05. Плауны и хвощи

Цель урока — рассмотреть особенности строения плаунов и хвощей, их значение в природе и жизни человека.

Общая характеристика

Из материала предыдущего урока вы знаете, что в жизненном цикле высших растений присутствует два многоклеточных поколения: гаметофит и спорофит. У мхов, которых мы разобрали на последнем уроке, преобладает гаметофит. Он более развитый и долгоживущий, чем спорофит. У плаунов и хвощей преобладает спорофит, но и гаметофит развит в достаточной степени. Плауны и хвощи растут преимущественно в сырых тенистых местах, что связано с особенностями их размножения, для которого им необходима вода.

Представители обоих отделов — многолетние травянистые растения. В отличие от мхов, у них развиты настоящие стебли и корни, а также проводящая система. За счёт наличия проводящих и механических тканей плауны и хвощи могут достигать больших, по сравнению с мхами, размеров. Размножаются они, как и мхи, с помощью спор и относятся к высшим споровым растениям. Современные плауны и хвощи — это родственники очень крупных древовидных растений, живших на Земле более 300 млн лет назад в каменноугольный период. Распространены они были на всех материках, включая Антарктиду. Отмирая, образовывали залежи каменного угля.

Каменноугольный период

Каменноугольный период, или карбон, — это геологический период, который начался около 360 млн лет назад. Назван он так из-за эпохи активного углеобразования в то время. Основой растительности в карбоне были высшие споровые растения: сигиллярии и лепидодендроны из плауновидных, каламиты из хвощеобразных, древовидные папоротники. Уже существовали примитивные семенные растения — кордаиты. Они могли поселяться на более сухих местах, чем высшие споровые растения, потому что их размножение не требовало присутствия капельной влаги. Около 300 млн лет тому назад климат на Земле был тёплым и очень влажным, что создавало условия для развития споровых растений. Существовало множество древовидных форм, обильно покрывавших землю по берегам водоёмов (см. рис. 1). Под пологом древовидных форм существовали и небольшие растения, напоминавшие современные мхи, плауны и хвощи. В таких лесах не было ещё ни птиц, ни млекопитающих, обильны были древние группы насекомых, а также пауки и скорпионы. Потоки воды сносили в воду упавшие стволы. В дальнейшем они покрывались илом и песком. Под давлением воды и наносов, а также без доступа кислорода за миллионы лет эти растительные остатки постепенно превращались  в каменный уголь.

Плауны

Плауновидные — это отдел высших растений. Они имеют сосудистую ткань, которая проводит воду и питательные вещества, а также имеют настоящие корни и побеги. Листья у плаунов устроены не так, как, например, у папоротников или семенных растений. Они тонкие и не имеют собственной проводящей системы. Органы спороношения (см. рис. 2) могут располагаться на верхней стороне боковых листьев или в специальных спороносных колосках, на концах вертикально поднимающихся побегов.

Споры, прорастая, образуют заростки. Заросток у большинства плаунов подземный бесформенный. Питается он за счёт симбиоза с грибами. После оплодотворения на гаметофитах прорастают спорофиты. Интересно, что некоторые плауновидные дают мужские и женские споры, которые отличаются друг от друга размерами. Такое явление носит название разноспоровость.

Современных плауновидных существует около 1200 видов. Распространены они по всему земному шару. Плаун баранец растёт в лесах и на скалах, шильник на мелководьях озёр.

Представители рода Плаун встречаются в сосновых и еловых лесах. Они имеют длинный ползущий стебель со множеством веток, покрытых мелкими листьями. Летом, на вершинах прямостоячих побегов образуются спороносные колоски. Споры прорастают лишь через несколько лет после высыпания. Гаметофит подземный, питается за счёт микоризы и развивается до 16 лет. Плауновидные способны размножаться вегетативно, укоренением ветвей.

Побеги плаунов очень декоративны. Из них делают венки, гирлянды для украшения зданий.

Поскольку плауны размножаются очень медленно, то в настоящее время некоторые их виды стали редкими и нуждаются в охране.

Лепидодендрон

В каменноугольном периоде около 300 млн лет назад на Земле были широко распространены лепидодендроны. Это были крупные древовидные плауновидные. Высота их стволов достигала 45 м при диаметре до полутора метров. Они составляли обширные леса. Стволы и ветви этих деревьев имели дихотомическое ветвление, то есть всегда разделялись на 2 одинаковых побега (см. рис. 5). Некоторые виды образовывали спороносные колоски — шишки длиной до 90 см. На стволе росло множество листьев. Они были длиной до 1 м и треугольные в сечении. Постепенно опадая, листья оставляли на стволах и ветвях рубцы, благодаря которым поверхность ископаемых стволов имеет своеобразную текстуру, напоминающую кожу змеи или аллигатора (см. рис. 6). Именно за это лепидодендрон и получил своё название, которое можно перевести как «чешуедрев».

Хвощи

Хвощевидные — это многолетние травянистые растения с побегами, будто бы собранными из отдельных деталей (см. рис. 7). Они имеют длинные ветвящиеся корневища, которые зимуют в почве. Кратко представителей этого отдела высших растений принято называть хвощами. Листья хвощей сильно уменьшены, от них остались лишь небольшие зубчики. Часть видов имеет побеги двух типов: весенние и летние. На верхушках бурых весенних побегов расположены спороносные колоски (см. рис 8). Споры снабжены специальными выростами, которые расталкивают их, разрыхляя споровую массу. Так споры легче разносятся ветром.

Строение спороносящего хвоща

С помощью лупы рассмотрите весенний и летний побеги хвоща полевого из гербария. Найдите спороносный колосок. Опишите значение спор в жизни хвоща. Зарисуйте строение побега хвоща.

Заростки хвощей однолетние, наземные, фотосинтезирующие. Они могут быть как однополыми, так и обоеполыми. При этом чем хуже условия окружающей среды, тем больше образуется мужских заростков. Некоторые вымершие виды хвощевидных были разноспоровыми. Зелёные побеги активно фотосинтезируют, накапливая питательные вещества.

Стебли хвощей пропитаны кремнезёмом, за счёт этого они твёрдые и прочные, а внутри полые,  поэтому очень лёгкие.

Ископаемые хвощи иногда бывали крупными растениями и достигали высоты до 25 метров. Современные хвощи — растения относительно небольшие. Они растут в полях, лесах (см. рис. 9) или около водоёмов (см. рис. 10). Обычно на участках с влажной и кислой почвой. Если на вашем приусадебном участке массово растут хвощи, то это означает, что почва закислена и нуждается в известковании.

Каламиты

Каламиты — древние ископаемые растения, родственные современным хвощам (см. рис. 11). Это древовидные растения, имевшие мощные, членистые, полые внутри стебли с поперечными перегородками. Их ветви ветвились и располагались рассеянно или мутовчато, как у современных хвощей. Листьев не было. Стебли прикреплялись  к подземному корневищу. Спорангии у коломитов были собраны в колосья. Коломиты росли повсеместно в каменноугольном периоде. Их останки сохранились в виде пластинок каменного угля или участков сдавленных стеблей.

Значение плаунов и хвощей в природе и жизни человека

Поскольку плауновидные ядовиты, а стебли хвоща отличаются жёсткостью, эти растения практически не поедаются животными. Несколько видов плауновидных использовали в народной медицине. Побеги плаунов используются в качестве украшений. Споры плаунов ранее применялись в качестве присыпки. В металлургии формы для литья обсыпали спорами плаунов, и металлические детали легко отставали от стенок.

Хвощи могут являться сорняками на полях с повышенной кислотностью почвы. Жёсткие стебли хвощей в прежние времена использовали для полировки металлических деталей. Древние древовидные плауны и хвощи участвовали в образовании залежей каменного угля, который не только является источником энергии, но и ценным сырьём для химической промышленности. Из него получают смазочные масла, смолы, пластмассы и многие другие продукты.

Итак, сегодня мы разобрали два отдела высших споровых растений: хвощи и плауны. На следующем уроке поговорим ещё об одной довольно древней по происхождению группе растений, размножающихся спорами, — о папоротниках.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных учебников.

Проверьте себя

1. Что такое разноспоровость?

1. Каким веществом пропитаны стебли хвощей? Какое свойство придаёт им это вещество? Как человек использует это свойство?

2. * Представьте, что вы перенеслись во времени в каменноугольный геологический период. Вы оказались в лесу этого периода. Какие растения вы видите вокруг себя? Опишите их.

Список использованных источников:

Рис. 1–3, 8–11. Изображения используются согласно лицензии Shutterstock / FOTODOM

Рис. 4. Источник: commons.wikimedia.org / название: Subularia aquatica plant (02) / атрибуция: public domain, автор: Rasbak

Рис. 5. Источник: commons.wikimedia.org / название: The testimony of the rocks; (1867) (14789373773) / атрибуция: public domain, автор: Fæ

Рис. 6. Источник: commons.wikimedia.org / название: Lepidodendron PAMuseum / атрибуция: public domain, автор: BotMultichillT

Рис. 7. Источник: commons.wikimedia.org / название: Unidentified Equisetum, Maramures, detail 2 / атрибуция: public domain, автор: Martin Kozák