Мхи, папоротники - лекционный материал. Папоротникообразные

Представители мира флоры: плауны, хвощи и папоротники - относятся к числу древних растений. Они появились на планете более 400 млн лет назад и представляли собой важнейший этап на пути эволюционного развития жизни. Они распространены и сейчас. Познакомимся с их особенностями.

Хвощи

Рассмотрение хвощей, плаунов и папоротников начнем с изучения особенностей хвощей. Если ранее, в каменноугольный период, эти растения нередко достигали более 30 метров в высоту, то современные представители выглядят гораздо скромнее. Особенности их таковы:

• Представляют собой травянистые многолетники.
• Зеленый полый стебель состоит из чередований междоузлий и узлов.
• Листья редуцированные.
• Боковые веточки произрастают из узлов.

Процесс фотосинтеза у подобных растений происходит в основном в стебле и боковых частях. Зимой наземная часть хвоща может отмирать. Но само растение остается живым. Ведь в земле находится корневище. С наступление тепла стебель появится вновь.

Плауны

Среди плаунов, хвощей и папоротников особое место занимают первые - вечнозеленые многолетники, отличающиеся длинным стеблем. На этом ползучем отростке размещается большое число небольших листьев, на верхушке же можно наблюдать спороносные колоски, расположенные на тонких ножках.

Папоротники

Папоротниковые растения - древнейшие жители планеты, первые представители появились еще в девонском периоде. Имеют сложные рассеченные листья и никогда не цветут. Поэтому люди, мечтавшие увидеть цветок папоротника, который, по легенде, должен указать на места кладов, заблуждались.

Общие черты

Плауны, хвощи и папоротники имеют множество общих черт:

• Вместе они образуют отдел папоротникообразных и относятся к высшим растениям.
• Размножаются спорами. Поэтому именуются споровыми растениями.
• Также возможно половое размножение при помощи гамет.
• Имеют несколько разновидностей тканей: основную, механическую, проводящую и покровную.
• В составе вегетативного тела выделяются корни и побеги.

В своем строении эти растения выше мхов, но не имеют такого сложного устройства, как голосеменные и покрытосеменные.

Распространение

Рассмотрим, где произрастают плауны, хвощи и папоротники. Данные представим в форме таблицы.

Эти родственные растения встречаются в природе достаточно часто и нашли широкое применение как в качестве корма лесных обитателей, так и в хозяйственной деятельности человека. Общее между хвощами, плаунами и папоротниками - любовь к тенистым лесам с высокой влажностью. А древесные формы, которые в современном мире немногочисленны, произрастают в тропических джунглях.

Коротко о мхах

Рассмотрим, чем отличаются мхи от хвощей, плаунов и папоротников. Прежде всего, как уже говорилось выше, папоротникообразные имеют более сложное строение:

• Мхи не обладают корнями (хотя некоторые разновидности имеют ризоиды, которыми крепятся к грунту), в то время как у хвощей, плаунов и папоротников имеются эти органы, в том числе и придаточные.
• Тело мхов представляет собой слоевище, то есть в нем не выделяются органы. А рассматриваемые растения имеют корень и побег.
• Мхи обладают микроскопичными простыми листьями, в то время как папоротникообразные отличаются более сложным строением.

Также необходимо отметить, что мхи способны к процессу фотосинтеза даже под снегом. Поэтому и остаются вечнозелеными. Но поглощение углекислого газа и выделения кислорода у них проходит очень медленно.

Значение

Представители хвощей, плаунов и папоротников играют важную роль в жизни человека. Так, хвощи, имеющие в составе каротин, органические кислоты и алкалоиды, используются в медицинских целях. Они обладают мочегонным, кровоостанавливающим эффектами, применяются при лечении геморроя и атеросклероза.

Древние папоротники, отмирая, создали запасы важнейшего полезного ископаемого на планете - каменного угля. Современные виды нашли применение в декоративных, кулинарных и медицинских целях. Плауны также используются для приготовления лекарств.

Многообразие

Приведем примеры хвощей, плаунов и папоротников, встречающихся в современном мире. Плаунов довольно много, среди них попадаются и ядовитые:

• Булавовидный - относится к ядовитым. Зона его произрастания - Сибирь и Дальний Восток, также растение можно встретить на Кавказе. Высота его - чуть более 50 см.
• Годичный. Предпочитает влажные еловые и пихтовые леса. Известен как долгожитель мира флоры и может существовать до 40 лет.
• Сплюснутый. Встретить его можно на мшистых болотах и песчаных почвах.
• Колючий. Длина стебля этого плауна из Карелии - до метра. Однако побеги редко превышают 10 см.

Хвощи также весьма многообразны. На планете их существует около 30 видов:

• Полевой используется в медицинских целях, поскольку богат калием, кальцием и дубильными веществами.
• Зимующий. Из его стеблей делают пилки для ногтей.
• Луговой. Относится к числу распространенных растений.

Приведем также примеры папоротников:

• Орляк обыкновенный.
• Щитовник.
• Сальвиния.
• Кочедыжник.
• Костенец.

Итак, хвощи, плауны, папоротники отличаются широким многообразием. Многие виды этих растений активно применяются человеком. Так, папоротники нередко становятся подлинными украшениями композиций ландшафтного дизайна.

Познакомимся с некоторыми малоизвестными фактами из биологии плаунов, хвощей и папоротников:

• Споры плауна нашли оригинальное использование - они помогают имитировать молнии в театральных постановках, а также применяются для производства салютов.
• Растут плауны очень медленно, особенно в первые годы своей жизни. При этом чем старше растение, тем более быстрыми являются его темпы роста.
• Хвощи - лакомство для кабанов и оленей, но ядовиты для лошадей.
• Растения эти появились на Земле раньше динозавров.
• Лазающий южноамериканский хвощ - абсолютный рекордсмен по длине, его стебель может быть более 10 метров.
• Хвощ зимующий нашел широкое применение в ландшафтном дизайне при создании японских садов: он успешно имитирует бамбук.
• В тропических лесах произрастают древовидные папоротники, стволы которых используются в качестве строительного материала, например, черный древовидный вид может достигать в длину 20 метров.
• Некоторые виды папоротников использовались в магии для наведения порчи или проклятия.
• Отдельные разновидности папоротников, например Сальвиния, произрастают в воде.

Плауны, хвощи, папоротники - древние растения. До наших дней дошла лишь малая часть их былого многообразия. Интересно, что голосеменные и покрытосеменные растения их полностью не вытеснили, а продолжили развиваться параллельно.

ОТДЕЛ МХИ

ПРИЗНАКИ МХОВ:

Есть стебли, листья, нет корней, но большинство имеет ризоиды.

Жизненные формы - однолетние и многолетние травянистые растения.

Обитают во влажных местах, так как развитие спор и половое размножение возможно только при наличии воды.

В жизненном цикле преобладает гаметофит (само растение).Бесполое поколение – спорофит (коробочка со спорами на ножке) – развито слабо, и не способно к самостоятельному существованию.Этим они отличаются от остальных высших растений.

Представители: листостебельные - кукушкин лен, сфагнум (белый или болотный мох); печеночные - маршанция, риччия и др.

Характеристика кукушкина льна и сфагнума

Кукушкин лен

Сфагнум

Стебель не ветвящийся, листья узкие, темно-зеленые, имеются ризоиды, различают мужские и женские растения. На верхушке женских растений развивается коробочка со спорами на длинной ножке.

Стебель ветвящийся, листья узкие, светло-зеленые, ризоиды отсутствуют, растение однодомное. Листья и стебли образованы живыми и мертвыми клетками. Мертвые клетки имеют отверстия, поры и способны накапливать и удерживать большое количество воды (в 25-37 раз больше своего веса). Содержит вещество – сфагнол, обладающее бактерицидным действием.

Значение мхов в природе:

Пища для некоторых животных.

Часто выступают в роли пионерной растительности, играя большую роль в почвообразовательных процессах.

Играют существенную роль в регуляции водного баланса суши.

Приводят к заболачиванию и закисанию почвы (особенно сфагновые мхи).

Отложения мхов образуют торф.

Значение мхов в жизни человека:

Путем сухой перегонки получают метиловый спирт, воск, парафин, краски, и т.д.

Из торфа изготавливают бумагу и картон, используют как топливо, удобрение, подстилку.

В строительстве торф используется как звуко – и теплоизолирующий материал.

Отложения торфяных болот используют в грязелечении.

ОТДЕЛ ПАПОРОТНИКООБРАЗНЫЕ(папоротники, хвощи, плауны).

Папоротниковидные возникли от риниофитов (псилофитов) – первых растений суши. Первые сосудистые растения на земле.

ПРИЗНАКИ:

Почти все травянистые многолетние растения, обитающие во влажных местах.

Относятся к высшим споровым растениям, имеют стебель, листья, корни и корневища.

Имеют хорошо развитые проводящую, механическую и покровную ткани.

Размножаются спорами, вегетативно (корневищами) и гаметами. Развитие спор и оплодотворение происходит при наличии воды.

Споры развиваются в спороносных колосках (у плаунов и хвощей) и на нижней стороне листа (у папоротников).

В цикле развития преобладает бесполое поколение - спорофит (само растение).

Представители: плауны (плаун булавовидный, плаун баранец), хвощи (хвощ полевой, хвощ лесной, хвощ болотный и др.) и папоротники (орляк, щитовник мужской и др.)

Характеристика представителей:

Папоротники

Хвощи

Плауны

Большинство травянистые, есть древовидные формы. Некоторые обитают в воде. Листья (вайи) долго растут верхушкой и на нижней стороне образуют спорангии. Корни отходят от корневища, где накапливаются питательные вещества. Образуют равные споры (кроме водных форм) из которых формируется сердцевидный заросток с ризоидами. На нем развиваются и архегонии (женский гаметофит), и антеридии (мужской гаметофит ).

Обитают на кислой почве в лесу, на лугах, полях, болотах. Побег состоит из узлов и междоузлий, мутовчатое расположение листьев. Весенние побеги бурые со спороносными колосками, летние побеги – зеленые. Образуют равные споры из которых формируется заросток. На нем развиваются и женский и мужской гаметофиты.Хвощи способны накапливать из почвы кремнезем.

Растут в хвойных и смешанных лесах, стебель стелющийся, на верхушке побега образуют спороносный колосок, листья мелкие темно-зеленые. Могут образовать и равные и разные споры, из которых формируется заросток.

Особенности развития: в цикле развития преобладает спорофит (само растение), а гаметофит представляет собой заросток, на котором развиваются мужские и женские гаметы. Заросток имеет вид небольшой зеленой пластинки, имеет ризоиды и способен самостоятельно питаться.

Значение папоротникообразных в природе:

Из древних древовидных форм образовались залежи каменного угля.

Являются важным компонентом многих растительных сообществ.

В природе – пища для животных, но плаунов и хвощей животные практически не едят.

Значение в жизни человека:

Хвощи и папоротники являются индикаторами различных типов почв.

Хвощи – сорняки пастбищ и огородов. Многие хвощи содержат ядовитые вещества.

Плаунов используют для получения желтой и зеленой краски для шерсти.Споры плаунов используются при обсыпке пилюль, в качестве детской присыпки (натуральный тальк), иногда в промышленности при фасонном литье для обсыпания моделей .

Некоторые виды папоротников и хвощей применяются в медицине.

Некоторые папоротники используются в декоративном цветоводстве.

Мхи и папоротники согласно классификации растений входят в группу высших споровых растений . Это одни из самых древних представителей растительного мира Земли. В отдельные периоды истории мхи и папоротники доминировали над всеми растениями, покрывая все пространства нашей планеты. В дальнейшем стали превалировать покрытосеменные и голосеменные растения.

Мхи или моховидные — это отдел высших растений, в который входят более 100 семейств , 700 родов и около 10 тысяч видов. Возраст этих растений отсчитывается начиная с карбонового периода. Различают три класса: антоцеротовые, листостебельные и печеночные мхи. Самая представительная группа — это листостебельные или настоящие мхи.

Сегодня эти мхи известны под хорошо известными названиями сфагнум и кукушкин лен. Мхом часто называют ягель, которым питаются олени в тундре, хотя реально это не мох, а «прозвище» для некоторых видов лишайников. Раздел ботаники, изучающий мохообразные, называется бриологией.

Папоротник — это одно из самых древних сохранившихся растений. Появление папоротников отмечают в девонском периоде (около 400 миллионов лет назад). Папоротники очень разнообразны по формам (травянистые, древесные), размерам, циклам существования. Несмотря на то, что по внешнему виду все папоротники внешне похожи друг на друга, в природе насчитывается более 10 000 видов этого растения. Рассмотрим основные отличия папоротников и мхов.

Возраст растений

Папоротники появились на Земле несколько раньше мхов. На стыке палеозойской и мезозойской эр вся суша была покрыта гигантскими массивами лесов из папоротников. Мхи появились в конце девонского геологического периода, но не развились до сопоставимых с папоротниками размеров биомассы.

Основа полезных ископаемых

Папоротники после отмирания и многолетних процессов хранения и химических превращений в земле, образовали гигантские запасы полезных ископаемых: газа, угля, нефти.

Мхи стали основой для образования торфа, который добывают в торфяниках. Торф используют в качестве органического удобрения и сырьевой основы для производства красок, лака, кислот, спирта, воска, пластмассы.

Разделение полов

Папоротники представляют собой однодомные растения, у которых на одном растении находятся мужские(тычинки) и женские(пестики) цветки. Мхи — представители двудомных растений, у которых женские и мужские цветки расположены на разных растениях. Папоротники могут размножаться спорами и вегетативно (корневищами, вайями, почками, афлебиями). Кроме этого, для папоротников характерно и половое размножение как часть их жизненного цикла.

Отличия листьев

Если мхи имеют хоть и микроскопичные, но обычные листья, то у папоротников это листоподобный орган, который называется вайей .

Вайя – это набор ветвей, расположенных в одной плоскости, называемой еще термином плоскоцветка. Употребляется еще один термин для обозначения этого органа — предпобег. В результате эволюции папоротники не успели разделить вайи на отдельный лист и стебель. Однако листовая пластинка почти сформировалась, оставалось сделать только шаг к объединению этих пластинок в лист. Растения, которые дальше эволюционировали этим путем стали голосеменные.

Назначение листьев

Листья мха способны вырабатывать только хлорофилл. В листьях папоротника происходит фотосинтез, то есть тоже вырабатывается хлорофилл, а кроме этого откладываются споры. Фотосинтез у мхов проистекает медленно и может происходить даже под снегом, если температура в зимнее время близка к нулю градусов, то мох остается вечнозеленым.

Корневища

У мхов корни отсутствуют. Эту роль выполняют ризоиды — нитевидные образования из однорядных клеток (по внешнему виду похожи на корневые волоски), которые способны закрепляться к источнику воды и питания. У папоротников длина корневища может достигать в длину 30 см. Кроме основного корневища имеются дополнительно придаточные корни, отростки от корневища.

Мох кукушкин лен — строение

Дифференциация тканей

У папоротников есть хорошо сформированы пучки проводящей ткани, а между этими пучками расположена паренхимная ткань. По проводящим тканям перемещаются растворенные в воде питательные вещества. Основные функции паренхимных тканей: фотосинтез, запасание питательных веществ, перенос воздуха. У мхов такого разделения на разновидности тканей не обнаружено.

Различие жизненных циклов

В жизненном цикле папоротника преобладает спорофит над гаметофитом, а у мхов – гаметофит над спорофитом. При этом, если у мхов гаметофит — это взрослое растение, то у папоротников — это отдельное растение, которое называется заросток.

Плоидность

По этой характеристике папоротники – диплоидны, а мхи – гаплоидны. То есть в ядрах клеток мха имеется одинарный набор хромосом, а в ядрах клеток папоротника — двойной набор.

Расположение спор

Месторасположения спор у мхов находится в коробочке, которая «прикреплена» к ножке. У папоротников споры находятся на обратной стороне вайи.

Воздействие на окружающую среду

Мхи очень эффективно накапливают воду, что приводит в отдельных случаях к заболачиванию лесных пространств.

Перспективы эволюции

Мхи находятся в эволюционном тупике поскольку без воды их размножение невозможно.

Вопрос 1. Почему плауны, хвощи и папоротники относят к высшим споровым растениям?
К высшим растениям плауны, хвощи и папоротники относят по причине наличия у них органов - стебля, листьев и корня. А споровыми их называют из-за того, что размножаются они спорами.

Вопрос 2. Где они растут?
Плауны, хвощи и папоротники растут в основном во влажных тенистых местах. Плауны растут преимущественно в сосновых лесах. Хвощи растут на полях, в лесах или около водоемов, обычно на участках с влажной кислой почвой. Папоротники распространены очень широко, обитают как на суше, где они растут не только на почве, но и на стволах и ветвях деревьев, так и в воде (встречаются многолетние плавающие папоротники).
Папоротники умеренных широт - многолетние травянистые растения, в тропических лесах встречаются древовидные формы. Немногочисленные виды (сальвиния) обитают в воде.

Вопрос 3. Каково их строение?
Все папоротникообразные имеют стебель, листья и корни.
У плаунов побег дихотомически ветвится и разделяется на подземную и надземную части. Корневая система представлена придаточными корнями, без корневых волосков. Листья мелкие с одной жилкой. Гаметофиты (заростки) мелкие, зеленые или бесцветные.
Хвощи произрастают во влажных или заболоченных местах. Надземные побеги имеют членистые стебли с мутовчато отходящими от узлов ветвями. Листья мелкие, чешуевидные, собраны в узлах мутовками. В клетках кожицы стеблей и листьев откладываются кристаллы кремнезема, поэтому тело хвощей очень жесткое. Надземные побеги хвоща ежегодно формируются из почек корневища. От корневища отходят придаточные корни. У хвоща два типа побегов. Ранней весной развиваются весенние побеги. Они светло-коричневого цвета, нефотосинтезирующие. На концах весенних побегов формируются спороносные колоски.
Спорофит папоротника четко подразделяется на корень, стебель и лист.. Корни всегда придаточные, стебель обычно хорошо развит иногда видоизменен и представлен клубнем или корневищем). Листья обычно перистые, сложные, они называются - вайи. Вайи растут от корневища. На нижней стороне вайи развиваются маленькие бурые бугорки - спорангии. Молодые листья улиткообразно свернуты. Спорангии расположены на нижней стороне листа. Заросток (гаметофит) часто имеет сердцевидную форму. Он несет архегонии, антеридии и ризоиды.

Вопрос 4. Какие растения - папоротники или мхи - имеют более сложное строение? Докажите это.
Отличием мхов от папоротноков служит то, что тело мхов расчленено на органы (стебель и листья), у мхов нет настоящих корней, их заменяют ризоиды, которыми они укрепляются в почве и всасывают воду. У папоротников есть корни. Кроме того, все папоротники имеют более сложное внутреннее строение листьев.

Вопрос 5. Каково значение плаунов, хвощей и папоротников?
Роль папоротникообразных в природе и в хозяйственной дея¬тельности человека в основном связана с залежами каменного угля, образованными древними папоротникообразными в каменноугольном периоде палеозоя. Современные папоротникообразные используют в медицине (например, щитовник мужской применяют как глистогонное средство), в качестве декоративных растений, в аквариумах и водоемах (например, сальвиния, азолла каролинская). Некоторые виды азоллы используют как зеленое удобрение, обогащающее почву азотом. В металлургии формы для литья обсыпают порошком из спор этих растений, и металлические детали легко отстают от стенок. В некоторых районах нашей страны употребляют в пищу весенние побеги хвоща (в сыром, пареном виде и как начинку в пирогах), а также молодые листья папоротника орляка. Орляк на Дальнем Востоке заготавливают в больших количествах для пищевых целей. Хвощи часто бывают злостными сорняками; среди них встречаются и ядовитые формы.