Папоротниковые растения

Папоротники

Папоротники относятся к наиболее древним споровым растениям. Обитают в самых разнообразных экологических условиях: в заболоченных местах и водоемах, лесах тропического и умеренного климата. Наиболее известные представители – щитовник мужской, орляк, страусник. В жизненном цикле папоротников, хвощей, плаунов доминирует спорофит.

Расцвет папоротников произошел около 358 млн лет назад и длился примерно 65 млн лет, в честь папоротников назван период палеозойской эры – карбон, или каменноугольный период, который длился указанный промежуток времени. Именно папоротникам принадлежит активная роль в углеобразовании: в карбоне леса заселяли древовидные папоротники, достигавшие 40 и более метров в высоту.

Древесные формы папоротников сохранились до наших дней, однако большинство представителей – травянистые растения, у которых отсутствует камбий, а значит, нет и вторичной древесины.

Папоротники относятся к группе сосудистых растений, так как имеют жилки – сосудисто-волокнистые пучки, в отличие от мхов, которые не имеют жилок и не являются сосудистыми растениями. Механическая прочность обеспечивается отложением склеренхимы вокруг проводящих пучков (жилок).

В отличие от мхов, папоротники имеют проводящую ткань в стеблях и корнях, состоящую из ксилемы и флоэмы. Заметьте, я написал “корень” – у мхов не было и корней, вместо них были ризоиды, выполняющие аналогичную корням функцию. Корни папоротников, хвощей и плаунов всегда придаточные и растут от видоизмененного побега – корневища.

Строение

Рассмотрим строение папоротников на примере типичного представителя – щитовника мужского. Это широко распространенный папоротник, типичный для климата умеренных широт. Представляет собой многолетнее травянистое корневищное растение.

Образован пучком сильно расчлененных листьев, отходящих от корневища. Нарастают листья верхушкой, образуя завитки – “улитки”.

Отметьте, что лист папоротника называется вайя (от греч. baion – пальмовая ветвь). В отличие от настоящих листьев, вайя имеет недетерминированный верхушечный рост. Листья имеют черешок, прикрепляющийся к стеблю, который может продолжаться в рахис – главную ось сложного листа, соответствующую центральной жилке.

Жизненный цикл папоротниковидных

Листостебельное растение папоротника, изображенное выше – спорофит (2n). Спорофит доминирует в жизненном цикле папоротниковидных, в отличие от цикла мха, где спорофит, по сути, является придатком гаметофита (редуцирован). На нижней стороне вайи располагаются спорангии, собирающиеся в сорусы – группы близкорасположенных спорангиев. На спорофите (2n) в спорангии после мейоза образуются споры (n).

В 2012 году группа ученых под руководством Ксавьера Нобли из Университета Ниццы выяснили, что спорангий имеет специальный механизм “катапульты”, споры из него вылетают со скоростью около 10 м/с.

Гаплоидные споры (n) прорастают в заросток (n), небольшую пластинку (несколько мм) сердцевидной формы. Заросток зеленого цвета, способен фотосинтезировать и прикрепляется к почве ризоидами. На нем образуются мужские и женские половые органы – соответственно антеридии и архегонии. Сперматозоид (n), образовавшийся в антеридии, благодаря воде (во время дождя) попадает в архегоний, где сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n).

Из зиготы развивается зародыш, который проникает в ткани архегонии с помощью особого приспособления – гаустории (от лат. haustor – черпающий, пьющий). Гаустория представляет собой ножку, внедряющуюся в ткани заростка и поглощающую из него питательные вещества. Начинается бурный рост зародыша, образуется побег, а затем взрослое растение – спорофит (2n). Цикл замыкается.

Значение папоротников

Папоротники являются главным компонентом многих лесных сообществ, звеном в цепи питания – продуцентами (производителями органических веществ). Человек использует папоротник в декоративных целях. Молодые побеги некоторых папоротников съедобны и употребляются в пищу: побеги орляка, листья страусника обыкновенного.

Щитовник мужской имеет медицинское значение: из его корневищ изготавливают противогельминтный препарат.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Папоротникообразные растения. Признаки, строение, классификация и значение

Папоротникообразные – это группа споровых растений, которые обладают проводящими тканями (сосудистыми пучками). Предполагают, что зародились они более 400 млн. лет назад, еще в палеозойский период.

Предками считают ринофитов, но папоротникообразные растения в процессе эволюции приобрели более сложную систему строения (появились листья, корневая система).

Признаки папоротникообразных

Для папоротникообразных характерны следующие признаки:

Разнообразие форм, жизненных циклов, системы строения. Насчитывается три сотни родов и примерно 10 тыс. видов растений (самые многочисленные из споровых).

Высокая устойчивость к переменам климата, влажности, образование огромного количества спор – причины, которые привели к расселению папоротникообразных по всей планете. Встречаются в нижних ярусах леса, на скалистой поверхности, возле болот, рек, озер, разрастаются на стенах заброшенных домов и в сельской местности. Самые благоприятные условия для папоротниковых растений – это наличие влаги и тепла, поэтому наибольшее разнообразие можно встретить в тропиках и субтропиках.

Всем папоротникообразным для оплодотворения нужна вода. Они проходят два периода в жизненном цикле:

  • Продолжительный бесполовой (спорофит);
  • короткий половой (гаметофит).
Читайте также:  Как готовить папоротник

Когда спора попадает на влажную поверхность, сразу активируется процесс прорастания, наступает половая фаза. Гаметофит крепится к земле с помощью ризоидов (образования похожие на корни, нужны для питания и прикрепления к субстрату) и начинает самостоятельный рост. Новообразовавшееся росток формирует мужские и женские половые органы (антеридии, архегонии), в них идет образование гамет (сперматозоидов и яйцеклеток), которые сливаются и дают жизнь новому растению.

Во время раскрытия спорангии (место созревания споровых клеток) высыпается множество спор, но выживает только их часть, ведь для дальнейшего роста нужна влажная среда и теневая местность.

Вьющиеся по земле папоротники могут размножаться вегетативно, листья, соприкасаясь с почвой, при достаточной влажности дают новые ростки.

Папоротникообразные растения

Стебли папоротниковых имеют множество разнообразных форм, но уступают по размерам листве. Когда стебель на верхушке несет листья, его называют стволом, он снабжен ветвящимся корнем, который придает устойчивости древовидным папоротникам. Вьющиеся стебли называют корневищем, могут простилаться на значительные расстояния.

Папоротники никогда не цветут. В давние времена, когда люди не знали о споровом размножении, существовали легенды о цветке папоротника, который обладал магическими свойствами, кто найдет его, тот обретет неведомую силу.

Прогрессивные черты в строении папоротникообразных

Появились корни, они придаточные, то есть первоначальный корень в дальнейшем не функционирует. Заменяется на корни, проросшие из стебля.

Листья еще не имеют типичного строения, это совокупность ветвей расположенных в одной плоскости под названием вайя. В них находится хлорофилл, за счет которого происходит фотосинтез. Вайи также служат для размножения, на обратной стороне листа находятся спорангии, после их дозревания, происходит раскрытие и высыпание спор.

Взрослые папоротникообразные – диплоидные организмы.

Классификация Папоротникообразных по классам

Настоящие папоротники – самый многочисленный класс. Представитель щитовник мужской – многолетнее растение, достигает высоты до 1 м. Корневище толстое, короткое, укрыто чешуйками, на нем расположены листья. Растет на влажной почве в смешанных и хвойных лесах. Орляк обыкновенный обитает в сосновых лесах, достигает больших размеров. Быстро размножается, хорошо приживается, поэтому может занимать значительные территории, если использовать его в парках или садах.

Щитовник мужской

Хвощевидные – травянистые папоротники, растут от нескольких сантиметров до 12 метров (хвощ гигантский), при этом диаметр стебля около 3см, поэтому чтобы развиваться их необходимо использовать другие деревья как опору. Листва видоизменена до чешуй, стебель равномерно разделен узелками на междуузелковые участки. Корневая система представлена придаточными корнями, в почве также находится часть корневища, которое может формировать клубни (органы вегетативного размножения).

Мараттиевые – относятся к древним видам растений, которые населяли нашу планету в Каменноугольный период. Присутствует стебель, до середины погруженный в почву, корни придаточные. Сейчас они постепенно отмирают, встречаются только в тропических поясах. Обладают огромными двухъярусными листьями, до 6 метров длиной.

Ужовниковые – наземные травянистые растения до 20см в высоту (есть исключения, которые достигают 1,5м длинны). Представители имеют толстый корень, не дающий ответвлений. Корневище, например, у гроздовника полулунного короткое, не разветвляется, а у червеколосника — вьющееся, распространяется по земле.

Гроздовник полулунный

Сальвиниевые – водные папоротниковые растения (населяют водоемы Африки, южной Европы), которые имеют корень для крепления к сильно увлажненной почве. Они разноспоровые, отдельно развиваются мужские и женские гаметофиты. После дозревания взрослая особь отмирает, а сорусы опускаются на дно, из которых весной выйдут споры и поднимутся с глубины на поверхность воды, где происходит оплодотворение. Используются, как растения для аквариумов.

Сальвиниевые

Значение папоротникообразных растений

Остатки папоротников дали залежи полезных ископаемых: каменного угля, который широко используется в промышленности (как топливо, химическое сырье). Некоторые виды вносят как удобрение.

Применяются для изготовления лекарственных препаратов (антипаразитарных, противовоспалительных). Споры входят в состав оболочек капсул.

Папоротники — это еда и дом для низших животных. Выделяют кислород в процессе фотосинтеза.

Красота растений привлекает ландшафтных дизайнеров, поэтому их выращивают как декорации. Некоторые виды можно использовать в пищу (листву орляка).

Виды папоротников: описание и характеристики

Папоротники — один из самых интересных видов растений, имеющих древнейшую историю. Их можно встретить в разных климатических поясах, они растут как в дикой природе, так и в домах или частных дворах. В ландшафтном дизайне папоротники часто применяются с различными целями благодаря огромному количеству их разновидностей. Особенности строения и жизненные циклы у этих растений отличаются друг от друга. Но, несмотря на обилие видов папоротников, их довольно легко узнать.

Возраст папоротников

Эти удивительные растения появились еще задолго до возникновения растений семейства цветковых. Неспроста в фильмах про динозавров нередко можно увидеть примеры папоротников, названия которых уже остались лишь в энциклопедиях. Эры Палеозоя и Мезозоя прошли для папоротников довольно успешно — в то время они были не какими-нибудь кустарниками, а деревьями гигантских размеров.

Кстати, залежи каменного угля появились именно на основе древесины огромных папоротников, откуда и пошел кругооборот углерода на земле. Согласно славянским поверьям и мифам, ночью в праздник Ивана Купалы распускается цветок лесного папоротника. Происходит это буквально на один миг, и человек, который сможет сорвать цветок, непременно узнает тайны мироздания, обретет способности к ясновидению или найдет клад.

Читайте также:  Папоротник в лесу

Описание растения

На самом деле растение не цветет вообще, а для размножения оно имеет массу иных вариантов. Из всего многообразия папоротников можно выделить и съедобные, и ядовитые виды. Они нередко встречаются в домашних условиях, а древесные сорта этого растения даже иногда применяют в качестве строительного материала.

Интересно и строение этих растений — листьев как таковых у них нет, а только листовые пластинки. Листья папоротника называются вайи. А растут они из почек корневища, строение их довольно сложное. Вайи являются системой ветвей, которые находятся на одном уровне и прикреплены к черешку. Другое их название, взятое из ботаники, — плосковетка. Они участвуют в фотосинтезе, споры, необходимые для размножения, созревают на их нижней стороне.

Опорную функцию выполняет кора стеблей. Запаса прочности у папоротников нет из-за отсутствия камбия. Годовые кольца у этих растений тоже отсутствуют. Правда, строение папоротников может отличаться в зависимости от вида. Среди них есть травянистые растения довольно мелкого размера, а могут быть и могучие деревья, которые в тропических условиях растут до 20 метров. Некоторые разновидности папоротников живут в воде, и несмотря на то что поверхностная часть этих растений может не превышать 20 см, корневища при этом могут быть метровой длины.

К папоротникам относятся растения, которые имеют следующие составляющие:

  • корни (придаточные);
  • стебли (обычные прямые, вьющиеся и ползучие);
  • листья.

Размножение папоротниковых

Спорофиллы, которые созревают с нижней стороны листьев, осыпаются на землю, потом «женские» споры образуют заростки — пластины в форме сердца, на поверхности которых находятся своего рода «женские» органы. В то же время из «мужских» спор получаются микрозаростки, в которых созревают спермии. Ветер разносит их по окружающей территории, так они попадают на траву и деревья. Когда разрывается их оболочка, «мужские» семена оказываются во внешней среде, вода помогает им проникнуть в «женские» заростки. Так зарождается новое растение, а сердцевидный заросток постепенно начинает вянуть и отмирает.

Вегетативный способ размножения подразумевает образование новых растений на старых листьях, которые лежат на земле. Постепенно они укореняются и прорастают. Именно этим способом размножаются растения, относящиеся к спорофитам. Кстати, к ним относится бо́льшая часть папоротников, какие бывают в природе.

Количество видов

Папоротники — растения, видов которого насчитывается невероятное количество — тысячи разнообразных видов, три сотни родов и 8 подклассов. Среди подклассов есть даже три вымерших, остальные же подразделяются на следующие виды:

  • настоящие папоротниковые;
  • мараттиевые;
  • ужовниковые;
  • сальвиниевые;
  • марсилиевые.

Древние «представители» рода

Первыми появились ужовниковые, они считаются самыми древними и примитивными, внешне они имеют много отличий от своих собратьев. В частности, обыкновенный ужовник имеет всего один лист, являющийся цельной пластиной, делящейся на спороносную и стерильную части. Также ужовниковые исключительны еще и тем, что из всех папоротниковых лишь у них имеются зачатки камбия и проводящие ткани вторичного характера.

Количество рубцов на корневище говорит о возрасте растения, потому что в год образуется всего 1−2 листа. Несмотря на довольно малые размеры (средняя высота ужовниковых обычно не превышает 20 см), куст такого папоротника может быть даже старше окружающих его деревьев лесу.

Еще один древний вид — мараттиевые, некогда росли по всей планете, но теперь их количество неуклонно уменьшается. Сейчас они встречаются во влажных тропических лесах. Их огромные вайи растут в два ряда и в длину достигают 6 метров.

Самые многочисленные

Больше всего насчитывается настоящих папоротников. Представители этого класса растут где угодно — в тропиках и пустынях, в лесах и горных камнях. Этот подкласс представлен древесными и травянистыми растениями. Одно из самых распространенных семейств подкласса — многорожковые. В российских лесах их можно чаще всего встретить в теневых зонах, хотя бывают и «исключения», приспособившиеся на солнечных засушливых местах. Из ядовитых разновидностей выделяется пузырник ломкий — низкорослое растение, предпочитающее скальные отложения. Имеет тонкие листья и считается чрезвычайно токсичным.

Есть и полезные виды папоротников, применяемые в медицине. Например, страусник обыкновенный, по-другому называемый «страусово перо» или «черный папоротник». Это один из самых эффектных видов этого растения, взрослые кусты его достигают более метра в длину и имеют короткое прочное корневище. Страусник неприхотлив, но требователен к освещению, любит плодородные почвы, к болезням весьма устойчив. Его листья подразделяются на спороносные (располагаются внутри воронки по 2−3 листа) и стерильные (длиной до полутора метров).

Размножается этот вид различными способами — делением корня, спорами и подземными побегами. Широко применяется в ландшафтном дизайне, предпочитает расти в полутени неподалеку от искусственных водоемов. Растение считается съедобным — в весенний период еще не развернувшиеся молодые (до 20 см) побеги его замораживают в брикетах или делают из них консервы. Правда, употребление страусника в пищу более распространено в странах северного и среднего Востока.

В медицине «страусово перо» применяют в противосудорожных, успокоительных, глистогонных, спазмолитических и вяжущих препаратах. Применяемый в медицине филмцин извлекают из еще одной ядовитой разновидности папоротников — щитовника мужского. Он растет во влажных почвах, в хвойных и лиственных лесах.

«Женский кочедыжник» и другие

Часто можно встретить на российской территории кочедыжник женский — растение с крупными (до 1 метра длиной) листьями. Больше любит овраги, лесные торфяники и болотистую местность, предпочитает тенистые затемненные места. Листья зимой отмирают, а весной начинают расти новые. Корень толстый и короткий, размножается кочедыжник спорами. Название произошло из-за способности растения образовывать кочки на болотах. На одном и том же месте этот папоротник растет до 10 лет.

Читайте также:  Можно ли держать в доме папоротник

Bio-Lessons

Образовательный сайт по биологии

  • Ботаника

Папоротниковидные растения

Общая характеристика, особенности строения, размножение. Среди высших споровых растений папоротниковидные появились раньше других. Исчезнувшие древовидные виды вместе с другими споровыми растениями (плауны и хвощи) 250-300 млн лет назад составляли влажные тропические леса.

Известно более 10 тыс. видов папоротниковидных. В тропических лесах растут лианы, использующие в качестве опоры другие растения. Древовидные папоротники и сегодня растут в Австралии и Новой Зеландии. Они достигают высоты 20 м. Имеются также папоротники, растущие в воде. Папоротники, растущие в Казахстане, являются многолетними травами. Древовидные папоротники у нас можно увидеть только в ботанических садах.

Папоротники – тоже споровые растения. Одним из наиболее распространенных их представителей является щитовник. Он растет во влажных тенистых местах, под пологом леса и по сырым оврагам. Щитовник имеет хорошо развитые корневища. Вниз от корневищ отходят придаточные корни, вверх – листья. У травянистых папоротников, растущих в Казахстане, нет надземных стеблей, но хорошо развиты корневища. Листья крупные, перисторассеченные. Их называют вайи. Отрастание листьев начинается весной. Вначале они свернуты и имеют улиткообразную форму, затем распрямляются. Растут они кончиками, достигают очень больших размеров. Листья выполняют 2 функции: 1) в процессе фотосинтеза они образуют органические вещества; 2) образуют споры и участвуют в размножении (рис.1).

Рис.1 Строение папоротника щитовника

Папоротниковидные размножаются вегетативным, бесполым и половым путями. Вегетативное размножение осуществляется корневищем. Некоторым видам свойственно также размножение почками. Такие почки располагаются по длине листа. Из почек появляются маленькие папоротники. Они пускают корни, отрываются от листа, прикрепляются к почве и превращаются в настоящие папоротники.

Бесполое размножение. В летнее время у щитовника на нижней стороне листа образуются сорусы (группы расположенных скученно спор или спорангиев). В спорангиях, как вы знаете, развиваются споры. Спорангии прикрепляются к центральной жилке листа длинными ножками. Сверху сорус покрыт защитным покрывальцем, по форме похожим па почку. При созревании спор происходит разрыв оболочки спорангия, и споры высыпаются наружу.

В благоприятных условиях из споры вырастает заросток. Он представляет собой пластину сердцевидной формы зеленого цвета диаметром до 4 мм. К земле он прикрепляется ризоидами.

Половое размножение. На нижней стороне пластины заростка образуются женские (архегонии) и мужские (антеридии) половые органы. В них образуются гаметы. Они сливаются. Из оплодотворенной яйцеклетки образуется зигота, а из нее – зародыш. В зародыше имеются зачатки органов будущего растения. В первое время он питается за счет заростка. Постепенно из зародыша вырастает молодое растеньице папоротника с мелкими листьями (рис.2).

Рис.2 Размножение папоротника

Значение папоротниковидных в природе и в жизни людей очень велико. Их выращивают в оранжереях в качестве декоративных растений и часто используют для озеленения. Некоторые виды папоротников являются лекарственными растениями. Например, корневища щитовника издавна применяются против болезней, вызываемых кишечными паразитами. Из его листьев получают настойки для лечения ран, простуды и обезболивающие препараты.

Молодые листья некоторых видов и сердцевину древовидных папоротников используют в пищу.

Ископаемые древовидные папоротники вместе с другими споровыми растениями сыграли огромную роль в образовании залежей каменного угля.

300 млн лет назад климат па Земле было влажным и теплым. Леса из папоротниковидных были заболочены или залиты водой. Погибая, высокие деревья (высота до 40 м) падали прямо в воду, покрывались илом и песком. Под давлением воды они уплотнялись. В результате за миллионы лет такое уплотнение(без доступа кислорода) превратило их в каменный уголь.

Каменный уголь – топливо, дающее много тепла. Кроме того, он является сырьем для химической промышленности. Из него вырабатывают пластмассы, асфальт, мыло, смолы и другую необходимую народному хозяйству продукцию.

Жизненный цикл папоротниковидных растений происходит в две стадии. Сначала образуются споры, из которых развиваются заростки. На нижней стороне заростков образуются женские (архегонии) и мужские (антеридии) половые органы, в которых формируются половые клетки – гаметы. После их слияния образуются зиготы, из которых развиваются зародыши. Листья папоротников растут кончиками и достигают очень больших размеров.

Папоротники выращивают в оранжереях в качестве декоративных растений и часто используют для озеленения. Некоторые виды папоротников являются лекарственными растениями. Ископаемые древовидные папоротники сыграли огромную роль в образовании залежей каменного угля.

Одним из наиболее распространенных представителей папоротников является щитовник. Встречаются и исчезающие виды, например щитовник мынжилкенский. Он занесен в Красную книгу Казахстана.

Биологический русско-английский глоссарий