Мхи рода сфагнум произрастают как в северном так и в южном полушарии

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 19.09.2024

Далеко не каждый человек знает о том, что природа нашей страны богата растительными материалами, которые имеют большое количество полезных свойств и широко применяются в различных сферах деятельности человека. Сфагнум одно из уникальных растений экологии, нашедшее свое применение в медицине, растениеводстве, животноводстве и пр. Благодаря полезным свойствам мха наши предки боролись с болезнями, да и сегодня активно используют сфагновый многолетник для лечения ряда заболеваний.

Что такое сфагнум

Разновидность многолетнего спорового растения из семейства sphagnaceae относится к классу лиственных мхов. Сфагновые мхи разрастаются плотным, мягким ковром, в основном на дерновине, в лесных зонах и болотах Северного полушария. На Южном в основном произрастают в горах. Отличительная особенность сфагновых — отсутствие корневой системы.

Внешний вид сфагнума напоминает пушистую траву. Растет мох верхней частью, а нижняя, отмирая, образует торф. На стебле и боковых ветвях растения располагаются мелкие листья, они растут спиралью. Сфаг имеет разнообразную окраску, в природе чаще встречают коричневый, красный, белый и розовый мох.

Строение растения

Сфагнум – крупное растение, в среднем может достигать высоты в 10-20 см. На верхушке ветки формируются коробочки, в которых позже образуются споры. Сфагновые – единственные из моховых, кто не имеет ризоидов, поэтому они впитывают влагу стеблем и листьями. Стебель включает три типа веток: торчащие, свисающие и верхушечные. Лист растения состоит из двух клеток: зеленых (живых) и мертвых. Первые отвечают за фотосинтез, а вторые служат накопителем влаги и воздуха.

Внутри тело состоит из растительных тканей с клетками, структура образуется путем соединения зеленых клеток друг с другом. Благодаря своему строению этот вид сфагновых мхов имеет возможность впитывать большое количество воды. При насыщении влагой торфяной многолетник приобретает светло-зеленый оттенок, а при полном высыхании белеет.

Свойства сфагнума

Сфагновые растения произрастают на местах с повышенной влажностью и способствуют заболачиванию территории. В теле растения содержится карболовая кислота, поэтому сфаг помогает образованию торфа и почти не гниет. Гигроскопичность позволяет мху впитывать большое количество влаги, поэтому он играет роль разрыхлителя почвы, а благодаря сфагнолу предотвращает загнивание корней, поэтому используется в садоводстве. С помощью растений данной группы формируются сфагновые болота.

Разновидности

Различают следующие виды мха:

Первый вид чаще используют в цветоводстве, им укрывают растения в холодный период, чтобы избежать вымерзания корневой системы. Собирая лишнюю влагу, он защищает побеги от загнивания и развития паразитов. Сфагнум болотный активно используется в медицине, садоводстве и строительстве. Белый мох сфагнум применяется садоводами в качестве подкормки и для подкисления почвы, это дает растениям насыщенный цвет, а в медицине – для изготовления средств дезинфекции.

Как размножается сфагнум

Размножению способствуют споры, созревшие в спорофите, и отпрыски. Оплодотворение происходит только при участии воды, образуется зигота и происходит деление. Из нижней клетки развивается гаустория, которая потребляет питательные вещества из гаметофита и содействует развитию спорофита. Далее на верхушке стебля образуется коробочка и формируются споры, созревшие споры попадают на землю и способствуют развитию нового растения.

Применение сфагнума

На протяжении многих лет полезные свойства сфагнума облегчали людям быт и спасали жизни. Активно применять сфагновый многолетний мох стали во время военных действий, поскольку наблюдался дефицит перевязочных материалов. Жители Северной Америки по сегодняшний день применяют сухое растение вместо подкладки в детских люльках, т.к. благодаря своим качествам он помогает избежать опрелостей.

В лечебных целях

Сфагнум применяется в медицине и известен бактерицидными и асептическими свойствами, его применяют для дезинфекции и других целей:

Он противостоит заражению ран и порезов.
Благодаря содержанию фенольных веществ, кумарина, соединений сахара и смолы, сфагновый мох является антисептиком.
Используя растение при переломе как перевязочный материал или повязку, можно не прибегать к дополнительной стерилизации.
Мох борется с бактерией, грибком кожи и ногтей, полезен при псориазе и кожных раздражениях, борется с нагноением ран.
Многолетний сфагнум можно использовать в качестве сырья для изготовления медицинского и других видов спирта, кормовых дрожжей. Кроме того, мох полезен при ожоге и обморожении. Для этого следует измельчить сухой мох и залить кипятком до состояния кашицы, затем чуть остывший мох приложить к больному месту.
Для борьбы с пролежнями у лежачих больных используют сфагновые подстилки: они абсорбируют пот, устраняют неприятные запахи.
Данный вид многолетнего растения еще используют в качестве дополнительных шин при переломе костей.
Известно, что жевание сфагнового мха притупляет родовые боли и ускоряет процесс рождения.
При высокой потливости ног используют стельки из сфага, для этого его необходимо измельчить и заполнить им льняной мешочек, повторяющий контур ноги.

Отвар из сфагнума уже давно применяется в китайской медицине при болях в горле, гриппе, в качестве дезинфицирующего средства при стоматитах и инфекциях в носоглотке. Отваром активно лечат укусы насекомых и гнойники.
На основе экстракта многолетнего растения созданы лекарства для лечения простаты и воспалении в мочевом пузыре.
Сфаг можно использовать в качестве ваты или бинта, он впитывает гораздо больше влаги, чем вата.
При колитах используют измельченный сфагнум: его съедают по чайной ложке за полчаса до приема пищи.
Учитывая дерматологические свойства, многолетник используют при кожных болезнях – делают специальный компресс.
Для борьбы со стафилококком собирают сфагновый многолетник на болотных местах, отжимают торфяную воду, затем ею промывают зараженные места или прикладывают влажный сфагнум к инфицированному месту.

Несколько рецептов, помогающих при разнообразных заболеваниях:

Порошок, способствующий заживлению открытых ран и язв. Высушенные куски сфагнума необходимо тщательно растереть, затем присыпать порез и выждать несколько минут. После этого необходимо промыть рану и наложить бинт.
Настой против грибка ногтей Сто грамм сухого растения залить стаканом медицинского спирта, настоять четыре минуты, затем слить спирт, а мох приложить к зараженному ногтю и оставить на несколько часов.
Отвар для лечения болезней суставов. Сто грамм сфагнума необходимо залить десятью литрами воды, довести до кипения и дать настояться несколько минут. После полного остывания отвара необходимо наполнить ванну теплой водой и добавить его туда. Принимать лечебную ванну следует от получаса до сорока минут.

Использование в хозяйстве

Наша природа богата ресурсами, которые играют большую роль в быту, а их полезные свойства зачастую известны не каждому. В хозяйственных целях использование сфагнума приобрело широкое распространение. Сотни садоводов и строителей, цветоводов и травников применяют мох в качестве помощника в повседневной жизни.

Сфагновый многолетник часто играет роль декоративного растения, его используют в оформлении цветочных клумб или сада. Этот многолетник часто применяют цветоводы: любители орхидей и комнатных растений утепляют им корневую систему. Для огорода торфяной мох выполняет роль удобрения, он пригоден для аэрации и улучшения качества грунта, для хранения корнеплодов и лука, проращивания семян.

Перед добавлением сфагнума в грунт необходимо его мелко нарезать. Благодаря водозапасающему эффекту мох сфагнум для комнатных растений, находящихся в помещениях с пониженной влажностью, используют как дополнительный источник влаги и питательных веществ, если нет возможности ухаживать за цветами ежедневно.

Пчеловоды применяют сфагнум в качестве утеплителя для ульев, для сбора лишней влаги в период зимних похолоданий, а животноводы – как подстилку для скота или домашних животных, т.к. он имеет свойство впитывать неприятные запахи, а использованный материал применяют в качестве удобрения для ослабленного грунта.

Растение подходит для заделывания щелей или утепления стен в домах из бруса или банях: для этого влажный мох укладывают между брусьями. Благодаря антисептическим свойствам сфагнум предотвращает появление вредителей, которые могут повредить древесный слой, плесени, а еще обеспечивает вентиляцию. Кроме того, растение обладает природным запахом, в отличие от других теплоизоляционных материалов, и не уступает им по качеству.

Растение широко используется в качестве декоративного материала, его можно применить для создания флорариумов, декоративных флористических композиций и панно. Он не только оживит внешний вид, но и продлит соседствующим растениям жизнь. Его можно использовать в качестве органической подложки, вместо флористической губки.

Заготовка растения

Собирать ростки сфагнума следует на местах с минимальной влажностью, к примеру, возле деревьев, избегая болот. При сборе верхушка срезается ножом. Сбор необходимо производить выборочно, чтобы дать мху восстановится на собранном участке. Заготовка мха для лекарственных целей производится с мая по сентябрь в сухую погоду. Для сушки материала изготавливают простую деревянную конструкцию – вешалки, внешне напоминающие открытый стеллаж. Устанавливают их в сухом месте, защищенном от дождя и солнца.

После того как сбор произведен, многолетник заливают теплой водой на 35 минут, чтобы избавиться от насекомых, затем отжимают, сушат. Хранить заготовленный природный материал следует в темном месте, в бумажном или тканевом мешке. Зимой сфагнум можно хранить на балконе, но для использования его необходимо разморозить. При желании ростки сфагнума можно размножать дома. Необходимо подобрать удобную пластиковую тару, снабдить ее вентиляционным отверстием, добавить воды и уложить мох нижней частью на воду.

Противопоказания к применению

Единственная причина, по которой не стоит прибегать к лечению сфагнумом, это аллергическая реакция на его химические компоненты.

Сфагнум и образовавшийся из него торф не разлагаются быстро из-за фенольных соединений, встроенных в клеточные стенки мха . Кроме того, болота, как и все водно-болотные угодья, создают анаэробные почвенные условия, которые вызывают более медленное анаэробное разложение , чем действие аэробных микробов. Торфяной мох также может подкислять окружающую среду, поглощая катионы , такие как кальций и магний , и выделяя ионы водорода .

При правильных условиях торф может накапливаться на глубине до многих метров. Различные виды Sphagnum имеют разные пределы устойчивости к затоплению и pH, поэтому на любом одном торфянике может быть несколько разных видов Sphagnum . [9] [7]

Отдельные растения торфяного мха состоят из главного стебля с плотно расположенными пучками ветвей, обычно состоящих из двух или трех раскидистых ветвей и двух-четырех свисающих ветвей. На верхушке растения, или capitulum, расположены компактные скопления молодых ветвей. Вдоль стебля разбросаны листья различной формы, называемые стеблевыми листьями; форма варьируется в зависимости от вида. Листья состоят из двух видов клеток: маленьких зеленых живых клеток ( хлорофиллозных клеток) и больших прозрачных структурных мертвых клеток ( гиалиновых клеток). Последние обладают большой водоудерживающей способностью.

СОДЕРЖАНИЕ

У сфагнума особая структура, адаптированная к водной среде обитания, в которой они живут. Вода поддерживает растения сфагнума, делая ненужными другие укрепляющие структуры. Верхушка растения называется головкой , это розетка из листьев, которая собирает большую часть энергии растения посредством фотосинтеза . Основное тело состоит из стебля и ветвей, причем листья также выступают как из стебля, так и из ветвей. Самые нижние части растения мертвы и разлагаются под землей.

Сфагнум , как и все другие наземные растения, имеет смену поколений ; как и другие мохообразные , поколение гаплоидных гаметофитов является доминирующим и устойчивым. В отличие от других мхов, долгоживущие гаметофиты не полагаются на ризоиды для поглощения воды. [4]

Виды Sphagnum могут быть однополыми (мужские или женские, раздельнополые) или двуполые (мужские и женские гаметы, полученные из одного растения; однодомные ); В Северной Америке, 80% из сфагновых видов однополые. [10]

Гаметофиты имеют существенное бесполое размножение путем фрагментации , производя большую часть живого материала на сфагновых торфяниках. [11]

Плавающие сперматозоиды оплодотворяют яйца, содержащиеся в архегониях, которые остаются прикрепленными к женскому гаметофиту . Спорофит сравнительно кратковременный, и состоит почти полностью из блестящей зеленый, сферические капсулы спор , который становится черным спорами. Спорофиты выращиваются на стеблях для облегчения распространения спор, но, в отличие от других мхов, стебли Sphagnum производятся материнским гаметофитом. Тетраэдрические гаплоидные споры образуются в спорофите посредством мейоза, которые затем рассеиваются, когда капсула взрывным образом выпускает свою крышку, называемую крышечкой , и стреляет спорами на некоторое расстояние. Споры прорастают, образуя мельчайшие протонемы. , которые начинаются как волокна, могут стать таллоидными и могут производить несколько ризоидов. Вскоре после этого у протонемы развиваются почки, которые дифференцируются в характерный прямостоячий листовой разветвленный гаметофит с хлорофиллозными и гиалиновыми клетками. [12] Эта стадия доминирует в среде, где растет сфагнум , уничтожая и закапывая протонему, и в конечном итоге образует слои мертвого мха, называемого торфом.

Ковры из живого сфагнума могут быть поражены различными грибами , и один гриб, который также является грибом , Sphagnurus paluster , дает заметные мертвые пятна. Когда этот гриб и другие агарики атакуют протонему , Sphagnum вырабатывает нефотосинтетические геммы, которые могут пережить грибковую атаку, а через несколько месяцев прорастают, давая новую протонему и листовые гаметофиты. [13] Неизвестно, может ли листовая стадия производить такие геммы.

Торфяной мох можно отличить от других видов мхов по уникальным скоплениям ветвей. Цвет растения и стебля, форма ветвей и стеблевых листьев, а также форма зеленых клеток - все это характеристики, используемые для идентификации видов торфяного мха. Сфагнум систематика была очень спорными с начала 1900 - х годов; для идентификации большинства видов требуется микроскопическое рассечение. В полевых условиях большинство видов Sphagnum можно отнести к одной из четырех основных частей этого рода - классификация и описания соответствуют Andrus 2007 (Flora North America): [10]

Sphagnum sect. Растения Acutifolia обычно образуют кочки над уровнем воды, обычно окрашенные в оранжевый или красный цвет. Примеры: Sphagnum fuscum и Sphagnum warnstorfii .
Sphagnum sect. Cuspidata обычно растут в дуплах, на лужайках или являются водными растениями и имеют зеленый цвет. Примеры: Sphagnum cuspidatum и Sphagnum flexuosum .
Sphagnum sect. Растения сфагнума имеют самые большие гаметофиты среди секций, образующие большие кочки, их листья образуют чашеобразные (каплевидные) вершины и зеленые, за исключением Sphagnum magellanicum. Пример: Sphagnum austinii .
Sphagnum sect. Растения Subsecunda различаются по цвету от зеленого до желтого и оранжевого (но никогда не красного) и встречаются в дуплах, на лужайках или в воде. Виды всегда с однополыми гаметофитами. Примеры: Sphagnum lescurii и Sphagnum pylaesii .

Взаимная монофилия этих и двух других второстепенных ( Rigida и Squarrosa ) была выяснена с помощью молекулярной филогенетики . [14] Все виды, кроме двух, обычно идентифицируемые как Sphagnum, обитают в одной кладе; два других вида недавно были разделены на новые семейства в пределах Sphagnales, что отражает родственную связь с тасманскими эндемиками Ambuchanania и большое филогенетическое расстояние до остальной части Sphagnum . [15] Внутри основной клады Сфагнума филогенетическое расстояние относительно невелико, и методы молекулярного датирования предполагают, что почти все современные виды сфагнумов произошли от излучения, которое произошло всего 14 миллионов лет назад. [16]

Сфагнум с северными растениями-кувшинами ( Sarracenia purpurea ) в Болоте на озере Браун , штат Огайо

Сфагновые мхи встречаются в основном в Северном полушарии в торфяных болотах, хвойных лесах и влажных тундровых районах. Самая северная их популяция находится на архипелаге Шпицберген в Арктической Норвегии , на 81 ° северной широты.

Использует [ редактировать ]

Сушеный мох сфагнум используется в северных арктических регионах в качестве изоляционного материала.

Анаэробно-кислые сфагновые болота имеют низкую скорость разложения и, следовательно, сохраняют фрагменты растений и пыльцу, что позволяет реконструировать окружающую среду прошлого. [8] Они даже сохраняют человеческие тела на протяжении тысячелетий; примеры этих сохраненных образцов Люди из Толлунд , Haraldskær Женщина , Клоникаванский человек и Lindow Человек . Такие болота могут также сохранять человеческие волосы и одежду, одним из наиболее примечательных примеров является девушка Эгтвед , Дания . Однако из-за кислотности торфа кости скорее растворяются, чем сохраняются. Эти болота также использовались для хранения продуктов. [25] Емкости для масла или сливочного масла возрастом до 2000 лет. сало . [26]

Мох сфагнум также веками использовался в качестве повязки для ран, в том числе во время Первой мировой войны. [4] [27] Поскольку он абсорбирующий и чрезвычайно кислый, он подавляет рост бактерий и грибков, поэтому его используют для транспортировки семян и живые растения.

Торфяной мох используется для утилизации осветленных жидких отходов (сточных вод) из септиков в местах, где отсутствуют надлежащие условия для обычных средств утилизации. Он также используется в качестве экологически чистой альтернативы хлору при очистке бассейнов . [28] Мох подавляет рост микробов и снижает потребность в хлоре в плавательных бассейнах. [29]

Недавнее исследование останков неандертальцев, обнаруженных в Эль-Сидроне, предоставило доказательства того, что их рацион состоял в основном из кедровых орехов, мха и грибов. Это контрастирует с данными из других европейских регионов, которые указывают на более плотоядную диету. [30]

В Финляндии из торфяного мха пекли хлеб во время голода . [31]

Некоторые из крупнейших в мире водно-болотных угодий представляют собой болота с преобладанием сфагнума , включая Западно-Сибирскую низменность, низменность Гудзонова залива и долину реки Маккензи. Эти районы являются средой обитания обычных и редких видов. Они также накапливают большое количество углерода, что помогает уменьшить глобальное потепление. [32]

PittMoss, альтернатива торфяному мху, изготовленная из переработанных газет, стала устойчивой заменой в растущих СМИ. [35] Койр также рекламируется как устойчивая альтернатива торфяному мху в растущих средах. [36] Еще одна альтернатива торфяному мху производится в Калифорнии из волокна красного дерева, выращенного в экологически чистых условиях . Полиуретановые материалы с полуоткрытыми ячейками, доступные в виде хлопьев и листов, также находят применение в качестве заменителей сфагнума при типичном использовании в субстратах для зеленых стен и садов на крыше. [37]

В 2010-х годах сфагновый торф в Чили начали массово собирать для экспорта в такие страны, как Япония, Южная Корея, Тайвань и США. Учитывая свойство сфагнума поглощать лишнюю воду и выделять ее в засушливые месяцы, сбор сфагнума означает, что чрезмерная эксплуатация может поставить под угрозу водоснабжение фьордов и каналов Чили . [38] Добыча сфагнума в Чили регулируется законом со 2 августа 2018 года. [39] С 2018 года чилийский закон разрешает извлечение сфагнума только вручную, используя только вилы или аналогичные инструменты в качестве вспомогательных средств. [40] В данной области (полигона) по меньшей мере , 30% от сфагнового покрытия должна быть оставлена неубранной. [40] Заготовление сфагнума волокна могут не превышать 15 см в длину , а остальные сфагнума после сбора урожая никогда не может иметь длину менее 5 см над уровнем грунтовых вод. [40] В регионах Лос-Риос (40 ° ю. Ш.) И Лос-Лагос (41–43 ° ю. Ш.) На одних и тех же участках можно собирать урожай через 12 лет, а южнее в Айсен (44–48 ° ю. Ш.) И Магалланесе (49 –56 ° ю.ш.) должно пройти 85 лет, прежде чем на той же площади снова будет убран урожай. [40]

Помимо сбора урожая, болота, на которых растет сфагнум , также оказались под угрозой из-за развития ветряных электростанций в прохладных влажных районах, таких как Кордильера-дель-Пьючен, где в 2010-х годах была построена ветряная электростанция Сан-Педро . [41] Строительство каждой ветряной турбины обычно подразумевает удаление растительности и изменение почвы, изменяя также местную гидрологию . [41]

Европа имеет долгую историю эксплуатации торфяников. В Нидерландах, например, когда-то были большие площади торфяников, как болот, так и болот. Между 100 г. н.э. и по настоящее время они были осушены и превращены в сельскохозяйственные угодья. [8] : Рис. 14.2 На Английских просторах есть небольшие озера, которые возникли как торфяные копи. [42] Более 90% болот в Англии были повреждены или разрушены. [43] [44] Горстка болот была сохранена за счет выкупа государством долей по добыче торфа. [45] Однако в более длительных временных масштабах в некоторых частях Англии, Ирландии, Шотландии и Уэльса наблюдалось расширение болот, в частности, сплошных болот, в ответ на вырубку лесов и заброшенность сельскохозяйственных земель. [8] : Рис. 11.8

Подкласс включает один порядок Сфагновидные (Sphagnales), одно семейство Сфагновые (Sphagnaceae) с одним родом Сфагнум (Sphagnum), объединяющим свыше 300 видов, которые нередко морфологически довольно трудно различаются.

Сфагновые мхи являются многолетними растениями. Они характеризуются рядом морфологических, анатомических и биологических особенностей, благодаря которым заметно отличаются от других мохообразных (рис. 3).

Главный стебель (каулидий) слабый, обычно простой или ложно дихотомически разветвленный, редкооблиственный. В результате равномерного бокового ветвления на нем с определенной периодичностью пучковидно (от 2 до7) располагаются густооблисвенные боковые веточки последующих порядков. В итоге формируется объемная система побегов с главным стеблем по середине. Для него характерен неограниченный верхушечный рост.

У сфагновых различают три типа боковых веточек. На вершине стебля они короткие, более или менее плотно скучены, с тесно расположенными листьями. Преимущественно на них образуются гаметангии. Это верхушечные боковые веточки.

По мере роста стебля, междоузлия увеличиваются и пучки боковых веточек раздвигаются. В пределах каждого пучка наблюдается разграничение их пространственного размещения и функции. Большая часть боковых веточек пучка занимает горизонтальное или слегка наклонное положение. Переплетаясь с подобными боковыми веточками соседних растений, они способствуют поддержанию главного стебля в вертикальном положении. В результате формируется крупная густая плотная куртинка или дерновинка, светло-зеленая, иногда красноватая, буроватая, или фиолетового оттенка. Листья на горизонтальных боковых веточках располагаются более редко, чем на вертикальных.

Имеются также и более тонкие и длинные свисающие боковые веточки, довольно плотно прилегающие к главному стеблю. Листья на них также располагаются более редко. Свисающие боковые веточки способствуют поглощению воды с поверхности и из почвы и быстрой транспортировке ее к вершине главного стебля благодаря капилляности. Ризоидов у взрослого растения нет.

Являясь многолетними растениями, сфагновые мхи никогда не достигают больших размеров. У разных видов высота главных побегов колеблется от 5 до 20 см. Это связано с тем, что по мере нарастания молодых частей побега, его нижняя часть ежегодно отмирает.

Мелкие листья сфагнумов (2–3 мм длиной) прикреплены широким основанием. Они диморфные, веточные не сходны с листьями главного стебля. Основную ассимиляционную функцию выполняют листья верхушечных и горизонтальных боковых веточек. Листья сфагнумов однослойные, лишены средней жилки, но вместе с тем являются высокоспециализированными. Они отличаются от листьев всех других растений изящным равномерно-сетчатым строением. Образованы клетками двоякого рода (рис. 3). Одни клетки живые, зеленые; по форме узкие длинные, слегка изогнутые – хлорофиллоносные. Основная их функция фотосинтезирующая. Между ними располагаются более крупные водоносные, или гиалиновые клетки, занимающие до 2/3 поверхности листа. Они лишены содержимого, пронизаны порами разнообразной формы и размеров у разных видов. Поры могут быть простыми и окаймленными. Различно также их число и расположение в клетке. Для некоторых видов эти признаки могут быть строго постоянными. Первичные оболочки водоносных клеток изнутри утолщены вторичными отложениями в виде колец или спиралей, состоящих из коллоидного вещества гиалина. Отсюда и их второе название – гиалиновые клетки. Такое строение водоносных клеток обеспечивает растению быстрое поглощение и проведение воды с растворенными в ней минеральными веществами, а коллоидный гиалин, обладающий способностью сильно набухать, прочно удерживает влагу. В засушливые периоды влага из водоносных клеток испаряется, а гиалиновые утолщения предотвращают спадание клеток. Водоносные клетки бесцветные. Поскольку хлорофиллоносные клетки занимают лишь 1/3 поверхности листьев, окраска растений многих видов светло-зеленая. Поэтому сфагновые часто называют белыми мхами.

Благодаря наличию водоносных клеток в структуре листа и стебля, наличию свисающих веточек формирующих как бы своеобразный чехол (фитиль) вокруг стебля, вода быстро продвигается вдоль главного и боковых побегов. Установлено, что отдельные виды поглощают воду в 20–30 и более раз больше собственной сухой массы (вата из хлопка – только в 4–6 раз), прочно ее удерживают. Таким образом, анатомо-морфологические особенности сфагнумов в значительной мере обеспечивают постоянство влажной среды, в которой они обитают. Высокой гигроскопичностью объясняется быстрое заселение сфагнумами территорий и развитие болот на участках, где они поселяются.

Сфагновые мхи могут быть двудомными или однодомными растениями. Мужские и женские гаметангии всегда развиваются на разных специализированных боковых генеративных побегах. Располагаются они у вершины главного побега в пучках вместе с вегетативными побегами. Антеридии и архегонии развиваются чаще на концах коротких верхушечных боковых веточек. Антеридиальные ветви довольно резко отличаются от вегетативных несколько большей толщиной. Широкие черепитчато-налегающие листья, в пазухах которых развиваются антеридии, располагаются правильными рядами. Однако, наиболее броские отличия связаны с тем, что эти листья имеют иную окраску – желтоватую, красноватую или темно-зеленую. Антеридии сфагновых мхов по внешнему облику, строению и способу вскрывания более напоминают антеридии облиственных юнгерманниивидных, чем зеленых мхов. Они располагаются на длинных ножках, чередуясь с листьями; шарообразной или овальной формы, покрыты однослойной стенкой. При созревании сперматозоидов стенка верхней части антеридия разрывается на несколько лопастей, которые заворачиваются кнаружи. Из раскрывшегося антеридия выходит большое количество длинных, нитевидных, спирально закрученных двухжгутиковых сперматозоидов.

Архегонии обычно располагаются небольшими группами (по 2–4) на верхушках коротких боковых веточек (верхушечных и частично горизонтальных), окружены крупными покровными листьями. Короткие архегониальные веточки сфагнумов внешне похожи на вегетативные почки. Архегонии имеют такое же строение, как и архегонии зеленых мхов. Они чередуются с нитевидными парафизами.

Гаметангии сфагновых мхов созревают осенью. Оплодотворение совершается осенью или весной следующего года. Архегоний, начавший развиваться раньше других, подавляет развитие остальных. Поэтому на боковых веточках развивается только один спорогон. Гаустория внедряется в ткань гаметофита. Молодой спорогон сверху покрыт тонкой прозрачной разросшейся стенкой брюшка архегония. Ножка спорогона очень короткая и он почти не выдается из окружающих покровных листьев. По мере развития спорогона вершина архегониального побега, в которую погружена гаустория, сильно вытягивается и довольно высоко выносит коробочку. Это удлиненная часть стебля бокового побега гаметофита, лишенная листьев, называется ложной ножкой (так как не сформирована тканями спорофита). Настоящая ножка нередко сведена к перетяжке между гаусторией и коробочкой. По мере роста коробочки стенка брюшка архегония сначала растягивается в длину, а в дальнейшем разрывается в средней части. Верхняя часть брюшка вместе с остатками шейки формирует прозрачный колпачок, прикрывающий сверху коробочку. У сфагновых мхов колпачок сбрасывается рано и он мало заметен. Как выше отмечено, нижняя часть стенки брюшка архегония в виде воротничка остается у основания коробочки, разграничивая морфологически ткани спорофита и гаметофита.

Стенка коробочки многослойная. В эпидерме стенки имеется множество недоразвитых (редуцированных?) устьиц. Клетки эпидермы незрелой коробочки содержат хлоропласты, поэтому молодой спорогон сфагновых мхов отчасти питается самостоятельно. Центральная, большая часть коробочки занята массивной укороченной полусферической колонкой, состоящей из крупных паренхимных клеток. Колонка не доходит до вершины коробочки и сверху над ней помещается своеобразно изогнутая полость, в которой располагается спорангий со спорами. В верхней части коробочки дифференцируется нерезко выраженная круглая крышечка. Граница ее отмечена кольцом, образованным более низкими клетками эпидермы с тонкостенными оболочками. Ко времени созревания спор колонка и другие тонкостенные ткани коробочки разрушаются. Образуется крупная полость, которая заполняется спорами, попадающими из спорангия.

Зрелая коробочка сфагнумов шаровидная, блестящая, у разных видов от красного до черновато-бурого цвета. Споры обычно созревают в июле, августе, реже ранее – апреле и мае. По мере созревания спор стенка коробочки ссыхается. Происходит уменьшение ее поперечного диаметра. Продольные размеры коробочки остаются прежними. Ее шаровидная форма сменяется почти цилиндрической. Это приводит к уменьшению ее объема и увеличению внутреннего давления. Крышечка отбрасывается с большой силой. Выходящий наружу воздух выносит из коробочки споры. Это происходит в теплую солнечную погоду. Споры разносятся ветром. Перистома у сфагновых мхов нет.

Споры сфагнумов округло-тетраэдрические, трехлучевые, одеты двумя оболочками. Внешняя (экзоспорий) – толстая, окрашена в темно-бурый цвет, гладкая. Внутренняя (эндоспорий) – тонкая и бесцветная. Средний размер изоспор около 20–30 мкм.

В природе наблюдается массовое высевание спор. В подходящих условиях спора прорастает, формируя лопастную пластинчатую протонему (предросток), размером до 1 см. Некоторые краевые клетки низа протонемы образуют бесцветные нежные многоклеточные однорядные ветвящиеся ризоиды, отсутствующие у взрослого растения. Они прикрепляют предросток к субстрату, служат также для поглощения и проведения воды с растворенными веществами. На верхней стороне предростка закладывается чаще одна или несколько почек, развивающиеся в дальнейшем в облиственные главные побеги гаметофита.

Молодые побеги, образовавшиеся на протонеме, густо покрыты мелкими листьями. В основании молодых побегов развиваются многоклеточные ризоиды. С началом ветвления побегов, формирование новых ризоидов прекращается. Взрослые растения их полностью лишены. На уровне 4–5 листа молодого побега закладывается боковая почка. Начав в дальнейшем развиваться, она неоднократно расчленяется и в результате образуется мутовка боковых веточек. Молодые листья почки образованы однородными зелеными клетками ромбовидной формы. Позднее по мере развития листа, начинается их дифференциация на хлорофиллоносные и водоносные клетки.

Для сфагновых характерно усиленное вегетативное размножение. К вегетативному размножению способны протонемы сфагнумов (краевые клетки могут развиваться в нити, дающие новые пластинчатые предростки). Каждый из которых может развить по нескольку главных побегов. Поэтому сфагновые мхи произрастают густыми куртинами, формируя на поверхности почвы (нередко на обширных участках) сплошной плотно сомкнутый ковер.

Некоторые боковые ветви, расположенные под верхушкой главного побега, растут быстрее остальных и при постепенном отмирании стебля снизу дают начало новому побегу (обособляются в виде отдельного растения). Ложно дихотомически разветвленный главный стебель, при отмирании нижней цельной части, образует два молодых растения. Начало новым растениям дают и фрагменты поврежденного стебля. У неповрежденных растений также наблюдали развитие молодых растений из старых частей стебля. В условиях экспериментов из всех частей растения получали вторичную протонему и развитие новых особей.

Отмершие части сфагновых мхов вследствие обводнения, недостатка кислорода и других причин полностью не разлагаются. Обводнение обусловлено тем, что плотно сомкнутая дернина, отличающаяся своеобразием строения, обеспечивает высокое стояние каймы капиллярных вод. В процессе жизнедеятельности сфагновые мхи также образуют много водорастворимых органических кислот (щавелевую, яблочную, янтарную, лимонную) и подкисляют среду. Гиалин также обнаруживает кислую реакцию. Этому способствует и ионный обмен сфагнумов (высвобождаются ионы водорода). В центральной части верхового болота pH часто ниже 4, что необычно для естественных местообитаний. Фенольные соединения сфагнумов также угнетаю бактериальную флору, развитие грибов и обеспечивают высокую сохранность отмерших частей. Этим объясняются и антисептические свойства сфагнумов. В медицине и ветеринарии ранее сфагнум применяли как перевязочный материал (особенно в военное время – готовили сфагново-марлевые повязки, которые способствовали быстрому заживлению ран и нарывов). Заживлению содействуют и превосходные абсорбирующие свойства мха.

В анаэробных условиях (в перенасыщенной влагой закисленной среде) мало разложившиеся остатки накапливаются в виде торфа. Благодаря процессу трофонакопления, сфагновые часто называют торфяными мхами. Сфагнум магелланский (S. magellanicum) и с. бурый (S. fuscum) – основные торфообразователи на верховых болотах умеренного пояса Северного полушария.

Как отмечено, торф находит разнообразное применение в хозяйственной деятельности человека. Сухой сфагновый мох и торф используют для подстилки домашних животных, торф – как сырье для изготовления теплоизоляционных плит, получения кормовых дрожжей, для приготовления компостов. Торф верхового болота – стерильный субстрат для оранжерейных овощных и декоративных растений. Он может вмещать любой комплекс микро- и макроэлементов. Можно регулировать кислотность. Патогены на нем не развиваются. Садоводы нередко смешивают почву со сфагнумом для увеличения ее водоудерживающей способности и кислотности.

Значительные запасы торфа используются в качестве химико-технологического сырья, для получения различных восков, активированных углей, технического спирта, наполнителей полимеров, катализаторов, органических красителей и многих других. В последние десятилетия получило признание использование особо ценных торфов для лечебных целей – торфо-грязевых ванн, получения медицинских препаратов.

Сфагновые мхи являются мощными средообразователями. Увеличивая кислотность местообитания, синтезируя фенольные соединения, они оказываю сильное влияние на биохимические взаимоотношения с другими растениями. В торфе накапливаются вредные для растений продукты неполного разложения (гуминовые кислоты, метан, сероводород). Из-за слабого разложения остатков растений почвы верховых болот бедны элементами минерального питания. Они также характеризуются избытком влаги, плохой водо- и теплопроводимостью, недостатком кислорода. Нехватка азотного питания приводит к нарушению у растений регуляторных механизмов водного обмена. Постоянное нарастание торфа позволяет обитать на верховых болотах растениям, способным к постоянному новообразованию органов (придаточных корней, почек возобновления). Моховая дернина часто не позволяет корням достигнуть поверхности почвы и проростки многих растений погибают. Таким образом, условия обитания на сфагновых (верховых) болотах для большинства растений являются неблагоприятными. Флористический состав их беден.

Род Сфагнум является космополитом. Сфагновые мхи широко распространены по земному шару, от тропических до арктических и субантарктических регионов. В тропиках они встречаются только в горах. Они широко представлены на равнинах умеренной и холодной зон, особенно в Северном полушарии, занимая обширные пространства в Евразии и Северной Америке. В северной половине лесной зоны, лесотундре они формируют обширные верховые и переходные болота. В тундровой зоне изменяется их состав; роль сфагнумов в сложении растительного покрова резко снижается (среди мохообразных начинают преобладать зеленые мхи). Также довольно широко распространены сфагнумы в умеренных широтах Южного полушария – на болотах Новой Зеландии, о. Тасмания, Южной Америке (Патагония, о. Огненная Земля). Здесь они обитают чаще высоко в горах (большей частью на границе леса), реже – на равнинах. В Андах сфагнумы встречаются до высоты 4 200 м над уровнем моря.

По сравнению с другими мохообразными, сфагновые характеризуются узкой экологической амплитудой (верховые и переходные болота, заболоченные, преимущественно хвойные леса). Поселяясь на влажных местообитаниях многие виды сфагновых (как и зеленых) способствуют быстрому заболачиванию этих территорий, благодаря особенностям их строения и физиологии. Кислая реакция субстрата является нередко необходимой для роста и развития сфагнумов. Их споры прорастают только на кислом субстрате.

В Беларуси 35 видов сфагнумов. Наиболее известные – с. магелланский, с. узколистный (S. angustifolium), с. дубравный (S. nemoreum), с. оттопыренный (S. squarrosum). Два вида занесены в Красную книгу. Преобладают на верховых и многих переходных болотах, широко распространены в тенистых заболоченных лесах, реже на влажных лугах, низинных болотах. Распределение болот с участием сфагновых мхов на территории Беларуси зональное. С севера на юг их площади резко сокращаются.

Сфагновые составляют четко очерченную группу высших споровых растений, очень давно отделившуюся от основной линии эволюции мохообразных. На основе низкого эволюционного уровня, они прошли длительный путь тонкой специализации, обеспечившей формирование и совершенствование наружной проводящей системы. Активное поглощение и продвижение воды у них основано исключительно на физических, а не физиологических законах. Как и для многих печеночных мхов, для них характерен чрезвычайно своеобразный для высших растений водный режим (так называемого пойкилогидрического типа). Однако по сравнению с печеночниками, у сфагновых сформировались новые анатомо-морфологические структуры и приспособления – водоносные клетки листа и стебля, дифференциация свисающих боковых веточек и т. д. Процесс водоснабжения у сфагновых более разнообразен и биологически более выгоден. Водный режим эволюционно более продвинутых, по сравнению со сфагновыми, высших растений, обладающих внутренней проводящей системой (плауны, хвощи и последующие группы) основан на физиологических законах. В процессе эволюции они сформировали еще более высокоорганизованные структуры, позволяющие им в совершенстве использовать влагу более засушливых местообитаний.

Мхи. Плауны. Хвощи. Папоротники

Растения, о которых рассказывается в этой небольшой книжке, — мхи, плауны, хвощи и папоротники — знакомы многим из вас. Вы можете видеть их в лесу и в парках, а также в классных комнатах или дома, в разных общественных помещениях.

И вероятно, каждый раз, сравнивая эти красивые, живописные растения с другими, рядом растущими и цветущими, многие из вас испытывали удивление и любопытство. Возникало желание узнать, почему же среди легких, ажурных или среди крупных, раскидистых резных листьев нет ни одного, хотя бы совсем маленького, цветка. Но сколько бы мы ни разглядывали и ни изучали эти несколько таинственные привлекательные растения, цветков не обнаружим.

Мхи, плауны, хвощи и папоротники — представители большой и особой группы очень древних растений — споровых. У этих растений, в отличие от покрытосеменных (цветковых), никогда не формируются цветочные почки, не раскрываются цветки и не созревают плоды и семена.

Однако если бы в очень далеком прошлом Земли не возникли и не распространились споровые растения, то сейчас не украшали бы нашу планету их потомки — замечательные цветковые растения, которые произрастают в самых разных природных условиях всех климатических зон.

Споровые растения, представляя собой один из этапов эволюции растительного мира Земли, помогают нам понять, какой была наша планета на протяжении палеозойской и практически всей мезозойской эры. Это было время господства споровых растений. И только в конце мезозоя возникли эволюционные потомки споровых — первые, еще плохо развитые цветковые растения, которые потом на протяжении кайнозойской эры завоевали всю нашу планету.

Споровые, заселив не только увлажненные участки суши, но и некоторые водоемы, благополучно продолжают существовать практически во всех природных системах.

Отдел Моховидные, или Мхи

Общая характеристика мхов

Вероятно, вы согласитесь с тем, что когда мы говорим о мхах, то чаще всего представляем невысокие зеленые кустики, растущие на болотах рядом с краснеющими ягодами клюквы или в сумрачном, тенистом лесу с сырой почвой.

Мхи распространены повсюду, кроме морей и очень засоленных почв. Сплошными коврами они покрывают почву в тундрах, хвойных лесах и на болотах. Некоторые виды мхов в процессе эволюции успешно приспособились к существованию на дне водоемов. Мелкие мхи могут поселяться на коре деревьев, на камнях, даже на песчаной почве, образуя плотные дернинки, похожие на живописный зеленый бархат, который в любое время года не теряет своей свежей привлекательной окраски.

Мхи могут выживать после сильных морозов и засухи, но растут и размножаются только при наличии тепла и влаги.

Не являясь основной, магистральной линией развития растительного мира на Земле, современные мхи, численность которых составляет примерно 25 тыс. видов, занимают и прочно сохраняют особое место в природе, оказывают заметное воздействие на среду обитания многих других растений и животных.

Почти все моховидные являются многолетними травянистыми растениями, только несколько их видов относятся к однолетним.

Строение мхов довольно простое. Листостебельные мхи состоят из стебельков, покрытых мелкими листочками. Стебельки отсутствуют у мхов, которые относятся к классу печеночников, большинство их видов имеют таллом, или слоевище.

Моховидные, как самостоятельный отдел высших растений, резко отличаются от представителей других отделов высших растений (споровых, цветковых и голосеменных) тем, что тело и листостебельных мхов, и слоевищных представляет собой половое поколение, называемое гаметофитом.

Еще одной интересной особенностью отличаются моховидные от своих растительных собратьев, проявляющейся в том, что гаметофит как половое поколение и спорофит как бесполое составляют единое целое растение. Спорофит тесно связан с гаметофитом, развивается на нем, получая от него питательные вещества.

Где же располагается спорофит? Рассматривая хорошо развитый экземпляр мха любого вида, мы можем заметить небольшие коробочки, которые на тонких ножках возвышаются над растением.

Коробочка и ножка, нижняя, обычно расширенная часть которой внедряется в ткань гаметофита, — это и есть спорофит, который у моховидных называется спорогоном. У разных видов мхов коробочки отличаются формой и размером.

При созревании спор коробочка вскрывается, и споры высыпаются наружу и рассеиваются ветром. Причем способы раскрытия спороносных коробочек у каждого вида мха свои.

Большинство моховидных имеют размеры от 1 мм до нескольких сантиметров. Обычно высота наземных мхов не превышает 15–20 см; есть виды, побеги которых вырастают до 60 см и более. И только побеги водяных мхов из рода Фонтиналис (Fontinalis), которые растут в проточной воде, иногда могут иметь стебли длиной до 90 см.

Низкорослость большинства видов моховидных не случайна — воду из почвы мхи добывают с определенными трудностями, потому что у них отсутствуют настоящие корни.

Всасывание воды и прикрепление к почве (или к какому-либо субстрату: камням, коре и др.) у мхов осуществляется с помощью корнеобразных выростов — ризоидов.

Стебельки и листочки тоже могут поглощать влагу из окружающей среды.

Основная функция протонемы — массовое образование гаметофитов, которые создают густые моховые дернинки; с помощью протонемы может осуществляться вегетативное размножение мхов.

Очень интересное явление наблюдается у некоторых видов мхов, протонемы которых остаются на протяжении всей жизни гаметофитов. Например, постоянная протонема мха схистостега перистая обладает удивительным таинственным свойством — ночным свечением. Мхи этого вида обильно произрастают в горах Средней Европы, где в расщелинах скал и в пещерах с наступлением темноты наблюдается завораживающее волшебное свечение.

И до тех пор, пока ученые не разгадали причину такого любопытного и завораживающего явления, оно порождало массу легенд, сказок и предрассудков о волшебниках и гномах, которые охраняют удивительные, зачарованные сокровища, недоступные людям.

Ученые сначала предположили, что свечение протонемы этого вида мха обусловлено фосфоресценцией, но нет, молекул фосфора не обнаружили, тщательные исследования выявили, что свечение обусловлено особым строением пластинчатых структур протонемы, состоящих из линзовидных клеток с выпуклой передней и воронковидной задней стенкой.

В задних углах таких клеток размещено 4–6 хлоропластов. Пластинчатые структуры с такими интересными клетками направлены против падающего света, лучи которого, преломляясь сферической передней стенкой клеток, направляются на хлоропласты. Проходя сквозь хлоропласт и отражаясь задней стенкой, солнечные лучи приобретают зеленоватое свечение, которое в темноте воспринимается как таинственные переливающиеся огоньки.

Читайте также: