§51. Отделы: Хвощевидные и Плауновидные. Вымершие папоротникообразные

Определения и обозначения

Отдел Хвощевидные — споровые сосудистые растения с членистыми побегами, редуцированными листьями и спороносными колосками. Сосудистыми называют растения с тканями, по которым перемещаются вода и питательные вещества. Такое определение помогает отличить хвощи от мхов и узнать их по строению побега.

Отдел Плауновидные — споровые растения с ползучими или прямостоячими стеблями и мелкими листьями, часто собранными в спороносные колоски. По этим признакам плаун можно отличить от хвоща, у которого стебель разделён на узлы и междоузлия. Сравнение строения полезно, когда внешне похожие растения нужно отнести к разным группам.

Папоротникообразное — древняя группа высших споровых растений, включающая современные и вымершие формы. К ней относят папоротники, хвощи, плауны и их древних родственников. Термин нужен, чтобы говорить об этой большой группе, не называя все её растения папоротниками в узком смысле.

Стробил — спороносный колосок, образованный видоизменёнными листьями, на которых развиваются спорангии. Спорангии — это органы, где формируются споры. Стробил не похож по назначению на цветок: он не образует семян и служит для спорного размножения.

Как это устроено

Хвощи и плауны, как и другие высшие споровые растения, имеют корень, стебель и листья. Эти органы позволяют закрепляться в почве, получать воду и минеральные вещества и улавливать свет. Однако наличие корней и побегов не делает их цветковыми: для цветковых характерны цветки и семена, а хвощи и плауны размножаются спорами. Поэтому при определении растения важно учитывать не только его внешний вид, но и способ размножения.

У хвоща под землёй находится корневище — подземный побег, от которого отходят придаточные корни и растут надземные побеги. Стебель заметно разделён на узлы и междоузлия, а боковые веточки и мелкие листья часто отходят от узлов мутовками, то есть кругом вокруг стебля. Такая организация побега и дала основание называть его членистым. Корневище помогает растению переживать неблагоприятные условия и ежегодно образовывать новые побеги.

У многих хвощей весной появляются побеги, на верхушках которых расположен спороносный колосок. В его спорангиях созревают споры, поэтому такой побег выполняет прежде всего функцию размножения. Позже развиваются зелёные летние побеги с боковыми веточками; они улавливают свет и образуют питательные вещества. Разделение функций позволяет растению и распространяться спорами, и обеспечивать себя органическими веществами.

У плаунов обычно есть ползучий или прямостоячий стебель, покрытый многочисленными мелкими листьями. На верхушках некоторых побегов располагаются спороносные колоски, внутри которых находятся спорангии. Колосок собирает спороносные органы на ограниченном участке побега, что делает их расположение заметным. В отличие от хвоща, побег плауна не имеет характерных узлов с мутовками веточек и листьев.

В далёком прошлом существовали древовидные папоротникообразные, в том числе каламиты и лепидодендроны. Они господствовали в обширных влажных лесах и могли достигать размеров высоких деревьев. Отмершие растения накапливались в болотистой местности, затем оказывались под слоями осадков. За длительное время без доступа большого количества кислорода и под давлением эти остатки преобразовывались в каменный уголь.

Сравнение хвощевидных, плауновидных и вымерших папоротникообразных

Пользуйтесь таблицей, сравнивая группы по одному и тому же признаку в каждой колонке. Сначала найдите особенности побегов и листьев, затем сравните расположение спорангиев и среду обитания. Так легче не перепутать сходство в размножении с различиями во внешнем строении.

Разбор задач

Задача 1. По описанию определите растение: побег членистый, листья расположены мутовками, спорангии находятся на спороносном колоске. Нужно найти группу, которой одновременно свойственны все три признака. Решать удобнее, проверяя описание по частям, а не ориентируясь на один признак.

1. Сначала отметим членистый побег: он разделён на узлы и междоузлия, что характерно для хвоща.
2. Проверим листья: у хвоща они мелкие и располагаются мутовками у узлов.
3. Спорангии собраны в спороносный колосок, что также соответствует описанию хвоща.

Ответ: это хвощевидное растение. Все признаки описания указывают на хвощ, а не на плаун с его ползучим или прямостоячим стеблем.

Задача 2. Сравните хвощ и плаун по строению побега, листьев и расположению спорангиев, заполнив таблицу. Важно привести признаки обеих групп, а не ограничиться тем, что у одного растения побег выглядит иначе. Сравним сначала форму стебля, затем листья и спороносные органы.

1. У хвоща побег членистый, с узлами и междоузлиями; у плауна стебель бывает ползучим или прямостоячим.
2. У хвоща листья мелкие, чешуевидные и собраны в мутовки. У плауна листья тоже мелкие, но покрывают стебель и не образуют характерных хвощу мутовок.
3. У хвоща спорангии собраны в колосок на спороносном побеге. У плауна они расположены на спороносных листьях, часто объединённых в колоски на верхушках побегов.

Ответ: заполните три строки сравнения указанными признаками. Обе группы размножаются спорами, но строение их побегов и расположение листьев различаются.

Задача 3. Объясните, почему вымершие древовидные папоротникообразные сыграли важную роль в образовании каменного угля. Для ответа нужно связать массовый рост древних растений с дальнейшей судьбой их остатков. Одного указания на большие размеры деревьев недостаточно: важны накопление и преобразование растительного материала.

1. В древности обширные влажные леса были населены многочисленными папоротникообразными, среди которых встречались высокие древесные формы.
2. После отмирания растений их остатки накапливались в болотистой местности, где могли оказаться погребёнными под осадками.
3. В земных недрах растительные остатки долго испытывали давление и преобразовывались, постепенно становясь углём.

Ответ: массовые остатки древних папоротникообразных стали исходным материалом для образования каменного угля. Значит, причина их вклада — широкое распространение и последующее длительное преобразование погребённых растений.

Типичные ошибки

Ошибка: считать хвощи и плауны цветковыми растениями. Корни и побеги есть не только у цветковых, поэтому по ним одним нельзя определить способ размножения. Ошибку допускают, принимая развитое строение за признак цветения. Проверьте себя: у хвощей и плаунов образуются споры, а не семена.

Ошибка: путать спороносный колосок с цветком или плодом. Сходная форма может ввести в заблуждение, но колосок содержит спорангии, а не семена. Цветок участвует в размножении семенных растений, а плод развивается из цветка; у хвощей и плаунов их нет. Чтобы проверить себя, спросите, что именно образуется внутри: споры или семена.

Ошибка: описывать листья хвоща как обычные крупные листья. Так происходит, если судить только по зелёным ветвям и не рассматривать побег у узлов. Листья хвоща мелкие, чешуевидные и собраны в мутовки. Проверьте описание: крупные боковые веточки не следует принимать за листовые пластинки.

Ошибка: называть все папоротникообразные современными папоротниками. Это смешивает название большой группы с одной из входящих в неё групп. Хвощи и плауны — отдельные отделы, а среди папоротникообразных были и вымершие формы. Проверяйте, о каком растении говорится: о папоротнике, хвощевидном, плауновидном или древнем представителе.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать признаки высших споровых растений, размножение спорами и чередование поколений — смену стадий развития, образующих разные клетки. Сравнение хвощей и плаунов с мхами, папоротниками и семенными растениями показывает, как различаются их строение и размножение. Знание о древних растениях пригодится при изучении эволюции, ископаемых остатков и образования каменного угля. Оно также помогает объяснить, почему уголь связан с живыми организмами прошлого.

Что запомнить

• Хвощевидные и плауновидные — высшие споровые растения.
• У хвоща стебель членистый, а листья мелкие и расположены мутовками.
• Спорангии хвоща и плауна часто собраны в спороносные колоски.
• Плауны имеют мелкие листья и ползучие или прямостоячие побеги.
• В прошлом папоротникообразные достигали размеров высоких деревьев.
• Остатки древних папоротникообразных участвовали в образовании каменного угля.