В чем различие между весенним и летним побегами хвоща полевого

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Мы привыкли к тому, что почти все растения, окружающие нас, имеют зеленые листья . Хвощи, например полевой, часто встречаются на полях, по обочинам дорог, в канавах. Они пушистые, напоминающие зеленые елочки. Однако если спросить ученого ботаника, какие листья у хвоща, то вы удивитесь его ответу. Зеленые, длинные и узкие, расположенные мутовками веера – это боковые побеги. Чтобы увидеть листочки, придется присмотреться.

Фото 1. Вегетативные побеги хвоща полевого. Где здесь листья?

Спороносные и вегетативные побеги

Нередко мы встречаем в лесах, на болотах и влажных лугах приятные мохнатые веточки зеленого цвета. Это вегетативные активно фотосинтезирующие побеги хвоща полевого или лесного. Эти же виды образуют еще и спороносные побеги с колоском на верхушке, где формируются споры. В них фотосинтез идет по минимуму, поэтому зеленых частей мало. Главная задача для этих побегов – обеспечить образование и созревание спор, т.е. половое размножение.

Фото 2. Генеративные побеги Х. полевого с темно-бурыми зубцами — видоизмененными листьями.

Вегетативные же побеги напоминают веточки с тонкими длинными листочками, сидящими на стебле мутовками, т. е. окружают его со всех сторон. На самом деле это не листья, а небольшие боковые побеги – ребристые стебельки. Ребрышки нужны для увеличения фотосинтезирующей поверхности, чтобы растение максимально запаслось питательными веществами. Эти вещества пригодятся корневищам, из которых потом будут вырастать новые экземпляры, обеспечивая вегетативное размножение и спороносные стебли, которые сами почти не фотосинтезируют.

А листья — чешуевидные, со сросшимися вокруг главного побега влагалищами, заканчиваются зубчиками. Их трудно заметить. Легче рассмотреть, какие листья у хвоща на спороносных побегах.

Листья весенних побегов мелкие и чешуевидные

Такие побеги у вида Х. полевого появляются весной, до того, как вырастут зеленые фотосинтезирующие стебли. Они представляют собой длинную цилиндрическую трубку с колоском на верхушке, где и образуются споры. На стеблях хорошо заметны окружающие их со всех сторон листовые влагалища, а наверху их – 8 – 9 бурых зубцов. Но с точки зрения ботаников – это все же листья, пусть и видоизмененные, чешуйчатые или пленчатые.

Фото 3. Фрагмент генеративного стебля.

Какие листья мы видим у хвоща полевого

Итак, делаем выводы. Хвощ полевой образует два типа побегов:

Спороносные (в апреле – мае).
Вегетативные (в конце весны — летом).

Спороносные – это стебли с колоском на вершине. Они состоит из узлов и междоузлий. Листья – чешуйчатые, их зубчики расположены в основании узлов мутовками. Узел стебля скрыт под сросшимися листовыми влагалищами.

Вегетативные побеги – это стебли с мутовками узких боковых веточек зеленого цвета. Они нужны для фотосинтеза. Листочки хвоща чешуйчатые, расположены в узлах стебля, сросшиеся. Мы видим лишь пленчатые (чешуйчатые) зубчики вместо развитой листовой пластины зеленой окраски.

Фото 4. Хвощ лесной. Мутовка боковых побегов, а над ней — пленчатые буроватые листочки.

Еще немного интересных фактов

Хвощей (род Equisetum) существует около 30 видов, все они в настоящее время – травянистые растения. В России встречаются часто Х. полевой, луговой, лесной, болотный и др. Лесной, также как и полевой, образует две генерации побегов – спороносные и вегетативные, только, в отличие от полевого, они появляются одновременно. У других хвощей, например, болотного и ветвистого, все побеги одинаковые и колоски со спорами образуются на зеленых стеблях. Однако, что касается листьев, закономерность одна – они мелкие и чешуйчатые.

Среди этих растений встречаются съедобные. Хвощ приречный – пища лосей в весенний период, лошади, вообще, любят все их виды. Кроме того, подземные побеги Х. полевого были найдены в сосудах из раскопок древних погребений. Вероятно, их употребляли в пищу. Также известно, что это растение использовали для окраски ткани в серо-желтый цвет. Хвощ полевой — Equisetum arvense L. официально является лекарственным растением (диуретическое, противомикробное, кровоостанавливающее средство), включенным в фармакопею РФ.

Хвощ (Equisetum) — единственный современный род сосудистых споровых растений, чаще выделяемый в самостоятельный отдел Хвощевидные. В его состав входит два подрода, отличающиеся расположением устьиц на поверхности эпидермы. Насчитывается всего 32 ныне живущих вида хвощей, 17 из которых встречаются в России.

Так же как плауны и папоротники они появились около 300 млн. лет назад, достигли расцвета в карбоне. Вымершие хвощи (каламиты) были древовидными, высотой до 20 м, в их стволах присутствовал камбий, образующий вторичную кору. Наряду с плаунами они участвовали в образовании залежей каменного угля.

Из-за зависимости полового размножения от наличия внешней воды, хвощи предпочитают влажные места обитания. Они растут в лесах, на полях, у рек и болот Евразии, Северной и Южной Америки, Африки, нет их в Новой Зеландии и Австралии.

Современные хвощи — травянистые растения, размером от 5 см до 12 м. Высокими они становятся во влажных тропических лесах, но при этом они не могут поддерживать себя самостоятельно, приобретая форму лиан или просто опираясь на соседние деревья. Южноамериканский Е. giganteum и некоторые другие тропические виды, будучи лазящими растениями, достигают 12 м в длину, тогда как высота (Е. telmateia) вида, обитающего в Германии, может быть равна максимум 2 м.

Южный хвощ гигантский.
Автор: JMK, CC BY-SA 3.0

Общая характеристика хвощей

Тело спорофита хвоща делится на побег и придаточные корни. Побег в свою очередь имеет следующие органы:

стебли;
листья;
корневища — как вертикальные так и горизонтальные (истинные);
стробилы.

Все хвощи — многолетние травы, но у одних из них зимует только корневище, а у других много лет живёт всё растение полностью. У хвоща полевого, как и у других видов с однолетними надземными частями, короткие боковые веточки подземных корневищ превращаются в округлые зимующие клубни, содержащие запасные вещества. Имеются и вечнозеленые виды (например, Е. hyemale).

По характеру надземных побегов хвощи делятся на две группы. У одних все надземные побеги однотипные — жёсткие, вечнозелёные, на них весной появляются стробилы. У других существуют генеративные и вегетативные побуги, отличающиеся по набору пигментов, а значит и по цвету, по времени появления и по длительности жизни. Но у некоторых хвощей они различаются только наличием или отсутствием стробил.

Общие черты всех хвощей:

преобладание в жизненном цикле диплоидного спорофита;
гомоспоровость — внешне все их споры одинаковы, но различны физиологически;
наличие спорофиллов особого строения — спорангиофоров ;
чёткое отличие спорофиллов от трофофиллов;
наличие подвижных многожгутиковых сперматозоидов;
зависимость оплодотворения от внешней жидкой воды;
ребристые стебли метамерного строения со вставочным ростом: длинные междоузлия чередуются с узлами, в узлах находится вставочная меристема. Стебли хвощей бывают как фотосинтезирующими, так и нефотосинтезирующими;
чешуйчатые мелкие сильно редуцированные, сросшиеся в трубку листья, расположенные в узлах стеблей мутовками. Листья — это не та часть, которую мы ими считаем, от узлов мутовками, как иголки у ели, отходят не листья, а боковые побеги. Из-за редукции листьев, фотосинтез происходит в стеблях;
наличие в оболочках клеток эпидермы и механической ткани кроме крахмала ещё и кремнезёма. Он играет защитную и механическую роль. Поддерживает растение и уменьшает степень поедания его животными.

Тканевое строение хвощей по сравнению с плаунами несколько усложняется, а внутри их стебля находятся воздухоносные полости. Их проводящие пучки очень бедны ксилемой. Самые старые части их ксилемы вскоре исчезают, и на их местах образуются крупные полости, которые на поперечном срезе стебля выглядят как кольцо так называемых каринальных полостей. В расширенной сердцевине возникает большое воздухоносное межклеточное пространство (сердцевинная полость), а в первичной коре — кольцо из так называемых валлекулярных (ложбиночных) полостей (под ложбинками на поверхности побега).

Тканевое строение междоузлия стебля хвоща следующее:

снаружи расположена эпидерма, состоящая из клеток с сильно утолщёнными стенками и устьиц из четырёх клеток;
ниже лежит первичная кора, построенная из механической и фотосинтезирующей тканей, в состав которых входят живые клетки;
одно или два кольца однослойной эндодермы;
проводящая система, представленная артростелой. Ксилема закладывается в трёх центрах, она состоит из трахеид, а флоэма построена из ситовидных элементов и паренхимы. В узлах же в ксилеме есть и своеобразные сосуды.

Заростки хвощей очень маленькие, размером с булавочную головку, представляют собой сильно рассеченные дорсовентальные курчавые пластинки, которые могут быть однодомными или двудомными. Их развитие до половой зрелости длится всего от 3 до 5 недель — очевидно, столь быстро для того, чтобы как можно скорее завершить гаметофитную фазу, чувствительную к наличию воды и низко конкурентоспособную по отношению к мхам.

Антеридии погружены в ткань заростка, архегонии выступают над его поверхностью. Спиралевидные сперматозоиды возникают в количестве примерно 250 — 1 ООО на антеридий и имеют многочисленные жгутики. Заростки могут быть обоеполыми, мужскими или женскими. Развитие того или другого типа заростка из внешне одинаковых спор зависит только от внешних условий, чаще всего от освещённости. Споры снабжены элатерами — пружинящими выростами, способствующими распространению спор при помощи ветра.

Хвощ полевой

На примере хвоща полевого (Equisetum arvense) разберем строение и размножение хвощевидных.

Бесполое и половое размножение

Жизненный цикл хвоща полевого

Для хвощей характерна равноспоровость. Вначале щитки сидят плотно, затем к моменту созревания спор стержень колоска удлиняется, стенки спорангиев вскрываются и споры рассеиваются.

Каждая спора имеет две элатеры (пружинки) — части третьей оболочки. Во влажную погоду они прилегают к споре, а в сухую — раскручиваются как пружинки и сцепляются с элатерами соседних спор. В таком виде споры разносятся ветром.

Во влажной среде спора прорастает в гаметофит, у плаунов, хвощей и папоротников называемый заростком. Гаметофит хвощей наземный, врастает в субстрат при помощи ризоидов. У хвоща полевого он однодомный — на его поверхности имеются антеридии и архегонии. В присутствии капельно-жидкого оксида водорода происходит оплодотворение и из зиготы формируется спорофит. Спорофит хвоща зависит от гаметофита до тех пор, пока не сформирует ассимиляционные ткани.

Хвощи размножаются и вегетативно, с помощью корневища, образуя при этом обширные заросли. Старые участки корневищ отмирают и материнское растение распадается на клоны. Именно это свойство хвощей и делает их злостными сорняками и врагами огородников.

Вам будет интересно

Ботаника — это комплексный раздел биологии, изучающий растения. Как наука она появилась на базе практических…

Плаун, или Ликоподиум (Lycopоdium, от Lycos — волк, Podos — нога) — это род класса…

Плод — это генеративный орган отдела Покрытосеменных, аналогов которому нет в других группах растений. Он…

Бурые водоросли (Phaeophyceae) — это класс отдела Охрофитовые водоросли (Ochrophyta), самостоятельного царства Хромиста (Chromista), выделенный…

В те времена, когда в лесах росли огромные папоротники, также росли гигантские древовидные хвощи и плауны. Эти растения также участвовали в образовании каменного угля.

Весенние побеги появляются ранней весной и используют накопленные в корневище питательные вещества. Их стебель имеет коричневый цвет, потому что в нём нет хлорофилла. Стебли имеют членистое строение, каждый фрагмент которого завершает мутовка чешуйчатых листьев. Весной на верхушках побегов появляются похожие на колоски образования — спорангии , в которых развиваются споры . Когда споры созревают и высыпаются, весенние побеги отмирают.

Летние побеги вырастают летом и зеленеют до осени. У них зелёный членистый стебель, в котором осуществляется фотосинтез. Листья чешуйчатые без хлорофилла.

Стебель хвоща грубый и острый, так как содержит кремний. В прежние времена его использовали для чистки посуды.

Древние и самостоятельные растения хвощи и плауны внешне очень схожи, в этом можно убедиться, взглянув на изображение в энциклопедии, на фото или рисунок в учебнике по ботанике. Но схожесть этих двух растений на самом деле обманчива. В чем же их отличия? В этом стоит разобраться!

Отдел хвощевидных и его представители

Хвощевидные относятся к отделу папоротниковидных высших споровых растений, одних из первых, некогда обитавших на Земле.

Из хвощевидных самым распространенным сейчас остается класс хвощовых, представителем которого является хвощ.

Представители высших споровых хвощевидных растений – папоротники, мох и плауны, занесены в Красную книгу РСФСР, как редкий вид живых ископаемых.

Заболоченная или кислая почва, леса с густой кроной - это основные места для произрастания хвощовых, представляющих собой большую часть травостоя, нежели другая растительность.

Строение хвощевидных растений

По своему строению, тело хвоща имеет стебель с ярко выраженным его разделением, то есть четким чередованием междоузлий и узлов. Из осевого органа стебля в его узлах образуются чешуйчатые листья и ветви.

Благодаря пропитанной кремнеземом кожице стенок стебля, увеличивается его ребристость и жесткость. Фотосинтез, преобразуя энергию света в химическую связь всех необходимых веществ в стеблях и ветвях хвоща, делает растение более плотным.

Корневая система с клубнями или с придаточными корнями очень развита, что затрудняет борьбу с данным растением, но позволяет ему переносить лесные пожары.

Размножение и развитие хвощей

У растения существует два способа размножения:

Вегетативный, где органом служат корни и клубни.

Спороносный, где органами размножения выступают спороносные колоски.

Как представитель высших споровых, хвощ обладает сложным жизненным циклом. Растению свойственны непрерывность жизни, как у вегетативного побега, и чередование поколений (бесполого и полового).

Летом преобладает вегетативное размножение, когда побеги растут над земной верхушкой. Летний побег - ассимилирующий, ветвистый, состоит из члеников и узлов, из которых ответвляясь растут такие же расчлененные ветви, размножается под землей. Его корни врастают вглубь земли на расстояние до 1 метра.

Весенний побег - спороносный, не ассимилирующий и не ветвистый, размножается за счет верхушек спороносных колосков. В этих колосках проходит процесс, называемый спорофитом, при котором происходит оплодотворение клетки, и появляется спора.

Спороносный колосок хвоща

Зеленая шаровидная по форме спора, с четырьмя усиками, прорастает в женские или мужские проростки, из которых появляется взрослый вид хвоща. Ветер – хороший помощник для размножения спороносных побегов.

Примеры хвощевидных растений

Данный род вмещает в себя около 32-х видов, известных в Южной Африке, Северной и Южной Америке, Евразии и Арктике: болотный, приречный, древовидный, лесной, камышовый, луговой, большой, пестрый, многощетинковый, ветвистый, зимующий, гигантский, тростниковый, раскидистый, боготский, Мура.

Хвощ Плантариум

Хвощ может достигать невероятных размеров - от нескольких сантиметров до 12 метров в высоту.

Так, самым высоким из ныне существующих растений является гигантский хвощ, достигающий 12 метров. Растут такие представители в самых благоприятных для себя влажных тропических и субтропических регионах.

Общая характеристика плауновидных

Растения из отдела плауновидных - вечнозеленые и многолетние. Более всего плаун был распространен в конце каменноугольного и девонского периодов, и представлял собой высокое древовидное растение.

Плаун Альпийский

На данный период количество видов этого растения снизилось до 400 экземпляров, и вырастают они в высоту не более чем на 30 сантиметров.

Строение плауна

Плауны представляют собой ползучие и ветвящиеся стебли, на которых по спирали вырастают листья разнообразной формы (ланцетовидные, линейные, очередные).

Корневая система состоит из дополнительных корней, произрастающих от стеблей. Верхушки побегов обрамлены чешуйками, видоизмененными листьями (спорангиями), которые являются органами бесполого размножения.

Как размножаются плауны

Развитие плауна напрямую зависит от попадания в него грибного гифа, который обеспечивает ему питание органическими веществами.

Размножаются плауны:

вегетативно (укоренение ветвей);

Произрастание спор плаунов происходит около 8 лет после попадания в почву. Но в основном плауны размножаются побегами.

Представители плаунов

Среди ползучего растения большое разнообразие видов, но особо распространенными считаются: плауны – годичный, булавовидный, темный, сплюснутый, баранец и колючий плаун.

Плаун булавовидный

Где обитают хвощи и плауны

Хвощи и плауны растут только там, где достаточно влаги, так как она необходима для размножения. Поэтому встретить эти растения можно в глухих и влажных частях леса, в болотистой местности, на заливных лугах или лугах, чья почва имеет повышенную кислотность, так же в тропиках и субтропиках.

Плаун годичный

Плауны на территории России встречаются в хвойных и влажных лесах, реже на заливных лугах. Основная область их обитания – тропики.

Как человек использует плауны и хвощи

Вымерший древовидный хвощ через века преобразовался в каменный уголь. Залежи этого угля в жизни человека служат не только как топливо, но и как ценное химическое сырье.

Некоторые современные медицинские препараты, способствующие водно-солевому обмену, помогающие при сердечной недостаточности, кровоостанавливающие, ранозаживляющие, мочегонные, в своём составе содержат полевой хвощ.

Живописцы и столяры нередко используют стебли высушенного хвоща для шлифования поверхности, так как он содержит кремний.

В отличие от хвоща, плаун намного популярнее, он чаще используется в научной и народной медицине, в ветеринарии, в косметологии и пиротехнике. Также он обладает красильным веществом, из его стеблей добывают синюю краску, используемую в текстиле.

Читайте также: