Высшие споровые растения Электронное учебное пособие по биологии

Высшие споровые растения Электронное учебное пособие по биологии для учащихся 6 -х классов естественнонаучного лицея. Подготовила: учитель биологии МОУ№ 13 Приймак Т. В.

У учёных есть все основания предполагать, что первыми вышли на сушу (ещё в силуре) псилофиты – древний и примитивный отдел растений, практически исчезнувший с лица Земли уже в перми. Предками псилофитов были зелёные водоросли. В отличие от мхов, псилофиты – сосудистые растения. Это означает, что у них имелась проводящая ткань: ксилема и флоэма. Кроме того, прочные лигнифицированные клетки придают растению необходимую опору. Примерно так выглядела риния Как и мхи, псилофиты не имели настоящих корней, а прикреплялись к почве ризоидами. Стебли достигали в высоту 25 см и были покрыты чешуйчатыми «листьями» . От высыхания растение предохраняла кутикула. Псилофиты произрастали во влажных местах и на мелководье. Отдел включает в себя один класс с двумя порядками – риниофиты и псилофиты.

Первые наземные растения: псилофит и риния. Это ископаемые первые наземные растения. Первое описание риниофитов сделал американский палеоботаник А. Даусон в 1859 г. , назвав его псилофитом, что означает голое растение. Эти растения были лишены листьев и корней. В настоящее время наиболее полно описан род риния. Растения достигали 45 -60 см высоты и обладали неравным дихотомическим ветвлением. Надземные побеги отходили от горизонтальных ризомоидов, на которых пучками располагались ризоиды. На вершинах боковых осей располагались толстостенные спорангии.

Ландшафт каменноугольного периода

Отпечаток ствола лепидодендрона (чешуедрева)

Отпечаток ископаемого папоротника – кладоксилии Древние плауновидные Фрагмент ствола ископаемого каламита

Подцарство Высшие растения включает высшие споровые (мхи, плауны, хвощи и папоротники) и семенные растения (голосеменные и цветковые). Общее число их превышает более 300 тыс. видов. В отличии от низших растений у высших тело расчленено на органы, состоящие из различных тканей. У высших хорошо развита проводящая система (трахеиды, сосуды и ситовидные трубки), механическая и покровная ткани. Характерная черта высших растений – четкая смена поколений (спорофита и гаметофита) в цикле их развития. Спорофит (диплоидное растение) – бесполое поколение, на котором формируются спорангии со спорами. Гаметофит (гаплоидное растение) – половое поколение, на котором образуются архегонии (женские половые органы с яйцеклетками) и антеридии (мужские половые органы со сперматозоидами или спермиями). Освоение высшими растениями суши способствовало появлению новых, наземных форм животных и привело к огромному разнообразию жизни на Земле.

Отдел мохообразные объединяет 25 тыс. видов вечнозеленых многолетних низкорослых (до 10 -12 см) наземных растений. Под названием мохообразные объединяются наиболее просто устроенные споровые растения, не имеющие развитой корневой системы (только ризоиды), четко дифференцированных тканей и в жизненном цикле преобладает гаметофит. На гаметофите развиваются половые органы. В антеридиях образуются сперматозоиды, а в архегониях созревает только одна яйцеклетка. В сырую погоду мужские половые клетки в воде устремляются под влиянием химических веществ к яйцеклетке. Оплодотворенная яйцеклетка (зигота) дает начало диплоидному спорофиту, представляющему собой коробочку на ножке. В коробочке образуются гаплоидные споры. Из спор, попавших в благоприятные условия, развивается тонкая зеленая ветвистая нить, на которой закладываются вегетативные почки, дающие начало Мох кукушкин лен взрослому гаметофиту.

Чередование поколений у высших споровых растений

Отдел Мохообразные Моховой ковер в лесу

Мох. Кукушкин лен

Имея небольшие размеры, они с момента своего возникновения оказались под пологом других растений, что привело к особенностям фотосинтеза, который в 40 -50 раз слабее, чем у цветковых растений. Мохообразные подразделяются на печеночники и листостебельные мхи. 3 класса: антоцеротовые, В классе антоцеротовые около 300 видов. Для них характерен пластинчатый таллом розетковидной формы Таллом размером 2 -3 см по краям однослойный, а в центре многослойный. На нижней стороне развиваются ризоиды и щелевидные отверстия, ведущие в полости (для поглощения воды) тела. Антоцероды однодомны, но, из-за разности созревания архегоний и антеридий, происходит перекрестное оплодотворение. Антоцерос. Внешний вид со спорогонием. От других классов мхов отличаются тем, что в жизненном цикле преобладает стадия спорофита. Распространены в странах тропического или умеренно влажного климата.

Антоцерос

Класс печеночники насчитывает около 6000 видов. Гаметофиты печеночников очень разнообразны по форме: слоевищные или листостебельные талломы, а спорофит – однотипен. У всех листостебельных печеночников обнаруживается микориза (взаимополезное сожительство с грибами). Наиболее широко распространен род маршанция– двудомное растение. Тело слоевищное в форме лентовидного таллома (5 -15 см). Антеридии и архегонии развиваются на специальных подставках. Из зиготы развивается спорофит, состоящий из однослойной коробочки и короткой ножки. Маршанция обыкновенная: 1 –мужской таллом; 2 женский таллом.

Печёночники. Слева направо: маршанция полиморфная, блефарострома волосолистная, птилидиум реснитчатый, цефалозия двузаострённая, барбилофозия плауновидная

Класс листостебельные мхи. Класс включает более 14 тыс. видов. У этих мхов гаметофит разделен на стебель и листья. Стебель состоит их центрального цилиндра, окруженного несколькими слоями склеренхимы, выполняющей проводящую, механическую и защитную роль. Листья же мхов представляют собой пластинки из одно (сфагновые мхи) или нескольких слоев клеток (зеленые мхи) с центральным тяжем и без устьиц. Стеблевые или листовые ризоиды многоклеточные. Коробочка спорангия состоит из урночки и крышечки. Внутри урночки формируется спорангий со спорами. При созревании спор крышечка отскакивает, способствуя активному выбрасыванию спор. Среди листостебельных мхов, наибольший интерес представляют 2 подкласса: зеленые мхи и сфагновые. Зеленые мхи широко распространены в лесах, горах, на болотах, лугах и особенно в тундрах. Наиболее крупные мхи достигают 20 -30 см. Одним из наиболее распространенных зеленых мхов является кукушкин лен.

2 1. кукушкин лён, 2. птилум гребенчатый. 1 3 3. тетрафис прозрачный, 4. фисседенс адиантовидный 4

Размножение мха кукушкин лен. Кукушкин лен – растение двудомное. На верхушке стеблей образуются антеридии и архегонии. Антеридиальные побеги возникают в пазухе верхушечных листьев и имея широкие и окрашенные листочки, образуют антеридиальные розетки. Антеридии представляют собой мешочки со стенками из одного слоя клеток. Внутри мешочков созревают сперматозоиды. Архегональные побеги не отличаются от вегетативных. Архегонии похожи на бутылочки с длинным горлышком, внутри которых находится по одной яйцеклетки. Оплодотворение происходит во время дождя или росы. На следующий год из зиготы развивается спорогоний (коробочка) на ножке. Созревшие споры, попав на влажную почву, прорастают в нитчатую ветвистую нить, на которой формируются почки. Из них вырастают новые побеги (гаметофиты) мха.

Кукушкин лен

Так спорофит прикрепляется к гаметофиту

Сфагновые мхи образуют сплошной покров на болотах. Поселяясь во влажных местах, они способствуют быстрому заболачиванию этой территории. Сфагновое болото

Мох сфагнум Это объясняется тем, что листья (однослойные) имеют клетки двух типов: узкие длинные – хлорофиллоносные и крупные широкие, лишенные клеточного содержимого – водоносные. На долю водоносных клеток приходится 2/3 всей поверхности листа, поэтому сфагнум может поглощать и удерживать воды в 25 -35 раз больше массы сухого растения ( «сфагнум» - греч. «губка» ). Воздух, заполняющий водоносные клетки, создает светлую окраску листьев, поэтому сфагновые мхи часто называют белыми

Размножение сфагнума

Стебли у сфагнума прямостоячие, с почковидно расположенными облиственными ветвями. У сфагнума нет ризоидов. Сверху побег постоянно нарастает, а снизу отмирает, образуя торф (продукт неполного разложения растительных останков). Образования торфа происходит благодаря необычным свойствам сфагнума: он создает кислую среду, сильно переувлажняет территорию, обладает бактерицидностью. Торф Поэтому в уплотненных слоях торфа могут сохранятся неразрушенные останки растений и животных, живших тысячи лет назад. Горизонтально расположенные побеги (ветви) сфагнума играют роль фотосинтеза и, переплетаясь с веточками соседних растений, способствуют поддержки главного побега в вертикальном положении. А ветви, плотно прилегающие к главному стеблю, способствуют поглощению воды из почвы и быстрой транспортировке к верхушке.

Торфяное болото

Сфагновые и андреевые мхи. Слева направо: сфагнум бурый, сфагнум обманчивый, сфагнум оттопыренный, сфагнум магелланский, андрея скальная

Зеленые мхи. Слева направо: кукушкин лён, птилум гребенчатый, тетрафис прозрачный, фисседенс адиантовидный, брахитециум ручейный Слева направо: дикранум метловидный, тортелла кудрявая, хилокомиум блестящий, ракомитриум шерстистый, цератодон пурпурный

Значение мхов Экологическая роль мохообразных заключается в закреплении почвы, они занимают особую экологическую нишу, недоступную сосудистым растениям, способствуют заболачиванию территории, поддерживая определенный водный режим (истоки многих рек). Служат пищей и домом многим беспозвоночным животным, способствуют прорастанию семян многих растений (удерживая воду). . Торфяные мхи выделяют гуминовые кислоты, препятствующие гниению, благодаря чему скопления мёртвого мха со временем спрессовываются в торф. Торф добывают как полезное ископаемое и используют как топливо или удобрение. Кроме того, из него получают некоторые химические вещества. Сфагновые мхи используются в качестве подстилки для скота. Так как сфагнум поглощает большие количества воды (в 30– 40 раз больше массы своего тела), в войну его использовали как перевязочное средство.

Отдел папоротниковидные включает один класс, подразделяемый на восемь подклассов. Три из них вымерли ещё в перми. Современных папоротниковидных около десяти тысяч видов (300 родов). Наиболее примитивными среди них являются известные с карбона мараттиевые и ужовниковые. Настоящие папоротники расселены по всему миру; особенно много их в тропических дождевых лесах, где они составляют важный элемент горной растительности. В умеренном поясе они растут чаще всего в тенистых лесах, глубоких оврагах и на болотах. Одни виды папоротников засухоустойчивы и встречаются на сухих каменистых склонах и даже в пустыне. Их листья покрыты слоем воска, густыми волосками или чешуйками, предотвращающими потери воды. Листья других видов состоят из одного слоя клеток; отсутствие приспособлений для защиты от высыхания ограничивает их распространение местами, постоянно окутываемыми туманом. Некоторые папоротники селятся на ветвях деревьев.

В жизненном цикле папоротников преобладающей фазой является диплоидный спорофит. В отличие от плаунов и хвощей для папоротников характерна крупнолистность (макрофиллия). В наши дни папоротники насчитывают более 10 тыс. видов. Они очень разнообразны по внешнему виду и жизненным формам. Большинство – травянистые многолетние растения, а в тропиках встречаются древовидные (до 25 м Папоротники встречаются в самых разных местах – в лесах, на болотах, в озерах, но особенно много их в странах с влажным субтропическим и тропическим климатом.

В мае орляк образует первые листья. Пока они молодые, крючкообразно изогнутые, с неразвернувшейся листовой пластиной, их можно собирать для пищевых целей. Собранные проростки готовят в тот же день, так как они быстро портятся. Сначала их очищают от частиц листьев, оставляя лишь стерженьки, и кипятят в 3 приема по 5 мин. в подсоленной воде, меняя ее. Затем 2 -3 раза промывают в чистой воде для удаления горечи и дубильных веществ. Только после такой подготовки из них готовят супы, борщи, гарниры или жаркое. По вкусу и аромату стерженьки орляка напоминают грибы Орляк обыкновенный

Страусник обыкновенный (съедобный папоротник) Один из красивейших папоротников с "листьями", напоминающими перья страуса. Крупное растение с нежнозелеными, перистыми вайями, собранными воронкой. Появляются они в конце апреля - начале мая. В августе появляются бурые побеги - спороносы, что придаёт растению ещё большую оригинальность. Вайи сохраняются до конца августа, а затем желтеют. Растение холодостойкое, нетребовательное, хорошо растёт в разных, но обязательно влажных условиях.

Страусник обыкновенный широко используется в пищевых целях

Лигодиум

Азолла Каролинская

АЗОЛЛА МЕЛКОЛИСТНАЯ Азолла каролинская - водяной папоротник.

Водный папоротник сальвиния

Многоножка обыкновенная

ЦИБОТИУМ.

Нижняя сторона листа папоротника Ещё не раскрывшийся лист папоротника Листья (вайи) папоротников перистые, стеблевого происхождения, так как имеют длительный верхушечный рост, совмещают функцию фотосинтеза и спороношения. Центральная часть листа является продолжением черешка и называется рахисом, а боковые доли первого и последующих порядков – перьями и перышками. У некоторых видов (например, страусник) бывает два типа листьев: спороносные и фотосинтезирующие. Молодые листья (рахисы) свернуты в мясистую улитку и у многих видов являются объектом промысла (собирают нераспустившиеся рахисы в возрасте 5 -10 дней и солят как грибы).

Корни у папоротников придаточные, развивающиеся из стебля и оснований листьев, т. к. зародышевый корень рано отмирает. Стебли древовидных папоротников называют стволом, а ползучий или вьющийся стебель – корневищем.

На определенной стадии развития папоротника начинается спороношение. Все папоротники (кроме водных) – растения равноспоровые. Спорангии располагаются на нижней стороне листа, чаще группами – сорусами. Сорусы состоят из выпуклого ложа , к которому прикрепляются спорангии.

Гаметофит или заросток Споры, попав на влажную почву, прорастают в свободноживущий обоеполый гаметофит, или заросток в виде зеленой сердцевидной пластинки (около 1 см. ) с ризоидами. На нижней поверхности заростка образуются антеридии и архегонии. В антеридиях развиваются спиральнозакрученные многожгутиковые сперматозоиды. Оплодотворение происходит только при наличии достаточного количества воды. Из оплодотворенной яйцеклетки вырастает спорофит. Архегония

Размножение папоротников проросток

Жизненные формы папоротников: наиболее широко они встречаются в тропических лесах, а, б – эпифитные; в – лиана; г – где представлены и как эпифиты. древовидная.

Настоящие папоротники. Верхний ряд, слева направо: орляк обыкновенный, асплений степной, щитовник мужской, криптограмма курчавая. Нижний ряд, слева направо: лигодиум, многоножка обыкновенная, циботиум Мензиса, страусник обыкновенный

Настоящие папоротники. Верхний ряд, слева направо: асплений северный, многорядник копьевидный, диксония антарктическая, виттария линейная (свисает бахромой с дерева). Нижний ряд: пузырник ломкий, зубянка клубненосная, скребница аптечная, листовик

Значение папоротников Практическое значение папоротников, как и других папоротникообразных невелико: молодые листья папоротника вида Орляк обыкновенный и сердцевину древовидных употребляют в пищу (отваривают и солят). Из корневищ щитовника мужского изготавливают противоглистные средства (таблетки «Филиксан» ). В народной медицине соком щитовника мужского лечат язву желудка, а настой листьев помогает при ревматизме. Многие виды (≈400) папоротников используют как декоративные растения для украшения парков, садов и комнат (Адиатум «венерин волос» , асплениум луковиненосный, Птерис (орляк) критский).

Отдел хвощевидные Появились хвощевидные в верхнедевонский период, но расцвета достигли в карбоне. В настоящее время хвощевидные представлены одним родом – Хвощ, насчитывающим около 30 видов. Главная особенность хвощей в специфике строения их побегов, расчлененных на четко выраженные узлы и междоузлия, а также в наличии у них стробил– особых структур, несущих спорангии. Все современные хвощи – многолетние корневищные травы с мутовками бурых редуцированных листьев. Почки на корневищах образуют утолщения (клубни), богатые крахмалом. Стебли прямостоячие высотой до 1 метра, состоят из узлов и полых междоузлий. Мелкие чешуевидные листья срастаются влагалищами в трубку. Из почек в основании листьев развиваются боковые зеленые побеги, выполняющие функцию фотосинтеза.

Ранней весной от корневища прорастают бесхлорофилльные бурые спороносные побеги, на верхушке которых образуется спороносный колосок – стробил. Споры прорастая только во влажной почве, дают мужские и женские заростки (гаметофиты) в виде маленьких (несколько миллиметров) зеленых пластинок с ризоидами на нижней стороне. Женский заросток крупнее мужского. На концах лопастей развиваются антеридии или архегонии. Сперматозоиды крупные с многочисленными (до 100) жгутиками. Оплодотворение происходит при наличии влаги. Из зиготы развивается спорофит. После спороношения спороносные побеги хвоща полевого отмирают, а на корневище формируются вегетативные зеленые побеги. Другие виды хвоща имеют только один тип побега.

Хвощ полевой

Хвощ полевой. Весенние побеги

Слева направо: хвощ полевой, хвощ лесной, хвощ болотный, хвощ гигантский Жесткость побегов хвощей объясняется тем, что в состав клеточной стенки наряду с целлюлозой входит кремнезем, защищающий растения он нападения моллюсков и насекомых. Практическое значение хвощей невелико: из вегетативных стеблей делают наждачную бумагу, их используют в медицине как мочегонное, кровоостанавливающее и противовоспалительное средство. Спороносные колоски и клубеньки на корневищах съедобны в отварном виде. Хвощи являются биоиндикаторами кислых почв.

Отдел Плауновидные Плауны – одна из наиболее древних групп растений. В настоящее время представляют собой угасающую группу, насчитывающую около 1000 видов. Внутри отдела выделяют 2 класса: плауновидные и полушниковые. Современные плауновидные – многолетние травянистые, вечнозеленые наземные или эпифитные растения. В нашей стране плауны можно встретить только в хвойных (чаще сосновых) лесах. Это представители родов Плаун, например плаун булавовидный и Баранец – баранец обыкновенный

Плаун булавовидный

Строение плауна У современных форм плаунов листья сравнительно небольшие и расположены спиралью вокруг ползучего или приподнимающегося стебля. Подземные части растения представлены корневищем с придаточными корнями и видоизмененными листьями. Споры образуются на верхней стороне спорофиллов, собранных в вертикальные колоски или шишечки. Как и у папоротников, споры плауна образуют заростки (гаметофитное поколение) с антеридиями и архегониями; после оплодотворения на заростках из зигот прорастают спорофиты, и цикл повторяется вновь.

Современные плауновидные. Слева направо: плаун булавовидный, плаун -баранец, селагинелла селаговидная, полушник озёрный.

К классу полушниковых относится около 770 видов. Почти все полушники – погружено-водные травы с коротким вертикальным стеблем и розеткой линейношиловидных цилиндрических листьев на верхушке. Встречаются полушники во всех районах земного шара, предпочитая озера с чистой водой. Ягель и плаун Бесполое размножение осуществляется спорами. , из которых развиваются женский и мужской гаметофиты. Гаметофиты развиваются из спор внутри спорангиев и выпадают из них в воду, где и происходит оплодотворение . После оплодотворения на женском гаметофите формируется новый спорофит.

Значение плаунов Плауны ядовитые растения, стебли и листья которых содержат алкалоиды. Споры используются в аптечном деле в качестве присыпок (ликоподия) и для обсыпки пилюль ( из-за совершенной несмачиваемости). В народной медицине настой травы (осторожно) применяют при болезнях, воспалении желудка, печени и геморрое. Наружно при фурункулезе, лишае и псориазе. Из спор баранца обыкновенного получают желтую краску.

Полушник озерный

Плаун баранец