§ 26. Папоротникообразные. Плауны. Хвощи. Папоротники

Определения и обозначения

Папоротникообразные — высшие споровые растения, к которым относят плауны, хвощи и папоротники. Они называются высшими, потому что их тело разделено на органы и ткани. Однако у них нет цветков, семян и плодов, поэтому размножаются они иначе, чем многие знакомые садовые растения.

Плауны — небольшие многолетние растения с ползучими побегами и мелкими листьями, размножающиеся спорами. Ползучий побег растёт по поверхности почвы и может давать начало новым вертикальным веточкам. Такая особенность помогает плауну распространяться, а мелкие листья покрывают его побеги.

Хвощи — споровые растения с членистыми стеблями, мутовками боковых ветвей и чешуевидными листьями. Членистым называют стебель, разделённый на узлы и участки между ними — междоузлия. По этим заметным признакам хвощ легко отличить от других споровых растений.

Папоротники — споровые растения с крупными листьями-вайями, на нижней стороне которых образуются спорангии. Спорангий — особый орган, в котором созревают споры. Слово «вайя» помогает назвать лист папоротника и не путать его с обычным листом цветкового растения.

Как это устроено

Папоротникообразные относят к высшим растениям, потому что их органы выполняют разные задачи. Корни удерживают растение в почве и помогают получать воду, стебель поддерживает надземную часть, а листья участвуют в питании растения. Но наличие корней, стеблей и листьев не означает, что растение образует семена: у плаунов, хвощей и папоротников для размножения служат споры.

У плауна есть корни, ползучий стебель и отходящие от него побеги с мелкими листьями. Стебель располагается близко к почве, поэтому растение может разрастаться по поверхности. На некоторых побегах появляются спороносные колоски, где находятся органы со спорами. Такое расположение помогает растению одновременно расти и распространять споры.

Хвощ развивается из подземного корневища, от которого отходят корни и надземные побеги. Его стебель состоит из узлов и междоузлий: узлы разделяют участки стебля, а от узлов отходят боковые ветви. Они часто расположены группами, которые называют мутовками. Листья хвоща мелкие и похожи на чешуйки, поэтому главная заметная часть растения — его членистый стебель.

У папоротника под землёй находится корневище — подземный стебель, от которого отходят придаточные корни и крупные листья-вайи. Молодые вайи обычно свёрнуты, а по мере роста разворачиваются. Такая форма помогает узнать папоротник даже до того, как на листе станут заметны спорангии. Обычно они расположены на нижней стороне вайи.

Споры возникают в спорангиях и после созревания рассеиваются. Если спора попадает во влажное место, она может прорасти и дать начало небольшому организму нового поколения. Для дальнейшего размножения нужна вода: она помогает половым клеткам встретиться и произойти оплодотворению. После этого развивается новое взрослое растение, которое снова образует споры.

Сравнение плаунов, хвощей и папоротников

Сравнивайте растения не по одному признаку, а сразу по нескольким: стеблю, листьям и расположению органов со спорами. В таблице собраны основные особенности каждой группы. Если растение незнакомо, сначала найдите характерный признак, а затем проверьте его по остальным строкам.

Разбор задач

Задача 1

Условие: определите группу растения по признакам — членистый стебель, узлы и междоузлия, мутовки боковых ветвей, спороносный колосок. Нужно не просто вспомнить название, а сопоставить признаки со строением разных групп. Особенно полезно проверить, встречается ли такое сочетание у папоротника или плауна.

1. Найдите главный признак: стебель разделён на узлы и междоузлия.
2. Проверьте, что ветви собраны в мутовки, то есть отходят группой от одного узла.
3. Сопоставьте эти особенности с хвощами: для них характерны членистые стебли и мутовки боковых ветвей.
4. Спороносный колосок дополнительно подтверждает выбор, поскольку такие колоски бывают у хвощей.

Ответ: это хвощ. Одного слова «споры» для определения было бы недостаточно, так как спорами размножаются все три группы, а членистый стебель и мутовки указывают именно на хвощ.

Задача 2

Условие: объясните, почему папоротники, плауны и хвощи размножаются спорами, но для их размножения необходима влажная среда. Важно различать два этапа: появление и прорастание спор, а также дальнейшее развитие нового растения. Нельзя считать, что споре достаточно просто попасть на любую поверхность.

1. Взрослое растение образует споры в спорангиях, после созревания они рассеиваются.
2. Для прорастания споры нужны подходящие условия, в том числе влага.
3. Из проросшей споры развивается новое поколение, участвующее в половом размножении.
4. Вода нужна для встречи половых клеток и оплодотворения; после него начинает развиваться взрослое растение.

Ответ: споры позволяют растениям размножаться без семян, но сами по себе не обеспечивают все этапы жизненного цикла. Влажность нужна для прорастания и для процесса оплодотворения. Поэтому на сухом месте размножение папоротникообразных затруднено.

Задача 3

Условие: сравните папоротник и хвощ по строению стебля, листьев и расположению спорангиев, затем объясните, как их различить. Сначала рассмотрите каждый признак отдельно, а потом найдите их сочетание. Такой порядок помогает не перепутать растения, если один признак плохо заметен.

1. У папоротника крупные листья-вайи, а стебель часто представлен корневищем; молодые листья обычно свёрнуты.
2. У хвоща заметен членистый надземный стебель с узлами, междоузлиями и мутовками боковых ветвей.
3. У папоротника спорангии обычно находятся на нижней стороне вайи; у хвоща они образуются в спороносных колосках.
4. Сопоставьте признаки: крупные вайи указывают на папоротник, а членистый стебель с мутовками — на хвощ.

Ответ: различать растения лучше по нескольким признакам одновременно. Папоротник узнают по крупным вайям и спорангиям на их нижней стороне, а хвощ — по членистому стеблю, мутовкам ветвей и спороносным колоскам.

Типичные ошибки

Ошибка — считать папоротники, плауны и хвощи семенными растениями, потому что у них есть корни, стебли и листья. Так думают, смешивая строение тела и способ размножения. Проверьте себя вопросом: образуются ли у растения семена? У этих групп их нет, а органы нужны им для жизни, а не для доказательства семенного размножения.

Ошибка — называть спору семенем. Спора не содержит зародыша и запаса питательных веществ, свойственных семени, хотя обе структуры могут начинать развитие нового растения. Чтобы проверить себя, спросите, есть ли у споры устройство семени; если нет, заменять одно понятие другим нельзя.

Ошибка — искать спорангии папоротника на верхней стороне листа. Это заблуждение возникает, если не запомнить, где обычно находятся эти органы. Осматривая вайю, проверяйте её нижнюю сторону: именно там обычно располагаются спорангии.

Ошибка — путать хвощ с мхом или травянистым цветковым растением, не обращая внимания на важные признаки. Внешне небольшое зелёное растение легко определить неверно, если смотреть только на его размер. Проверьте наличие членистого стебля, узлов, междоузлий и мутовок, а затем выясните, размножается ли растение спорами.

Связь с другими темами

Для понимания этой темы полезно знать, чем высшие растения отличаются от низших, какие органы есть у растения и как спорами размножаются мхи. Эти знания помогают увидеть, что наличие органов не обязательно означает образование семян. Позже сравнение споровых и семенных растений пригодится при изучении голосеменных и покрытосеменных.

Умение различать плауны, хвощи и папоротники помогает распознавать растения в природе. Их можно сравнивать по побегам, листьям и местам образования спор, не полагаясь только на цвет или размер. Древние папоротникообразные также важны для понимания того, как образовался каменный уголь.

Что запомнить

• Папоротникообразные — высшие споровые растения.
• К папоротникообразным относят плауны, хвощи и папоротники.
• У плаунов имеются ползучие побеги и мелкие листья.
• Хвощи отличаются членистыми стеблями и мутовками боковых ветвей.
• У папоротников крупные листья-вайи.
• Спорангии папоротников обычно расположены на нижней стороне вайи.
• Для размножения папоротникообразных необходима влажная среда.