Биология · базовый уровень · 7 класс · Урок 3

Мхи: гаметофит, споры и образование торфа

Разберём, почему зелёный кустик мха — не молодая версия дерева, как образуются споры и чем сфагнум связан с болотами.

Систематические группы растений

Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс

Систематические группы растений

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Моховидные, зелёные и сфагновые мхи
Строение и жизнедеятельность мхов
Размножение и цикл развития кукушкина льна
Связь мхов с влажной средой
Заболачивание, торфообразование и использование торфа

Упрощённый цикл мха: зелёный гаметофит, зависимый спорофит с коробочкой, споры и новый гаметофит. Плоидность и органы показаны схематично.

Как это устроено

Кукушкин лён легко узнать по зелёным побегам, но их листовидные части и ризоиды не равны настоящим листьям и корням цветкового растения. Мхи получают воду в значительной мере через поверхность; многие хорошо живут во влажных местах, хотя отдельные виды способны переживать высыхание. Поэтому правило «мхи растут только в воде» неверно.

Ризоиды закрепляют гаметофит, но не образуют такой же корневой системы с корневыми волосками и ксилемой, как у цветковых растений. Воду и растворённые вещества многие мхи получают значительной частью через поверхность зелёного побега. Некоторые мхи имеют простые специализированные проводящие клетки, поэтому выражение «у мхов вообще нет переноса веществ» тоже неверно. Форма, размеры и устойчивость к высыханию различаются по видам.

В жизненном цикле зелёный гаметофит образует половые клетки. Для перемещения подвижных мужских клеток к яйцеклетке обычно нужна вода. После оплодотворения зигота остаётся на гаметофите и развивается в зависимый спорофит с коробочкой. В коробочке мейозом образуются споры; из споры возникает протонема, затем новые гаметофиты. Спора и семя — разные образования.

На гаметофите кукушкина льна мужские клетки образуются в антеридиях, а яйцеклетки находятся в архегониях. Водная плёнка нужна не для «прорастания шишки», а для движения мужских клеток к яйцеклетке. После слияния появляется зигота с двойным набором хромосом; из неё вырастает спорофит, остающийся связанным с женским гаметофитом. В коробочке спорофита мейоз возвращает одинарный набор у спор. Их прорастание даёт протонему, затем новые зелёные гаметофиты: это замкнутая последовательность, а не прямое превращение споры в коробочку.

У сфагнума живые фотосинтезирующие клетки соседствуют с крупными водоносными клетками листьев. Это помогает удерживать влагу. В болотах отмершие растительные остатки разлагаются медленно из-за переувлажнения и недостатка кислорода; так может накапливаться торф. Сфагнум влияет на условия болота, но заболачивание зависит и от климата, рельефа, водного режима, других организмов.

Под микроскопом лист сфагнума выглядит неоднородным: узкие живые клетки фотосинтезируют, а крупные водоносные клетки удерживают воду. Растение может продолжать расти верхней частью, пока нижние части отмирают. Но слой торфа образуется не автоматически из любого мха: для длительного накопления растительных остатков важны постоянное переувлажнение, ограничение доступа кислорода и баланс между поступлением и разложением вещества. В торфе могут сохраняться остатки разных растений, а не только сфагнума.

Торф исторически использовали как топливо и сырьё для хозяйства, однако болота хранят углерод, регулируют воду и служат местообитаниями. Осушение и добыча меняют экосистему и могут усиливать выбросы углерода. Практическое значение мхов нельзя свести к одному виду использования торфа.

Осушение меняет уровень воды и доступ воздуха к ранее мокрым органическим остаткам; скорость их разложения и углеродные потоки после этого могут измениться. Поэтому при оценке торфяника нужно отдельно учитывать его хозяйственное использование, водный режим, живые сообщества и запас углерода. Слово «возобновляемый» не означает быстрого восстановления: образование заметного торфяного слоя требует длительного времени и подходящих условий.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Мхи

Группа небольших наземных споровых растений, у которых в жизненном цикле заметен гаметофит, а спорофит развивается на нём. У большинства мхов нет типичных корней и развитых сосудистых тканей цветковых.

Пример: Кукушкин лён образует зелёные побеги с листовидными частями и коробочками на ножках.

Ризоиды

Нитевидные выросты гаметофита мха, помогающие закреплению на субстрате и иногда участвующие в поглощении воды; они не имеют строения настоящего корня сосудистого растения.

Пример: На нижней части побега кукушкина льна видны тонкие ризоиды вместо корневой системы.

Гаметофит

Поколение жизненного цикла растения с одинарным набором хромосом, которое образует половые клетки. У мхов это обычно заметное зелёное листостебельное растение.

Пример: Мягкий зелёный ковёр кукушкина льна в лесу образован гаметофитами.

Антеридий

Многоклеточная структура гаметофита мха, в которой образуются подвижные мужские половые клетки. Для их перемещения к яйцеклетке нужна водная плёнка; антеридий не является шишкой или тычинкой цветкового растения.

Пример: На верхушках мужских гаметофитов кукушкина льна развиваются антеридии; подвижные клетки из них могут достичь женской структуры при подходящей влажности.

Архегоний

Многоклеточная женская структура гаметофита, внутри которой находится яйцеклетка. После слияния половых клеток образовавшаяся зигота остаётся на гаметофите и даёт начало спорофиту.

Пример: У кукушкина льна оплодотворение происходит в архегонии женского гаметофита; развивающаяся из зиготы коробочка не возникает из споры напрямую.

Зигота

Клетка с двойным набором хромосом, возникающая при слиянии мужской и женской половых клеток. У мха она остаётся в связи с гаметофитом и развивается в зародыш спорофита.

Пример: В цикле кукушкина льна зигота появляется после оплодотворения внутри архегония; она не равна споре, которая позже образуется в коробочке мейозом.

Спорофит

Поколение жизненного цикла с двойным набором хромосом, которое образует споры в результате мейоза. У мхов спорофит развивается из зиготы на гаметофите и получает от него питание.

Пример: Коробочка с ножкой на зелёном побеге мха принадлежит спорофиту.

Спорангий

Орган, внутри которого формируются споры. У типичного мха спорангием служит коробочка спорофита, а не любая зелёная часть гаметофита.

Пример: Когда коробочка кукушкина льна созревает, из неё высвобождаются споры.

Спора

Клетка размножения и расселения, способная при подходящих условиях начать развитие нового поколения без слияния с другой клеткой в момент прорастания.

Пример: Спора мха может дать начало тонкой зелёной нити — протонеме.

Протонема

Ранняя стадия гаметофита многих мхов, которая развивается из споры и напоминает тонкую зелёную нить или пластинку. На ней возникают почки будущих побегов.

Пример: После прорастания споры кукушкина льна сначала появляется протонема, а не сразу взрослый зелёный побег.

Водоносная клетка сфагнума

Крупная обычно мёртвая в зрелом состоянии клетка листа сфагнума, способная удерживать воду. Она соседствует с более узкими живыми клетками, содержащими хлоропласты; разные клетки выполняют разные задачи.

Пример: На готовом микропрепарате листа сфагнума можно сравнить светлые крупные водоносные клетки с зелёными фотосинтезирующими клетками между ними.

Сфагнум

Род мхов, способных удерживать много воды благодаря строению листьев с водоносными клетками; отмирающие части в переувлажнённых бедных кислородом условиях могут участвовать в образовании торфа.

Пример: Верхушка сфагнума продолжает расти на болоте, а нижние части постепенно отмирают и накапливаются.

Торф

Накопившиеся частично разложившиеся остатки растений в условиях длительного переувлажнения и ограниченного доступа кислорода. Он формируется медленно и является частью болотной экосистемы.

Пример: В сфагновом болоте слой торфа может сохранять следы прежней растительности.

Важно: Торф образуется не только из сфагнума, и болота нельзя оценивать лишь как источник топлива.

Пример по шагам

На зелёном побеге мха выросла коробочка на ножке. Что здесь гаметофит, а что спорофит?

Найдите заметный зелёный побег, на котором развилась коробочка: у мха это гаметофит.
Ножка с коробочкой возникла из зиготы и связана с гаметофитом: это спорофит.
Внутри коробочки формируются споры; не называйте их семенами.

Вывод: У мхов зелёный гаметофит доминирует, а спорофит с коробочкой развивается на нём.

Практическая работа

Внешнее строение местного мха

Получите выращенный учебный образец или фотографии разрешённого местного мха; не берите материал из охраняемого болота.
Лупой найдите зелёный побег, листовидные части, ризоиды и, если есть, ножку с коробочкой; отметьте отсутствующие на данном образце структуры.
Разделите наблюдаемые части гаметофита и спорофита и зарисуйте их без обозначения коробочки плодом.

Что можно заключить: На доступном образце можно различить поколения мха по их положению, но полный цикл нельзя наблюдать за одно занятие.

Безопасность: Не разрушайте природный моховой покров; используйте малый учебный образец, не вдыхайте пыль из сухих спороносящих коробочек и мойте руки.

Практическая работа

Торф: свойство, продукт переработки и экологическая цена

Учебные модельные данные — не результаты реального опыта

Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.

Готовые примеры переработки торфа
Свойство	Продукт и назначение	Граница вывода
Волокнистость, пористость и способность удерживать воду	Подготовленные смеси для выращивания растений, в которых торф смешивают с другими компонентами	Состав, кислотность и доступ воздуха подбирают для культуры; любой сырой торф не является готовым универсальным грунтом
Органическое вещество при сгорании отдаёт энергию	Высушенные и спрессованные топливные торфяные брикеты	Сгорание выделяет углекислый газ и загрязняющие частицы; наличие энергии не делает топливо безвредным

Это примеры продуктов, а не рецепты изготовления или рекомендация добывать торф. Разные торфы различаются составом и степенью разложения.

Для каждого продукта в таблице свяжите свойство исходного торфа с назначением. Чем подготовленный субстрат отличается от живого сфагнума в болоте?
Разберите предложение осушить целое болото ради дешёвого материала. Назовите последствия для воды, местообитаний и углерода; сравните сохранение болота и использование подходящего материала без торфа.

Что можно заключить: Торфяная смесь помогает регулировать воду и воздух возле корней, брикет служит топливом благодаря органическому веществу. Осушение открывает доступ кислорода к запасам торфа, усиливает их разложение и меняет водный режим и местообитания. Добытый слой не восстанавливается за несколько школьных сезонов. Выбор материала требует учитывать назначение и сохранение болота, а не только цену продукта.

Безопасность: Работа по карточкам; добыча торфа, осушение и сжигание не входят в задание.

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.