Особливості розмноження і поширення вищих спорових рослин

Вищі спорові рослини (відділи Мохоподібні, Плауноподібні, Хвощеподібні, Папоротеподібні) мають чергування поколінь. Це означає, що в життєвому циклі чергуються особини нестатевого (спорофіт) та статевого (гаметофіт) поколінь. Статеві органи розвиваються на статевому поколінні. Чоловічі статеві органи — антеридії — утворення овальної форми, усередині яких розвиваються рухливі сперматозоїди (джгутикові чоловічі статеві клітини); жіночі статеві органи — архегонії, колбоподібної форми, у них розвивається нерухлива жіноча статева клітина — яйцеклітина. Для запліднення сперматозоїд повинен потрапити в зовнішнє середовище і запліднити яйцеклітину, що знаходиться всередині архегонію.Для переміщення сперматозоїда необхідна вода. Із заплідненої яйце-клітини утворюється зародок. Він проростає і перетворюється на дорослу особину нестатевого покоління (спорофіт), яка розмножується спорами, що утворюються на ній у спорангіях. Особини статевого і нестатевого покоління дуже відрізняються між собою за будовою.Розселяються мохи, плауни, хвощі та папороті за допомогою спор. Поширені вони в різних кліматичних зонах. Однак більшість мешкає на вологих ділянках суходолу, бо для статевого розмноження їм необхідна вода. Проте певні види цих рослин трапляються і в сухих борах, і навіть упустелях.

Загальна характеристика. В життєвому циклі мохів, як і інших рослин, є чергування двох фаз - спорофіта й гаметофіта. Проте домінує гаметофіт, тоді як у всіх інших вищих рослин домінує спорофіт. Саме тому мохи розглядають як самостійну бічну гілку в еволюції рослин.

Гаметофіт являє собою листкоподібний талом або рослину у вигляді пагона, що розчленований на стебло й листки. Коренів немає, їх функцію виконують ризоїди - вирости поверхневих клітин тіла. Статеві органи (антеридії і архегонії) багатоклітинні.

Спорофіт (спорогон) відіграє підпорядковану роль. Морфологічно він складається із стопи, циліндричної ніжки, на верхівці якої розміщується куляста, еліптична або циліндрична коробочка. В ній утворюється спорангій зі спорами. Спорогон тісно пов'язаний з гаметофітом, оскільки отримує від нього воду і поживні речовини, тобто паразитує на гаметофіті. Мохоподібні не бувають великих розмірів, їхня величина коливається від 5 до 15 см. Максимальний розмір тіла (гаметофіта і спорофіта) - 60 см.

Мохоподібні за своєю організацією і екологією ще близькі до водоростей. Як і водорості, вони не мають судин і коренів. Деякі примітивні представники мають вегетативне тіло у вигляді дихотомічне розгалуженого талому, подібного до талому водоростей. Запліднення пов'язане з водою. Серед мохоподібних немає здерев'янілих форм.

Мохоподібні поширені на всіх континентах світу, але нерівномірно. У тропічних країнах - переважно в горах. Незначна кількість видів росте в посушливих місцях, наприклад у степах. Деякі види ведуть епіфітний спосіб життя на корі дерев або у воді. Основна ж маса видів зосереджена у вологих місцях північної півкулі, в районах з помірним і холодним кліматом. У складі рослинного покриву, особливо тундри, боліт, лісів, їм належить помітна роль. До мохоподібних належить близько 25 тис. видів.

Зелені мохи. Це мешканці переважно сирих територій; особливо багато їх у тінистих хвойних лісах, лісотундрі й тундрі. Вони не лише утворюють суцільні килими на ґрунті, а й вкривають каміння, стовбури дерев. Трапляються також у степах на сухих місцях, багато з них здатні витримувати тривале висихання.

Сфагнові, або білі, мохи. Білими мохи називають тому, що в сухому стані вони мають білуватий колір. До них належить один рід сфагнум, 350 видів. У флорі України відомо 30 видів. Гаметофіт сфагнуму складається з невисоких галузистих стебел і листків, у дорослих рослин ризоїдів немає. Ріст верхівковий. Це однодомна рослина. На її верхівках утворюються архегонії, в пазухах листків - антеридії. Оскільки ризоїдів немає, сфагнум отримує мінеральні речовини через стебла й листки, частково - з атмосферного пилу, що осідає на них і розчиняється кислотами, які виділяє рослина.

Клітини листка двох видів:

а) зелені, асиміляційні - довгі й вузькі;

б) мертві - прозорі, широкі, ромбоподібні; їхні оболонки мають спіральні й кільчасті потовщення, що запобігає спаданню стінок клітини.

Мертві клітини легко вбирають воду і утримують її. Ця обставина призводить до заболочування ґрунтів, вкритих білувато-зеленими або бурими дерновинами сфагнуму.

Сфагнові мохи поширені від тропіків до арктичної і субарктичної областей, зростають на вологих і заболочених, більш або менш кислих ґрунтах, домінуючи в рослинності боліт.

Наростаючи щорічно верхньою частиною пагонів, знизу сфагнові мохи відмирають і перетворюються на торф. Нашарування нових покривів упродовж тривалих років призводить до утворення потужних пухких торфовищ.

Процес торфоутворення відбувається завдяки постійному перезволоженню, відсутності кисню і створенню сфагнумом кислого середовища, що перешкоджає розвитку грибів і бактерій. Усе, що потрапляє в торф, консервується в ньому. Наростання торфу, навіть за сприятливих умов, відбувається дуже повільно - за 10 років нагромаджується шар завтовшки 1 см.

Торф широко використовують у різних галузях господарства. У сільському господарстві його застосовують як підстилку для тварин, як добрива, іноді - як замінник грубих кормів.

У промисловості його використовують як будівельний матеріал (пресовані плити) та хімічну сировину: з нього добувають карболову й оцтову кислоти, парафін, смолу, спирт тощо. В медицині й ветеринарії сфагнум використовували як перев'язний матеріал. Крім того, сфагнум характеризується бактерицидними властивостями, оскільки містить особливу протигнильну речовину сфагнол.

Мохи мають і негативне значення. Утворюючи суцільні килими на луках, у лісах, вони утруднюють аерацію ґрунту, є причиною заболочування. На заболочених ґрунтах більшість рослин не росте, оскільки там мало кисню й азотовмісних солей. Сфагнові мохи можуть самозайматись, що часто є причиною лісових пожеж.

Відділ Плауноподібні. Загальна характеристика. Сучасні Плауноподібні — нащадки найдавніших вищих спорових рослин, в яких в життєвому циклі переважає нестатеве покоління, тобто спорофіт. Листостеблові, зелені, добре розвинені особини плаунів, що мають кореневу систему, утворену додатковими коренями, — це і є спорофіти.

Плауноподібні, в основному, вимерли ще в карбоні палеозойської ери. Це були могутні де­рева та кущі, вони відіграли важливу роль в утворенні покладів кам’я­ного вугілля (лепідодендрони, сигілярії та ін.). Сучасні плауноподібні — виключно трав’янисті рослини, переважно багаторічні, з повзучим стеблом, що вилчасто галузиться, та зі спірально розташованими на ньому дрібними листками. Деякі спрямовані вгору пагони на верхівках мають спороносні колоски, утворені видозміненими листочками — лусочками; з їх верхнього боку розміщені спорангії. Плауни поділяють на рівноспорові та різноспорові. Різноспорові (наприклад, плаунець-селягінела) мають мікроспори та мегаспори — різні за розміром і якістю; з них виростають різностатеві гаметофіти (статеве покоління) — це дводомні рослини. Рівноспорові — однодомні. Із однодомних у лісах поширений плаун булавовидний. Спорофіт плауна — зелена рослина типової будови плаунів. Гаметофіт (або як його ще називають — заросток) розвивається під землею, він бурого кольору, не фотосинтезує, живиться гетеротрофно, живе в співдружності з грибами протягом 15–18 років. Ось чому у плаунів добре розвинене вегетативне розмноження. У дводомних плаунів заростки розвиваються під оболонкою спори за рахунок її поживних речовин протягом кількох тижнів. Сучасні плауноподібні налічують близько 1300 видів. Зустрічаються вони і в помірній зоні, і в тропіках. Роль плауноподібних сьогодні невелика. Спори плаунів, які мають 50 % невисихаючої олії, використовують у фармакології (як дитячу присипку), у металургії при витонченому литті (обсипають стінки формочок) та в піротехніці (для феєрверка). Неперевершене значення давніх плаунів як утворювачів вугілля. Сучасні плауни в Україні — рідкісні рослини, вони занесені до Червоної книги.

Відділ Хвощеподібні. Сучасні види хвощів — це багаторічні трав’янисті рослини, їх понад 30 і об’єднані вони в один рід — Хвощ. Серед давніх вимерлих рослин були дерева і кущі — усі вони відіграли важливу роль в утворенні кам’яного вугілля. Хвощеподібні мають спільні риси з плауно­подібними, та є і відмінності.Сучасні хвощеподібні не відіграють значної ролі у природі, хоча і розповсюджені на всіх материках, ви­ключаючи Австралію. Їх можна зустріти у вологих лісах, на болотах і луках. Відома багатьом рослина хвощ польовий (у народі — польова сосонка) росте на кислих ґрунтах і є бур’яном. Та цю рослину використовують у медицині як сечогінний та кровоспинний засіб. Давні, вимерлі хвощі мають важливе значення, бо разом з іншими рослинами утворили поклади вугілля.

Відділ Папоротеподібні. Папоротеподібні, які з’явилися понад 400 млн років тому, — найбільший відділ серед вищих спорових рослин за кількістю видів (близько 10 тис.). Папороті помірної зони — багаторічні трав’янисті рослини з великими розсіченими (іноді ці­лісними) листками, що відходять від підземного видо­зміненого пагона — ко­реневища. У ґрунт від кореневища відходять додаткові корені. Молоді листки равликоподібно закручені, листок наростає верхівкою і в процесі росту розкручується. Так виглядають особини спорофіту. На нижньому боці листкової пластинки розміщені бурі горбочки — купки спорангіїв, укритих особливим покривальцем. При дозріванні спорангії лопаються по кільцю (своєрідний утвір, допомагає розсіюванню спор) і спори розсіюються. У сприятливих умовах зі спори виростає гаметофіт (заросток). Є рівноспорові папороті. Рівноспорові мають однодомні гаметофіти, різноспорові — дводомні гаметофіти. У лісової рослини щитника чоловічого гаметофіт одно­домний, серцеподібної форми з ризоїдами, утворює жіночі та чоловічі статеві органи, в них — статеві клітини. Для запліднення обов’язково потрібна вода. Із заплідненої яйцеклітини (зиготи) утворюється зародок, який проростає в нову зелену рослину — спорофіт. У лісах України зустрічається ще папороть-орляк, безщитник жіночий тощо, у річках — водяна папороть-сальвінія плавуча. Папороті зустрічаються практично на всіх континентах. Та найбільше їх видове різноманіття в тропічних лісах: там є трав’янисті форми, деревоподібні, мани (мають витке стебло) тощо. Розквіт папоротеподібних припадає на другу половину палеозою, а в кінці ери більшість їх вимерла, утворивши з рослинами інших відділів великі запаси кам’яного вугілля. В Україні це Донецький кам’яновугільний басейн. Кам’яне вугілля застосовують як паливо, з нього видобувають горючий газ, використовують як сировину для виробництва пластмас, фарб, ліків.