§ 40. Плауны. Хвощи. Папоротники

Определения и обозначения

Плаун — споровое растение с ползучими и приподнимающимися побегами, мелкими листьями и спорангиями, которые часто собраны в колоски. Ползучий побег растёт вдоль поверхности, а приподнимающиеся части поднимаются над ней. Эти признаки помогают узнать плаун и не спутать его с другими споровыми растениями.

Хвощ — споровое растение с членистыми побегами; у некоторых видов весной появляются отдельные спороносные побеги. Членистыми называют побеги, разделённые на заметные участки, или узлы. Это строение и различие сезонных побегов помогают определить хвощ и понять, какие части растения участвуют в образовании спор.

Папоротник — споровое растение с крупными листьями, которые называют вайями; у многих видов спорангии находятся на нижней стороне вай. Молодые листья часто свёрнуты, а по мере роста разворачиваются. Название «вайя» нужно, чтобы отличать крупный лист папоротника от мелких листьев плауна и описывать строение растения.

Спорангий — орган, в котором образуются и созревают споры. Споры — особые клетки, с помощью которых растение размножается и расселяется. Зная значение слова «спорангий», легче понять, где искать спороносные части растения и чем размножение спорами отличается от размножения семенами.

Как это устроено

Плауны, хвощи и папоротники называют высшими споровыми растениями, потому что их тело состоит из органов и тканей, но семян они не образуют. Вместо семян у них есть споры, созревающие в спорангиях. Спора может быть перенесена в другое место и при подходящих условиях начать развитие, поэтому такой способ помогает растениям расселяться. Однако для появления нового взрослого растения нужны несколько этапов, включая оплодотворение.

У плауна спорангии развиваются на особых спороносных листьях, которые часто собраны в колоски на верхушках побегов. Такое расположение собирает спороносные части в заметную структуру, которую легко распознать. Когда споры созревают, они выходят из спорангиев и распространяются. Попав в подходящие условия, спора начинает развитие нового поколения растения, но не становится взрослым плауном мгновенно.

У хвоща под землёй растёт корневище — подземный побег, от которого отходят корни и надземные побеги. Корневище помогает растению сохраняться и каждый год давать новые побеги. У некоторых видов весенние побеги несут спороносный колосок, а летние остаются зелёными и ветвистыми. Такое разделение позволяет одним побегам участвовать в размножении спорами, а другим — выполнять задачи зелёных частей растения.

У папоротника крупные листья-вайи обычно разворачиваются из свёрнутого состояния по мере роста. У многих видов на нижней стороне зрелых вай заметны группы спорангиев. Такое расположение помогает увидеть, где созревают споры, а после их созревания они высыпаются и могут разноситься. Внешний вид вайи поэтому подсказывает и принадлежность растения к папоротникам, и место образования спор.

Для оплодотворения плаунам, хвощам и папоротникам необходима вода. Мужские половые клетки подвижны и должны переместиться к женским, а влажная среда позволяет им это сделать. Если воды недостаточно, встреча клеток затрудняется и оплодотворение может не произойти. Поэтому многие представители этих групп связаны с влажными местами, хотя конкретные условия их обитания различаются.

Сравнение плаунов, хвощей и папоротников

Сначала сравните форму побегов и листьев: эти признаки помогают определить группу растения. Затем найдите, где находятся спороносные образования и как они выглядят. Последняя строка показывает общее условие оплодотворения, которое есть у всех трёх групп.

Разбор задач

Задача 1

Рассмотрите растение с мелкими листьями и колоском на верхушке побега. Нужно определить, к какой группе оно относится, и назвать признак, который подтверждает вывод. Не стоит делать заключение только по одному слову в условии: полезно проверить, сочетаются ли несколько особенностей строения. Так вывод будет опираться на наблюдаемые признаки.

1. Отметим листья: они мелкие, а не крупные, как вайи папоротника.
2. Посмотрим на верхушку побега: там находится спороносный колосок.
3. Сопоставим признаки: мелкие листья и верхушечные колоски характерны для плаунов.

Ответ: это плаун. На вывод указывают мелкие листья и спороносный колосок на верхушке побега.

Задача 2

У растения обнаружены членистые побеги: одни несут спороносный колосок, другие зелёные и ветвистые. Требуется назвать группу растения и объяснить, почему побеги выглядят по-разному. Сначала важно распознать общий признак, а затем определить назначение каждого вида побегов. Так мы не перепутаем сезонное различие с принадлежностью к разным растениям.

1. Найдём основной признак: побеги разделены на членики, то есть имеют заметные узлы.
2. Такое строение характерно для хвощей, поэтому растение относится к этой группе.
3. Побег с колоском — спороносный; зелёные ветвистые побеги у некоторых видов появляются в другое время и участвуют в жизни растения как зелёные части.

Ответ: это хвощ. У некоторых хвощей спороносные весенние побеги отличаются от зелёных ветвистых летних побегов.

Задача 3

Сравните папоротник и хвощ по месту образования спор и строению надземных побегов. Затем объясните, почему обоим растениям нужна вода для оплодотворения. В задаче соединены два вида знаний: признаки строения и особенности размножения. Сравнение удобнее начать с того, где искать спорангии, а затем перейти к роли воды.

1. У папоротника спорангии у многих видов собраны на нижней стороне вай.
2. У хвоща споры образуются в спорангиях спороносного колоска; его несёт спороносный побег. Побеги хвоща членистые, а под землёй находится корневище.
3. Для оплодотворения обоим растениям нужна вода: подвижные мужские половые клетки перемещаются к женским во влажной среде.

Ответ: у папоротника группы спорангиев обычно находятся снизу вай, а у хвоща споры образуются в колосках на спороносных побегах. Вода нужна обоим, чтобы мужские половые клетки могли добраться до женских.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что у всех трёх групп споры образуются в одинаковых местах. Так можно подумать, потому что плауны, хвощи и папоротники размножаются спорами, но расположение спороносных органов у них различается. Проверяйте себя вопросом: на чём находятся спорангии — на листьях плауна, в колоске хвоща или на вайе папоротника? Это поможет не смешивать признаки групп.

Ошибка — называть спору семенем. Оба образования связаны с размножением растений, поэтому их легко спутать, но спора не содержит зародыша и запаса питательных веществ, характерных для семени. Спросите себя, есть ли у описанного образования такие особенности семени. Если говорится о клетке, из которой начинается развитие нового поколения, правильнее употребить слово «спора».

Ошибка — принимать корневище хвоща или папоротника за корень. Они находятся под землёй, поэтому внешне кажутся похожими, но корневище — это подземный побег, от которого отходят корни. Проверьте, даёт ли эта часть начало надземным побегам: если да, перед вами корневище. Корень и подземный побег — разные органы растения.

Ошибка — думать, что спора сразу вырастает во взрослое растение. Кажется, что споре достаточно попасть в подходящее место, однако развитие включает этап заростка и оплодотворения. Чтобы проверить себя, восстановите последовательность: спора, развитие заростка, оплодотворение, затем дальнейший рост растения. Если в ответе пропущены промежуточные этапы, описание жизненного цикла неполное.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение плаунов, хвощей и папоротников, нужно знать, чем корень, стебель и лист отличаются друг от друга, а также что означает размножение растений. Эта тема продолжает изучение споровых растений и позволяет сравнивать их с мхами и семенными растениями. Сравнение помогает увидеть, какие признаки объединяют разные группы, а какие отличают их. Позже эти знания пригодятся при изучении жизненных циклов растений и их приспособлений к среде обитания.

Что запомнить

• Плауны, хвощи и папоротники — высшие споровые растения.
• У плаунов спорангии часто собраны в колоски на верхушках побегов.
• У хвощей побеги членистые, а у некоторых видов спороносные и зелёные побеги различаются.
• Крупные листья папоротника называют вайями.
• У многих папоротников группы спорангиев расположены на нижней стороне вай.
• Споры распространяются и дают начало новому поколению растения.
• Для оплодотворения этим растениям нужна вода.