение и формируется молодое растение. Значит, для размножения важны подходящие условия для развития заростка и влага для передвижения сперматозоидов.

Типичные ошибки

Ошибка: считать споры семенами. Их путают, потому что и спора, и семя могут дать начало новому растению. Но в споре нет зародыша, а из неё сначала развивается заросток; проверь себя вопросом, возникает ли взрослое растение сразу.

Ошибка: путать спорангий со спорой. Названия похожи, поэтому легко принять орган за то, что в нём образуется. Спорангий — место образования спор, а спора — отдельная клетка; чтобы проверить себя, уточни, что именно ты называешь органом, а что — его содержимым.

Ошибка: полагать, что спора сразу превращается во взрослое растение. Такое представление возникает, если пропустить промежуточную стадию. Сначала появляется заросток, на нём образуются половые клетки, а после оплодотворения развивается молодое растение; проверь себя, перечислив этапы по порядку.

Ошибка: считать, что вода при оплодотворении папоротника не нужна. Можно подумать, что половые клетки соединяются без перемещения, но сперматозоиду нужно добраться до яйцеклетки. Вода помогает ему передвигаться; проверь себя вопросом, каким образом клетки встречаются на заростке.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужно знать строение растения и различать корень, стебель и лист: эти органы есть у папоротников, хвощей и плаунов. Тема связана с размножением растений, потому что показывает отличие спор от семян и объясняет роль половых клеток. Знание жизненного цикла поможет разбирать смену стадий у организмов. Связь размножения с водой показывает, как условия среды влияют на жизнь растений.

Что запомнить

• Папоротники, хвощи и плауны размножаются спорами.
• У этих растений есть корни, стебли и листья.
• Споры образуются в спорангиях.
• Из споры развивается заросток.
• На заростке образуются половые клетки.
• Для оплодотворения необходима вода.
• После оплодотворения развивается новое взрослое растение.