Как проходит жизненный цикл папоротника — стадии развития и размножения

Папоротники

Папоротники относятся к наиболее древним споровым растениям. Обитают в самых разнообразных экологических условиях: в заболоченных местах и водоемах, лесах тропического и умеренного климата. Наиболее известные представители – щитовник мужской, орляк, страусник. В жизненном цикле папоротников, хвощей, плаунов доминирует спорофит.

Расцвет папоротников произошел около 358 млн лет назад и длился примерно 65 млн лет, в честь папоротников назван период палеозойской эры – карбон, или каменноугольный период, который длился указанный промежуток времени. Именно папоротникам принадлежит активная роль в углеобразовании: в карбоне леса заселяли древовидные папоротники, достигавшие 40 и более метров в высоту.

Древесные формы папоротников сохранились до наших дней, однако большинство представителей – травянистые растения, у которых отсутствует камбий, а значит, нет и вторичной древесины.

Папоротники относятся к группе сосудистых растений, так как имеют жилки – сосудисто-волокнистые пучки, в отличие от мхов, которые не имеют жилок и не являются сосудистыми растениями. Механическая прочность обеспечивается отложением склеренхимы вокруг проводящих пучков (жилок).

В отличие от мхов, папоротники имеют проводящую ткань в стеблях и корнях, состоящую из ксилемы и флоэмы. Заметьте, я написал “корень” – у мхов не было и корней, вместо них были ризоиды, выполняющие аналогичную корням функцию. Корни папоротников, хвощей и плаунов всегда придаточные и растут от видоизмененного побега – корневища.

Строение

Рассмотрим строение папоротников на примере типичного представителя – щитовника мужского. Это широко распространенный папоротник, типичный для климата умеренных широт. Представляет собой многолетнее травянистое корневищное растение.

Образован пучком сильно расчлененных листьев, отходящих от корневища. Нарастают листья верхушкой, образуя завитки – “улитки”.

Отметьте, что лист папоротника называется вайя (от греч. baion – пальмовая ветвь). В отличие от настоящих листьев, вайя имеет недетерминированный верхушечный рост. Листья имеют черешок, прикрепляющийся к стеблю, который может продолжаться в рахис – главную ось сложного листа, соответствующую центральной жилке.

Жизненный цикл папоротниковидных

Листостебельное растение папоротника, изображенное выше – спорофит (2n). Спорофит доминирует в жизненном цикле папоротниковидных, в отличие от цикла мха, где спорофит, по сути, является придатком гаметофита (редуцирован). На нижней стороне вайи располагаются спорангии, собирающиеся в сорусы – группы близкорасположенных спорангиев. На спорофите (2n) в спорангии после мейоза образуются споры (n).

В 2012 году группа ученых под руководством Ксавьера Нобли из Университета Ниццы выяснили, что спорангий имеет специальный механизм “катапульты”, споры из него вылетают со скоростью около 10 м/с.

Гаплоидные споры (n) прорастают в заросток (n), небольшую пластинку (несколько мм) сердцевидной формы. Заросток зеленого цвета, способен фотосинтезировать и прикрепляется к почве ризоидами. На нем образуются мужские и женские половые органы – соответственно антеридии и архегонии. Сперматозоид (n), образовавшийся в антеридии, благодаря воде (во время дождя) попадает в архегоний, где сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n).

Из зиготы развивается зародыш, который проникает в ткани архегонии с помощью особого приспособления – гаустории (от лат. haustor – черпающий, пьющий). Гаустория представляет собой ножку, внедряющуюся в ткани заростка и поглощающую из него питательные вещества. Начинается бурный рост зародыша, образуется побег, а затем взрослое растение – спорофит (2n). Цикл замыкается.

Значение папоротников

Папоротники являются главным компонентом многих лесных сообществ, звеном в цепи питания – продуцентами (производителями органических веществ). Человек использует папоротник в декоративных целях. Молодые побеги некоторых папоротников съедобны и употребляются в пищу: побеги орляка, листья страусника обыкновенного.

Щитовник мужской имеет медицинское значение: из его корневищ изготавливают противогельминтный препарат.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Жизненный цикл развития папоротника

Сегодня мы рассмотрим строение папоротника, цикл его развития и поговорим о разнообразии отдела папоротникообразных. Чтобы детально разобраться в жизненном цикле папоротника, необходимо вспомнить строение его основных органов.

Подземная часть папоротника представлена корневищем. От корневища отходят корни. Надземные части представлены особыми листьями. Надо сказать, что у этого растения не совсем привычные нам листья. От обычных листьев всех растений, которые мы можем увидеть за окном, тех растений, которые являются цветковыми, листья папоротника отличаются некоторыми существенными деталями:

1. У папоротника лист растет неограниченное время.
2. На нижней стороне листьев располагаются споры в мешочках спорангиях.

На привычных нам листьях, например, у тополя, у клена, у каких-нибудь травянистых растений вроде подорожника, у всех цветковых растений, мы никогда никаких спорангий со спорами на нижней части листьев не увидим. Поэтому перед нами, как справедливо полагают ученые, не совсем листья. Перед нами особые образования, которые являются чем-то средним между веткой и листом. Папоротники — древние растения. У них эти части ещё не такие совершенные, как у привычных нам цветковых растений.

Листья папоротника называются вайи, именно потому они и получили особое название, что они не совсем такие же листья, как у цветковых растений. С нижней части вайи и располагаются спорангии со спорами. Эти спорангии выглядят, как своеобразная небольшая люстра. Шарики со спорами на тонких ножках действительно выглядят похожими на потолочный светильник.

Кроме того, для защиты служит особый вырост, который на всякий случай, как зонтик, закрывает этот пучок спорангиев. Пучок спорангиев называется сорус, а вырост в виде зонтика, который защищает сорус — пучок спорангиев — называется индузия. Если мы видим спорангии, значит, в чередовании поколений перед нами бесполое поколение — спорофит. У гаметофитов (полового поколения) мы никаких спорангиев бы не увидели.

Пора перейти к циклу развития папоротника

Основные стадии развития папоротника

Из спорангиев, когда в них созревают споры, они начинают вылетать. Сами спорангии удивительно приспособлены для этого. Когда споры в них уже созрели, спорангии особым образом трескаются, а часто, даже ещё и выворачиваются наружу. Споры от этого высыпаются и летят по ветру. Споры очень лёгкие и по воздуху они могут, как пыль, улететь на значительное расстояние от папоротника, от той вайи, где они образовались.

Из спор, когда они падают на влажную почву, начинает образовываться следующее поколение. Вспомним, по чередованию, из спор должно вырасти половое поколение. Оно совершенно не похоже на бесполое. Помните комплимент, которым старуха Шапокляк одарила крокодила Гену? Она сказала: «Это хорошо, что вы зеленый и плоский». Вот так можно охарактеризовать и половое поколение папоротника — крохотная зелёная пластинка примерно с ноготок размером, немножко похожа на сердечко.

Главное, что есть у этого маленького, плоского, зелёного сердечка, находится не с верхней стороны, а с нижней. От нижней стороны гаметофита — этого зелёного плоского сердечка — отходят тонкие ниточки. Это не корни — это ризоиды, те самые ризоиды, о которых можно услышать у водорослей или мохообразных. У гаметофита (полового поколения папоротников), настоящих корней нет. Он прикрепляется к почве ризоидами — теми же органами прикрепления, что были у древних растений — его предков.

Увидим мы здесь и более важные части, например, небольшие мешочки, в которых должны созревать яйцеклетки, ведь перед нами половое поколение. Мы должны найти, где здесь образуются половые клетки. Итак, яйцеклетки созревают недалеко от выреза, который делает нашу пластинку похожей на сердечко. Рядом, но ближе краешку, располагаются другие мешочки. В этих мешочках, которые идут по краю, созревают сперматозоиды. И вот здесь, понятно почему, у гаметофита такое строение и почему он такой плоский.

После дождя вода затекает под тонкую пластинку и некоторое время там остаётся. Образуется влажная среда, в которой сперматозоиды из своих мешочков переплывают к яйцеклеткам. Итак, перед нами гаметофит. Этот гаметофит — обоеполый, то есть он гермафродитный, и под ним образуется влажная среда, в которой по этой водяной плёночке переплывает сперматозоид к яйцеклетке. Это означает, что происходит оплодотворение и там, где только что были яйцеклетки, уже образуются зиготы, то есть, оплодотворённые яйцеклетки, первые клетки нового будущего организма.

Заключение

• Из зиготы, в чередовании поколений, всегда вырастает спорофит — новое бесполое поколение. Вот и замкнулся жизненный цикл папоротника. После оплодотворения из зиготы мы снова можем перейти к крупному папоротнику — к бесполому поколению, с которого мы и начинали.
• Заметим, что у мохообразных, долгоживущим и относительно крупным, является половое поколение — гаметофит, а спорофит мохообразных — маленький и паразитирует на гаметофите. У папоротникообразных всё наоборот: крупным и долгоживущим является бесполое поколение. А половое поколение папоротникообразных — крохотное, маленькое и достаточно быстро отмирает.
• Можно сказать, что папоротникообразные в развитии поколений, в отличие от мхов, сделали ставку на бесполое поколение. Именно оно, как говорят учёные, доминирующее, господствующее, то есть, долгоживущее и долго не отмирает. А половое поколение живёт очень короткой жизнью и, можно даже сказать, нужно только для того, чтобы провести оплодотворение.

Строение и жизненный цикл развития папоротника

Папоротник постоянно считался довольно любопытным растением. Эти старейшие жильцы нашей планеты зародились на Земле тысячи лет назад. Они обитают в тенистых уголках. В древние времена произрастали величественные древовидные папоротники. В современной флоре хоть и есть подобные виды, но их осталось немного. Современный папоротник превратился в декоративный комнатный или садовый цветок. Следует внимательно рассмотреть и описать жизненный цикл папоротника.

Описание растения

Папоротники часто используют для декорации ландшафта. Они неприхотливы по своей природе, весьма красивы и разнообразны. Папоротники иногда называют орляками за их перистый рисунок листвы, напоминающий крылья орла. Одним из самых распространённых видов папоротника, является «Щитовник». Папоротники — самый крупный класс плаунов. Они похожи на мхи, но при этом не являются ими.

У этого красавца есть много полезных качеств. Содержащийся в них белок, с лёгкостью усваивается человеческим организмом и придаёт ему тонус. Также известно его благотворное влияние на нервную систему человека.

Местом зарождения папоротникообразных считают Северный Китай и Дальний Восток. Однако, самое увлекательное в этом представителе флоры — это процедура его размножения, называемая циклом развития.

Стадии цикла размножения

Произрастает папоротник весьма занимательным способом: его перистые листья (вайи) лезут прямо из почвы, без ствола и стебля. Поначалу вайи чем-то похожи на раковину моллюска, постепенно они распрямляются и начинают напоминать простой крючок до того момента, пока совсем не распустятся. Несмотря на невероятные легенды и мифы, цветков на папоротниковидных никогда не бывает, а размножение происходит за счёт спор.

Типы размножения

Все этапы, стадии и фазы называются циклом жизни папоротника, который он проходит от прорастания первичного листика до появления взрослого и зрелого экземпляра способного к размножению. Этот цикл развития называется замкнутым и разделён на два типа:

Оба типа серьёзно различаются между собой. При всём этом, именно папоротником того вида, который известен всем, считается поколение, развитое бесполым образом. Такие растения называются спорофитами.

Для рождения новой особи на обороте листа взрослой и созревшей для размножения особи должны появиться споры, которые потом постепенно развиваются. В такой споре гаплоидный или гаметический (одинарный) набор хромосом. Эта фаза на жизненном пути папоротника, несомненно, самая важная. Без созревших спор у папоротника не будет потомства.

Эти зародыши бесцветковых растений располагаются в своеобразном «пакетике», который со временем лопается, и споры разлетаются по сторонам. В живое растение превратятся не все зародыши, а только попавшие в благоприятную среду, где тепло, влажно и безветренно. Но такие обстоятельства складываются редко.

В подходящей и удобной обстановке из спор появляются крохотные ростки (гаметофиты), слегка напоминающие маленькие сердечки. Спустя некоторое время на них появляются женские и мужские половые органы.

Отростки снабжены небольшими нитевидными корешками, которыми прицепляются к земле в месте своего дальнейшего развития. Это половое поколение. Органы мужских особей называются антеридиями и содержат сперматозоиды, а женские именуются архегониями и снабжены яйцеклетками.

Сперматозоиды довольно быстро погибают в сухих условиях и могут перемещаться только в воде. Следовательно, оплодотворение происходит исключительно при большой влажности. Гаметофиты имеют своеобразное строение для скопления воды от внешних источников (дождя, росы), что, в свою очередь, и служит средой для передвижения мужских половых клеток.

В случае оплодотворения женской клетки зарождается новый вид клетки именуемой «зиготой». Из неё начнёт постепенно расти эмбрион бесполого поколения или спорофит.

Этот зародыш оснащён своеобразной ножкой, которую он использует для поглощения питательных веществ из почвы. Затем прорастает первичный листок, из которого со временем вырастет бесполый папоротник.

Жизненный цикл кратко

Принимая во внимание, невозможность оплодотворения и последующего роста такого растения без воды, можно с уверенностью сказать, даже несмотря на то, что весь жизненный круговорот папоротников происходит на суше, такие растения не совсем отвыкли от водной среды обитания, породившей всё живое.

Жизненный цикл папоротникообразных протекает по следующей схеме :

• взрослая особь, способная к размножению;
• присутствие спор на обратной стороне листка;
• полное созревание пакетиков со спорами, с их последующим распылением;
• при попадании такого зародыша в благоприятные условия он прорастает, закрепившись на месте;
• из споры развивается маленький росток, который закрепляется на месте благодаря нитевидным корешкам (ризоидам);
• на ростке появляются мужские и женские половые органы;
• сперматозоиды передвигаются по собранным гаметофитами каплям дождя и росы к яйцеклетке;
• половые клетки мужских особей внедряются в яйцеклетку, оплодотворяя её;
• в оплодотворённой клетке (зиготе) зарождается молодой листок (спорофит);
• из листка разрастается новый папоротник со спорами для дальнейшего размножения.

Искусственное размножение

Папоротник является весьма интересным и своеобразным растением, поэтому нет ничего необычного в том, что многие люди предпринимают попытки размножить его прямо у себя дома.

Проращивание спор

Это непростой способ, и освоить его довольно сложно. Поэтому по рассказам самих садоводов, они зачастую попросту разделяют куст папоротника на отдельные части с корнями и почками, а затем рассаживают в благоприятных тенистых местах своего сада.

Однако не все виды папортника способны размножаться вегетативно. Некоторым из этих растений характерна одна -единственная точка роста, и каких-либо дополнительных почек на них не появляется.

Таким образом, для размножения подобного вида остаётся проращивать споры, иначе размножить его никак не получится. Как уже известно, после прорстания споры папоротник пройдёт весь жизненный цикл, и только тогда на свет появится новоя особь.

Следует рассказать, в какой последовательности нужно проводить проращивание спор папоротника.

• Листок созревшего растения, покрытый выпуклостями коричневого цвета (мешочки со спорами), нужно отрезать и положить в бумажный пакет. Ни в коем случае не в целлофановый;
• Пакет с листком нужно положить на сутки в любое тёплое место, не забывая периодически встряхивать;
• Когда споры окончательно созреют и выпадут из своих мешочков, нужно их достать из пакета и поместить в подготовленную питательную смесь, состоящую из песка, торфа, угля и покрошенной зелени;
• Посуду со смесью и прорастающими спорами следует поставить во влажное и тёплое место с температурой не меньше двадцати пяти градусов Цельсия. Поверхность следует с определёнными интервалами увлажнять из пульверизатора и никаким образом не допускать её полного высыхания. Для улучшения эффекта и уменьшения испарения влаги, ёмкость нужно накрыть стеклом.

После появления первых ростков, полив производить с большей ответственностью, потому что на этом этапе развития влага является преобладающей составляющей всего процесса. При отсутствии воды не произойдёт оплодотворения яйцеклетки, и все приготовления пойдут насмарку. Ведь вырастить папоротник из споры — это самый настоящий труд.

Поколения папоротника

С появлением каждого отростка жизненный цикл начинается вновь и в его состав войдут оба вида поколений.

При этом половое поколение — это всего лишь малюсенький отросточек, выросший из споры для недолгой жизни. Однако молодой побег, появившийся потом, сможет развиваться долгое время. Встречаются виды, доживающие до ста лет. Это и есть окрепшее бесполое поколение.

Тем не менее, сильные растения такого типа не смогут появиться, миновав этап полового размножения.