§ 21. Папоротники

Определения и обозначения

Папоротники — споровые сосудистые растения, у которых есть корни, стебель и листья, но нет цветков и семян. Сосудистыми их называют потому, что по специальным тканям внутри растения перемещаются вода и питательные вещества. В отличие от мхов, папоротники имеют настоящие корни и развитые проводящие ткани. А от семенных растений они отличаются тем, что не образуют семян: их жизненный цикл начинается со споры.

Вайя — лист папоротника, часто крупный и рассечённый на части. Она улавливает свет и производит питательные вещества при фотосинтезе. У многих папоротников на нижней стороне вайи также развиваются структуры, связанные с образованием спор. Поэтому вайя может одновременно выполнять роль обычного листа и участвовать в размножении.

Сорус — группа спорангиев, обычно расположенная на нижней стороне вайи. Спорангии — небольшие образования, внутри которых формируются споры. Сорус сам по себе не является спорой, а объединяет множество спорангиев. Такое расположение помогает находить места образования спор, рассматривая нижнюю сторону листа.

Заросток — небольшое самостоятельное половое поколение папоротника, которое развивается из споры. На нём образуются органы, производящие половые клетки. Заросток отличается от взрослого папоротника размером и ролью: он участвует в половом размножении, а взрослое растение образует споры. Знание этого термина помогает не пропустить промежуточный этап жизненного цикла.

Как это устроено

Тело взрослого папоротника состоит из корней, корневища и вай. Корневище — стебель, который обычно растёт под землёй; от него отходят корни и листья. Такое расположение защищает часть растения от высыхания и повреждений. Вайи поднимаются над почвой, поэтому могут получать свет для фотосинтеза.

Папоротники относят к сосудистым растениям, потому что внутри их органов есть проводящие ткани. По ним вода и растворённые вещества перемещаются между корнями и надземными частями. Корни закрепляют растение в почве и поглощают воду с минеральными веществами. Благодаря сочетанию корней и проводящих тканей папоротники могут расти на суше, хотя для полового размножения им всё ещё нужна вода.

На нижней стороне некоторых вай образуются сорусы, состоящие из спорангиев. Внутри спорангиев созревают споры, которые после рассеивания могут попасть на подходящую почву. Для прорастания обычно нужны влага и подходящие условия среды, поскольку молодая стадия легко высыхает. Спора не превращается сразу во взрослое растение: сначала из неё развивается заросток.

Заросток — небольшое зелёное образование, которое может самостоятельно существовать и получать питательные вещества. На нём формируются половые органы: одни производят мужские, другие — женские половые клетки. Заросток значительно меньше взрослого папоротника, поэтому его легко не заметить. Именно на этой стадии жизненного цикла происходят события, ведущие к появлению нового растения.

Для оплодотворения мужским половым клеткам нужно добраться до женских клеток. Они перемещаются по тонкой плёнке воды, поэтому после длительной засухи оплодотворение может не состояться. Когда клетки сливаются, начинается развитие нового папоротника. Он вырастает на заростке, постепенно становится самостоятельным, а заросток со временем отмирает.

Строение папоротника и функции его частей

Читай таблицу от строения к функции: сначала определи, где находится часть растения, затем выясни, какую работу она выполняет. Так проще отличить корневище от корней, а сорусы — от самих спор. Помни, что заросток относится к отдельной стадии жизненного цикла, а не к части взрослой вайи.

Разбор задач

На нижней стороне вайи заметны небольшие группы бурых точек. Нужно определить, что это такое и какую роль они выполняют. Для ответа проследим, из каких структур состоят эти группы и что в них происходит.

1. Установи расположение точек: они находятся на нижней стороне вайи, где у многих папоротников размещены сорусы.
2. Вспомни строение соруса: это группа спорангиев, а не скопление готовых спор.
3. Определи функцию: внутри спорангиев формируются споры, которые могут распространиться и прорасти при подходящих условиях.

Ответ: бурые точки — сорусы со спорангиями; в спорангиях образуются споры.

Нужно расположить этапы размножения: заросток, спора, взрослое растение, оплодотворение. Ошибка здесь часто возникает, если принять заросток за молодое взрослое растение или забыть, что ему предшествует спора. Восстановим развитие от самой ранней указанной стадии к следующей.

1. Спора прорастает и образует заросток.
2. На заростке формируются половые органы, а затем происходит оплодотворение.
3. После оплодотворения развивается новое взрослое растение.

Ответ: спора → заросток → оплодотворение → взрослое растение. Взрослый папоротник позднее образует новые споры, и цикл повторяется.

Папоротник образовал половые клетки, но растёт в условиях длительной засухи. Нужно объяснить, почему размножение может не завершиться. Само образование клеток ещё не означает, что произошло оплодотворение: им необходимо встретиться.

1. Определи, какие клетки должны соединиться: мужская и женская половые клетки.
2. Вспомни, что мужские клетки папоротника перемещаются к женским по водной плёнке.
3. Свяжи это с условием задачи: длительная засуха не даёт образоваться необходимой плёнке воды.

Ответ: размножение может не завершиться, потому что без воды мужские половые клетки не доберутся до женских и оплодотворение не произойдёт.

Типичные ошибки

Ошибка: называть сорусы спорами. Так говорят, потому что бурые точки на вайе выглядят как скопления мелких образований. Проверь себя: сорус — это группа спорангиев, а споры образуются внутри спорангиев.

Ошибка: считать заросток молодым папоротником. Он действительно развивается из споры и связан с появлением нового растения, поэтому его легко спутать с проростком. Проверь себя по функции: заросток — отдельное половое поколение, на котором образуются половые органы.

Ошибка: думать, что спора сразу превращается во взрослое растение. Между ними можно пропустить небольшую и малозаметную стадию. Проверь последовательность: сначала спора прорастает в заросток, затем после оплодотворения развивается взрослый папоротник.

Ошибка: считать, что вода папоротнику для размножения совсем не нужна. Поскольку папоротник растёт на суше, можно ошибочно перенести это на все этапы его жизненного цикла. Проверь себя вопросом, как перемещаются мужские половые клетки: им нужна водная плёнка, чтобы добраться до женских.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение папоротника, нужно различать корень, стебель и лист: корни отходят от корневища, а вайи являются листьями. Тема опирается и на знания о размножении спорами и половых клетках. Сравнение папоротников с мхами и семенными растениями помогает увидеть, чем отличаются сосудистые растения, споровое размножение и жизненные циклы. Поэтому важно прослеживать не только части растения, но и последовательность стадий его развития.

Что запомнить

• Папоротники — сосудистые растения, размножающиеся спорами.
• Подземный стебель папоротника называется корневищем.
• Листья папоротника называют вайями.
• Споры образуются в спорангиях, часто собранных в сорусы.
• Из споры развивается заросток — половое поколение папоротника.
• Для оплодотворения папоротнику необходима вода.