§50. Отдел Папоротниковидные, или Папоротники

Определения и обозначения

Папоротниковидные — отдел высших споровых растений. Они имеют органы и ткани, но вместо семян образуют споры; это отличает их от семенных растений. Спора помогает расселению, однако для появления нового растения ей нужны подходящие условия.

Вайя — лист папоротника, часто крупный и рассечённый. Она улавливает свет и участвует в фотосинтезе, то есть образовании питательных веществ на свету. У многих видов на вайе также располагаются структуры, связанные с образованием спор.

Сорус — группа спорангиев, обычно расположенная на нижней стороне вайи. В сорусе объединены мелкие образования, в которых созревают споры. Такая группа помогает найти места спорообразования, но сама спорами не является.

Заросток — небольшое самостоятельное половое поколение папоротника, на котором образуются половые органы. Он развивается из споры и обеспечивает встречу половых клеток. Из возникшей после оплодотворения зиготы затем вырастает взрослый папоротник.

Как это устроено

У большинства папоротников есть корни, подземный стебель-корневище и вайи. Корни удерживают растение и поглощают воду и минеральные вещества, а корневище несёт вайи и от него отходят корни. Корневище — именно стебель, поэтому у него могут быть почки; корень таких стеблевых частей не имеет.

Молодые вайи обычно свёрнуты и похожи на завитки. Пока лист развивается, его края защищены от повреждений, а свёрнутая форма позволяет ему постепенно раскрываться. По мере роста вайя распрямляется и увеличивается, чтобы улавливать больше света.

Споры формируются в спорангиях — небольших образованиях, внутри которых созревают эти клетки для расселения. У многих папоротников спорангии собраны в сорусы на нижней стороне вайи. Когда споры созревают, спорангии раскрываются, и лёгкие споры могут разноситься воздухом; поэтому их распространение не требует водоёма рядом.

Если спора попадает в подходящее влажное место, из неё развивается заросток. Это небольшое самостоятельное поколение, а не просто маленький лист взрослого папоротника. На заростке расположены половые органы: одни образуют мужские половые клетки, другие — женские.

Для оплодотворения нужна вода, потому что мужская половая клетка перемещается по тонкой водной плёнке к женской. После их слияния возникает зигота, из которой развивается молодой папоротник. Он постепенно становится взрослым растением, образующим спорангии, и цикл повторяется.

Строение папоротника и функции его частей

Читайте таблицу слева направо: сначала определите часть растения, затем найдите её расположение и функцию. Последний столбец показывает, как структура связана с размножением, и помогает проследить путь от спор до нового растения.

Разбор задач

Задача 1. На нижней стороне вайи обнаружены небольшие группы тёмных образований. Нужно назвать эти группы и указать, что находится внутри них. Для ответа важно различить группу и отдельные структуры, которые в неё входят.

1. Определяем место находки: нижняя сторона вайи часто несёт группы, связанные со спорообразованием.
2. Группа спорангиев называется сорусом. Значит, тёмные образования — это сорусы, а не отдельные споры.
3. Внутри каждого спорангия, входящего в сорус, созревают споры.

Ответ: это сорусы; в их спорангиях находятся споры.

Задача 2. Расположите этапы размножения: заросток, спора, взрослое растение, зигота. Нужно определить, что появляется первым и какое поколение образуется после оплодотворения. Затем соединить этапы в порядке развития.

1. Взрослое растение образует спорангии, где созревают споры. Из спор при подходящих условиях развивается заросток.
2. На заростке формируются половые органы. После слияния половых клеток возникает зигота.
3. Из зиготы развивается новое взрослое растение, поэтому в заданном перечне зигота стоит перед взрослым растением.

Ответ: спора → заросток → зигота → взрослое растение. Спора относится к расселению и бесполому этапу цикла, а заросток — к половому поколению.

Задача 3. Папоротник растёт во влажном месте, хотя споры могут переноситься воздухом. Объясните, почему влажность всё же важна для размножения. Здесь нужно не смешивать перенос споры и оплодотворение.

1. Спора может переместиться по воздуху и попасть далеко от родительского растения. Для самого переноса вода не обязательна.
2. После прорастания споры появляется заросток с половыми органами. Мужским половым клеткам нужна водная плёнка, чтобы добраться до женской клетки.
3. Без воды оплодотворение не происходит, а значит, не образуется зигота, из которой развивается новый папоротник.

Ответ: влажность нужна прежде всего для оплодотворения и развития заростка, а не для переноса спор.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что споры образуются на заростке. Так могут решить, потому что заросток участвует в размножении и на нём действительно появляются структуры, связанные с ним. Но на заростке находятся половые органы, а споры образуются в спорангиях взрослого растения. Проверь себя: если речь о спорах, ищи спорангии на вайе.

Ошибка: называть сорусы спорами. Сорус заметен как группа тёмных образований, поэтому его легко принять за отдельную спору. На самом деле сорус состоит из спорангиев, а споры находятся внутри спорангиев. Проверь себя: различай группу, отдельную структуру и то, что в ней созревает.

Ошибка: путать корневище с корнем. Оба органа могут находиться под землёй, поэтому их расположение сбивает с толку. Корневище — стебель, от которого отходят корни и вайи; корень поглощает воду и закрепляет растение. Проверь себя: если часть несёт вайи или имеет почки, это не корень.

Ошибка: считать заросток молодым папоротником. Он мал и развивается из споры, поэтому кажется ранней стадией взрослого растения. Но заросток — самостоятельное половое поколение с половыми органами, а взрослый папоротник вырастает из зиготы. Проверь себя: заросток образуется из споры, а новый взрослый папоротник — после оплодотворения.

Связь с другими темами

Чтобы понять папоротники, нужно знать, чем споровые растения отличаются от семенных и какие органы бывают у растений. С размножением мхов их связывает смена поколений, но детали жизненного цикла у групп различаются. Понимание спор и чередования поколений пригодится при изучении хвощей, плаунов и семенных растений: так легче сравнивать способы размножения и строение растений.

Что запомнить

• Папоротники — высшие споровые растения.
• У большинства папоротников есть корни, корневище и крупные листья — вайи.
• На вайях могут располагаться сорусы со спорангиями.
• В спорангиях образуются споры.
• Из споры развивается заросток — половое поколение папоротника.
• Для оплодотворения папоротникам необходима вода.
• Из зиготы развивается новое взрослое растение.