Папоротники появились на Земле много лет назад. В древние времена можно было встретить леса из древовидных папоротников. На сегодняшний день таких крупных растений осталось очень мало. Папоротники стали более декоративным и комнатными. Они красивые и неприхотливые, их можно использовать для дизайна ландшафтов. Растения долговечны и интересны.
Легенды о папоротнике
Папоротник - необычное растение. С его появлением связано великое множество красивых легенд. По одной из них, растение произошло от богини любви - Венеры, обронившей однажды свой волос, из которого и вырос папоротник.
Самая известная легенда - это легенда о цветении папоротника. В ней говорится, что, если в ночь на Ивана Купала увидеть перед человеком откроется тайна, как найти сокровища. Однако при изучении его становится ясно, что легенда не может быть воплощена в реальность, поскольку жизненный цикл папоротника не имеет этапа цветения.
Высшие и низшие группы растений
Растения делятся на высшие и низшие группы. Отличаются они между собой средой обитания. Высшие растения «вышли» на сушу и проводят свой жизненный цикл на земле. К таким растениям относят папоротники. У земных растений присутствует четкое разделение на корень, стебель и лист.
Однако нельзя однозначно сказать, что папоротники полностью отошли от водной среды обитания, поскольку в их процессе размножения участвует свободноживущий гаметофит и необходимые для процесса оплодотворения сперматозоиды могут существовать только в водной среде.
Внешний вид
Представители отряда папоротников распространились по всему миру. Они имеют различный внешний экологически неприхотливы, при этом больше любят влажные почвы.
Папоротник имеет корневую систему, стебель и листья. Семян у него нет. На внутренней стороне листа, внизу, располагаются споры в мешочках-спорангиях. Листья папоротника называются "вайи", они не похожи на листья других растений. Выглядят они так, как будто несколько веточек положили в одну плоскость и прикрепили к стеблю. Их цвет может меняться от светло-зеленого к темно-зеленому.
Папоротник, не считая корневой системы, состоит из вайи, соруса и индузии, где сорус - это пучок спорангиев, индузия - вырост, напоминающий зонтик, который закрывает сорус.
Жизненный цикл высших растений
Существуя на Земле, каждое растение проходит свой путь. папоротника - движение от зарождения жизни до полного созревания растения, способного дать новую жизнь. Цикл состоит из двух фаз: бесполой и половой. Эти фазы определяют поочередность поколений, одна происходит с помощью гамет - половая, вторая - с помощью спор - бесполая.
Сливаясь, гаметы образуют диплоидную зиготу, которая дает начало новому поколению, бесполому. В бесполом поколении размножение происходит с помощью спор. Гаплоидные споры дают начало половому поколению. Одно из поколений всегда преобладает над другим и составляет большую часть жизненного цикла растения.
Этапы жизненного цикла папоротника
Для появления нового молодого росточка необходимы несколько этапов. Жизненный цикл папоротника - совокупность всех фаз, начиная от зарождения жизни и заканчивая фазой зрелости, когда растение уже способно дать начало новой жизни. Цикл носит замкнутый характер.
Стадии жизненного цикла папоротника располагаются в такой последовательности:
- Спора.
- Гаметофит (заросток).
- Яйцеклетки, сперматозоиды.
- Зигота.
- Зародыш.
- Молодое растение.
Когда все стадии будут пройдены, развившись и укрепившись, будет способно повторить этот цикл для рождения следующего поколения.
Бесполая и половая стадии в процессе размножения
Папоротник - результат бесполого поколения. Рассмотрим последовательность жизненного цикла папоротника.
Для того чтобы начать новую жизнь, у взрослого растения должны появиться на обратной стороне листа споровые мешочки, в которых будет проходить созревание спор. Когда споры созрели, мешочек лопнет и из него на землю выпадут споры. Под действием ветра они разнесутся в разных направлениях и при попадании на благоприятную почву прорастут. Этот этап очень важен, поскольку без него растение не смогло бы существовать. В результате появится отросточек - гаметофит - половое поколение папоротника. Своей формой он похож на сердечко. Это сердечко имеет снизу тонкие нити - ризоиды, которыми и прикрепляется к почве. Заросток папоротника обоеполый, на нем расположены небольшие мешочки: в одних созревают яйцеклетки, в других - сперматозоиды. Оплодотворение происходит с помощью воды.
Поскольку заросточек очень маленький и имеет такую своеобразную форму, то это способствует медленному стеканию дождевой воды и задержанию ее внизу. Благодаря этому сперматозоиды могут подплыть к яйцеклеткам и оплодотворить их. В результате появляется новая клетка - зигота, из которой формируется зародыш спорофит - результат нового бесполого поколения. Этот зародыш состоит из гаустории, которая своим видом напоминает ножку, врастающую в заросток, и первое время потребляет из него необходимые для его роста вещества. Через некоторое время появляется первый лист зародыша, который и служит началом развития папоротника.
Таким образом, в жизненном цикле папоротника преобладает поколение бесполое, которое и дает жизнь новому крупному и долгоживущему растению, а половое поколение маленькое и быстро отмирающее. При этом оно необходимо для оплодотворения.
Размножение папоротника в домашних условиях
Папоротники - интересные и оригинальные растения. Поэтому часто их разведением занимаются в домашних условиях. Чтобы жизненный цикл папоротника прошел полностью и получилось новое молодое растение, необходимо прорастить спору. Листок взрослого папоротника, на котором появились мешочки со спорами - бурые бугорки, срезают и помещают в бумажный пакет. Этот пакет держат один день в теплом месте, периодически встряхивая.
Пока споры созревают и выпадают, готовят смесь для посадки. Берут пропаренную смесь торфа, зелени, песка, также добавляют туда измельченный древесный уголь, все это берется в равных пропорциях. Приготовленную смесь раскладывают в неглубокие горшочки, придавливают и увлажняют.
Созревшие и выпавшие споры достают из пакета и высыпают на подготовленную поверхность. Для их прорастания создают благоприятные условия:
- Температурный режим: оптимально 25 градусов Цельсия.
- Поддерживают повышенную влажность.
- Накрывают горшочки стеклом.
Поливают горшочки из пульверизатора. При появлении заростка поливу уделяют особое внимание, поскольку последующее развитие растения возможно только при наличии водной среды, в которой произойдет оплодотворение яйцеклетки.
Как только появляются первые листики, убирают стекло. Потом им дают немного времени адаптироваться к окружающей среде и пикируют в кюветы. Когда листочки начинают немного подрастать, сначала выдерживают в холодных парниках, а потом высаживают в отдельные горшочки. Таким образом получают новые молодые растения, готовые расти и развиваться дальше.
Схематически представленный жизненный цикл
При своем проходит несколько этапов. Для наглядности и лучшего запоминания рекомендуется схематическое сопровождение данного вопроса. Рассмотрим существующий жизненный цикл папоротника, схема которого представлена ниже:
1. Взрослое растение, способное дать новую жизнь.
2. На листьях папоротника появляются споры.
3. Созревают мешочки со спорами.
4. Мешочек лопается, споры выпадают.
5. В благоприятной почве спора укрепляется и прорастает.
6. Образуется заросток, который с помощью нитей-ризоид прикрепляется к земле.
7. На зародыше присутствуют женские и мужские клетки: архегонии и антеридии:
- Женские половые органы содержат яйцеклетку.
- Мужские половые органы содержат сперматозоиды.
- Оплодотворение возможно только в капле дождя.
- Сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам и проникают внутрь, происходит оплодотворение.
8. Появляется оплодотворенная яйцеклетка - зигота. Из зиготы формируется спорофит - молодой листик.
9. Начинает свое развитие новое молодое растение.
На схеме наглядно видно замкнутость жизненного цикла.
Хозяйственное значение
Роль папоротниковидных в жизни человека не слишком велика. Различные формы нефролеписа - обычные комнатные декоративные растения. Вайи некоторых щитовников широко используются как зеленый компонент флористических композиций. Стволы древовидных папоротников служат в тропиках строительным материалом, а на Гавайях их крахмалистую сердцевину употребляют в пищу.
Заключение
Итак, мы изучили жизненный цикл данного растения. Вам стало известно, например, на какой стадии жизненного цикла у папоротников появляется зародыш. Это без воды их размножение невозможно. Они распространились по всему миру, при этом для своей жизни выбирают места с повышенной влажностью.
Всего существует около 10 тысяч разновидностей папоротников. Они бывают лекарственными, декоративными, комнатными.
При появлении на свет нового молодого растения начинается жизненный цикл, который включает в себя половое и бесполое поколения. Половое поколение - это заросток, он очень маленький и живет недолго, а появившееся молодое крепкое долгоживущее растение - это бесполое поколение. В жизненном цикле папоротника преобладает фаза спорофита.
Таким образом, основное поколение папоротника - бесполое, при этом размножиться, минуя половое поколение, невозможно.
Папоротники представляют собой древнюю группу высших споровых растений, которые сыграли важнейшую роль в процессах на планете. Это первые настоящие листостебельные организмы. Строение папоротника, особенности его жизненного цикла и распространения в природе будут рассмотрены в нашей статье.
Особенности строения папоротников
Как правило, папоротники произрастают в лесах умеренного климатического пояса. Их тело состоит из видоизмененного побега, расположенного под землей - корневища. Над землей видны только листья. Таково внешнее строение папоротника. Схема ниже иллюстрирует характер листорасположения. На ней четко видно, что к основной оси поочередно крепятся дополнительные, а к ним - непосредственно листовые пластинки.
Подземное строение папоротника представлено также системой которые пучком отходят от видоизмененного побега.
А вот ископаемые формы папоротниковидных совсем не похожи на своих современных сородичей. Наряду с травами это были небольшие кустарники и гигантские деревья, достигающие в высоту нескольких десятков метров.
Жизненный цикл
Внешнее строение папоротника периодически изменяется. Как это возможно? Все дело в том, что в течение жизни у папоротников наблюдается процесс чередования поколений: полового (гаметофита) и бесполого (спорофита). Они отличаются способом размножения, развития и рядом существенных морфологических особенностей.
Спорофит
Бесполое поколение папоротника представляет собой зеленое листостебельное растение. Его мы и привыкли видеть в лесах. В таком виде папоротник (фото ниже демонстрирует спорофит) существует преобладающую часть своего жизненного цикла. На нижней стороне листьев растения располагаются спорангии - органы бесполого размножения. Они собраны в специализированные структуры - сорусы. В них находятся клетки бесполого размножения, которые называются спорами.
Гаметофит
Попадая в почву и прорастая, споры дают начало половому поколению. Такой гаметофит и обусловливает совсем другие черты и строение папоротника. Он имеет вид плоской зеленой пластинки, которая с течением времени принимает форму сердца. К почве гаметофит прикрепляется при помощи ризоизов. Эти нитевидные образования по внешнему виду и выполняемым функциям напоминают корни растений, но не образуют тканей. Половое поколение папоротников является двуполым. Процесс слияния гамет возможен только при наличии воды. В результате образуется зигота - оплодотворенная яйцеклетка. Развиваясь, она дает начало зародышу, а далее и взрослому растению. в первое время молодой спорофит не способен к процессу фотосинтеза, поэтому его питание происходит за счет зеленой пластинки полового поколения. По мере развития и возникновения способности к фотосинтезу взрослое листостебельное растение начинает функционировать отдельно.
Разнообразие папоротникообразных
В настоящее время ученые-систематики насчитывают около 10 тысяч видов представителей данного отдела. Среди водных папоротников наиболее распространенным является сальвиния. Это растение плавает на поверхности воды и по внешнему виду очень напоминает водоросли. Вместе с марсилией и азоллой представляет группу разноспоровых папоротников. Это типичные водные растения.
Однако в преобладающем большинстве случаев папоротник (фото демонстрирует многолетнее растение) - это обитатель лесов. И большинство из них - представители группы равноспоровых. Самыми распространенными из них являются орляк обыкновенный, щитовник мужской, Именно о таких видах папоротника до сих пор существует красивая древняя легенда. Если ночь на найти отыскать в лесу это цветущее растение, то можно приобрести удивительные способности. Например, понимать язык любого живого существа. Эта прекрасная легенда возникла потому, что никто и никогда не видел Наши предки не знали, что это просто невозможно, поскольку споровые растения не образуют цветков и плодов.
В тропических лесах встречается несколько видов древовидных папоротников. Как и все высшие споровые растения, они предпочитают влагу, поэтому растут вдоль ручьев и рек. Очень часто в этих местах заросли тропических папоротников образуют настоящие джунгли.
Значение папоротникообразных
Именно внешнее строение папоротника и его особенности в настоящее время сделали это растение одной из самых популярных декоративных культур. Оно широко используется для озеленения различных ландшафтов и территорий. Да и любители комнатных растений давно уже присмотрели различные виды папоротников для озеленения домов, квартир и различных помещений.
В природе эти растения являются составной частью многих экосистем, значительно увеличивая их биомассу.
Однако самое большое значение папоротникообразных заключается в образовании очень важного полезного ископаемого - каменного угля. В древности все споровые растения представляли собой гигантские деревья. Из их отмерших стволов в условиях высокого давления и недостатка кислорода и образовался каменный уголь. Ученые-палеонтологи до сих пор находят в пластах этого вещества окаменевшие остатки древних споровых растений.
Велико значение папоротникообразных и в медицине. Например, корневища щитовника мужского обладают очень сильным противоглистным действием. А вот адиантум (венерин волос) вызывает рвотный рефлекс, при этом не раздражая слизистые оболочки. Действует он и как слабительное и мочегонное средство. Гроздовник простой издавна использовался в качестве противоядия от змеиных укусов. В тибетской медицине широко используется многоножка виргинская. Из нее изготовляют болеутоляющие и противопростудные лекарства.
Строение папоротника является наиболее сложным и прогрессивным среди всех высших споровых растений. В его жизненном цикле преобладает спорофит. Современные папоротники чаще всего представлены травянистыми жизненными формами, которые занимают важную нишу в разнообразных экосистемах.
Для ознакомления с внешним строением настоящих папоротников желательно иметь следующих представителей порядка Filicales:
А. Целые гербарные экземпляры.
1. Мужской папоротник, или щитовник мужской (Dryopteris filix mas), один из самых распространенных папоротников тенистых смешанных и широколиственных лесов на влажных и питательных почвах.
2. Орляк (Pteridium aquilinum) столь же обычного типа папоротник на песчаных почвах в сосновых лесах и открытых возвышенных местах.
3. Страусник обыкновенный (Matteuccia struthiopteris) часто встречается по сырым кустарникам и ольшаникам, большей частью около воды и iio тенистым сырым оврагам. Страусник нередко разводится как изящное декоративное растение в тенистых парках.
Б. Живые папоротники с зимующими листьями.
1. Многоножка, или сладкий папоротник (Polypodium vulgare), с простыми перистораздельными листьями.
2. Стоножник (Scolopendrium officinarum) с простыми цельно-крайними листьями.
3. Венерин волос (Adiantum capillus veneris) с тонкими черными стеблями и широкими клиновидными дольками листа.
4. Живородящий папоротник (Asplenium viviparum) - комнатный папоротник, с придаточными почками на главных жилках, перистосложных листьев. Родина - острова Индийского океана.
Строение вегетативных органов. Папоротники - многолетние растения с подземным стеблем - корневищем. У щитовника и страусника корневище короткое, толстое, с пучком крупных зеленых листьев на верхушке, ниже которых корневище сплошь покрыто остатками черешков листьев прошлых лет. У орляка корневище длинное, черное, ветвистое, свободное от старых черешков; вершина каждой ветви корневища развивает по одному листу. От корневищ папоротников вниз отходят многочисленные тонкие черные корни. Корень - орган высших растений, с которым мы в нашем систематическом обзоре типов растений встречаемся впервые. Корни и ризоиды - аналогичные органы, так как функции их одинаковы: укрепление растений в почве и поглощение из нее воды с минеральными веществами. Корень - орган спорофита, а ризоиды свойственны гаметофиту, следовательно, корни и ризоиды него-мологичны.
Названные папоротники (объекты Данного занятия) иллюстрируют разнообразие листьев папоротниковидных по форме и размерам. Лист страусника иногда достигает длины 1 м и больше а листья тропических древовидных папоротников - много больше. Типичными для папоротников являются крупные, сложноперистые листья, как у щитовника, орляка и т. п. Лишь у немногих пацоротников листья мелкие или простые и цельнокрайние, как у станожника (Scolopendrium officinarum).
Растут листья папоротника медленно и своеобразно. В этом можно убедиться, если рассмотреть развитие листьев на одном экземпляре щитовника (рис. 55, 1). Закладываются, листья на самой верхушке стебля-корневища, вокруг его точки роста. В течение первого лета они остаются зачаточными, малозаметными. Во второе лето молодые листья имеют форму спиралей, густо покрытых коричневатыми чешуйками. Группу таких улиткообразных листовых зачатков можно всегда найти внутри пучка вполне развитых листьев щитовника. Весной третьего года зачаточные листья быстро развертываются, освобождаются от чешуек и к началу лета достигают полного развития. Осенью листья отмирают и опадают, оставляя на корневище основания своих черешков.
Для изучения особенностей роста и развития папоротников можно использовать комнатные виды, например, живородящий папоротник. Периодические наблюдения над живыми папоротниками убеждают в том, что листья их (вайи), в отличие от листьев всех прочих растений, растут не основанием, а верхушкой, подобно стеблю. Вследствие длительного ("неограниченного") верхушечного роста вайи достигают крупных размеров, чем папоротники, резко отличаются от других папоротникообразных - хвощей и плаунов. Отмеченные особенности листьев папоротников, а также многие другие признаки, рассматриваемые в теоретическом курсе (например, дихотомическое жилкование, расположение сорусов и т. п.) указывают на то, что они иного происхождения, чем листья плаунов и хвощей, возникшие первоначально как выросты на поверхности осевых органов; листья же папоротников образовались путем уплощения и срастания осевого органа и его ветвей, т. е. их кладодификации. Вместе с тем изменилось и внутреннее строение - оно стало дорзивентральным.
Размножение. Из многочисленных форм вегетативного размножения папоротников остановимся лишь на одном, самом доступном для наблюдения в лаборатории. На листьях живородящего папоротника (Asplenium viviparum) всегда можно видеть прорастание особых придаточных почек на главных жилках листа. Из этих почек развиваются крохотные папоротники с зелеными листьями. Эти молодые папоротники отделяются от жилки и, упав на влажную землю, образуют корни и вырастают во взрослые растения.
Многим нашим лесным папоротникам свойственно вегетативное размножение при помощи корневищ. Примером может служить орляк (Pteridium aquilinum), длинные ветвистые корневища которого могут распадаться, образуя несколько самостоятельных растений * .
* (Иногда орляк, размножаясь корневищем, внедряется в посевы культурных растений, например на чайных плантациях Закавказья. Он является трудноиско-ренимым сорняком. )
Размножение спорами. Кучки спорангиев, или сорусы, различной формы возникают на нижней поверхности листьев. У многих папоротников сорусы прикрыты тонким, бесцветным покрывальцем или индузием. Вернемся еще раз к листьям имеющихся у нас папоротников и рассмотрим форму и расположение сорусов, обратим внимание на наличие или отсутствие покрывальца, на форму его. Эти мелкие признаки имеют большое диагностическое значение при определении видов папоротников. У щитовника сорусы круглые, расположены рядами по обеим сторонам средней жилки долек листа; каждый сорус прикрыт покрывальцем сердцевидной формы. У орляка сорус в виде непрерывной каймы тянется по самому краю листовых долей, под прикрытием завернутого вниз бесцветного края листовой пластинки. Сорусы стоножника в виде крупных полос лежат вдоль боковых жилок листа. Листья этих апоротников выполняют две функции: фотосинтез и спороношение. У страусника эти функции распределены между разными истьями. Зеленые ассимилирующие листья, развивающиеся с вены, не несут сорусов; летом внутри воронковидного пучка этих истьев появляются особые спороносные листья меньшего разме-а, с сильно редуцированной и свернутой пластинкой, в зрелом состоянии совершенно лишенные зеленой окраски; вся нижняя сторона их сплошь покрыта спорангиями. Такие специальные спороносящие листья называют спорофиллами.
Познакомимся далее со строением типичного соруса на примере щитовника мужского (Dryopteris filix mas). Рассмотрим небольшую дольку заспиртованного листа при 20X увеличении лупы. Отметим почковидной формы сорусы, сидящие на разветвлениях жилок; отогнув покрывальце иглой, увидим кучку спорангиев (рис. 55, 2).
Для знакомства со внутренним строением соруса, сделаем поперечный срез листа и, приготовив временный препарат, рассмотрим его при малом, а затем при большом увеличении микроскопа. В центре соруса находится массивный вырост листа - плацента, которая, расширяясь, переходит в тонкий зонтиковидный индузий, слегка вдавленный в середине; под прикрытием его находится группа спорангиев, прикрепленных к плаценте посредством длинных ножек. Если разрез прошел через середину плаценты, то можно видеть проводящий пучок в продольном разрезе, идущий из листа в покрывальце (рис. 55, 3).
Рассмотрим чечевицеобразный спорангий, состоящий из крупных тонкостенных клеток; только по ребру его проходит так называемое кольцо, состоящее из клеток иного рода. Кольцо начинается от ножки и, огибая спорангий, заканчивается на середине противоположной стороны (рис. 55, 4). Нетрудно заметить, что оболочки клеток кольца имеют неодинаковую окраску и толщину. Толстая коричневая оболочка каждой клетки, прилегающая к оболочкам соседних клеток, имеет U-образную форму; остальная, поверхностная часть оболочки клеток кольца тонкая, легко пропускающая воду, окрашенная в желтый цвет. Можно представить себе, как при падении тургора в клетках кольца тонкие стенки клеток будут вдавливаться. Вследствие этого одновременного вдавливания наружных стенок, верхняя сторона кольца будет резко сокращаться. Чтобы уяснить роль кольца, отсосем полоской фильтровальной бумаги часть воды из препарата и заменим ее каплей спирта. Спирт оттянет из клеток кольца воду, вследствие чего кольцо резко выпрямится или даже изогнется в обратную сторону, разорвав оболочку спорангия в тонком участке. В природе это происходит вследствие высыхания спорангия и кольца в связи с их созреванием. Силой выпрямляющегося кольца стенка спорангия в тонком участке наконец разрывается, и созревшие споры с силой выбрасываются и рассеиваются ветром. Этому способствует сухая погода. Таким образом, в строении кольца нельзя не видеть приспоспособления к раскрыванию спорангия и распространению спор при наступлении благоприятных для этого условий.
Споры в спорангиях папоротника (как и у всех других растений) образуются из материнских клеток путем редукционного деления. Следовательно, спора является первой клеткой нового гаметофита. Из прорастающей споры развивается чрезвычайно маленькое (сравнительно с размерами папоротника), эфемерное, самостоятельно вегетирующее растение, называемое заростком. Вскоре на заростке появляются органы полового воспроизведения - архегонии и антеридии, из чего явствует, что заросток - гаметофит. После оплодотворения из яйцеклетки, находящейся в брюшке архегония, развивается зародыш, состоящий из зачаточных органов нового папоротника: стебля, корня и листа, а также подвеска, соединяющего зародыш с тканями заростка.
Споры папоротников, как дикорастущих, так и комнатных, долго сохраняют жизнеспособность. Это дает возможность хранить листья со спорами и время от времени делать посевы спор на влажный песок, чтобы иметь живой материал для изучения этапов онтогенеза папоротника от прорастания спор до появления зародыша. Созревшие споры легко стряхиваются с листа папоротника. Хранят их в пробирках с ватными пробками. Посевы делают в чашках Коха или в поддонниках под стеклом. Культура заростков не выдерживает очень яркого света.
Спора папоротника, прорастая, дает в начале короткую, из трех-четырех клеток, зеленую нить, соответствующую предростку мха. Одна из первых клеток отчленяет бесцветную клетку, растущую вниз; это первый ризоид. Концевая зеленая клетка нити, продолжая делиться в продольном и косом направлениях, дает небольшую пластинку, на верхушке которой появляется выемка - точка роста; она состоит из группы мелких постоянно делящихся клеток, за счет которых и вырастает заросток.
Развитый заросток представляет небольшую, до 1 см в диаметре, зеленую сердцевидную пластинку (рис. 55, 5). Края ее однослойные; средняя часть начиная от выемки более толстая, многослойная. Вся ткань заростка почти однородная, паренхиматическая. В клетках много хлоропластов. В природе заросток растет горизонтально. В культуре при густом посеве и очень слабом свете верхушки заростков приподнимаются. От нижней, обращенной к земле стороны заростка на некотором расстоянии от выемки отходят многочисленные ризоиды, снабжающие заросток минеральным питанием и водой.
Архегонии и антеридии возникают также на нижней стороне заростка; архегонии находятся около выемки, антеридии - между ризоидами. Количество тех и других небольшое. Архегонии имеет короткую, слегка согнутую и выступающую над поверхностью заростка шейку; брюшко архегония с яйцеклеткой погружено в ткань заростка (защищенное положение). Канальцевые клетки, превращаясь в слизь, оказывают давление на шейку, концевые клетки которой раздвигаются, открывая для сперматозоидов доступ к яйцеклетке. Слизь, выступающая из шейки, содержит яблочную кислоту, привлекающую сперматозоидов. Антеридий построен весьма просто. Под его оболочкой, состоящей из немногих клеток, находятся материнские клетки сперматозоидов (рис. 55, 6, 7).
Общий вид заростка можно рассмотреть в лупу. Клеточное строение заростка, ризоиды, размещение архегониев и антеридиев можно видеть при малом увеличении в сильном проходящем свете. Для более детального изучения архегония и яйцеклетки следует приготовить препарат продольного (от выемки к ризоидам) среза заростка.
При большом увеличении удается видеть выход из антеридиев спиральных многожгутиковых сперматозоидов. В момент выхода они окружены слизью и как бы выталкиваются пассивно из антеридия. Затем, освободившись от слизи, они обнаруживают большую подвижность. Если смыть сперматозоиды со зрелого заростка в каплю воды и затем ввести в нее конец капиллярной трубки с 0,1%-ным раствором яблочнокислого натра, то можно видеть, как сперматозоиды устремляются к концу капилляра.
В естественных условиях для передвижения сперматозоидов от антеридиев к архегониям необходима вода, которая всегда может быть под заростками после дождя или росы.
Из зиготы развивается зародыш - зачаток нового спорофита, получающего свое первичное питание от материнского гаметофита - зеленого заростка (рис. 55, 8). С того момента, когда начнут функционировать вегетативные органы молодого спорофита, начинается отмирание заростка.
Молодой спорофит папоротника укореняется в том месте, где находился заросток и происходило оплодотворение. Следовательно, условие, при котором только и может происходить оплодотворение,- наличие воды - привязывает папоротники преимущественно к влажным или тенистым и сыроватым местообитаниям.
Папоротники — наиболее древняя группа высших растений. Встречаются в различных экологических условиях. В умеренных зонах это травянистые растения, наиболее распространены во влажных лесах; некоторые растут на заболоченных местах и в водоёмах, их листья отмирают на зиму. Во влажных тропических лесах встречаются древовидные папоротники с колоноподобным стволом высотой до 20 метров.
Наиболее распространённые папоротники — орляк, страусник.
Строение
Господствующей фазой в жизненном цикле папоротника является спорофит (взрослое растение). Почти у всех папоротников спорофит многолетний. Спорофит имеет довольно сложное строение. От корневища вертикально вверх отходят листья, вниз — придаточные корни (первичный корень быстро отмирает). Часто на корнях образуются выводковые почки, обеспечивающие вегетативное размножение растений.
Общий вид папоротника
Размножение
Спорангии находятся на нижней стороне листа, собраны кучками (сорусы). Сверху сорусы прикрыты покрывальцем (кольцо). Споры рассеиваются при разрыве стенки спорангия, а кольцо, оторвавшись от тонкостенных клеток, ведёт себя подобно пружине. Число спор на одном растении достигает десятков, сотен миллионов, иногда миллиардов.
Лист папоротника с нижней стороны
На влажной почве споры прорастают в маленькую зелёную сердцеобразную пластинку величиной несколько миллиметров. Это заросток (гаметофит). Он располагается почти горизонтально к поверхности земли, прикрепляясь к ней ризоидами. Заросток обоеполый. На нижней стороне заростка образуются женские и мужские половые органы (мужские — антеридии, женские — архегонии).
Образование заростка
Оплодотворение происходит в водной среде (во время росы, дождя или под водой).
Оплодотворение
Мужские гаметы — сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам, проникают внутрь и гаметы сливаются.
Происходит оплодотворение, в результате чего образуется зигота (оплодотворённая яйцеклетка).
Оплодотворение
Из оплодотворённой яйцеклетки формируется зародыш спорофита, состоящий из гаустории — ножки, которой он врастает в ткани заростка и потребляет из него питательные вещества, зародышевого корешка, почки, первого листа зародыша — «семядоли».
Образование заростка
Со временем из заростка развивается растение папоротник.
Схема развития папоротника
Таким образом, гаметофит папоротников существует независимо от спорофита и приспособлен к обитанию в условиях увлажнения.
Спорофитом является всё растение, которое вырастает из зиготы — типичное сухопутное растение.