<< Главная страница

Порядок Хвощевые (Equisetales)

К этому порядку относятся исключительно травянистые растения, у которых верхушечные стробилы или спороносные зоны состоят только из мутовок щитковидных спорангиофоров без чередующихся вегетативных листьев. Одни авторы выводят хвощи из травянистых форм археокаламитов, другие считают их потомками каламитов, которые в результате соматической редукции сформировали вторично травянистые формы. Хвощевые, известные еще с каменноугольного периода, отличались большим разнообразием листьев - дихотомически рассеченными и целыми, свободными и сросшимися у основания. Как палеозойские, так и мезозойские хвощевые, судя по массовым остаткам, могли образовывать густые заросли по берегам водоемов. Некоторые из них хотя и достигали высоты до Юм, но имели незначительную вторичную ксилему; большинство же видов не превышали 1-2 м и были лишены вторичной ксилемы. До настоящего времени дожил только 1 род хвощ (Equisetum), объединяющий 25 видов. Хвощи - травянистые многолетние корневищные растения с однолетними, реже многолетними надземными побегами (рис. 50). Они широко распространены в Евразии, в Северной и Южной Америке, в Северной Африке.

В Австралии встречается только завезенный вид - хвощ полевой (Е. arvense). Большинство видов приурочены к умеренным областям Северного полушария

97

Рис. 50. Хвощи: А - внешний вид хвоща полевого (Equisetum arvense): 1 - спороносный побег; 2 - вегетативный побег; 3, 4 - спорангиофоры; 5, 6 - споры с завернутыми и развернутыми гаптерами; Б - схема анатомического строения стебля: эп - эпидерма; ас. т - ассимиляционная ткань; м. т - механическая ткань; п. к - полость коры; п. п - проводящий пучок; п. с - полость сердцевины; В - схема прохождения пучков в стебле хвоща; Г - гаметофит: 1 - внешний вид; 2 - сперматозоид; 3 - молодой зародыш; 4 - гаметофит с зародышем; 5 - схема формирования стелы молодого хвоща, справа - схемы поперечных срезов стелы
Рис. 50. Хвощи: А - внешний вид хвоща полевого (Equisetum arvense): 1 - спороносный побег; 2 - вегетативный побег; 3, 4 - спорангиофоры; 5, 6 - споры с завернутыми и развернутыми гаптерами; Б - схема анатомического строения стебля: эп - эпидерма; ас. т - ассимиляционная ткань; м. т - механическая ткань; п. к - полость коры; п. п - проводящий пучок; п. с - полость сердцевины; В - схема прохождения пучков в стебле хвоща; Г - гаметофит: 1 - внешний вид; 2 - сперматозоид; 3 - молодой зародыш; 4 - гаметофит с зародышем; 5 - схема формирования стелы молодого хвоща, справа - схемы поперечных срезов стелы

98

и лишь несколько наиболее древних видов распространено в тропических и субтропических областях Средней и Южной Америки. Некоторые из них достигают крупных размеров в несколько метров. Например, в Чили, Перу, Эквадоре произрастает Е. xylochaete со стройными, почти древовидными побегами высотой 3-3,5 м; перуанский вид E. martii достигает 5 м, а самый крупный вид - хвощ гигантский (Е. gigantea), произрастающий во влажных тропических и субтропических лесах Чили, Перу, Мексики и Кубы, имеет максимальные размеры 10-12 м при диаметре всего лишь 2-3 см. Поэтому он может расти только опираясь и цепляясь за соседние деревья. В этих же странах произрастает самый мощный вид Е. schaffneri, у которого при высоте всего 2 м диаметр может достигать 10 см. К числу древних европейских видов относится вечнозеленый, редко ветвящийся хвощ зимующий (Е. hyemale) высотой до 1 м. Большинство евразийских видов являются более молодыми и более специализированными. Их невысокие надземные однолетние побеги ветвятся с образованием боковых ветвей I, реже II порядка. Надземные побеги у одних видов могут совмещать 2 функции - спороносную и вегетативную. Так, например, у хвоща болотного (Е. palustre) и приречного, или топяного (Е. fluviatile), вегетативные и спороносные побеги, возникающие одновременно, вначале не отличаются морфологически друг от друга. Только в середине лета на некоторых зеленых побегах формируются стробилы. У других видов наблюдается разделение функций побегов. Так, у хвоща лесного (Е. silvaticum) и хвоща лугового (Е. pratense) весной одновременно с вегетативными побегами развиваются неветвящиеся бесцветные или розоватые спороносные побеги. Однако после спороношения они зеленеют, ветвятся и не отличаются от вегетативных побегов. У некоторых видов диморфиз побегов проявляется очень четко. У широко распространенного хвоща полевого (Е. arvense) ранней весной появляются бесхлорофилльные неветвящиеся спороносные побеги, которые после спороношения полностью отмирают, а на корневище несколько позднее формируются вегетативные зеленые побеги. Таким образом, прослеживается возрастающая специализация побегов, сопровождающаяся их диморфизмом. В связи с сильной редукцией листьев функцию ассимиляции берут на себя главный и боковые побеги, которые возникают мутовками, но не в пазухах листьев, а чуть ниже их. Одни авторы рассматривают их как внепазушные, а другие считают, что молодые пазушные побеги очень рано прорывают влагалище и оказываются ниже них. Под землей у хвощей формируется разветвленная система корневищ, занимающая иногда площадь в несколько квадратных метров. Они располагаются несколькими ярусами на глубине от 30-40 см до 4-5 м. У некоторых видов междоузлия корневищ могут утолщаться и превращаться в клубеньки, богатые крахмалом. В узлах корневищ формируются корни двух типов. Одни из них, возникающие в поверхностных горизонтах почвы, образуют густые мутовки. Эти корни тонкие, короткие, слабо ветвятся и поглощают поверхностную влагу атмосферных осадков. Другие корни развиваются на глубине 1,5-2 м и во влажных глубинных слоях почвы формируют пучки тонких боковых корней. Нередко корни хвощей называют придаточными, исходя из их бокового положения на побегах. Однако ход морфогенеза боковых побегов и корней осложняет решение этого вопроса. При ветвлении главного побега меристематическая клетка, делясь, одновременно формирует зачатки бокового побега и корня. Поэтому, как и у плаунов, едва ли эти апикальные корни можно назвать придаточными. В дальнейшем темпы роста зачатков побегов и корней определяются их пространственным положением. У наземных побегов в рост первыми трогаются зачатки боковых побегов, а расположенные

99

у их оснований меристематические зачатки корней находятся в состоянии покоя. Только в случае соприкосновения этого побега с почвой или водой из остаточной боковой меристемы начинает формироваться корень. На корневище, напротив, первыми развиваются боковые корни, которые в узле образуют корневую мутовку, почки же долгое время могут оставаться спящими. В этом проявляется тонкая приспособленность хвощей к условиям произрастания.

Анатомическое строение хвощей различных видов довольно однотипно. Вдоль стеблей тянутся более или менее выраженные ребрышки и ложбинки. С поверхности расположена эпидерма, в ее утолщенных стенках откладывается кремнезем, придающий стеблю прочность. В области ложбинок расположены устьица, стенки которых у большинства видов также пропитаны кремнеземом и поэтому не могут растягиваться. Этим объясняется наличие внутренней пары работающих замыкающих клеток. Под эпидермой в ребрышках, иногда и в ложбинках, реже кольцом располагаются участки механической ткани. Между механической тканью находится паренхима первичной коры, содержащая хлоропласты и выполняющая функцию фотосинтеза. Во внутренней части коры проходят воздухоносные полости. Центральный осевой цилиндр нечетко отграничен от первичной коры, большая его часть приходится на сердцевину. В молодом стебле она состоит из живой паренхимы, которая, однако, быстро разрушается, и образующаяся полость заполняется воздухом. Наличие большого количества межклетников свидетельствует, по-видимому, о том, что древние виды, как и многие современные виды хвощей, жили в болотистых местообитаниях. По периферии стелы тянутся закрытые коллатеральные пучки. Флоэма состоит из ситовидных клеток и паренхимы. В ксилеме вся протоксилема и большая часть метаксилемы разрушается. На их месте образуется узкая полость, по которой перемещается вода. Остатки метаксилемы обнаруживаются в виде кольчатых или спиральных трахеид. Пучки в междоузлиях идут параллельно друг другу. Входя в узел, сердцевина которой заполнена паренхимой, каждый пучок разветвляется на 3. Средний пучок входит в лист, а каждое боковое ответвление одного пучка сливается с боковым ответвлением соседнего пучка. Вновь сформированный пучок входит в следующее междоузлие. Таким образом, пучки одного междоузлия чередуются с пучками соседнего междоузлия.

Все современные хвощи - морфологически равноспоровые растения, но некоторые виды могут иметь физиологически различные споры.

У большинства наших видов колосовидные стробилы развиваются только на главном побеге, реже (у хвоща болотного) они могут формироваться и на боковых побегах. Видовые различия стробилов проявляются в размерах (от 2- 5 мм до 5-8 см), окраске, форме колосков. На оси стробила мутовками располагаются спорангиофоры в виде шестиугольных щитков на ножке, по краям щитков свешиваются удлиненные спорангии. В молодых стробилах щитки плотно прилегают друг к другу, обеспечивая надежную защиту спорангиев; при созревании спорангиев междоузлия стробилов несколько увеличиваются и споры легко высыпаются. Для спор хвощей характерно наличие третьего, внешнего, слоя оболочки, который при созревании растрескивается с образованием спирально закрученных вокруг споры двух гигроскопических лент, получивших название гаптер, которые прикрепляются в центре к споре. В сухую погоду они, как пружинки, раскручиваются и способствуют разрыхлению спор; при этом гаптеры соседних спор цепляются друг за друга. Благодаря этому из спорангиев высыпаются рыхлые комочки спор, легко разносимые ветром. Споры быстро (через 2-3 недели) теряют всхожесть, но во влажных условиях они

100

быстро набухают, сбрасывают оболочку и прорастают в зеленую пластинку гаметофита, а в загущенных посевах или в воде - в зеленую нить. Однослойная пластинка, разрастаясь, превращается в многослойную распростертую подушку с ризоидами на нижней стороне. На верхней стороне подушки развиваются вертикальные пластинчатые лопасти, на которых через 4-6 недель формируются половые органы. Многие авторы считают, что одни виды хвоща являются только однополыми, а другие - обоеполыми и что обоеполость или однополость закреплена у данного вида генетически. Другие авторы полагают, что на формирование заростков большое влияние оказывает характер питания и водоснабжения. В природе чаще всего находят однополые гаметофиты, а поскольку они формируются из комочка спор, то в непосредственной близости оказываются и женские, и мужские гаметофиты, чем обеспечивается перекрестное оплодотворение. Размеры гаметофитов у разных видов варьируют от 1 мм до 2-3 см; в пределах вида мужские гаметофиты мельче женских. Сперматозоиды хвощей крупные, с многочисленными (до 100) жгутиками. Оплодотворенная яйцеклетка делится поперечной перегородкой на 2 клетки, каждая из которых делится еще на 4 клетки. Формирование зародыша хвощей значительно отличается от первых этапов онтогенеза плаунов и папоротников. Из верхнего 4-клеточного комплекса одна срединная клетка опережает в своем развитии остальные 3, формируя стеблевую часть, а 3 боковые клетки образуют мутовку из 3 листьев. Из нижнего комплекса 3 клетки идут на формирование гаустории, а из четвертой клетки развивается корень. Следовательно, первый корень, хотя и занимает из-за гаустории боковое положение, но не является придаточным. Таким образом, 3 органа - стебель, листья и корень возникают из равноценных клеток одновременно, что указывает на общность их происхождения.

Завершая характеристику отдела членистых, еще раз следует подчеркнуть следующее.

  1. Эта группа, имевшая расцвет в палеозое и мезозое, дошла до настоящего времени в количестве одного рода хвоща. Однако благодаря ряду биологических особенностей корней и побегов, развитие которых корректируется условиями жизни, этот род имеет большое географическое распространение и широкую экологическую амплитуду. Наличие многоярусных корневищ с системой боковых корней двух типов позволяет растению не только захватывать новые территории, но и прочно удерживать их.
  2. Своеобразие хвощей заключается в наличии листьев синтеломного происхождения, которые в ходе эволюции подверглись значительной редукции.
  3. Для хвощей характерно формирование боковых (но не придаточных) корней, закладывающихся в апикальной меристеме молодого побега.
  4. Спорангиофоры никогда не проходили стадию плоских органов - спорофиллов.

Вопрос о происхождении членистых остается дискуссионным из-за скудости палеонтологического материала. Проблематично их связывают с тримерофитовыми, но прямые доказательства отсутствуют. В качестве альтернативного мнения некоторые авторы выводят хвощи из харовых водорослей. Обладая каким-то общим предком, членистые в своем развитии пошли двумя независимыми путями - одна линия дала сфенофилловые, или клинолистовые, с исключительно травянистыми жизненными формами. Вторая линия эволюции - каламитовые - характеризовалась как травянистыми, так и древесными жизненными формами. От очень древних каламитовых произошли хвощовые, дожившие до настоящего времени.

101


На главную
Комментарии
Войти
Регистрация
Status: 408 Request Timeout