Сравнительный анализ жизненного цикла мхов (кукушкина льна) и плауны (плаун годичный)

Жизненный цикл кукушкиного льна

Кукушкин лен - Polytrichum commune - является характерным представителем лиственных мхов. Тело мха кукушкин лен расчленено на тонкий, округлый, красноватого цвета стебель и узкие, зеленые листочки. Корни отсутствуют, их заменяют хорошо развитые ризоиды. По сравнению с другими видами мхов кукушкин лен обладает большой высотой; он до­стигает высоты 20-40 см.

Размножается кукушкин лен спорами. У него хорошо выражена смена поколений. Это двудомное растение. Половые органы образуются на верхушке стеблей.

Мужские экземпляры кукушкина льна имеют характерное расположение листьев на верхушке стеблей. Здесь образуются более крупные листья, сидят они значительно гуще в виде розеточки и имеют красноватую окраску. По такому расположению листочков легко узнать мужские экземпляры. Антеридии формируются на расширенной верхней части стебля. Антеридии имеют несколько удлиненную форму, в них развиваются сперматовоиды с двумя жгутиками.

Архегонии имеют колбообразную форму, расположены на верхушке стебля женского растения, которое, в отличие от муж­ского, не заканчивается розеткой из крас­ных листочков.

Оплодотворение происходит ранней весной, когда низкие места, на которых произрастают мхи, заливаются водой. Один из сперматозоидов проникает к яйцеклетке через слизистый канал шейки архегония и оплодотворяет ее. Из оплодотворенной яйцеклетки вырастает спорофит в виде длинного тонкого стебелька, заканчивающегося коробочкой сложного строения. Спорофит кукушкина льна носит специальное название - спорогоний. Коробочка спорогона имеет удлиненный с заостренным концом колпачок. Внешне он сходен с кукушкой, откуда и произошло название данного мха.

Колпачок - калиптра, это верхняя измененная часть архегония. Под колпачком находится крышечка коробочки. Внутри коробочки имеется центральный стержень - колонка, к ней прикрепляется споровый мешок, в котором развиваются споры. Вначале споры соединены в тетрады, т.е. по четыре штуки вместе.

Перед созреванием тетрады распадаются на отдельные споры. У коробочки сначала опадает колпачок, затем крышечка. Коробочка заканчивается зубчиками, в сухую погоду они отгибаются наружу и тем самым открывают выход зрелым спорам.

Спора, опадая на землю, при наличии достаточного количества влаги прорастает, образуя протонем у, или предросток. Протонема состоит из тонких ветвистых нитей, заполненных хлорофиллом.

Протонема, разрастаясь, образует верхушечную почку, из которой вырастают взрослые растения кукушкина льна, причем одни протонемы образуют только мужские, а другие только женские растения.

Хотя внешнего различия между спорами нет, физиологически они различны. После оплодотворения яйцеклетка разрастается в бесполое поколение в виде спорогона, растущего на женском гаметофите. У кукушкина льна гаметофит по своим размерам преобладает над спорофитом.

У мха кукушкин лен наблюдается различная потребность к условиям среды со стороны спорофита и гаметофита. У спорофита (спорогона) кукушкина льна, произрастающего на женском гаметофите, ясно выражена приспособленность к жизни в воздушной среде, и он не нуждается в воде, так как получает необходимое количество ее от гаметофита.

Сухая среда предохраняет споры от прорастания в коробочке. Половое же поколение этого мха не может жить без свободной воды, так как не имеет еще корней и потому основную массу ее получает не из почвы, а из атмосферы.

Свободная вода необходима половому поколению кукушкина льна и для осуществления полового процесса, для передвижения сперматозоидов.

Мох кукушкин лен-растение многолетнее. После освобождения от сперматозоидов мужские экземпляры не гибнут; они продолжают расти и на следующий год на верхушке их снова образуются антеридии.

Не гибнут и женские экземпляры, после рассеивания спор спорогон на них падает, а растения продолжают расти, и на следующую весну на верхушке стебелька их снова образуются архегонии.

Схема цикла развития кукушкиного льна. Объяснения в тексте

Цикл развития зелёного мха Кукушкина льна. Объяснение в тексте

Тесты

620-1. Скопление какой группы растений способствует заболачиванию почвы?
А) плауновидных
Б) хвощевидных
В) моховидных
Г) папортниковидных

Ответ

620-2. Стебель с листьями в процессе эволюции впервые появился у
А) водорослей
Б) моховидных
В) хвощевидных
Г) папоротниковидных

Ответ

620-3. Мхи представляют тупиковую ветвь в эволюции растений, так как
А) от них произошли более высокоорганизованные папоротники
Б) они не дали начала более высокоорганизованным растениям
В) от них произошли более высокоорганизованные хвощи
Г) они произошли от одноклеточных водорослей

Ответ

620-4. Какой признак характерен для мхов?
А) придаточные корни развиваются от стебля
Б) споры образуются в коробочке
В) у них отсутствует побег
Г) опыление предшествует оплодотворению

Ответ

620-5. У мхов из споры развивается
А) коробочка на ножке
Б) семя
В) зелёная нить
Г) заросток

Ответ

620-6. Приспособленность мха сфагнума к жизни в условиях избыточного увлажнения проявляется в наличии
А) корневища с придаточными корнями
Б) клеток с хлоропластами
В) мертвых клеток
Г) ризоидов

Ответ

620-7. Представители какого отдела царства Растения изображены на рисунке?

Ответ

620-8. Какие растения относятся к отделу Мохообразные?
А) обитающие на суше и размножающиеся семенами
Б) листостебельные, не имеющие корней, размножающиеся спорами
В) все растения влажных мест обитания
Г) все травянистые растения

Ответ

620-9) Какие приспособления к поглощению большого количества воды появились в процессе эволюции у мхов?
А) ризоиды – выросты на стебле
Б) крупные мёртвые клетки
В) коробочки со спорами
Г) клетки тонкой покровной ткани

Ответ

620-10. У зелёных мхов, в отличие от водорослей,
А) клетки имеют большое и малое ядра
Б) оплодотворение происходит при наличии воды
В) слоевище разделено на ткани и органы
Г) осуществляется половое и бесполое размножение

Ответ

620-11. К какому отделу высших растений относится изображенное на рисунке растение?

А) Покрытосеменные
Б) Голосеменные
В) Папоротникообразные
Г) Мохообразные

Ответ

620-12. По каким признакам моховидных отличают от других растений?
А) в процессе их развития происходит чередование поколений
Б) размножаются спорами
В) имеют листья, стебель и ризоиды
Г) способны к фотосинтезу

Ответ

620-13. Папоротники, в отличие от зелёных мхов, имеют
А) ризоиды
Б) корни
В) листья
Г) стебли

Ответ

620-14. Из спор зелёного мха кукушкина льна развивается(-ются)
А) заросток в виде зелёной пластины
Б) предросток в виде зелёных нитей
В) растения с листьями
Г) семена будущего растения

Ответ

620-15. Из высших растений корней нет у
А) Цветковых
Б) Хвойных
В) Мхов
Г) Папоротников

Ответ

620-16. Папоротники распространены на Земле значительно шире мхов, так как они
А) имеют развитую корневую систему и более эффективно размножаются
Б) появились в ходе эволюции раньше и успели лучше приспособиться
В) широко выращиваются человеком для своих нужд
Г) успешно распространяются различными животными

Ответ

620-17. Наиболее простое строение среди высших растений имеют мхи, так как
А) у них нет корней
Б) стебель у них неветвящийся, с узкими листьями
В) они образуют органические вещества из неорганических
Г) у них есть воздухоносные клетки

Ответ

620-18. Почему мхи представляют тупиковую ветвь в эволюции растений?
А) они не освоили наземно-воздушную среду обитания
Б) они произошли от водорослей
В) они не имеют корней и размножаются спорами
Г) они не дали начало более высокоорганизованным растениям

Ответ

620-19. Представитель какого отдела царства Растения изображен на рисунке?

А) Папоротниковидные
Б) Голосеменные
В) Плауновидные
Г) Моховидные

Ответ

620-20. К какой группе организмов относят зеленые растения, не имеющие корней, размножающиеся спорами, в жизненном цикле которых преобладает половое поколение?
А) мохообразные
Б) папоротникообразные
В) голосеменные
Г) плауновидные

Моховидные относятся к высшим споровым растениям , так как для них характерно разделение тела на органы и ткани.

Моховидные широко распространены, особенно в областях с умеренным и холодным климатом. Мхи встречаются на болотах, в лесах, растут на стволах деревьев, на постройках и скалах и даже в пресных водоемах. Мхи обладают способностью выживать в условиях как морозов, так и высоких температур.

Мхи, в отличие от водорослей, являются наземными растениями. При этом они являются самыми примитивными по строению сухопутными растениями.

В отличие от водорослей, тело мохообразных разделено на специализированные ткани, каждую ткань составляет особый род клеток.

При этом тело мха, как и тело водорослей, называют слоевищем . Однако в нем есть четкое разделение на стебель и листья .

У многих моховидных в центре стебля есть проводящая система, которая располагается в виде отдельных пучков. Проводящая система обеспечивает передвижение минеральных веществ и воды, а также органических веществ.

Листья мхов выглядят как зеленые пластинки, имеющие линейно-ланцетную форму. Они достаточно тонкие, состоят всего из нескольких слоев клеток или из одного слоя. Лист может содержать бесцветные клетки, среди которых есть зеленые клетки-ассимиляторы, содержащие хлорофилл. В них протекает фотосинтез.

У многих мхов на нижней части стебля имеются корнеподобные выросты (ризоиды ). Они представляют собой выросты эпидермиса и похожи на корневые волоски. Во многом ризоиды выполняют функцию корней, т. е. закрепляют растение в почве и всасывают воду с растворенными в ней минеральными веществами.

Представители мхов

Кукушкин лен

Кукушкин лен является многолетним растением. Растет во влажных местах (на болотах, в еловых лесах).

Высота стебля растения достигает 20 см, он имеет зеленовато-коричневый цвет.

На стебле кукушкина льна плотно по спирали располагаются маленькие узкие зеленые листья.

У кукушкина льна имеются ризоиды, которые закрепляют его в почве и поглощают из нее воду.

На примере кукушкина льна обычно рассматривают жизненный цикл мхов, в котором происходит чередование двух поколений. Причем у мхов поколение гаметофита преобладает над поколением спорофита.

Спора кукушкина льна гаплоидная (т. е. содержит одинарный набор хромосом). Попав во влажную почву она прорастает и дает начало листостебельному растению. Таким образом, фотосинтезирующие растения мхов гаплоидные, что отличает их от других высших растений.

У кукушкина льна есть женские и мужские растения, т. е. он двудомный. На женских растениях развиваются специальные органы - архегонии , а на мужских - антеридии . В архегониях образуются яйцеклетки, а в антеридиях - сперматозоиды. Для того, чтобы произошло оплодотворение, сперматозоиды должны подплыть к яйцеклеткам, находящимся в архегониях. А для этого нужна вода. Таким образом, оплодотворение у мохообразных возможно лишь при наличии воды. Этот факт ограничил их распространение по суше в процессе эволюции.

Оплодотворение у кукушкина льна происходит обычно в период сильных дождей. При этом образуется диплоидная зигота (она содержит двойной набор хромосом: один от яйцеклетки, другой - от сперматозоида). Зигота остается на верхушке женского растения кукушкина льна, и через год из нее развивается коробочка на длинной ножке. Это образование представляет собой спорофит, так как состоит из диплоидных клеток.

Коробочка кукушкина льна называется спорангием, у нее есть крышечка и колпачок. В спорангии созревают споры. При этом происходит мейоз и в результате образуются гаплоидные споры.

Созревшие споры высыпаются из коробочки. В благоприятных условиях спора прорастает и развивается в листостебельное растение мха. Но сначала будущее растение кукушкина льна выглядит как нить зеленой водоросли. Это может служить доказательством того, что мхи произошли от водорослей.

Сфагнум

Сфагнум является представителем белых мхов, которые называют еще торфяными, так как они образуют залежи торфа.

В умеренном климате сфагнум растет на болотах. Это многолетние растение, стебель которого сильно ветвится.

В отличие от кукушкина льна, в стебле сфагнума нет проводящих пучков. Также у сфагнума отсутствуют ризоиды. Поэтому воду он поглощает всем телом.

Листья сфагнума содержат два вида клеток. Одни клетки содержат хлоропласты и зеленые, другие - без хлоропластов и бесцветные. Клетки расположены в один слой, поэтому листья выглядят полосатыми двуцветными. Фотосинтезирующие клетки листа мелки и длинные. Бесцветные клетки крупные, имеют большие поры в оболочках. Эти клетки используются для поглощения и удержания воды. Из-за того, что сфагнум поглощает и удерживает большое количество влаги, происходит заболачивание почвы.

Чередование поколений и размножение у сфагнума (его жизненный цикл) такой же как у кукушкина льна. Однако, в отличие от кукушкина льна, у сфагнума антеридии и архегонии образуются на одном растении, т. е. он является однодомным.

Сфагнум растет верхушкой своего побега. При этом снизу стебель отмирает. Отмершие части стеблей сфагнума уплотняются, в отсутствие кислорода не разлагаются и образуют торфяные залежи. Кроме того, сфагнум выделяет антисептическое вещество сфагнол, которое тормозит гниение. Поэтому в слоях торфа сохраняются различные организмы (останки животных и растений).

Сфагнум растет медленно, всего несколько сантиметров в год.

Значение моховидных

Животные почти не едят мхи.

Однако мхи играют важную роль в природе, так как накапливают влагу, регулируют водный баланс местности. При этом мхи часто приводят к заболачиванию почв, что следует считать их отрицательным влиянием.

Мхи способны накапливать многие вредные вещества, в том числе радиоактивные.

Моховидные образуют торф, который является полезным ископаемым для человека. Торф используется как топливо, удобрение, сырье для промышленности. Из него получают древесный спирт, пластмассы и др.

Сухой сфагнум обладает антисептическими свойствами. Раньше его использовали в качестве перевязочного материала.

Отдел мохообразные представляет собой своеобразную группу растений, занимающих промежуточное положение между водорослями и собственно наземными растениями. Название «мох» ошибочно применяют к ряду растений, не относящихся к мохообразным: мох, растущий на коре деревьев с северной стороны, - это в действительности водоросль, «олений мох» - лишайник, а «испанский мох», свисающий с деревьев на юге США, - семенное растение, близкое к ананасу.

Мохообразные, или бриофиты - очень древние наземные растения. Они появились почти одновременно с риниофитами, но дожили до наших дней. Это наиболее примитивные современные высшие споровые растения. Все представители мохообразных — многолетние, достаточно мелкие растения, высота которых обычно составляет 10-20 см. Тело мхов - в виде слоевища либо расчлененное на стебли и листья. Настоящих типичных корней мхи не имеют: роль корней у них выполняют тонкие волоски, называемые ризоидами.

Мхи имеют хлорофилл, фотосинтезируют, живут на суше, в сырых местах, реже — в воде. Тело мхов состоит из тканей, но настоящих сосудов не имеет.

Размножение у мхов происходит тремя способами: бесполым (спорами), половым и вегетативным. Бесполый и половой способы развития чередуются.

Обычное небольшое зеленое облиственное растеньице, называемое мхом , - это гаметофитное (половое) поколение. Гаметофит состоит из единственного центрального стебля, окруженного листьями и удерживаемого в почве ризоидами, поглощающими из почвы йод и соли. Клетки листа синтезируют все остальные, необходимые для жизни растения соединения; следовательно, каждый гаметофит представляет собой независимый организм.

Бесполое поколение (спорофит) вырастает на гаметофите (растении полового поколения) и питается за его счет. Оно не имеет самостоятельности, развито слабо и представлено безлистным бурым стебельком, на конце которого имеется коробочка со спорами, например, как у кукушкина льна . Когда коробочка созревает, из нее высыпаются споры. Попав в благоприятные условия, из спор вырастает многоклеточная нить, из которой путем почкования развиваются несколько гаметофитов.

Когда рост гаметофита заканчивается и он оказывается подготовленным к размножению, на верхушке стебля - в середине розетки листьев - развиваются половые органы: антеридии (от греч. «антерос» - цветущий) — мужские половые органы, в которых развиваются подвижные гаметы - сперматозоиды и архегонии (от греч. «архе» - начало и «гоне» — рождение) - женские половые органы, в которых образуется неподвижная женская гамета - яйцеклетка .

В период половодья или обильных дождей мужские клетки — сперматозоиды подплывают к яйцеклетке, где и происходит их слияние. После оплодотворения образуется зигота (от греч. «зиготос» - соединенный вместе) начальная стадия развития зародыша. Из оплодотворенной зиготы на следующий год развивается коробочка на длинной безлистной ножке - спорогон. Он покрыт колпачком, в котором образуются споры.

Когда колпачок спадает, из созревшей коробочки выпадают споры и, попав в благоприятные условия, прорастают в зеленую разветвленную нить - предросток. На нем образуются почки, а из них вырастают мужские и женские экземпляры кукушкина льна. Таким образом, в жизненном цикле развития мхов происходит чередование полового и бесполого поколений.

Отдел мохообразных объединяет около 35 000 видов на всем земном шаре. У нас встречается более 500 видов мхов. Наиболее распространенный из них маршанция . Ее можно встретить на болотах и заболоченных местах, на берегах рек. Это слоевищное растение. К листостебельным мхам относятся кукушкин лен и мох сфагнум . У кукушкина льна есть стебель, листья и ризоиды. У сфагнума ризоидов нет. Кукушкин лен - раздельнополое (двудомное) растение. Чередование поколений в его жизненном цикле рассмотрено выше. У сфагнума также происходит чередование поколений, но это однодомное растение, на котором между листьями на боковых веточках развиваются антеридии, а на верхушках - архегонии. После оплодотворения их зиготы образуется почти шарообразная коробочка, где развиваются споры.

Сфагнум поглощает волу специальными водоносными клетками, которые способны накапливать в 20-30 раз больше массы самого мха.

Водоносные клетки называют мертвыми. От них зависит цвет сфагнума, поэтому его часто называют белым мхом. Кроме мертвых клеток, в теле сфагнума есть и живые клетки с хлоропластами, они мелкие, зеленые, узенькие. Их можно увидеть только с помощью микроскопа. Сфагнум растет очень медленно, до 3 см за год.

Мохообразные играют важную роль в природе. Поселяясь на камнях, песке и т. п., они выступают в роли растений-пионеров, подготавливая почву для других растений. Мхи имеют важное значение в экосистемах, выполняя роль регуляторов водного режима. Большое значение мохообразных в образовании торфа. Особую роль в этом играет мох сфагнум. Дерновинки сфагнума впитывают большое количество воды, поэтому поверхность почвы, зарастая этим мхом, переувлажняется и заболачивается. Нижние участки дернинок темнеют и уплотняются, превращаясь в торф - полезное ископаемое, образованное скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению при переувлажнении. Торф используют как топливо и удобрение. Сфагновые мхи выделяют вещества, губительно действующие на бактерии, и поэтому задерживают процессы гниения всех отмерших остатков. Высушенные сфагновые мхи во время Первой и Второй мировой войн использовали как перевязочный материал вместо ваты, так как они обладают антибактериальными свойствами и очень гидроскопичны (способны поглощать влагу).