Какие признаки строения используются при диагностике хвощей
Обновлено: 08.07.2024
Хвощёвые, или членистосте́бельные, или чле́нистые. или клинолистовидные (лат. Equisetóphytina) — подотдел высших споровых растений отдела папоротниковидных, ранее помещался в ныне упразднённый отдел Хвощевидные(Equisetophyta).
Для хвощёвых характерно наличие побегов, состоящих из чётко выраженных члеников (междоузлий) и узлов с мутовчато расположенными листьями. Этой чертой современные и ископаемые хвощи резко отличаются от всех остальных высших споровых растений и по внешнему виду напоминают некоторые водоросли (харовые), голосеменные (хвойник), или даже цветковые.
Хвощи — своеобразные растения. Многие вегетативные признаки сближают их со злаками. По-видимому, среди папоротникообразных хвощи наиболее конкурентоспособны, что объясняется многочисленными совершенствованиями вегетативных органов: стебель хвощей членистый и растёт в узлах (как у злаков); эпидерма армирована кремнезёмом; вес стебля облегчён за счет наличия центральной полости; есть многочисленные тяжи механических тканей, повышающие прочность стебля; есть воздухоносные полости, позволяющие наладить снабжение кислородом подземных и подводных частей; развиваются настоящие сосуды (как у покрытосеменных); споры снабжены специальными расталкивающими отростками (элатерами), способствующими разрыхлению споровой массы, и, следовательно, переносу спор ветром. Именно за счёт этих особенностей строения хвощи, как и в далёком каменноугольном периоде, продолжают доминировать в некоторых биоценозах — в основном по берегам водоёмов. У хвощей есть и ещё одна интересная особенность: они имеют разнополые заростки, причём развитие мужских или женских заростков предопределено условиями окружающей среды. В общем случае, чем хуже условия, тем больший процент мужских заростков образуется. Таким образом, хвощи демонстрируют переходную стадию от типичной равноспоровости к типичной разноспоровости
Внешний вид
К хвощёвым принадлежат как травянистые вымершие и ныне живущие растения со стеблем длиной от нескольких сантиметров до нескольких метров, так и древовидные вымершие формы, достигавшие 15 м высоты и диаметра ствола 50 см.
Анатомия
Проводящая система стебля хвощёвых представлена актиностелой или артростелой, то есть членистой стелой, состоящей из чередующихся между собой на протяжении стебля участков различного строения. Проводящие элементы ксилемы представлены трахеидами разного типа, а у хвощей также и сосудами. Флоэмасостоит из ситовидных элементов и паренхимных клеток.
Происхождение и эволюция
Хвощёвые появились в верхнем девоне и произошли от ныне вымерших риниевых (Rhyniales) или каких-то близких к ним растений, однако расцвета достигли в каменноугольном периоде, когда были широко представлены разнообразными древесными и травянистыми формами. Вместе с лепидодендронами и древовидными папоротниками хвощёвые принимали большое участие в сложении каменноугольных лесов.
Ископаемые хвощёвые (например, древовидные каламиты) достигали в высоту 25 м, в их стволах находили вторичную ксилему. Однако в перми начинается их угасание, и прежде всего вымирают древесные формы, так что из мезозоя известны только травянистые хвощёвые. К настоящему времени от всей этой многочисленной группы сохранился только род Хвощ (Equisetum).
Для современных хвощей характерны своеобразные листья — их листовые пластинки сильно редуцированы до небольших тёмных, иногда зелёных или бесцветных зубчиков, а хорошо выраженные влагалища срослись в общее плёнчатое влагалище. Для репродуктивных органов членистых характерно наличие стробилов в видеколосков и лишь у некоторых палеозойских видов — спороносных зон. У современных хвощей спорангиофоры имеют щитковую форму, а у древних вымерших они имели самую разнообразную форму, кроме листовидной. Подавляющее большинство хвощёвых — равноспоровые растения и лишь немногочисленные вымершие виды были разноспоровыми.
Классификация
Подотдел членистые, или хвощёвые, включает три класса, эволюция которых шла, по-видимому, независимыми, параллельными путями, — два вымерших класса : Сфенофилловые (Sphenophyllopsida), Кладоксилеевые (Cladoxylopsida) и ныне существующий класс Хвощёвые (Equisetopsida).
Говоря о водорослях, мы упоминали, что они относятся к низшим растениям и не имеют специализированных тканей. Мхи – высшие растения. Плауны, хвощи и папоротники — их часто объединяют в папоротникообразные — устроены ещё сложнее.
Ткани у папоротников, плаунов и хвощей
У плаунов, хвощей и папоротников есть корни, стебель и листья. Органы этих растений состоят из специализированных тканей. Давайте вспомним, что называют тканью? Какие растительные ткани вы знаете?
Ткань — это совокупность клеток и межклеточного вещества, у которых общее происхождение, строение и выполняемые функции.
Можно назвать образовательную ткань (обеспечивает рост и развитие растений), покровную (защитная функция), проводящую (обеспечивает передвижение воды и питательных вещество по растению), механическую (опорная функция) и основная (производит питательные вещества путём фотосинтеза и сохраняет запас питательных веществ).
Давайте разберёмся, какое строение имеют и какую функцию выполняют проводящие и механические ткани папоротников, хвощей и плаунов.
Клетки проводящей ткани находятся во всех частях растения. По ним проходят растворённые в воде питательные вещества.
У клеток механической ткани толстые прочные стенки. Механическая ткань придаёт растению форму и выполняет защитную функцию — например, делает его жёстким и несъедобным для травоядных животных.
Благодаря развитым механическим и проводящим тканям папоротники, хвощи и плауны могут достигать больших размеров.
Древовидный папоротник
Для папоротников, хвощей и плаунов, как для высших растений, также характерны специализированные органы.
Орган – это часть растения, выполняющая одну или несколько функций.
Например, листья выполняют фотосинтезирующую функцию, корень и стебель – проводящую, половые органы растения – функцию размножения.
Общая характеристика папоротникообразных
Плауны, хвощи и папоротники (иногда их объединяют под названием папоротникообразных) предпочитают влажные и затенённые места.
Во времена, когда на Земле процветали динозавры, среди растений царили хвощи, плауны и папоротники. Это были огромные растения, многие из которых достигали нескольких метров в высоту. Шли века, менялся климат и влажность. В новых условиях лучше развивались другие растения. В наше время древовидные папоротники можно встретить только в тропических лесах, а в других широтах растут травянистые папоротникообразные.
Заросли папоротников в сосновом лесу
Размножаются папоротникообразные как половым, так и вегетативным путём. Половое поколение – гаметофит – называется заросток (ударение на первый слог), имеет простое строение и ризоиды.
У бесполого поколения, спорофитов, есть развитые вегетативные органы: надземный побег и подземные корневище с придаточными корнями.
Корневище – это модификация стебля, видозменённый подземный побег. От корневища отходят придаточные корни. Оно нужно растению для запасания питательных веществ, а также для вегетативного размножения.
Ещё на спорофите располагается орган, в котором вызревают споры (например, у хвощей и плаунов это спороносный колосок).
Споры – это микроскопические специализированные клетки в плотной оболочке, служащие для размножения моховидных и папоротникообразных растений.
Моховидные и папоротникообразные растения иногда называют одним словом – споровые. Для них характерна смена поколений – в одном поколении есть растения мужского и женского пола, гаметофиты, в другом – спорофиты, на которых развиваются споры.
Плауны
Плауны – многолетние травянистые растения. Их можно встретить в сосновых лесах. Стебель у плаунов длинный, ползучий, с придаточными корнями и со множеством ответвлений. И стебель, и ветки покрыты мелкими узкими листьями.
Побеги плауна
Летом побеги плаунов украшаются спороносными колосками. Когда споры созревают, они высыпаются, но прорастают иногда только через несколько лет после высыпания. Заросток у плаунов необычный: он развивается под землёй и питается в симбиозе с грибами.
Плаун часто используют как декоративное растение. Из его побегов изготавливают гирлянды и венки. Однако из-за сложностей размножения многие виды плаунов в наше время редки и занесены в Красную книгу.
Интересно, что некоторые виды плаунов способны к вегетативному размножению. У них образуются дополнительные маленькие веточки с несколькими листочками, способные отделяться от стебля и прорастать. Эти веточки называют выводковыми почками. Некоторые виды плауна также размножаются фрагментами стелющихся побегов. На таких фрагментах сначала образуются придаточные корни, затем — молодые побеги.
Хвощи
Хвощи растут в лесах, на полях, возле водоёмов. Для них благоприятна кислая почва.
Для хвощей свойственно корневище; у некоторых видов также из выростов корневищ образуются клубни. В клубнях запасаются питательные вещества, также с их помощью происходит вегетативное размножение.
Хвощ – многолетнее растение. На одном корневище развиваются два побега разного вида. Их называют летний и весенний или вегетативный и генеративный соответственно.
Генеративный побег хвоща (слева) и вегетативные побеги того же растения
Весной вырастает генеративный побег бурого цвета. Он не добывает питательные вещества, а живёт за счёт накопленных в корневище. В колоске наверху стебля созревают споры.
Каково значение спор в жизни хвоща?
Из спор формируются заростки, на которых после оплодотворения образуются новые побеги хвоща со своим корневищем, стеблем и листьями, а впоследствии – и с новым спороносным побегом.
Летние побеги — зелёные, с тонкими листьями. Они содержат хлорофилл и накапливают в корневище питательные вещества.
Молодые побеги хвоща
В следующем уроке мы расскажем о папоротниках, а также поговорим о значении папоротникообразных в природе и для человека.
Хвощевидные в прошлом огромная, но почти полностью вымершая группа растений, расцвет которой пришелся на каменноугольный период.
Экология и распространение хвощей. Хвощи довольно широко распространены в основном в северном полушарии. Встречаются на влажной кислой почве, в сырых лесах, лугах, на болотах, то есть в самых разных растительных сообществах, но в любом случае в местах с достаточным или избыточным увлажнением. Часто они образуют большие заросли, а в некоторых типах низинных болот, по берегам водоемов и в сырых лесах хвощи нередко доминируют в травянистом покрове.
Особенности строения хвощей. Хвощи имеют зимующее корневище, от которого отходят придаточные корни. На корневище имеются клубеньки, которые содержат крахмал. Надземная часть стебля достигает у видов, обитающих в умеренной зоне, 0.5 - 1 м, у тропических видов стебли обычно более длинные.
Для хвощевидных характерно особое строение побегов, отличающее их от остальных высших споровых растений. Их побеги состоят из члеников (междоузлий) и узлов с мутовчато расположенными листьями. Листья мелкие бурые чешуйчатые, сросшиеся в трубку. Функцию фотосинтеза выполняет зеленый стебель.
Другая особенность хвощей - накопление кремнезема в стенках клеток всего растения. Кремнезем играет механическую и защитную роль: хвощи практически не повреждаются моллюсками и насекомыми, их избегают позвоночные животные.
Размножение хвощей. Вегетативное размножение осуществляется путем фрагментации корневища, которое как и надземная часть имеет членистое строение и в узлах легко разламывается. Каждый фрагмент слоевища дает обильные побеги. В связи с наличием такого способа вегетативного размножения, хвощи являются трудноискоренимыми сорняками.
Весной на корневищах вырастают побеги, на которых располагаются спороносные колоски. Колоски содержат спорангии, в которых путем мейоза формируются гаплоидные споры. После раскрытия спорангия споры высыпаются и разносятся ветром на большие расстояния. Из спор развиваются гаметофиты (заростки). На нижней стороне гаметофита возникают бесцветные ризоиды, с помощью которых он прикрепляется к почве и всасывает воду с растворенными в ней минеральными солями.
Оплодотворение у хвощей осуществляется, как у всех споровых растений, в присутствии капельножидкой влаги на поверхности гаметофита. Сперматозоиды подплывают к женскому половому органу, один из них проникает в него и сливается с яйцеклеткой. Образующаяся зигота прорастает в спорофит.
Значение хвощей
Большинство хвощей несъедобно, но некоторые виды хвощей (хвощ полевой) используются как корм животных. В некоторых местностях он может быть и ядовитым. Его используют также и в медицине в качестве кровоостанавливющего и мочегонного средства при отеках. Иногда крахмалистые клубни и молодые спороносные колоски используются в пищу. Хвощ полевой — злостный сорняк. Хвощ болотный, хвощ приречный, хвощ дубравный — ядовитые растения. Жесткие стебли хвоща зимующего можно использовать в качестве абразивного материала.
Характеристика отдела Папоротниковидные. Классификация и представители. Цикл развития, значение.
Отдел высших споровых растений, объединяющий около 12 тыс. современных видов. Для папоротников характерно:
· широко распространены в самых разнообразных климатических зонах, наибольшее число видов характерно для тропиков;
· жизненные формы разнообразны — многолетние травянистые, древовидные растения, лианы, эпифиты;
· в жизненном цикле преобладает спорофит, представляющий собой листостебельное растение с хорошо выраженными корнями, стеблями и листьями;
· корни всегда придаточные, с корневыми волосками;
· стебли хорошо развиты у древовидных форм; у травянистых папоротников побеги чаще всего представлены корневищами, часто покрытые различными волосками и чешуйками;
· в коре стебля имеется механическая ткань, в центре — несколько концентрических проводящих пучков; ксилема, образованная трахеидами, окружена флоэмой из ситовидных клеток без клеток-спутниц;
· листья (вайи), длительное время сохраняют способность к верхушечному росту; могут быть как цельными, так и перистыми; типичный
цельный лист дифференцирован на черешок и листовую пластинку; у подавляющего большинства папоротников листья перистые, имеющие черешок, продолжающийся в рахис — ось листа, на которой располагаются перья; часто листья совмещают функцию фотосинтеза и спороношения;
· спорангии располагаются на нижней поверхности листьев и чаще всего собраны группами — сорусами, покрытыми общим покрывальцем —индузием, представляющим собой вырост ткани листа;
· в основном папоротники — равноспоровые растения;
· из спор у подавляющего большинства равноспоровых папоротников развивается обоеполый гаметофит (называемый также заростком), имеющий вид зеленой пластинки, прикрепляющийся к субстрату ризоидами;
· архегонии и антеридии развиваются на нижней поверхности заростка;
· для оплодотворения необходима вода;
· из зиготы сначала развивается зародыш, а затем взрослый спорофит.
Щитовник мужской
Один из наиболее широко распространенных в Европе видов папоротников (рис. 71). Произрастает преимущественно в тенистых лесах. Спорофит представлен крупным многолетним травянистым растением высотой до 1 метра. Корневище мощное, обильно покрытое остатками черешков листьев прошлых лет и ржаво-бурыми чешуйками. От нижней части корневища отходят тонкие придаточные корни. Пластинка листа дваждыперисторассеченная. Два года листья развиваются в почках под землей и только на третий год весной появляются над поверхностью почвы, а к осени отмирают. Молодые листья закручены в виде улиток и долго растут своей верхушкой, постепенно раскручиваясь.
На нижней поверхности листьев вдоль средних жилок к осени образуются спорангии, собранные в сорусы. В результате мейотического деления клеток спорогенной ткани образуются гаплоидные споры. После созревания спор стенка спорангия разрывается, обеспечивая тем самым распространение спор.
Попав в благоприятные условия, спора прорастает и, из нее формируется гаметофит, который имеет вид сердцевидной пластинки длиной 1,5-5 мм. Заросток однослойный и только в средней части многослойный. На нижней, обращенной к земле, стороне образуется большое количество ризоидов, расположенных ближе к заостренной части пластинки. Здесь же находятся архегонии и антеридии. Архегонии располагаются на утолщенной части заростка, ближе к сердцевидной выемке, а антеридии — ближе к заостренной части, часто среди ризоидов. В антеридиях образуются лентовидные многожгутиковые (несколько десятков) сперматозоиды. Попав в воду, они устремляются к архегонию и через шейку проникают в его брюшко. Здесь происходит оплодотворение яйцеклетки и образование зиготы. Зародыш начинает развиваться в архегонии. До образования зеленого листа и собственных корней он зависит от гаметофита.
Значение папоротников
Папоротники служат пищей и средой обитания для многих микроорганизмов и беспозвоночных животных.
Как и другие растения, папоротники выделяют кислород, который необходим всем живым организмам для дыхания.
Папоротник сальвиния может приводить к зарастанию водоемов, так как быстро размножается вегетативным способом. Это может нанести вред животному и растительному сообществу водоемов.
Человек нередко использует папоротники в декоративных целях. Из их листьев изготавливают поделки. Выведены комнатные растения-папоротники.
Некоторые виды папоротников нашли применение в медицине. Например, из корневищ щитовника мужского изготавливают противоглистные лекарства.
Некоторые папоротники съедобны. Например, молодые листья орляка обыкновенного, но не сырые, т.к. в таком виде они ядовиты. Также съедобен страусник обыкновенный. А вот щитовник ядовит.
Древовидные папоротники могут использоваться в строительстве.
Некоторые папоротники образуют симбиоз с цианобактериями, которые усваивают атмосферный азот. Такие папоротники в некоторых странах используют как удобрения.
При всем этом самым главным значением папоротников для человека является то, что благодаря их вымершим древесным формам образовались залежи каменного угля. Сейчас для человека уголь служит топливом и химическим сырьем, из которого изготавливают масла, смолы, пластмассы и другое.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)
Общая характеристика, особенности строения, размножение. В далеком прошлом хвощевидные растения отличались большим разнообразием. Среди вымерших видов хвощей были и травянистые растения, и деревья.
В современной флоре сохранилось 30-35 видов хвощей. Это только многолетние травы с жесткими стеблями высотой до 1 м. На их побегах хорошо различается множество узлов и междоузлий. Растут они на полях, целине, в лесах, на берегах рек.
Особенно широко распространен полевой хвощ (рис. 1) — многолетнее травянистое растение с высоким стеблем. Стебли разветвленные, с мощным корневищем, на котором развиваются придаточные корни. Надземные побеги у хвощей бывают двух видов: весенние (генеративные) и летние (вегетативные). Весенние стебли высотой до 20 см появляются из зимующих на подземных побегах почек. Они совершенно не содержат хлорофилла. Неразветвленные чешуйчатые листья коричневого цвета располагаются на стебле мутовчато. На концах побегов имеются колоски, в которых развиваются споры. После созревания спор весенние побеги засыхают.
Рис.1 Строение полевого хвоща 1 — весенний (спороносный) побег; 2 — летний (вегетативный) побег; 3 — спороносный колосок (стробил); 4 — мутовка чешуевидных листьев.
Летние зеленые побеги содержат хлорофилл. Боковые ветви у них располагаются мутовчато. Листьев на летних побегах нет, поэтому фотосинтез осуществляется в них самих. Весенние побеги выполняют функцию размножения, а летние побеги — роста. Запасные питательные вещества накапливаются в клубнях, которые являются органом вегетативного размножения. Стебель хвоща многогранный. Он покрыт тонкой оболочкой, состоящих из бесцветных клеток.
Рост хвощей, как у злаков, напоминает раздвижение подзорной трубы. За это хвощи называют членистостебельными растениями.
Размножение хвощей. Хвощи, подобно плаунам, размножаются вегетативным, бесполым и половым путями. Вегетативное размножение осуществляется посредством подземных побегов (клубней), бесполое — спорами. В спорангиях спороносных колосков созревают многочисленные споры. Когда оболочка спорангиев лопается, споры рассеиваются по поверхности почвы. Споры одинаковы по размеру, но их различна. Из одних спор развиваются мужские, из других — женские заростки. Эти заростки — половое поколение хвощей. В заростках и происходит образование гамет. В мужском заростке развиваются мужские половые клетки, а в женском — женские. При слиянии женской гаметы (яйцеклетка) с мужской (многожгутиковый сперматозоид) образуется зигота, из зиготы — зародыш, из зародыша развивается новое растение хвоща.
Значение хвощей. Хвощи являются сорняками пастбищ и полей, но они предотвращают эрозию почвы. Некоторые из них ядовиты, а полевой хвощ относится к лекарственным растениям. Он издавна применяется в народной медицине против отеков при нарушениях кровообращения и как мочегонное средство. В качестве лекарственного сырья собирают и высушивают зеленые побеги. Осенью и зимой хвощ служит кормом для оленей и кабанов.
Хвощевидные — влаголюбивые растения. Особенно широко распространен полевой хвощ — многолетнее травянистое растение с высоким жестким стеблем. Стебли разветвленные, с хорошо развитой корневой системой. Надземные побеги у хвощей бывают двух видов: весенние и летние. Весенние спороносные побеги выполняют функцию размножения, а летние вегетативные побеги — роста. Некоторые виды хвощей являются ядовитыми. Полевой хвощ относится к лекарственным растениям, и в то же время — это трудно искоренимый сорняк.
Читайте также: