Высшие споровые растения

Общая характеристика высших споровых растений

В отличие от семенных растений, таксоны, способные размножаться спорами, являются одними из первых, населивших нашу планету.

К ним относят:

• мхи;
• плауны;
• папоротники;
• хвощи.

Считается, что произойти они могли от многоклеточных зеленых водорослей, пройдя промежуточную стадию — риниофитов.

Историческую ценность этих особей трудно переоценить. Их существование исчисляется сотнями миллионов лет, а корни происхождения уходят в палеозойскую эру, каменноугольный период.

Отмирающие одни особи и на этом же месте вырастающие другие, формировали плотный земельный покров, который со временем превращался в залежи каменного угля. Именно поэтому в наши дни археологи находят отчетливые отпечатки листьев и стволов в изучаемых пластах земной коры.

В процессе эволюции метаморфозы обусловили развитие растений в двух направлениях: образовании гаплоидной и диплоидной ветвей. Гаметофит характеризуется более интенсивным развитием, спорофиту «отведена» вторичная роль. Папоротники, плауны и хвощи — яркие представители диплоидного направления. Их гаметофит — заросток.

Для жизненного цикла данного таксона свойственно чередование бесполого и полового размножения, соответственно, существуют половое и бесполое поколения. Эта особенность лежит в основе полного жизненного цикла высших споровых.

В бесполый период жизни формируются споры, из которых впоследствии развивается половое поколение. Для него характерно наличие мужских и женских половых органов и, соответственно, — гамет. Гаметы представляют собой сперматозоиды, способные активно передвигаться, и яйцеклетки, занимающие свою нишу внутри женского полового органа. Попасть сперматозоиду к яйцеклетке помогает вода. В результате их слияния образуется зародышевый организм, который по мере развития переходит в бесполое поколение.

Ботаника изучает множество видов высших споровых растений. Так, мохообразные насчитывают более 25 тысяч видов, плауны — четырехсот, хвощи — 32, папоротники — 10 тысяч.

К основным характерным признакам ученые относят:

1. Дифференцирование тканей, лежащих в основе строения. Среди них выделяют наружную, выполняющую защитную роль, хлорофиллоносную и запасающую. Кроме того, для жизни растения важна опорная ткань, обеспечивающая механическую устойчивость.
2. Наличие в теле растения различных органов, в т.ч. органов поглощения (ризоидов и корневых волосков), фотосинтезирующих органов (листков), стеблей.
3. Наличие органов полового размножения: мужских (антеридий) и женских (архегоний).
4. Присутствие в онтогенезе зародыша, который появляется из зиготы при слиянии гамет.
5. Последовательность полового и бесполого поколений.
6. Прогрессирование спорофита, как обладающего хорошей приспособляемостью к окружающим условиям и генетическими особенностями.

Обитание высших споровых не ограничивается влажными участками земли. Некоторые виды приспособились существовать даже в пустынях.

Основные виды с примерами

Виды споровых растений:

1. Отдел риниофиты или риниеобразные.
2. Отдел псилофиты или псилотообразные.
3. Отдел мохообразные или бриофиты.
4. Отдел плаунообразные или ликоподиофиты.
5. Отдел папоротникообразные или полиподиофиты.

Риниофиты или риниеобразные

450 миллионов лет назад на Земле были широко распространены растения, которые сегодня называются ископаемыми. К ним относится отдел «риниофиты» (или риниеобразные), латинское название Rhyniophyta. В него включено два класса: риниевые и зостерофилловые. Эти высшие споровые растения объединяют следующие роды:

1. Huvenia.
2. Rhynia.
3. Stockmansella.

Их появление на Земле отнесено к раннему девону. Именно такие отпечатки находят в древних каменных залежах. Судя по найденным отпечаткам, растения имели ребристый стебель и сосудистое строение. Ученые относят такие растительные группы к первым сухопутным. На стебле располагались чешуевидные придатки. Кроме того, хорошо заметны двойные спорангии.

В качестве представителей риниофитов ученые приводят куксонии (имевшие высоту не более 7 см) и ринии (достигающие в высоту полуметра).

Псилофиты или псилотообразные

Среди современных растений, произрастающих в тропиках и субтропиках, присутствуют такие, у которых нет листьев, а тело дихотомически разделяется на ветви. Такая особенность встречается у 20 видов, принадлежащих к отделу псилофитов. В высоту они не более 40 см, но чаще — 25-30. В жизненном цикле большее значение имеет спорофит.

В числе крупных особей, имеющих сложное строение, — астероксилон. Он имеет горизонтальное корневище, от которого отходят крупные побеги. На них хорошо заметны некрупные шиловидные листья со спорангиями на концах.

Характеристика растений включает две разновидности: имеющую прямостоячий или ветвистый стебель.

Поскольку корни у обеих отсутствуют, движение жидкости внутри осуществляется по ксилеме. Вторая часть проводящей системы — флоэма — предназначена для передачи органических полезных веществ. Оба элемента проводящей системы не попадают в их листовидные придатки. По этой причине листьями они не считаются.

Реакции фотосинтеза происходят в стеблях. На веточках же образуются споры, которые впоследствии врастают в особые цилиндрические структуры — заростки. Гаметы, сливаясь, образуют архегонии, а из зигот получается последующее поколение - споровый вариант.

В биологии псиловидным отведена важная роль — присутствовать в эволюционной цепочке. Их считают первичными растениями, имеющими сосудистую ткань. В то же время существует мнение, что они родственны папоротникам, хотя и имеют специфические признаки. Одними из примитивных псиловидных считают плауновидных.

Мохообразные или бриофиты

Бриофиты, являясь растениями, имеющими древнее происхождение, дожили до настоящего времени. Время их появления на Земле общее с риниофитами, однако, в отличие от последних, они активно встречаются в окружающей среде.

Это мелкие особи, высотой не более 20 см, чаще — 10 см. Второе название — мохообразные. Характерная черта — тело в виде слоевища либо расчлененного на отдельные части — стебли, листья. Сосуды здесь отсутствуют.

В эволюции бриофитам отведено место, промежуточное между водорослями и растениями, произрастающими на земле. Поскольку корней мхи не имеют, их функцию исполняют ризоиды. А вот хлорофилл фотосинтезируется. Отличие мхов от лишайников заключается в том, что они являются единым организмом, а обыкновенный лишайник является «содружеством» отдельных особей.

При обитании мха чаще на суше, хоть и в сырых местах, для его размножения характерно чередование бесполого, полового и вегетативного характера.

Для спорофита свойственно обитание на гаметофите, а также получение питания за счет него. Такая особь не развита самостоятельно и существует в природе в виде бурого стебелька, лишенного листьев. Зато на его конце располагается коробочка, содержащая споры. Примером является кукушкин лен. По мере окончательного созревания коробочки из нее выпадают споры, из которых получают развитие многоклеточные нити. В дальнейшем, в результате почкования появляются гаметофиты.

В списке мохообразных числятся: маршанция, сфагнум, кукушкин лен.

Плаунообразные или ликоподиофиты

Плаунообразные (или ликоподиофиты) представлены плауном булавовидным — вечнозеленым растением с ползучим стеблем, способным вырасти до трех метров.

Отдел с таким названием объединяет порядка 1300 видов. Произрастают они во влажных природных условиях, в основном, в тропиках.

Периодом появления растений на Земле считается девон. Поэтому их отпечатки встречаются в каменных залежах палеозойской эры. Предками плаунообразных считаются риниофиты. В начале для их произрастания была необходима заболоченная территория.

Для строения характерно наличие как прямостоячих, так и ползучих побегов. Распространяться они могут под либо над землей. Листья образуются путем выростов стебля, который дихотомически ветвится. На поверхности стебля располагаются эпидерма и устьица. Послойное строение стебля предполагает наличие коры и проводящей ткани. В размерах растение увеличивается в районе точки роста.

Верхняя сторона отдельных листьев содержит спорофиллы, в которых развиваются спорангии. Верхняя часть побегов часто содержит спорофиллы.

Ученые дают плаунообразным определение равно- и разноспоровых.

К отделу относят:

• астероксиловые (астероксилон, схизоподиум);
• плауновые (плаун, филоглоссум);
• протолепидодендровые.

Среди плаунов наиболее распространены варианты:

• сплюснутый;
• годичный;
• можжевельниковый;
• темный;
• пильчатый;
• китайский и другие.

Папоротникообразные или полиподиофиты

Polypodióphyta (папоротники) — растения сосудистого типа. Отряду более 400-х млн лет, первые особи сыграли главную роль в происхождении элегантных, поражающих красотой современных папоротников. Их внешний вид разнообразен. Неодинаковы они и по жизненным циклам, морфологии. Растут в нижнем и среднем ярусах лесов, не боятся повышенной влажности почв и не прихотливы к отсутствию солнечного света.

Ту часть растения, которая в народе может называться листьями, ботаники относят к системе ветвей. Это — плосковетка (вайя), более простое название — предпобег. При этом листовая все-таки существует, а предпобег уплощен. Из-за этих особенностей, глядя на растение, невозможно разобрать: где стебель, а где его листья. Особенно заметно это у голосеменных.

Пути размножения папоротников разнообразны. Среди них выделяют споровый, вегетативный и половой. В этом отличия высших споровых, например, от покрытосеменных, одноклеточных и цветковых.

Представителей Polypodióphyta можно разделить на четыре класса:

• Psilotopsida;

• Equisetopsida;

• Marattiopsida;

• Polypodiopsida.

Многие из них имеют строгий внешний вид, четкие морфологические очертания и внушительные размеры, например, хвощовые или мараттиевые.

Чередование поколений в жизненном цикле высших споровых растений

Цикл жизни высших споровых характеризуется сменой поколений: спорофита на гаметофит и наоборот. Таким образом, единого способа размножения не существует. Для растений характерно размножаться как половым, так и бесполым путями. В жизненном цикле происходит смена гаплоидной и диплоидной ядерных фаз.

Последовательно его можно представить как:

• зарождение;
• развитие;
• воспроизведение себе подобных (размножение).

Выделить различия между простым и сложным циклом можно на примере зеленой водоросли хлореллы, для которой характерно размножение спорообразованием. В процессе развития внутри водоросли размещаются 4-8 автоспор, которые со временем получают индивидуальную оболочку. Это простой цикл.

В качестве сложного можно назвать размножение равноспорового папоротника, для которого не редкость существование спорофита (собственно папоротника) и его заростка (гаметофита). Жизнь последнего коротка, но за нее успевает появиться отдельная особь. Она одна и крупных размеров.

Определить, какой из способов имеет большее значение трудно, обычно бесполое размножение в природе встречается очень редко. Для него характерно наличие параллельных полового или вегетативного вариантов.