Из чего состоит папоротник

Папоротники представляют собой древнюю группу высших споровых растений, которые сыграли важнейшую роль в процессах образования каменного угля 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 придаточных корней, 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 сальвиния плавающая 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, кочедыжник женский, щитовник мужской, многоножка обыкновенная. Именно о таких видах папоротника до сих пор существует красивая древняя легенда. Если ночь на праздник Ивана Купала 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 цветка папоротника. 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.

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).

Оплодотворение происходит в водной среде (во время росы, дождя или под водой).

Мужские гаметы — сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам, проникают внутрь и гаметы сливаются.

Происходит оплодотворение, в результате чего образуется зигота (оплодотворённая яйцеклетка).

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».

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.

Папоротниковидные
Иллюстрация из книги Эрнста Геккеля Kunstformen der Natur, 1904
Научная классификация

Домен:

Эукариоты

Царство:

Растения

Подцарство :

Зелёные растения

Отдел:

Папоротниковидные

Международное научное названиеКлассымлн летЭра2,588 Чет-ный Ф
а
н
е
р
о
з
о
й23,0366,0145,5 М
е
з
о
з
о
й199,6251299 П
а
л
е
о
з
о
й359,2416443,7488,35424570

Тело папоротника состоит из листовых пластинок, черешка, видоизменённого побега и корней (вегетативного и придаточного). Листовидные органы папоротника называются вайями.

В лесах умеренной зоны обычно папоротники имеют короткий стебель, представляющий собой корневище, находящееся в почве. В стебле хорошо развита проводящая ткань, между пучками которой располагаются клетки основной — паренхимной ткани.

Вайи развёртываются над поверхностью почвы, вырастая из почек корневища. Эти органы обладают верхушечным ростом и могут достигать больших размеров; обычно они служат для выполнения двух функций — фотосинтеза и спорообразования. Спорангии размещаются на нижней поверхности вайи, в них развиваются гаплоидные споры.

Жизненный цикл [ править | править код ]

В жизненном цикле папоротника чередуется бесполое и половое поколение — спорофит и гаметофит. Преобладает фаза спорофита.

На нижней части листа раскрывается спорангий, споры оседают на земле, прорастает спора, появляется заросток с гаметами, происходит оплодотворение, появляется молодое растение.

У самых примитивных папоротников (ужовниковые) спорангии имеют многослойную стенку и не несут особых приспособлений для раскрывания. У более продвинутых — спорангий имеет однослойную стенку и приспособления к активному раскрыванию. Это приспособление имеет вид кольца. Уже среди примитивных папоротников прослеживается разноспоровость. У современных — небольшое число равноспоровых видов. Гаметофит равноспоровых обычно обоеполый. У примитивных он подземный и обязательно в симбиозе с грибами. У продвинутых гаметофиты надземные, зелёные и быстро созревающие. Они обычно имеют вид зелёной пластинки сердцевидной формы. Гаметофиты разноспоровых папоротников отличаются от равноспоровых (помимо своей раздельнополости) сильной редукцией, особенно мужского гаметофита. Женский гаметофит, потребляющий запасные питательные вещества у мегаспор, развит сильнее и имеет питательную ткань для будущего зародыша спорофита. При этом развитие таких гаметофитов происходит внутри оболочек мега- и микроспор.

Филогенез [ править | править код ]

По некоторым данным, папоротники произошли от плаунов, однако часть учёных считает, что хвощи, плауны, мхи и этот отдел произошли от псилофитов. В девонском периоде от споровых папоротников произошли семенные. Они относились к первым голосеменным растениям. От них произошли все остальные голосеменные и, вероятно, цветковые растения.

Классификация [ править | править код ]

Для классификации папоротников в разное время были предложены схемы, и они зачастую плохо согласовывались друг с другом. Современные исследования поддерживают более ранние идеи, основанные на морфологических данных. В то же время, в 2006 году Аланом Смитом (англ. Alan R. Smith ), ботаником-исследователем Калифорнийского университета в Беркли, и другими [5] была предложена новая классификация, основанная, в дополнение к морфологическим данным, на недавних молекулярных систематических исследованиях. Эта схема делит папоротники на четыре класса:

Последняя группа включает большинство растений, известных нам как папоротники.

Полная схема классификации, предложенная Смитом и другими в 2006 году, с учётом исправлений в части Cyatheaceae, предложенных в 2007 году группой Петры Корелл (англ. Petra Korall ) и других [6] :

• Класс Psilotopsida — Псилотовидные

• Порядок Ophioglossales — Ужовниковые

• Семейство Ophioglossaceae — Ужовниковые

Порядок Psilotales — Псилотовые

Семейство Psilotaceae — Псилотовые

Класс Equisetopsida — Хвощёвые

Порядок Equisetales — Хвощёвые

Семейство Equisetaceae — Хвощёвые

Класс Marattiopsida

Порядок Marattiales — Мараттиевые

Семейство Marattiaceae

Класс Pteridopsida — Папоротниковые

Порядок Osmundales — Чистоустовые

Семейство Osmundaceae — Чистоустовые

Порядок Hymenophyllales — Гименофилловые

Семейство Hymenophyllaceae — Гименофилловые

Порядок Gleicheniales

Семейство Gleicheniaceae

Семейство Dipteridaceae

Семейство Matoniaceae

Порядок Schizaeales

Семейство Lygodiaceae

Семейство Anemiaceae

Семейство Schizaeaceae

Порядок Salviniales — Сальвиниевые

Семейство Marsileaceae — Марсилиевые

Семейство Salviniaceae — Сальвиниевые

Порядок Cyatheales

Семейство Thyrsopteridaceae

Семейство Loxomataceae

Семейство Culcitaceae

Семейство Plagiogyriaceae — Плагиогириевые

Семейство Cibotiaceae

Семейство Cyatheaceae

Семейство Dicksoniaceae

Семейство Metaxyaceae

Порядок Polypodiales — Многоножковые

Семейство Lindsaeaceae

Семейство Saccolomataceae

Семейство Dennstaedtiaceae — Деннштедтиевые

Семейство Pteridaceae

Семейство Aspleniaceae — Костенцовые

Семейство Thelypteridaceae — Телиптерисовые

Семейство Woodsiaceae — Вудсиевые

Семейство Blechnaceae — Дербянковые

Семейство Onocleaceae — Оноклеевые

Семейство Dryopteridaceae — Щитовниковые

Семейство Oleandraceae

Семейство Davalliaceae

Семейство Polypodiaceae — Многоножковые

Классификация 2014 года отличается преимущественно укрупнением семейств [7] :

• ПодклассEquisetidae Warm.

• ПорядокEquisetales DC.

• Семейство Equisetaceae Michx.

ПодклассOphioglossidae Klinge

ПорядокOphioglossales Link

Семейство Ophioglossaceae Martinov

ПорядокPsilotales Prantl

Семейство Psilotaceae J.W.Griff. & Henfr.

ПодклассMarattiidae Klinge

ПорядокMarattiales Link

Семейство Marattiaceae Kaulf. , подсемейства Danaeo >Polypodiidae Cronquist, Takht. & Zimmerm.

ПорядокOsmundales Link

Семейство Osmundaceae Martinov

ПорядокHymenophyllales A.B.Frank

Семейство Hymenophyllaceae Mart.

ПорядокGleicheniales Schimp.

Семейство Gleicheniaceae C.Presl

Семейство Dipteridaceae Seward & E.Dale

Семейство Matoniaceae C.Presl

ПорядокSchizaeales Schimp.

Семейство Schizaeaceae Kaulf. , подсемейства Lygodio >Salviniales Bartl.

Семейство Marsileaceae Mirb.

Семейство Salviniaceae Martinov

ПорядокCyatheales A.B.Frank

Семейство Cyatheaceae Kaulf. , подсемейства Thyrsopter >Polypodiales Link

Семейство Cystodiaceae J.R.Croft

Семейство Lonchitidaceae C.Presl

Семейство Lindsaeaceae C.Presl

Семейство Saccolomataceae Doweld

Семейство Dennstaedtiaceae Lotsy

Семейство Pteridaceae E.D.M.Kirschn. , подсемейства Cryptogrammo >Aspleniaceae Newman , подсемейства Cystopter >Polypodiaceae J.Presl & C.Presl , подсемейства Didymochlaenoideae, Hypodematioideae, Dryopteridoideae, Lomariopsidoideae, Tectarioideae, Oleandroideae, Davallioideae, Polypodioideae (трибы Loxogrammeae, Drynarieae, Platycerieae, Microsoreae, Polypodieae)

В 2016 году международной группой ботаников-систематиков ( Pteridophyte Phylogeny Group ) предложена консенсусная классификация ныне существующих таксонов [8] :

Хозяйственное значение [ править | править код ]

Экономическое значение папоротников не так велико по сравнению с семенными растениями.

Пищевое применение имеют такие виды, как Орляк обыкновенный ( Pteridium aquilinum ), Страусник обыкновенный ( Matteuccia struthiopteris ), Осмунда коричная ( Osmunda cinnamomea ) и другие.

Некоторые виды ядовиты. Наиболее токсичными из произрастающих в России папоротников являются представители рода Щитовник ( Dryopteris ), корневища которого содержат производные флороглюцина [9] . Экстракты из щитовника обладают антигельминтным действием и используются в медицине. Ядовитыми являются и некоторые представители родов Кочедыжник ( Athyrium ) и Страусник ( Matteuccia ).

Некоторые папоротники (нефролепис, костенец, птерис и другие) с XIX века используются как комнатные растения.

Вайи некоторых щитовников (например, Dryopteris intermedia) широко используются как зелёный компонент флористических композиций. Орхидеи часто выращивают в особом «торфе» из густо переплетённых тонких корней чистоуста.

Стволы древовидных папоротников служат в тропиках строительным материалом, а на Гавайях их крахмалистую сердцевину используют в пищу. Корневища папоротника рарауфе [en] были основой пищи маори, которые употребляли также корневища и побеги других папоротников. [ источник не указан 1301 день ]

Папоротник в геологии [ править | править код ]

Предположительно, папоротники могли принимать широкое участие в образовании ископаемых углей, — при их погребении наносами и отсутствии доступа кислорода. Отпечатки древних папоротников нередки в угольных пластах. Таким образом, папоротники включены в глобальный кругооборот органики и, в частности, в кругооборот углерода планеты Земля. Горные породы, слагаемые папоротниками, носят название биолитов («камни биологического происхождения»), они же — горючие ископаемые.

Папоротник в культуре [ править | править код ]

	В Викитеке есть тексты по теме: « Папоротник »

В мифологии [ править | править код ] В славянской мифологии цветок папоротника наделялся магическими свойствами, хотя на самом деле папоротники не цветут [10] [11] . В кинематографе [ править | править код ] Существует телесериал российского производства «Пока цветёт папоротник». «>