Размножение папоротников в оранжерейных условиях

Размножение папоротников в оранжерейных условиях

Министерство образования Российской Федерации

Уссурийский государственный педагогический институт

Черных Татьяна Анатольевна

Размножение папоротников в оранжерейных условиях

Дипломная работа

Научный руководитель:

к.б.н., доцент

В.Д. Фролов

Работа допущена к защите

________________________

Зав. кафедрой ботаники,

к.б.н., доцент

_____________ Прокопенко О.И.

Уссурийск, 2000

Оглавление

Введение

............................................................................

...............................

Глава I. Общие представления о размножении

растений............................

1.1. Вегетативное

размножение......................................................

1.2. Собственно бесполое

размножение......................................

1.3. Половое

размножение....................................................

.......

Глава II. Материал и методика

исследования..........................................

Глава III. Ботаническая характеристика объектов исследования..........

3.1. Общая характеристика отдела Папоротниковидные.....

3.2. Адиант венерин волос (Adiantum

capillus-veneris

L.)............................................................

............

3.3. Птерис критский (Pteris cretica

L.)...................................

3.4. Асплениум луковиценосный (Asplenium bulbiferum

G.

Forst.)........................................................

..............................

3.5. Листовик обыкновенный (Phyllitis

scolopendrum (L.)

Newm.).........................................................

......

3.6. Циртомиум серповидный (Cyrtomium falcatum (L.)

Presl.)........................................................

......................................

3.7. Нефролепис возвышенный (Nephrolepis

exaltata

Schott.).......................................................

........................

3.8. Флебодиум золотистый (Phlebodium

aureum (L.) G.

Smith).........................................................

............

Глава IV. Размножение

папоротников...................................................

....

4.1. Вегетативное размножение

папоротников.......................

4.2. Размножение папоротников

спорами..............................

4. Цикл развития Циртомиума

серповидного..........................

4.4. Использование полученных материалов в

курсе ботаники средней и высшей

школы.................................

Выводы..................................................................

.......................................

Литература..............................................................

.....................................

Введение

Актуальность темы. Роль растений в жизни человека и всех живых существ

велика. Только зеленые растения способны преобразовывать энергию Солнца,

поставляя тем самым для других организмов кислород и органические вещества.

В результате деятельности растений воздух в городах очищается от

газообразных примесей, сажи, пыли, выделяемых автотранспортом и

промышленными предприятиями. Аналогичную роль выполняют и комнатные

растения. Но, выращивая в своих квартирах цветы, человек преследует отнюдь

не утилитарные цели. Зеленые растения украшают наше жилище, скрашивают

тоскливую зимнюю пору, поднимают настроение, воспитывают доброту,

любознательность, приучают к аккуратности.

Выращивание растений в закрытых помещениях уходит в глубокую древность.

Вначале человек отдавал предпочтение лекарственным, пряноароматическим,

пищевым и другим хозяйственно ценным растениям. Позднее в квартирах

появились декоративнолистные и декоративноцветущие растения. Существенно

пополнился ассортимент оранжерейных растений благодаря крупным

географическим открытиям. Первопроходцы привозили из экспедиций новые, до

сего времени неизвестные диковинные растения. В результате в наших

оранжереях и комнатах появились растения из тропиков и субтропиков Америки,

Африки, Азии, Австралии. Популярность комнатных растений с каждым годом

продолжает расти. На это указывает и большое количество литературы,

издаваемой по данному вопросу. В последние годы вышли из печати книги Н.Г.

Никонова (1978), Г.К. Тавлиновой (1982, 1996), Г.А. Агеевой и К.Г. Лавровой

(1992), Н.В. Вороновой (1992), Д.Б. Кудревца (1993), Д.Г. Хессайона

(1995), С.О. Герасимова и др. (1997) и многие другие.

Не последнее место среди комнатных растений занимают папоротники. Это

очень многоликая и разнообразная группа высших растений. В настоящее время

насчитывают более 12 000 видов папоротников. Около двух третей из них

растут в тропиках, а оставшаяся треть населяет умеренные области земного

шара (Рейвн и др., 1990). В оранжерейной культуре папоротники появились во

второй половине XVIII в. и сразу привлекли внимание садоводов. В Англии

особенно они были популярны в викторианские времена (XIX в.). В настоящее

время самая крупная коллекция папоротникообразных (около 1 200 таксонов)

собрана в ботанических садах Кью, в Англии (Catalogue..., 1984). В России

лучшая оранжерейная коллекция папоротников находится в Ботаническом саду

БИНа и насчитывает свыше 400 видов (Арнаутова, 1987). По утверждению Д.Г.

Хессайона (1995), более двух тысяч видов папоротников пригодны для

выращивания в закрытом грунте. Некоторые виды папоротников (Птерис

критский, Нефролепис возвышенный, Циртомиум серповидный, Флебодиум

золотистый, Адиантум венерин волос, Платицерум и другие) можно с успехом

выращивать в условиях гидрокультуры (K(hle, 1980).

В жизни человека комнатные растения находят широкое применение.

Некоторые из них используются в медицине при лечении заболеваний (Гаммерман

и др.. 1963; Машковский, 1977; Муравьева, 1983; Пастушенков и др., 1990;

Шретер, 1992), в косметике (Пашина, 1993), в ветеринарии (Рабинович, 1987).

В качестве пищевых растений в оранжерейных условиях выращивают отдельные

сорта томата, перца, огурца, баклажана (Хессайон, 1995). Но, все же,

основная роль, отводимая растениям – это украшение наших квартир.

Комнатные растения, и, в частности, папоротники, могут дать интересный

материал для учителя биологии. Целый ряд интересных опытов с комнатными

растениями, которые можно провести в школе, изложены в книге Н.М. Верзилина

(1954). На примере ряда папоротников (Асплениум, Нефролепис, Флебодиум и

др.) ученики могут познакомиться с различными формами вегетативного

размножения. Размножение и выращивание папоротников из спор предоставляет

для учителя хорошую возможность познакомить учащихся с одним из основных

явлений в растительном мире – чередованием спорофита и гаметофита в цикле

развития растений. Здесь учитель может показать особенности анатомического

и морфологического строения гаметофита папоротников, познакомить со

строением гаметангиев – антеридиев и архегониев. Представители трех

семейств папоротников (Марсилеевые, Сальвиниевые, Азолловые) освоили водную

среду и являются прекрасными аквариумными растениями (Комнатный

аквариум..., 1964; Жданов, 1973; Махлин, 1976, 1990; Золотницкий, 1993;

Плонский, 1998). На их примере преподаватель имеет возможность

иллюстрировать материал и проводить наблюдения в условиях, приближающихся к

естественным.

Из вышеизложенного видно, что хорошее знание комнатных растений, и, в

частности, папоротников, имеет большое значение в работе учителя, что и

определило выбор настоящей темы.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является освоение методики

выращивания папоротников и изучение начальных этапов их онтогенеза. Для

достижения этой цели потребовалось выполнение следующих задач:

1. Познакомиться со способами размножения растений.

2. Дать ботаническую характеристику исследуемых видов папоротников.

3. Вырастить из спор исследуемые виды папоротников.

4. Изучить начальные этапы онтогенеза Циртомиума серповидного.

Структура и объем дипломной работы. Дипломная работа состоит из

введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Основной текст изложен на 65

страницах машинописного текста и содержит 2 таблицы, 20 рисунков, в том

числе 9 фотографию. Список литературы включает 67 названий.

Глава I.

Общие представления о размножении растений

Размножение – это свойство, присущее всем живым организмам и

заключающееся в вопсроизведении себе подобных особей. Благодаря размножению

каждый вид поддерживает свою численность и обеспечивает непрерывность и

преемственность жизни (Васильев и др., 1978). В ходе эволюции возникали

новые группы растений, усложнялось их внутреннее и внешнее строение.

Одновременно с этим соверщенствовались и способы размножения растений.

Различают три способа размножения – вегетативное, собственно бесполое и

половое.

1.1. Вегетативное размножение. Вегетативное размножение – это

увеличение числа самостоятельных особей за счет отделения от материнского

растения его неспециализированных или специализзированных частей, способных

к самостоятельному существованию и развитию. Способность к вегетативному

размножению присуща многим растениям. Ею обладают более 90% видов

травянистых растений широколиственных лесов Европы (Федоров и др., 1962).

Особенно широко вегетативное размножение выражено у растений,

произрастающих в условиях, наблагоприятных для семенного размножения, таких

как короткий вегетационный период, сильное затенение, избыточное

увлажнение, отсутствие опылителей и т.п. Благодаря широкому распространению

в природе, вегетативное размножение играет большую роль в сапоподдержании

популяции того или иного вида. По словам Р.Е. Левиной (1964), способность к

обильному вегетативному размножению имеет огромное приспособительное

значение и часто обеспечивает доминирующее положение вида в фитоценозе. По

сравнению с половым размножением, вегетативное имеет целый ряд преимуществ.

Оно просто, надежно и к тому же часто обеспечивает быстрое расселение вида

на территории (Даддингтон, 1972). Выживание вегетативного потомства у

одного и того же вида выше, чем выживание семенного (Ценопопуляции

растений, 1988).

В ходе эволюции появились самые разнообразные формы вегетативного

размножения: размножение естественными отводками, размножение корневвыми

отпрысками, размножение специализированными частями растений – корневищами,

клубнями, луковицами, наземными и подземными столонами, выводковыми

почками.

Естественными отводками размножаются многие виды деревьев и

кустарников: Пихта, Ель, Калина, Лещина и другие. На ветвях этих растений в

месте контакта с почвой формируются придаточные корни, что способствует

возникновению новых побегов и самостоятельных особей.

Корневыми отпрысками размножаются Тополь серебристый, некоторые виды

Сливы, Вишни, ряд сорных многолетних растений – Осот, Бодяк и другие. На

корнях этих растений образуются придаточные почки, дающие начало побегам,

которые часто называются корневыми отпрысками.

Корневище – это подземный или ползучий по поверхности почвы побег,

выполняющий функции отложения запасов, возобновления и вегетативного

размножения (Серебряков, Серебрякова, 1965, цит. по: Таршис, 1975).

Размножение с помощью корневищ широко распространено в природе. Оно

характерно для многих видов папоротников и цветковых растений.

Луковица представляет собой видоизмененный укороченный побег. Она

состоит из крайне редуцированного стебля (донца), на котором сидят сочные

видоизмененные листья. В пазухах этих листьев (чешуй) формируются “детки” –

дочерние луковицы, которые отделяются от материнской в первый год или

остаются связанными с ней до гибели последней. Размножение с помощью

луковиц особенно широко распространено среди однодольных растений.

Распространенным видоизменением побега являются клубни. Клубень – это

укороченный побег, служащий для запаса питательных веществ и вегетативного

размножения. Из дальневосточных растений размножение клубнями характерно

для видов рода Хохлатка, Сердечника трехнадрезанного, Седмичника, Хвоща

полевого и ряда других видов.

Специализированными органами вегетативного размножения являются

столоны. Это плагиотропные подземные или надземные побеги, несущие на конце

почку, клубень или луковицу. В отличие от корневищ, столоны не являются

запасающими органами. Они недолговечны и служат целям вегетативного

размножения (Федоров и др., 1962). Размножение с помощью столонов

свойственно Землянике, Лютику ползучему, Лапчатке гусиной, Адоксе и другим

растениям.

1.2. Собственно бесполое размножение. Бесполое размножение заключается

в том, что происходит при помощи специализированных клеток – спор. В

отличие от гамет, споры непосредственно, т.е. без слияния с другими

клетками, прорастают в новое растение.

У низших растений споры часто снабжены жгутиками. Они называются

зооспорами. Если споры низших растений лишены жгутиков, они называются

апланоспорами. У высших растений споры никогда не имеют жгутиков.

Формируются споры в специальных вместилищах – спорангиях. У низших

растений спорангии одноклеточные, у высших – многоклеточные. Внутри

спорангия формируется спорогенная ткань. Клетки этой ткани делятся путем

митоза или мейоза и образуют споры.

По происхождению споры делятся на митоспоры и мейоспоры. Митоспоры

образуются в результате митотического деления. Прорастают они во взрослую

особь. Встречается подобный тип спор у некоторых низших растений. Мейоспоры

образуются в результате редукционного деления. Прорастая, они развиваются в

гаплоидные образования – гаметофиты. Характерен подобный тип спор для всех

высших и некоторых низших растений.

Различают равноспоровые и разноспоровые растения. У равноспоровых

растений все споры одного типа. При прорастании они формируют обоеполый

гаметофит.

Разноспоровые растения имеют споры двух типов: микроспоры и мегаспоры.

Микроспоры, прорастая, дают мужской гаметофит, а мегаспоры – женский

гаметофит.

1.3. Половое размножение. Это самый прогрессивный способ размножения.

Он заключается в слиянии двух специализированных клеток – гамет, и

образовании зиготы, из которой развивается новая особь. При половом

размножении происходит соединение наследственных признаков двух организмов

(материнского и отцовского). В результате полученное потомство более

разнообразно генетически, что способствует более успешному выживанию вида.

Половое размножение встречается у всех групп растений. Различают две

основные формы полового процесса: соматогамию и гаметогамию. Соматогамия –

это половой процесс, который осуществляется путем слияния содержимого двух

соматических клеток. Гаметогамия – это половой процесс, который происходит

путем слияния гамет. В зависимости от относительной величины гамет

различают три типа гаметогамии – изогамия, гетерогамия и оогамия.

При оогамном половом процессе различают женские и мужские гаметы.

Женская гамета называется яйцеклеткой. Мужские гаметы бывают двух видов:

сперматозоиды – половые клетки со жгутиками, и спермии – половые клетки без

жгутиков.

Формируются гаметы в специальных органах – гаметангиях. У низших

растений гаметангии, как правило, одноклеточные. У высших растений они

многоклеточные. Мужские гаметангии носят название антеридиев. Женские

гаметангии низших растений называются оогониями, у высших – архегониями.

Архегоний – это многоклеточное образование, имеющее колбовидную форму.

Состоит из расширенного брюшка и вытянутой шейки. По каналу шейки

сперматозоиды попадают в брюшко, где сливаются с яйцеклеткой. Наиболее

хорошо развит архегоний у мхов. В дальнейшем наблюдается его редукция.

Глава II.

Материал и методика исследований

Работа по выращиванию папоротников в оранжерейных условиях проводилась

в период 1998-2000 гг. Объектом исследования послужили 7 видов тропических

и субтропических папоротников: Адиант венерин волос (Adiantum capillus-

veneris L.), Птерис критский (Pteris cretica L.), Костенец (Асплениум)

луковиценосный (Asplenium bulbiferum G. Forst.), Листовик обыкновенный

(Phyllitis scolopendrium (L.) Newm.), Циртомиум серповидный (Cyrtomium

falcatum (L.) Presl.), Нефролепис возвышенный (Nephrolepis exaltata

Schott.), Флебодиум (Многоножка) золотистый (Phlebodium (Polypodium) aureum

(L.) G. Smith).

При выращивании папоротников из спор мы руководствовались методическими

рекомендациями ряда авторов (Парамонова, 1956; Чичагова, 1958; Котухов,

1967; Арнаутова, 1987; Мак-Миллан Броуз, 1987; Хессайон, 1995). Для сбора

спор срезали фертильную часть листа папоротника и помещали его в пакет из

кальки. В течение нескольких дней пакет держали в теплом месте до раксрытия

спорангиев и высыпания спор. Споры тонким слоем высевали на земляную смесь

в чашки Петри. Земляную смесь готовили из 2 частей простерилизованной

листовой земли и 1 части промытого речного песка. Закрытые чашки Петри

ставили в затененное место. В чашках постоянно поддерживали высокий уровень

влажности. После появления гаметофитов почву время от времени обильно

поливали, что необходимо для успешного протекания полового процесса. После

окончания полового процесса наблюдается появление проростков спорофита. Для

закаливания и адаптации растений к более засушливым условиям в этот период

стекло с чашки Петри ежедневно на некоторое время убирали. После появления

3-4-го листа у спорофита проводили пикировку растений. Горшки с

распикированными растениями накрывали стеклом. Первые дни растения только

опрыскивали, снимая стекло на 2-3 ч в день. После укоренения стекло снимали

и полив проводили по мере необходимости.

Для изучения начальных этапов онтогенеза Циртомиума серповидного споры

высевали в чашки Петри на жидкую среду Кнопа. Для этого в чашку Петри

помещали фильтровальную бумагу, увлажненную раствором Кнопа следующего

состава: Ca(NО3)2 - 1 г, MgSO4- 0,25 г, KСl - 0,125 г, KH2PO4 - 0,25 г на 1

л воды.

Собранные споры тонким слоем распределяли на фильтровальной бумаге.

Наблюдения за прорастанием спор, формированием гаметофитов и проростков

проводили с помощью стереоскопического микроскопа МБС-9 и микроскопа

“Биолам”. Наблюдения проводились ежедневно. Полученные данные фиксировались

в виде рисунков.

При изучении развития гаметофита Циртомиума мы, следуя другим авторам

(Nayar, Kaur, 1971; Арнаутова, 1988, 1989; Храпко, 1990а, 1990б, 1990в,

1991а, 1991б, 1996; Шорина, Ершова, 1990 и др.), выделяли 3 этапа: 1 -

прорастание споры; 2 - образование нити гаметофита, 3 - формирование

пластинки гаметофита. При изучении развития спорофита Циртомиума

серповидного мы придерживались периодизации онтогенеза спорофитов

папоротников, предложенной Г.П. Серой с соавторами (1980). В онтогенезе

спорофита они выделяют 3 периода - препродуктивный, репродуктивный и

пострепродуктивный. Препродуктивный период включает следующие возрастные

состояния: проростки, юные спорофиты и молодые спорофиты. В пределах

репродуктивного периода выделяют два возрастных состояния: зрелого и

стареющего спорофита. В пострепродуктивном периоде авторы выделяют лишь

одно возрастное состояние старого спорофита.

Морфологическое описание спорофитов и гаметофитов папоротников

проводили на натуральных объектах, при этом использовали терминологию,

предложенную А.А. Федоровым с соавторами (1956, 1962). Измерение мелких

объектов проводилось с помощью мерной лупы. Данные количественных

показателей обрабатывались методами вариационной статистики (Зайцев, 1990).

При этом определяли такие показатели, как: среднее значение признака

(М=(X/N), ошибка среднего значения (m=(/[pic]), среднее квадратическое

отклонение ((=[pic]), коэффициент вариации (V=((100/M).

Для оценки амплитуды изменчивости использовали унифицированную шкалу

уровней изменчивости, разработанную С.А. Мамаевым (1969): V меньше 7% -

Страницы: 1, 2, 3