Папоротники и хвощи: органы, спорангии и жизненные циклы
Проследим отдельно цикл щитовника мужского и хвоща полевого и поймём, почему спора не заменяет семя.
Федеральная программа · углублённый уровень · 7 класс
Архепластидные, или «растения»
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Папоротниковидные: папоротники и хвощи
- Вегетативные органы и цикл хвоща полевого
- Строение и цикл щитовника мужского
- Экология, значение и практическое изучение образцов
Как это устроено
У щитовника мужского заметное зелёное растение — диплоидный спорофит. Его вайи соединены с корневищем и корнями; на нижней стороне части зрелых вай располагаются сорусы со спорангиями. В них мейозом образуются гаплоидные споры. Спора прорастает в маленький гаметофит-заросток, на котором образуются половые клетки; после оплодотворения из зиготы развивается спорофит. Не называйте заросток «молодой вайей»: это другое поколение.
Хвощ полевой тоже имеет корневище и настоящие проводящие ткани. Его членистые побеги бывают весенними спороносными и летними зелёными; спорангии собраны на специальных структурах колоска. Из споры развивается гаметофит. Некоторые детали цикла, включая типы гаметофитов, отличаются от папоротника; поэтому рисунок цикла щитовника — только сравнительная модель, а не точная схема хвоща.
Влажная среда особенно важна для полового процесса споровых сосудистых растений: подвижным мужским гаметам требуется водная плёнка. Зато наличие ксилемы и флоэмы позволило увеличить размеры спорофита и транспортировать вещества внутри органов. Растения не эволюционировали «из современного папоротника в сосну»; современные линии имеют общих древних предков и собственную историю.
Папоротники и хвощи участвуют в сообществах, формируют укрытия и органические остатки; древние родственники внесли вклад в ископаемые растительные отложения. Некоторые виды охраняются, а часть растений может быть токсичной: школьное изучение не предполагает дегустацию или бесконтрольный сбор. На гербарии можно увидеть спороносный орган, но жизненный цикл требует микрофотографий и схем стадий.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Сосудистое растение
Растение с развитой системой проводящих тканей — ксилемой и флоэмой, соединяющей органы и переносящей вещества.
Пример: Папоротник имеет настоящие корни, стебель и листья с проводящими тканями.
- Вайя
Лист папоротника, часто крупный и рассечённый; молодая вайя у многих видов свёрнута.
Пример: У щитовника мужского вайи выходят из подземного стебля — корневища.
Важно: Название не делает вайю отдельным от листа органом.
- Корневище
Обычно подземный видоизменённый побег с узлами, почками и придаточными корнями.
Пример: У папоротника вайи и корни отходят от корневища, которое не следует принимать за корень.
- Сорус
Скопление спорангиев на спорофите папоротника, часто заметное на нижней стороне вайи.
Пример: На обороте зрелой вайи щитовника видны группы спорангиев — сорусы.
- Заросток папоротника
Небольшой самостоятельный гаметофит папоротника, развивающийся из споры и образующий половые органы.
Пример: У многих папоротников заросток представляет собой маленькую зелёную пластинку.
- Хвощ полевой
Сосудистое споровое растение со спороносными и зелёными побегами, членистыми стеблями и подземным корневищем.
Пример: Весенний спороносный побег хвоща несёт колосок, летний зелёный побег фотосинтезирует.
Важно: Различие весенних и летних побегов типично для хвоща полевого, но не одинаково выражено у всех хвощей.
- Спороносный колосок
Собрание структур со спорангиями на конце побега некоторых сосудистых споровых растений.
Пример: На весеннем побеге хвоща полевого расположен спороносный колосок.
- Элатеры хвоща
Гигроскопичные лентовидные выросты спор некоторых хвощей, движения которых при изменении влажности могут содействовать расселению.
Пример: На учебной микрофотографии споры хвоща видны вместе с закрученными элатерами.
- Спора
Репродуктивная клетка, способная при подходящих условиях без слияния с другой клеткой начать развитие нового этапа жизненного цикла.
Пример: Спора папоротника прорастает в гаметофит-заросток.
Важно: Спора не содержит готовый многоклеточный зародыш с запасом так, как типичное семя.
- Оплодотворение у споровых растений
Слияние гамет, для которого у папоротников и хвощей обычно нужна водная плёнка, позволяющая подвижным мужским гаметам достигнуть яйцеклетки.
Пример: На влажном заростке папоротника может произойти оплодотворение; из зиготы растёт новый спорофит.
Пример по шагам
На обороте вайи обнаружены бурые точки. Ученик назвал их семенами. Что проверить и как исправить?
- Посмотрите на расположение и строение точек: у папоротника это могут быть сорусы со спорангиями.
- Проверьте наличие цветков, семязачатков и семян: у папоротника их нет.
- Свяжите спорангий со спорами и последующим гаметофитом.
Вывод: Бурые точки на зрелой вайе часто являются сорусами со спорангиями, а не семенами.
Практическая работа
Сравниваем щитовник и хвощ
- На гербарных образцах или чётких фотографиях найдите вайю, корневище и сорусы папоротника; у хвоща — узлы, междоузлия и спороносный колосок.
- По готовым микрофотографиям сравните спорангий папоротника и спору хвоща с элатерами; укажите масштаб.
- Отдельно нарисуйте две схемы циклов и пометьте, что нельзя увидеть на гербарии: заросток, гаметы и оплодотворение.
Что можно заключить: Оба растения сосудистые и спороносные, но их органы и детали цикла различаются; неподвижный образец не показывает все стадии.
Безопасность: Не собирайте охраняемые виды и не вскрывайте неизвестные образцы; работайте с материалами, предоставленными учителем.
Практическая работа
Изучение особенностей строения хвоща полевого
- На подписанных сезонных изображениях хвоща полевого сравните спороносный и зелёный побеги, узлы, междоузлия и мутовчатые боковые ветви; уточните, что сезонные формы относятся к одному виду.
- По готовому увеличению найдите спороносный колосок и спорангии, а на учебной схеме отдельно обозначьте микроскопический гаметофит и водозависимое оплодотворение.
- Сравните строение хвоща с плауном и папоротником по реально видимым признакам и отметьте, какие внутренние проводящие ткани требует показать срез.
Что можно заключить: Сезонные побеги хвоща выполняют разные функции, а гербарий спорофита не показывает весь цикл.
Безопасность: Не пробуйте полевые растения на вкус и не собирайте их в загрязнённых местах; используйте подготовленные гербарии и изображения.
Практическая работа
Изучение особенностей строения папоротника щитовника мужского
- На гербарном листе подтверждённого щитовника мужского отметьте корневище, вайю, молодые закрученные листья на отдельном изображении и скопления сорусов снизу зрелой вайи, если они есть.
- На готовом увеличении различите сорус, покрывальце и спорангии, не называя круглые скопления семенами; по отдельной схеме найдите заросток-гаметофит и места образования гамет.
- Выстройте последовательность «спора — заросток — оплодотворение при наличии воды — молодой спорофит — взрослая вайя» и укажите, какие стадии не видны на одном гербарном листе.
Что можно заключить: Щитовник мужской — сосудистое споровое растение с чередованием поколений; сорусы не являются семенами или плодами.
Безопасность: Не собирайте папоротники в охраняемых местах и не вскрывайте неизвестные спорангии дома; используйте законный гербарий и готовые снимки.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.