Отдел Папоротниковидные

Определения и обозначения

Папоротниковидные — отдел высших споровых растений, у которых есть корни, стебель и листья, но нет цветков и семян. Поэтому их споры образуются без участия цветка, а не заключены в семя с запасом питания. От мхов папоротники отличаются настоящими корнями и более развитым проводящим телом. Эти признаки помогают распознать папоротник и понять, почему его жизненный цикл не похож на цикл цветкового растения.

Корневище — подземный видоизменённый побег папоротника. Оно накапливает питательные вещества, благодаря которым растение может переживать неблагоприятный период. На корневище возникают придаточные корни и надземные части — листья, а у некоторых видов также новые побеги. Значит, корневище не просто удерживает растение: оно помогает ему запасать ресурсы и возобновлять рост.

Сорусы — группы спорангиев, обычно заметные на нижней стороне листьев. Спорангий — образование, внутри которого созревают споры. Когда споры готовы, они выходят из спорангиев и могут попасть в окружающую среду. Сорусы важны потому, что именно в них начинается расселение папоротника новым поколением спор.

Заросток — небольшое самостоятельное половое поколение папоротника, развивающееся из споры. Он не является молодым листом или корнем взрослого растения: на нём формируются органы, производящие половые клетки. После оплодотворения на заростке начинает развиваться новый папоротник. Заросток нужен для полового этапа жизненного цикла, который приводит к появлению нового спорофита.

Как это устроено

У взрослого папоротника есть корневище, придаточные корни и крупные листья, которые называют вайями. Корневище располагается под землёй, запасает питательные вещества и даёт начало новым надземным частям. Придаточные корни отходят от него и поглощают из почвы воду с растворёнными минеральными веществами. Вайи улавливают свет, необходимый для образования органических веществ, а на многих из них находятся спорангии со спорами.

Споры созревают внутри спорангиев, часто собранных в сорусы на нижней стороне вайи. Созревшие споры высвобождаются и разносятся, например, потоками воздуха. Если спора окажется во влажном подходящем месте, она прорастёт и даст начало заростку. Влага важна на этой стадии, потому что молодой заросток невелик и легко высыхает, а для следующих этапов ему нужны условия, в которых могут сохраняться половые клетки.

На заростке образуются женские и мужские половые органы, в которых созревают яйцеклетки и мужские половые клетки. Чтобы произошло оплодотворение, мужская клетка должна добраться до яйцеклетки; ей помогает тонкая плёнка воды. Поэтому дождь или постоянная влажность поверхности имеют значение не только для прорастания споры, но и для соединения половых клеток. После их слияния возникает оплодотворённая яйцеклетка, из которой начинает развиваться новый организм.

Из оплодотворённой яйцеклетки на заростке вырастает молодой спорофит — растение, которое будет производить споры. Постепенно у него появляются собственные корни и листья, и он становится самостоятельным. Заросток затем отмирает, а папоротник продолжает расти как крупное растение. Именно взрослый спорофит заметен большую часть времени и занимает основное место в жизненном цикле, тогда как небольшое половое поколение существует недолго.

Папоротники встречаются в лесах, на влажных склонах и берегах водоёмов, хотя отдельные виды приспособились к другим условиям. Затенённость уменьшает испарение, а влажная почва помогает корням получать воду. Влага особенно важна заростку и нужна мужским половым клеткам для перемещения к яйцеклетке. Поэтому особенности размножения ограничивают распространение многих папоротников местами, где поверхность не пересыхает надолго.

Строение и жизненный цикл папоротника

Читайте таблицу сверху вниз, чтобы проследить путь от частей взрослого растения к образованию спор и нового папоротника. В средней колонке указано, где искать каждый объект, а в последней — зачем он нужен. Обратите внимание: сорус и спорангий связаны со спорами, но сама спора — отдельная стадия цикла.

Разбор задач

Задача 1. На нижней стороне листа папоротника обнаружены бурые группы точек. Определите, что это и какую роль они выполняют.

1. Сначала определим, где именно находятся точки: условие указывает на нижнюю сторону листа.
2. Сравним это место и вид объекта с особенностями строения папоротника: там часто заметны сорусы, выглядящие как группы точек.
3. Уточним, что внутри соруса находятся спорангии, а не отдельные споры; споры созревают именно внутри спорангиев.

Ответ: бурые группы точек — сорусы, то есть группы спорангиев. В них образуются споры, с помощью которых папоротник размножается и расселяется.

Задача 2. Расположите стадии размножения папоротника в правильной последовательности: заросток, спора, молодой спорофит, оплодотворение.

1. Начнём со споры: именно она прорастает и образует заросток.
2. На заростке имеются половые органы, поэтому следующим этапом становится оплодотворение.
3. После слияния половых клеток из оплодотворённой яйцеклетки развивается молодой спорофит.

Ответ: спора → заросток → оплодотворение → молодой спорофит. Такая последовательность показывает переход от спорового размножения к половому этапу, а затем к новому взрослому растению.

Задача 3. Споры папоротника проросли, но новые растения не появились. Участок был сухим. Объясните возможную причину.

1. Прорастание спор уже состоялось, значит, мог образоваться заросток; проблема возникла на более позднем этапе.
2. На заростке должны встретиться мужская половая клетка и яйцеклетка, а мужской клетке для перемещения нужна вода.
3. Поскольку участок был сухим, оплодотворение могло не произойти, и молодой спорофит не сформировался.

Ответ: заросток мог развиться, но без водной плёнки мужские половые клетки не добрались до яйцеклетки. Поэтому оплодотворённая яйцеклетка и новый папоротник не возникли.

Типичные ошибки

Называть сорусы спорами — неверно: сорус представляет собой группу спорангиев, а споры находятся внутри этих образований. Такую путаницу допускают потому, что все эти структуры связаны со спорообразованием и видны на листе как небольшие точки. Проверь себя вопросом: что именно является группой, а что образуется внутри неё? Ответ: группа — сорус, внутри спорангиев созревают споры.

Считать заросток молодым листом или корнем папоротника тоже ошибочно. Его принимают за часть взрослого растения, потому что он маленький и появляется раньше нового крупного папоротника. Но заросток развивается непосредственно из споры и сам образует половые органы. Чтобы проверить себя, проследи происхождение объекта: из споры возникает заросток, а молодой спорофит появляется после оплодотворения.

Споры нельзя называть семенами: папоротники не образуют семян и размножаются спорами. Путаница возникает потому, что и спора, и семя могут дать начало новому растению. Однако семя содержит зародыш и запас питательных веществ, а спора — отдельная стадия жизненного цикла без такого устройства. Проверка простая: если речь идёт о папоротнике, ищи споры в спорангиях, а не семена.

Неверно считать, что вода нужна папоротнику только для прорастания споры. Прорастание действительно связано с подходящими влажными условиями, но вода нужна и позднее: в водной плёнке мужские половые клетки перемещаются к яйцеклетке на заростке. Обычно эту ошибку допускают, когда рассматривают жизненный цикл лишь до появления заростка. Проверь себя, задав вопрос, как происходит оплодотворение: без воды мужская клетка не сможет добраться до яйцеклетки.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение папоротника, пригодятся знания о том, чем растения отличаются от других организмов и какие функции выполняют корень, стебель и лист. Корневище показывает, что побег может быть видоизменён и расти под землёй. Знакомые органы помогают связать строение растения с его питанием, ростом и размножением.

Папоротники удобно сравнивать с мхами и семенными растениями. Такое сравнение показывает различия высших споровых растений, у которых нет семян, и растений, размножающихся семенами. Смена поколений у папоротника также подготавливает к дальнейшему изучению жизненных циклов и эволюции растительного мира.

Что запомнить

• Папоротники — высшие споровые растения.
• Подземный побег папоротника называется корневищем.
• Листья папоротника часто называют вайями.
• Споры образуются в спорангиях, собранных в сорусы.
• Из споры развивается заросток — половое поколение папоротника.
• Для оплодотворения папоротнику нужна вода.
• Из оплодотворённой яйцеклетки развивается взрослый спорофит.