Сегодня мы рассмотрим строение папоротника, цикл его развития и поговорим о разнообразии отдела папоротникообразных. Чтобы детально разобраться в жизненном цикле папоротника, необходимо вспомнить строение его основных органов.
Подземная часть папоротника представлена корневищем. От корневища отходят корни. Надземные части представлены особыми листьями. Надо сказать, что у этого растения не совсем привычные нам листья. От обычных листьев всех растений, которые мы можем увидеть за окном, тех растений, которые являются цветковыми, листья папоротника отличаются некоторыми существенными деталями:
- У папоротника лист растет неограниченное время.
- На нижней стороне листьев располагаются споры в мешочках спорангиях.
На привычных нам листьях, например, у тополя, у клена, у каких-нибудь травянистых растений вроде подорожника, у всех цветковых растений, мы никогда никаких спорангий со спорами на нижней части листьев не увидим. Поэтому перед нами, как справедливо полагают ученые, не совсем листья. Перед нами особые образования, которые являются чем-то средним между веткой и листом. Папоротники - древние растения. У них эти части ещё не такие совершенные, как у привычных нам цветковых растений.
Листья папоротника называются вайи, именно потому они и получили особое название, что они не совсем такие же листья, как у цветковых растений. С нижней части вайи
и располагаются спорангии со спорами. Эти спорангии выглядят, как своеобразная небольшая люстра. Шарики со спорами на тонких ножках действительно выглядят похожими на потолочный светильник.
Кроме того, для защиты служит особый вырост, который на всякий случай, как зонтик, закрывает этот пучок спорангиев. Пучок спорангиев называется сорус, а вырост в виде зонтика, который защищает сорус - пучок спорангиев - называется индузия. Если мы видим спорангии, значит, в чередовании поколений перед нами бесполое поколение - спорофит. У гаметофитов (полового поколения) мы никаких спорангиев бы не увидели.
Пора перейти к циклу развития папоротника
Основные стадии развития папоротника
Из спорангиев, когда в них созревают споры, они начинают вылетать. Сами спорангии удивительно приспособлены для этого. Когда споры в них уже созрели, спорангии особым образом трескаются
, а часто, даже ещё и выворачиваются наружу. Споры от этого высыпаются и летят по ветру. Споры очень лёгкие и по воздуху они могут, как пыль, улететь на значительное расстояние от папоротника, от той вайи, где они образовались.
Из спор, когда они падают на влажную почву, начинает образовываться следующее поколение. Вспомним, по чередованию, из спор должно вырасти половое поколение. Оно совершенно не похоже на бесполое. Помните комплимент, которым старуха Шапокляк одарила крокодила Гену? Она сказала: «Это хорошо, что вы зеленый и плоский». Вот так можно охарактеризовать и половое поколение папоротника - крохотная зелёная пластинка примерно с ноготок размером, немножко похожа на сердечко.
Главное, что есть у этого маленького, плоского, зелёного сердечка, находится не с верхней стороны, а с нижней. От нижней стороны гаметофита - этого зелёного плоского сердечка - отходят тонкие ниточки. Это не корни - это ризоиды, те самые ризоиды, о которых можно услышать у водорослей или мохообразных. У гаметофита (полового поколения папоротников ), настоящих корней нет. Он прикрепляется к почве ризоидами - теми же органами прикрепления, что были у древних растений - его предков.
Увидим мы здесь и более важные части, например, небольшие мешочки, в которых должны созревать яйцеклетки, ведь перед нами половое поколение. Мы должны найти, где здесь образуются половые клетки. Итак, яйцеклетки созревают
недалеко от выреза, который делает нашу пластинку похожей на сердечко. Рядом, но ближе краешку, располагаются другие мешочки. В этих мешочках, которые идут по краю, созревают сперматозоиды. И вот здесь, понятно почему, у гаметофита такое строение и почему он такой плоский.
После дождя вода затекает под тонкую пластинку и некоторое время там остаётся. Образуется влажная среда, в которой сперматозоиды из своих мешочков переплывают к яйцеклеткам. Итак, перед нами гаметофит. Этот гаметофит - обоеполый , то есть он гермафродитный, и под ним образуется влажная среда, в которой по этой водяной плёночке переплывает сперматозоид к яйцеклетке. Это означает, что происходит оплодотворение и там, где только что были яйцеклетки, уже образуются зиготы, то есть, оплодотворённые яйцеклетки, первые клетки нового будущего организма.
В всегда считала папоротники очень интересными растениями, и во всех тенистых уголках моего сада растут эти старейшие жители нашей планеты, которые появились на Земле много веков назад.
Родиной всех папоротниковидных растений считается Дальний Восток и Северный Китай. Но самое интересное в этом растении — это процесс его размножения, который называют жизненным циклом развития.
В давние времена произрастали огромные древовидные папоротники. Сегодня таких видов в природе осталось совсем немного, папоротники стали более низкими, изящными, миниатюрными и практически превратились в комнатные и садовые цветы. В природе папоротники достигают двухметровой высоты.
Эти неприхотливые растения поражают своей красотой и разнообразием, и часто используются в ландшафтном дизайне.
Папоротники еще называют орляками за то, что его широкие резные листья напоминают орлиные крылья.
При этом у папоротника множество полезных свойств, он содержит белок, легко усваивается и тонизирует организм при его употреблении. Также папоротник благотворно влияет на нервную систему.
Для того, чтобы разобраться, что это все-таки за растение, необходимо выяснить, каким образом оно развивается.
Растет папоротник очень интересно: резные листья его торчат прямо из земли, без стебля и ствола (эти листья называют вайи), сначала они напоминают улитку в раковине, затем, по мере роста, разворачиваются и напоминают обычные крючки до тех пор, пока не раскроются полностью.
Цветов на папоротнике, вопреки красивым легендам, не бывает, а размножается это растение при помощи спор.
Стадии развития папоротника
Жизненный цикл папоротника — это все стадии, фазы и этапы, которые растение проходит, начиная от своего появления и зарождения первого листочка, и заканчивая появлением нового, готового к размножению экземпляра. Такой цикл является замкнутым и подразделяется на два типа или вида. Размножение папоротников бывает:
- половым;
- и бесполым.
Эти два типа очень сильно отличаются друг от друга. При этом непосредственно папоротником в том виде, в котором мы его знаем, называют как раз поколение, которое развилось бесполым способом. Такое поколение носит название спорофит.
Для зарождения молодого папоротника на задней стороне листьев материнского (или отцовского, это кому как нравится) растения должны появиться споры, которые и начнут там развиваться. Это, пожалуй, самая важная фаза жизненного цикла папоротника, потому что без нее никакого развития просто не произойдет.
Эти споры находятся в своеобразном «мешочке», который после созревания лопнет, в результате чего споры просто разлетятся в разные стороны. Жизнь дадут только те из них, которые попадут в хорошие и подходящие для них условия — во влажное, теплое, сухое и непродуваемое ветром место, что случается нечасто. Только в этом случае из спор получатся растения.
В благоприятных условиях из спор развиваются маленькие растения-отросточки, напоминающие небольшие сердечки (гаметофиты), на которых немного позже и появятся мужские и женские клетки (их еще называют половые органы).
Гаметофиты имеют маленькие тонкие корешки-ниточки, которыми они зацепляются за почву, где и развиваются. Это и есть половое поколение папоротника. Мужские органы именуются антеридиями, а женские клетки носят название — архегонии.
Сперматозоиды могут передвигаться исключительно в водной среде, на суше они быстро погибают, поэтому и оплодотворение возможно только в случае высокой влажности. Росточек имеет такую форму, в которой скапливается попадающая на него извне вода — роса или дождевая вода. По ней и передвигаются сперматозоиды.
Если оплодотворение все-таки произошло, появляется новая клетка под названием «зигота», и уже из нее начинает развиваться спорофит. Спорофит — это зародыш бесполого поколения папоротников.
У спорофита имеется ножка, с помощью которой он получает питательные вещества. А уже потом, по мере развития, появляется первый листик, от которого и начинается рост нового папоротника.
Поскольку без воды оплодотворение и дальнейшее развитие не произойдет, можно сказать, что несмотря на то, что жизненный цикл папоротников все свои этапы проходит на поверхности земли, эти растения все-таки не совсем отошли от той среды обитания, в которой изначально и зародилась жизнь — воды.
Схематично жизненный цикл папоротника можно представить следующим образом:
- взрослый папоротник, способный к размножению;
- наличие спор на внутренней стороне листа папоротника;
- полное созревание мешочков со спорами, после которого споры выпадают и разлетаются;
- в случае попадания споры в нужные и пригодные для жизни условия она закрепляется на месте и прорастает;
- из споры образуется маленький отросток, который прикрепляется к месту произрастания корешками-нитями (такие нити называются ризоидами);
- на отростке появляются женские и мужские половые клетки, при этом женские половые органы содержат яйцеклетку, а мужские — сперматозоиды;
- по воде, образующейся на отростках-зародышах в результате как выпадения росы, так и просто дождя, сперматозоиды передвигаются к яйцеклетке;
- сперматозоиды попадают внутрь яйцеклетки и оплодотворяют ее;
- в такой яйцеклетке (она называется зиготой) зарождается и появляется из нее молодой листочек (спорофит);
- из этого молодого листочка появляется новый папоротник, на котором в дальнейшем созреют споры для последующего размножения.
Как размножить папоротник спорами
Папоротник — очень интересное и своеобразное растение, поэтому нет ничего удивительного в том, что его пытаются размножить и в домашних условиях.
Размножение спорами – это достаточно сложный процесс, и освоить его не так-то просто. Поэтому чаще всего цветоводы просто делят куст папоротника на несколько частей с корневищами и почками, и рассаживают в подходящие тенистые места своего сада.
Но не все папоротники размножаются вегетативным способом. Некоторые виды этих растений имеют только одну точку роста, и никаких дополнительных почек на них не образуется.
Вот для размножения такого вида папоротника и следует проращивать споры, по-другому размножить его просто не получится. Именно после прорастания споры жизненный цикл папоротника будет пройден полностью, и из него получится новое растение.
Проращивается спора папоротника следующим образом:
- увидев, что на листочке взрослого папоротника образовались коричневатого цвета выпуклости (это и есть мешочки со спорами), такой лист отрезают и кладут в пакет. Пакет должен быть бумажным, а не целлофановым;
- пакет с листом на сутки кладут в какое-нибудь теплое место. при этом пакет периодически нужно встряхивать;
- после того, как споры созрели и выпали, их нужно вытащить из пакета и высыпать на подготовленную заранее питательную смесь, которая состоит из торфа, песка, угля и измельченной зелени;
- емкость со смесью, в которой будут прорастать поры, ставят во влажное и теплое место (не менее 25 градусов), периодически брызгая на поверхность теплой водой из пульверизатора и ни в коем случае не допуская ее высыхания. Для лучшего эффекта и меньшего испарения емкости со спорами можно прикрыть стеклом.
После того, как появились первые росточки, за поливом нужно следить еще более внимательно, так как влажность в это время — необходимая составляющая развития растения. Без воды оплодотворения не произойдет, и все труды пойдут насмарку. А вырастить папоротник из споры — это действительно труд.
Когда появляется новый молодой папоротник, вновь начинается жизненный цикл, включающий в себя половое и бесполое поколения.
При этом половое поколение — это тот самый маленький отросток, который образуется из спор и живет совсем недолго. А вот появившийся из него молодой папоротник, который и растет долгие годы (некоторые виды доживают до 100 лет) — это как раз то самое крепкое бесполое поколение.
Однако крепкое бесполое поколение невозможно получить, минуя этап полового размножения.
Определите последовтаельность процессов, характерных для географического видообразования.
№1
Формирование популяции с новым генофоном.
Появление географической преграды между популяциями.
Естественный отбор особей с приспособленными к данным условиям признаками.
Появление особей с новыми признаками в изолированной популяции.
№2
… последовательность стадий развития папоротника, начиная с прорастания споры
1. Образование гамет.
2. оплодотворение и образование зиготы
3. Развитие взрослого растения (спорофит)
4. образование заростка.
№3
… последовательность при фагоцитозе
1. поступление меномеров в цитоплазму.
2. захват клеточной мембраной питательных веществ.
3. гидролиз полимеров до мономеров.
4. образование фагоцитозного пузырька внутки клетки.
5. слияние фагоцитозного пузырька с мизосомой
№4
… последовательность формирования ароморфозов
1. возникновение легких
2. образование головного и спиного мозга
3. образование хорды
4. возникновение 4-х камерного сердца.
№5
… последовательность в эволюции появления растений
1. псилофиты
2. многоклеточные водоросли
3. покрытосеменные
4. одноклеточные водоросли
5. папоротникообразные
№6
… последовательность этапов эволюции растений
1. возникновение псилофитов
2. появление многоклеточных водорослей
4. возникновение папоротниковидных
5. возникновение покрытосеменных
6. появление одноклеточных водорослей.
№7
…
1. возникновение территориальной изоляции между популяциями одного вида.
2. расширение или расчленение ареала вида
3. появление мутаций в изолированных популяциях
4. сохранение естественным отбором особей с признаками, полезными в конкретных условиях среды
5. утрата особями разных популяций способности скрещиваться
№8
… последовательность процессов при зарастании скал
1. голые скалы
2. зарастание мхами
3. заселение лишайниками
4. образование тонкого слоя почвы
5. формирование травянистого сообщества.
№9
… последовательность процессов в интерфазе
1. на одной из цепей ДНК синтезируется и РНК
2. участок молекулы ДНК под воздействием ферментов расщепляется на 2 цепи.
3. и-РНК перемещается в цитоплазму
4. на и-РНК, служащей матрицей, происходят синтез белка.
№10
… последовательность при митозе:
1. хромосомы располагаются по экватору клетки
2. хроматиды расходятся к полюсам клетки
3. образуются две дочерние клетки.
4. хромосомы спирализируются, каждая состоит из 2-х хроматид.
№11
… хронологическая последовательность таксонов в систематике человека, начиная с наиболее крупного
1. семейство Гоминиды
2. Отряд Приматы
3. Тип Хордовые
4. род Человек
5. класс Млекопитающие
№12
… хронологическая последовательность антропогенеза
1. человек умелый
2. человек прямопроходящий
3. дриопитен
4. человек разумный
№13
… последовательность эволюционных процессов на Земле
1. возникновение прокариот
2. образование коацерватов в воде
3. возникновение эукариот
4. выход организмов на сушу
5. появление многоклеточных организмов
№14
… последовательность процессов при возникновении жизни
1. возникновение ядра в клетке
2. образование коацерватов
3. образование наружной мембраны в первичной клетке
4. образование органических соединений.
№15
… последовательность этапов географического видообразования
1. появление мутаций в изолированных популяциях
2. возникновение территориальной изоляции между популяциями одного вида
3. сохранение естественным отбором особей с признаками, полезными в новых условиях
4. утрата особями разных популяций способности скрещиваться.
№16
… последовательность развития папоротников, начиная со взрослого организма
1. развитие на нижней стороне заростка от ♀ и ♂ гамет
2. образование на нижней стороне листа папоротников спорангиев со спорами.
3. передвижение сперматозоидов к яйцеклетке с помощью воды и оплодотворение.
4. прорастание споры и развитие из нее маленькой зеленой пластинки – заростка.
5. развитие из зиготы зародыша, который превращается во взрослое растение папоротника.
№17
… последовательность развития шляпочных грибов, начиная с высыпания спор:
1. образование на грибнице плодового тела
2. созревание в шляпке спор
3. образование мицелия
4. прорастание спор.
Ответы
Последовательность:
№1: 2,4,3,1
№2: 4,1,2,3
№3: 2,4,5,3,1
№4: 3,2,4,1
№5: 4,2,1,5,6,3
№6: 6,2,1,4,3,5
№7: 2,1,3,4,5
№8: 1,3,4,2,5
№9: 2,1,3,4
№10: 4,1,2,3
№11: 3,5,2,1,4
№12: 3,1,2,4
№13: 2,1,3,5,4
№14: 4,2,3,1
№15:2,1,3,4
№16: 4,1,3,5,2
Папоротники появились на Земле много лет назад. В древние времена можно было встретить леса из древовидных папоротников. На сегодняшний день таких крупных растений осталось очень мало. Папоротники стали более декоративным и комнатными. Они красивые и неприхотливые, их можно использовать для дизайна ландшафтов. Растения долговечны и интересны.
Легенды о папоротнике
Папоротник - необычное растение. С его появлением связано великое множество красивых легенд. По одной из них, растение произошло от богини любви - Венеры, обронившей однажды свой волос, из которого и вырос папоротник.
Самая известная легенда - это легенда о цветении папоротника. В ней говорится, что, если в ночь на Ивана Купала увидеть перед человеком откроется тайна, как найти сокровища. Однако при изучении его становится ясно, что легенда не может быть воплощена в реальность, поскольку жизненный цикл папоротника не имеет этапа цветения.
Высшие и низшие группы растений
Растения делятся на высшие и низшие группы. Отличаются они между собой средой обитания. Высшие растения «вышли» на сушу и проводят свой жизненный цикл на земле. К таким растениям относят папоротники. У земных растений присутствует четкое разделение на корень, стебель и лист.
Однако нельзя однозначно сказать, что папоротники полностью отошли от водной среды обитания, поскольку в их процессе размножения участвует свободноживущий гаметофит и необходимые для процесса оплодотворения сперматозоиды могут существовать только в водной среде.
Внешний вид
Представители отряда папоротников распространились по всему миру. Они имеют различный внешний экологически неприхотливы, при этом больше любят влажные почвы.
Папоротник имеет корневую систему, стебель и листья. Семян у него нет. На внутренней стороне листа, внизу, располагаются споры в мешочках-спорангиях. Листья папоротника называются "вайи", они не похожи на листья других растений. Выглядят они так, как будто несколько веточек положили в одну плоскость и прикрепили к стеблю. Их цвет может меняться от светло-зеленого к темно-зеленому.
Папоротник, не считая корневой системы, состоит из вайи, соруса и индузии, где сорус - это пучок спорангиев, индузия - вырост, напоминающий зонтик, который закрывает сорус.
Жизненный цикл высших растений
Существуя на Земле, каждое растение проходит свой путь. папоротника - движение от зарождения жизни до полного созревания растения, способного дать новую жизнь. Цикл состоит из двух фаз: бесполой и половой. Эти фазы определяют поочередность поколений, одна происходит с помощью гамет - половая, вторая - с помощью спор - бесполая.
Сливаясь, гаметы образуют диплоидную зиготу, которая дает начало новому поколению, бесполому. В бесполом поколении размножение происходит с помощью спор. Гаплоидные споры дают начало половому поколению. Одно из поколений всегда преобладает над другим и составляет большую часть жизненного цикла растения.
Этапы жизненного цикла папоротника
Для появления нового молодого росточка необходимы несколько этапов. Жизненный цикл папоротника - совокупность всех фаз, начиная от зарождения жизни и заканчивая фазой зрелости, когда растение уже способно дать начало новой жизни. Цикл носит замкнутый характер.
Стадии жизненного цикла папоротника располагаются в такой последовательности:
- Спора.
- Гаметофит (заросток).
- Яйцеклетки, сперматозоиды.
- Зигота.
- Зародыш.
- Молодое растение.
Когда все стадии будут пройдены, развившись и укрепившись, будет способно повторить этот цикл для рождения следующего поколения.
Бесполая и половая стадии в процессе размножения
Папоротник - результат бесполого поколения. Рассмотрим последовательность жизненного цикла папоротника.
Для того чтобы начать новую жизнь, у взрослого растения должны появиться на обратной стороне листа споровые мешочки, в которых будет проходить созревание спор. Когда споры созрели, мешочек лопнет и из него на землю выпадут споры. Под действием ветра они разнесутся в разных направлениях и при попадании на благоприятную почву прорастут. Этот этап очень важен, поскольку без него растение не смогло бы существовать. В результате появится отросточек - гаметофит - половое поколение папоротника. Своей формой он похож на сердечко. Это сердечко имеет снизу тонкие нити - ризоиды, которыми и прикрепляется к почве. Заросток папоротника обоеполый, на нем расположены небольшие мешочки: в одних созревают яйцеклетки, в других - сперматозоиды. Оплодотворение происходит с помощью воды.
Поскольку заросточек очень маленький и имеет такую своеобразную форму, то это способствует медленному стеканию дождевой воды и задержанию ее внизу. Благодаря этому сперматозоиды могут подплыть к яйцеклеткам и оплодотворить их. В результате появляется новая клетка - зигота, из которой формируется зародыш спорофит - результат нового бесполого поколения. Этот зародыш состоит из гаустории, которая своим видом напоминает ножку, врастающую в заросток, и первое время потребляет из него необходимые для его роста вещества. Через некоторое время появляется первый лист зародыша, который и служит началом развития папоротника.
Таким образом, в жизненном цикле папоротника преобладает поколение бесполое, которое и дает жизнь новому крупному и долгоживущему растению, а половое поколение маленькое и быстро отмирающее. При этом оно необходимо для оплодотворения.
Размножение папоротника в домашних условиях
Папоротники - интересные и оригинальные растения. Поэтому часто их разведением занимаются в домашних условиях. Чтобы жизненный цикл папоротника прошел полностью и получилось новое молодое растение, необходимо прорастить спору. Листок взрослого папоротника, на котором появились мешочки со спорами - бурые бугорки, срезают и помещают в бумажный пакет. Этот пакет держат один день в теплом месте, периодически встряхивая.
Пока споры созревают и выпадают, готовят смесь для посадки. Берут пропаренную смесь торфа, зелени, песка, также добавляют туда измельченный древесный уголь, все это берется в равных пропорциях. Приготовленную смесь раскладывают в неглубокие горшочки, придавливают и увлажняют.
Созревшие и выпавшие споры достают из пакета и высыпают на подготовленную поверхность. Для их прорастания создают благоприятные условия:
- Температурный режим: оптимально 25 градусов Цельсия.
- Поддерживают повышенную влажность.
- Накрывают горшочки стеклом.
Поливают горшочки из пульверизатора. При появлении заростка поливу уделяют особое внимание, поскольку последующее развитие растения возможно только при наличии водной среды, в которой произойдет оплодотворение яйцеклетки.
Как только появляются первые листики, убирают стекло. Потом им дают немного времени адаптироваться к окружающей среде и пикируют в кюветы. Когда листочки начинают немного подрастать, сначала выдерживают в холодных парниках, а потом высаживают в отдельные горшочки. Таким образом получают новые молодые растения, готовые расти и развиваться дальше.
Схематически представленный жизненный цикл
При своем проходит несколько этапов. Для наглядности и лучшего запоминания рекомендуется схематическое сопровождение данного вопроса. Рассмотрим существующий жизненный цикл папоротника, схема которого представлена ниже:
1. Взрослое растение, способное дать новую жизнь.
2. На листьях папоротника появляются споры.
3. Созревают мешочки со спорами.
4. Мешочек лопается, споры выпадают.
5. В благоприятной почве спора укрепляется и прорастает.
6. Образуется заросток, который с помощью нитей-ризоид прикрепляется к земле.
7. На зародыше присутствуют женские и мужские клетки: архегонии и антеридии:
- Женские половые органы содержат яйцеклетку.
- Мужские половые органы содержат сперматозоиды.
- Оплодотворение возможно только в капле дождя.
- Сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам и проникают внутрь, происходит оплодотворение.
8. Появляется оплодотворенная яйцеклетка - зигота. Из зиготы формируется спорофит - молодой листик.
9. Начинает свое развитие новое молодое растение.
На схеме наглядно видно замкнутость жизненного цикла.
Хозяйственное значение
Роль папоротниковидных в жизни человека не слишком велика. Различные формы нефролеписа - обычные комнатные декоративные растения. Вайи некоторых щитовников широко используются как зеленый компонент флористических композиций. Стволы древовидных папоротников служат в тропиках строительным материалом, а на Гавайях их крахмалистую сердцевину употребляют в пищу.
Заключение
Итак, мы изучили жизненный цикл данного растения. Вам стало известно, например, на какой стадии жизненного цикла у папоротников появляется зародыш. Это без воды их размножение невозможно. Они распространились по всему миру, при этом для своей жизни выбирают места с повышенной влажностью.
Всего существует около 10 тысяч разновидностей папоротников. Они бывают лекарственными, декоративными, комнатными.
При появлении на свет нового молодого растения начинается жизненный цикл, который включает в себя половое и бесполое поколения. Половое поколение - это заросток, он очень маленький и живет недолго, а появившееся молодое крепкое долгоживущее растение - это бесполое поколение. В жизненном цикле папоротника преобладает фаза спорофита.
Таким образом, основное поколение папоротника - бесполое, при этом размножиться, минуя половое поколение, невозможно.