Гаметофит — gametophyte

Особенности высших споровых растений

Высшие споровые растения являются первыми наземными организмами этого Царства живой природы. Первые выходцы на сушу, которые называются риниофиты, имели стелящийся, вильчато-ветвящийся стебель. Некоторые ископаемые представители данной систематической единицы имели гигантские размеры, достигая в высоту нескольких метров. Освоить наземно-воздушную среду этим растениям позволил ряд прогрессивных признаков, которые появились у них в процессе эволюции. Прежде всего это механические и проводящие ткани. Благодаря этому стали возможны новые особенности жизнедеятельности. Это вертикальное положение их тела в пространстве и проведение питательных веществ по организму. Среди современных растений представителями этой систематической единицы являются 4 отдела. Это мохо-, плауно-, хвоще- и папоротникообразные. Гаметофит и спорофит — это два поколения одного растения, которые последовательно чередуются в ходе их жизненного цикла. Этот процесс обеспечивает непрерывность существования видов.

Хвощи

Это растения, похожие на маленькую елочку. Под землей у хвоща длинное корневище, от этого длинного корневища на поверхность вырастают надземные части хвоща. У таких растений по этажам в правильном порядке располагаются мутовки листьев, листья почти не видны. Если только приглядеться или применить небольшое увеличение – можно увидеть чешуевидные маленькие листья, которые окружают стебель, как небольшая корона (Рис. 5).

Рис. 5. Полевой хвощ и его листья (Источник)

От мутовки листьев уже расходятся боковые побеги – боковые веточки, на каждой из них можно увидеть мутовку листьев, только более мелкую (Рис. 6).

Рис. 6. Хвощ многощетинковый (Источник)

Хвощи – многолетние травянистые растения с длинными ветвящимися корневищами, зимующими в почве. Весной появляются бурые побеги, на верхушках которых расположены спороносные колоски. В них созревают споры, зеленые летние побеги содержат хлорофилл.

Рис. 7. Корневище хвоща (Источник)

У хвоща под землей длинное, ветвящееся корневище, кверху отрастают надземные части хвоща (Рис.7). Возникает справедливый вопрос: что за поколение перед нами? Если это родственник папоротника, то какое это поколение – спорофит или гаметофит? Перед нами спорофит, это растение размножается спорами. У папоротников споры образуются на листе, с нижней части вайи лист папоротника – широкое образование, где размещаются эти самые спорангии, мешочки со спорами. У хвоща такой возможности нет, листики его маленькие, спорангии туда не поместятся.

Рис. 8. Спороносный колосок (стробил) (Источник)

Хвощи в своем развитии стали выращивать себе специальную структуру – сверху образуется небольшой колосок, его называют спороносный колосок – небольшие листья, на которых располагаются мешочки со спорами. Такой колосок называется стробил (Рис. 8).

Рис. 9. Строение хвоща (Источник)

Перед нами спорофит, размножающийся спорами, споры образуются не на обычных листьях надземного побега, а на специализированных листьях, собранных в спороносные колоски. Спороносные колоски, или стробилы, располагаются в верхней части надземных побегов (Рис. 9). Хвощи растут на полях, в лесах или около водоемов, обычно на участках с влажной кислой почвой. Если на поле много хвощей, значит, почва нуждается в известковании.

Плауноподобные (Lycopodiophyta)

Один из самых древних отделов в настоящее время представлен лишь немногими видами селлагинелл и плаунов. Остальные представители давно вымерли.

Современные плауновидные — это травянистые вечнозелёные растения, живущие несколько лет и внешне напоминающие мхи. В отдел входит два класса:

1. Плауновые включают в себя около 400 видов.
2. Полушниковые — не более 700 видов.

Все плауноподобные отличаются наличием корней, вильчатым ветвлением стебля, а также маленькими листьями. Существуют равноспоровые и разноспоровые виды. В древние времена эти растения были очень распространены. В карбоне произрастало немало древовидных форм, которые впоследствии сформировали колоссальные залежи каменного угля.

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.

Папоротники

ПАПОРОТНИКИ (папоротниковидные), отдел высших споровых растений. Имеют древнее происхождение. Возникли в девоне; в карбоне древовидныепапоротники вместе с ископаемыми плаунами и хвощами господствовали в растительном покрове Земли. Ныне насчитывается ок. 300 родов и более 10 тыс. видов папоротников. Они играют меньшую роль в формировании растительного покрова, однако широко распространены по всему земному шару и встречаются в самых различных местообитаниях. Наибольшее их разнообразие наблюдается в тропиках и субтропиках, где встречаются папоротники травянистые, древовидные, лиановые, водные, папоротники-эпифиты и др. Папоротники умеренных широт – многолетние травянистые растения, произрастающие во влажных тенистых лесах, оврагах, на болотистых лугах, берегах водоёмов, в трещинах скал. Для папоротников характерно чередование поколений. Доминирует бесполое поколение, или спорофит.

По размерам папоротники варьируют от крупных тропических древовидных форм (выс. до 25 м, диам. ствола до 50 см) до крошечных растений длиной в несколько мм. Стебли папоротников различаются по форме и анатомическому строению. Прямостоячие стволы древовидных папоротников у основания обычно снабжены многочисленными воздушными корнями. придающими им устойчивость. Стебли травянистых папоротников, особенно молодые, покрыты волосками или чешуйками. Листья папоротников, которые часто называют вайями, весьма разнообразны. Их длина колеблется от нескольких миллиметров до 30 м. Обычно лист имеет черешок и пластинку разной формы (простую, перистую, дважды или многократно перистую и т. д.). Листья, как правило, совмещают две функции – фотосинтеза и спороношения, лишь у немногих видов они дифференцированы на фотосинтезирующие (стерильные) и несущие спорангии (фертильные). На определённой стадии развития спорофита начинается спороношение (в биологическом смысле оно аналогично цветению). Спорангии расположены, как правило, на нижней стороне листа или по его краю, у большинства папоротников они сгруппированы в компактные кучки – сорусы. Часто сорусы прикрыты защитными органами – покрывальцами (индузиями). Спорангии одного соруса у разных видов созревают или почти одновременно, или последовательно. При созревании спорангии вскрываются и споры высыпаются. Из множества спор, производимых взрослым папоротником, лишь небольшая их часть попадает в благоприятные условия, прорастает, давая начало половому поколению – гаметофиту, или заростку. Для прорастания спор большинства папоротников, кроме влажности и тепла, нужен свет. У разноспоровых папоротников гаметофит однополый, у равноспоровых – обоеполый. Многие папоротники очень декоративны и используются для украшения жилищ и в оранжереях. В Юго-Восточной Азии молодые проростки широко используют в пищу. Корневища папоротника мужского служат источником лекарственного сырья.

sbio.info

Разнообразие папоротникообразных. Папоротники

Папоротники очень часто растут в наших лесах – самым обычным можно считать щитовник мужской, небольшой относительно невысокий папоротник (Рис. 1).

Рис. 1. Щитовник мужской и сорусы на обратной стороне вайи (Источник)

Его узкие вайи хорошо отличаются от всех других папоротников. На обратной стороне этих ваий, как и у всех папоротников можно увидеть сорусы – пучки спорангии, пучки мешочков, где созревают споры.

Орляк, папоротник с крупными треугольными вайями, под землей у орляка длинное корневище (Рис. 2).

Рис. 2. Орляк обыкновенный (Источник)

Самый красивый папоротник в наших лесах – страусник обыкновенный (Рис. 3).

Рис. 3. Страусник обыкновенный (Источник)

Особенности этого папоротника не только в его красоте (его как декоративное растение выращивают в садах и парках) но и в том, что вайи у него двух видов: одни вайи служат для фотосинтеза, как листья служат растениям, другие – бурые – не фотосинтезируют, зато на них образуются споры (Рис. 4).

Рис. 4. Вайи страусника обыкновенного (Источник)

Папоротники растут в сырых, затененных местах, именно там им хорошо размножаться, точнее, размножаться их гаметофитам. Гаметофиты у папоротников гермафродитные, и для того, чтобы сперматозоид переплыл к яйцеклетке, им нужна влажная среда. Вот такая влажная среда и может быть в темных лесах.

Что такое гаметофит и спорофит в биологии

Спорофит – одно из чередующихся поколений, относится к бесполому.

Многоклеточная диплоидная фаза, происходящая в период жизни водорослей и растений.

Бесполое развитие происходит из зиготы, в которой появляются споры. Образование зиготы происходит на половой гаплоидной фазе из женской яйцеклетки, оплодотворенной мужской гаметой.

Гаметофит — гаплоидная или половая фаза в жизненном цикле растений, которая, в свою очередь, развивается из спор и производит половые мужские и женские клетки, или гаметы.

Когда гаметы сливаются вместе или оплодотворяются, снова наступает гаплоидное поколение.

Гаметы бывают двух видов:

1. Мужские гаметы.

   Появляются из мужских гаметангий – антеридий. У споровых и водорослей они называются сперматозоидами, у семенных – спермиями. Отличаются между собой подвижностью, сперматозоиды имеют жгутики, поэтому могут двигаться.

2. Женские гаметы,

   представляющие собой неподвижные яйцеклетки. Образуются в женских гаметангиях, которые носят название – архегонии.

У наземной растительности оплодотворение яйцеклетки происходит в архегонии, после которого появляются споры. Жизненный цикл продолжает свое чередование.

Чередование поколений особо выражено у споровых растений. У папоротников, плаунов, хвощей гаметофит находится раздельно от спорофита, но преобладает гаплоидность.

Гаметофит выражен недолговечным маленьким ростком, на котором затем вырастает спорофит. У мхов нет разделения между фазами, коробочка со спорами развивается на гаметофите.

Цветковые или покрытосеменные растения для размножения используют опыление, когда мужские гаметы в тычинках переносятся к женским в пестиках. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде – шишках, и оплодотворение происходит, как и у покрытосеменных.

Однако семя голосеменных развивается из семязачатка, который открыт на семенной чешуе, у покрытосеменных оно находится внутри плода.

Схема жизненного цикла высших растений проста: постоянное чередование полового (гаплоидного) с бесполым (диплоидным) поколением.

Жизненный цикл мха кукушкин лен

Мох кукушкин лён – двудомное растение. Это явление, когда на отдельных стеблях одного растения формируются разнополые органы – женские и мужские.

Кукушкин лён развивается путём чередования двух поколений – бесполого и полового. Спорофит – это жизненный цикл мхов, результатом которого становится образование бесполых клеток. Они содержат диплоидный набор хромосом. Гаметофит – другой жизненный цикл этого же растения, который завершается образованием гамет, половых клеток, содержащих только один набор хромосом — гаплоидный.

Теперь понятно, почему в жизненном цикле мхов преобладает поколение половое над бесполым.

Коробочки со спорами, как считают в народе, похожи на кукушку, сидящую на шесте. В целом внешне мох кукушкин лён напоминает миниатюрное растение льна, откуда и получил своё название. Тоненькие волоски на колпачке, прикрывающем коробочку со спорами, также подобны льняной пряже.

Сама коробочка представляет собой несколько частей – урночку, шейку и крышечку. Внутри неё находится маленькая колонка. Она как раз и содержит бесплодные клетки, из которых в результате редукционного деления созревают гаплоидные споры. Урночка заканчивается кольцом. После завершения процесса созревания это колечко под дуновением ветра легко отделяет урночку и крышечку от стебля. Споры осыпаются на землю, и важный жизненный цикл растения начинается снова.

Отличие гаметофита и спорофита в жизни растений

Рассмотрим, какие основные особенности можно выделить у этих двух поколений, в чем заключается их жизненный цикл.

Гаметофит

• Развивается из споры.
• Гаплоид, т.е. имеет одинарный набор непарных хромосом.
• Размножение у него происходит половым способом.
• В процессе размножения на специальных органах гаметангиях образует мужские и женские половые клетки, которые называются гаметы.
• Гаметангии, где образуются мужские клетки, называются антеридии, а где женские — архегонии.
• Процесс деления гаплоидных клеток, в результате чего появляются гаметы, называется митоз.
• При оплодотворении женской гаметы мужской образуется зигота, которая впоследствии производит споры.

Спорофит

• Развивается из зиготы.
• Диплоид, т.е. с двумя наборами хромосом.
• Размножается бесполым способом.
• В процессе размножения на специальных органах спорангиях образуются споры — микроскопические зачатки растений.
• Когда в спорангии происходит деление диплоидных клеток с образованием спор, то это называется мейоз.
• Из каждой споры, которая начинает потом делиться по способу митоза, вырастает заросток — гаметофит, из которого впоследствии появляются гаметы. 
• Спорангии бывают двух видов: макро- и микроспорангии. Из макроспор, которые производит макроспорангий, развивается женский гаметофит, а из микроспор — мужской.
• Если споры одинаковы по размеру и физиологическим особенностям, то такие организмы называются равноспоровыми, а гаметофиты, которые появляются из них — обоеполые.

Почему спорофиты преобладают

Как половой, так и бесполый способ размножения имеют свои преимущества. Первый позволяет получить генетическое разнообразие. Новое растение не будет тождественно родительскому

Это дает возможность естественного отбора, что важно для сохранения вида. Второй способ просто «тиражирует» особь, воспроизводит её наследственный материал без изменений, что хорошо для быстрого увеличения численности. 

У всех высших растений, за исключением мохообразных, в жизненном цикле наблюдается преобладание спорофита, гаметофит при этом сравнительно менее долговечен и мало развит. В процессе эволюции мы видим его дальнейшую редукцию, гаметофит уменьшается.

Почему это происходит? Есть несколько причин, почему значение спорофита оказалось выше.

• Диплоидность спорофита обеспечивает более высокий уровень синтетических процессов. Также такой организм более стабилен с генетической точки зрения, потому что рецессивные мутации, снижающие жизнестойкость растения, не проявляются в фенотипе в диплоидном состоянии.
• Условия существования на суше могут сильно меняться, а сохранение в генофонде рецессивных мутаций, которых бы просто не осталось при естественном отборе, т.е. значительный генный полиморфизм, может сослужить важную службу растению при изменении жизненных условий и позволит ему выжить в неблагоприятной среде, где гаплоидные организмы просто вымрут.
• Чтобы гаметы смогли передвигаться, им необходима водная среда, а споры, в отличие от гамет, на суше распространяются очень легко.

Размножение грибов

Бесполое размножение грибов происходит благодаря особым спорам, которые развиваются на специальных ветвях мицелия. Споры могут быть экзогенными и эндогенными. Что такое спорангии грибов? Это особые клетки, которые также называются спорангиоспорами. Экзогенные споры образуются в органах, которые называются конидиеносцами, а споры – конидиями. Высшие грибы размножаются только конидиями, низшие чаще всего спорами.

Спорангии образуются на спорангиеносцах. Это особые ветви грибницы, которые отличаются ограниченным приростом, большей толщиной и другими особенностями.

Кстати, плесневые грибки выделяют токсические вещества, называемые микотоксинами, которые представляют собой сильнодействующий яд, способный причинить вред человеку и животным. Для этого совсем не обязательно скушать заплесневелый хлеб или другую пищу. Достаточно развернуть пакет или открыть судочек с заплесневевшей едой и случайно вдохнуть споры с воздухом или прикоснуться к плесени.

Надеемся, теперь вы понимаете, что такое спорангии, и знаете, что в них образуются споры, с помощью которых растения размножаются. Иногда споры могут быть ядовитыми.

Агротехника выращивания садовых папоротников

Все вышеперечисленные виды с успехом могут быть использованы в оформлении садовых участков при соблюдении требований растения для успешного роста, а именно — достаточная влажность почвы, полутень, заветрие, легкие почвы.

Папоротники обладают очень нежными листочками — вайями. Очень плохо переносят ветер. Зеленые изгороди, кроны деревьев, бордюры, ослабляя ветер, создают необходимое заветрие. Вот в таких местах и стоит размещать папоротники. У себя в лесу они получают мало солнечного света, в саду прекрасно чувствуют себя под пологом плодовых, декоративных, древесных растений. Более того, папоротники предохраняют почву, стволы деревьев от перегрева и высыхания.

Кроме того растения нуждаются в постоянном увлажнении почвы, высокой влажности воздуха. Такие условия как раз и существуют в сырых лиственных лесах. Небольшие густые корни совершенно не переносят пересушивания, но не следует допускать их длительного затопления. При поливе вода не должна попадать на «листья».

Папоротники садовые следует пересаживать ранней весной или в августе-сентябре, стараясь не повредить земляной ком при выкапывании отростков. Если потребуется покрыть поверхность пруда водными папоротниками, то достаточно опустить в нее отрезанный кусочек стебля с двумя листьями. Вода в водоемах для водных папоротников должна быть стоячая или медленно текущая. В период с мая по июль могут потребоваться подкормки комплекснымы минеральными удобрениеми (содержание микро-макро элементов не менее 12-13) раз в три недели.

При соблюдении всех правил агротехники папоротники практически не поражаются болезнями и вредителями. Наибольший урон наносят слизни, да и те скорее могут только «подпортить внешность», нежели погубить растение. Борются со слизнями расстановкой ловушек, ручным сбором, раскладыванием препаратов метальдегида. Изредка на вайях могут появляться бурые пятна, которые чаще всего являются признаком грибных, бактериальных заболеваний. Пораженные вайи необходимо срезать и сжечь.

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.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПАПОРОТНИКА.

Жизненный цикл папоротника включает смену бесполого и полового поколений — спорофита и гаметофита. Спорофит — всем известное зеленое растение — образует спорангии, часто выглядящие как красновато-бурые бугорки на нижней стороне обычных листьев или на специализированных листьях (спорофиллах) . Спорангии рассеивают тысячи спор, каждая из которых в благоприятных условиях прорастает в тонкую зеленую пластинку диаметром обычно ок. 6 мм. Это гаметофит, называемый заростком и обычно нами не замечаемый. На нем развиваются мужские и женские половые органы — антеридии и архегонии. Когда они созревают, сперматозоиды из антеридиев плывут по покрывающей заросток пленке воды в архегонии и оплодотворяют здесь яйцеклетки. Из зиготы образуется новый спорофит, и жизненный цикл завершается.