Общая характеристика хвощевидных. В настоящее время Хвощевидные – это самый малочисленный отдел среди папоротникообразных. Единственный род Хвощ включает 32 вида, из которых 17 встречаются на территории нашей страны. Хвощи растут на болотах, лугах, в лесах и водоемах. Широко распространены по всему земному шару, за исключением Австралии и Новой Зеландии.
Наибольшего развития хвощевидные достигали в каменноугольном периоде. Отмершие остатки древовидных хвощей того времени сформировали обширные запасы каменного угля.
Современные представители отдела – многолетние травянистые корневищные растения. Их стебель высотой до нескольких десятков сантиметров расчленен на длинные междоузлия и узлы, что определило другое название этого отдела – Членистые. От узлов наземного побега отходят мутовки боковых побегов, которые часто неправильно принимают за листья. Настоящие листья хвощей мелкие чешуевидные, очень сильно редуцированы и не имеют хлорофилла. Они срастаются между собой, образуя трубку, которая охватывает междоузлие. Растущие боковые побеги прорывают эту трубку. Функцию фотосинтеза у хвощей берет на себя стебель. Его хлорофиллоносная ткань располагается в периферической части первичной коры. Клетки эпидермы и механической ткани хвощей способны накапливать кремнезем, что придает растениям повышенную прочность. В центральной части стебля молодых растений располагается сердцевина, которая постепенно разрушается. Поэтому в зрелых надземных побегах в центре находится полость, заполненная воздухом. На подземном корневище образуются придаточные корни. Некоторые укороченные междоузлия подземного побега превращаются в клубеньки, в клетках которых в большом количестве откладывается крахмал.
Современные хвощи не способны к вторичному утолщению стебля, поэтому древовидных форм в настоящее время среди них нет. Крупные хвощи, обитающие во влажных тропических лесах, хотя и достигают высоты до 10 м, вынуждены использовать в качестве опоры деревья.
У большинства видов на вершине главного, а иногда и на боковых побегах формируются спороносные колоски стробилы, в которых развиваются спорангии. Споры образуются в результате редукционного деления, как правило, имеют шаровидную форму и содержат хлоропласты. Все современные хвощи – равноспоровые растения.
Попав в благоприятные условия, спора прорастает в зеленый заросток (гаметофит) размером несколько миллиметров. У хвощей встречаются обоеполые, мужские и женские заростки. Формирование всех типов заростков из морфологически одинаковых спор является результатом так называемой физиологической гетероспории. Какой тип заростка образуется из споры, в основном определяется условиями внешней среды, в частности освещенностью.
В антеридиях развиваются многожгутиковые сперматозоиды, в архегониях – яйцеклетки. Оплодотворение осуществляется при наличии капельно-жидкой воды (в дождливую погоду или во время обильной росы). Зигота начинает делиться без периода покоя, образуя зародыш, из которого вырастает новое бесполое поколение – спорофит.
Размножаются хвощи и вегетативно – корневищами, образуя обширные заросли.
Хвощ полевой. Рассмотрим более подробно строение хвощей и их жизненный цикл на примере хвоща полевого (рис. 62).
Рис. 62. Хвощ полевой: А – весенний спороносный побег; Б – летний вегетативный побег; В – споры с элатерами; 1 – спорофилл (спорангиофор) со спорангиями
Это многолетнее корневищное растение, встречающееся на полях и лугах. Ежегодно из почек, расположенных на ветвистых подземных корневищах, образуются надземные побеги двух типов, различающиеся морфологически и функционально.
Ранней весной образуются короткие розовато-бурые бесхлорофилльные спороносные побеги. Они не ветвятся, развиваются за счет накопленных в корневище питательных веществ и достаточно быстро отмирают, как правило, сразу же после спороношения. На верхушке побега формируется спороносный колосок, состоящий из спорофиллов, которые у хвощей называют спорангиофорами. На спорангиофорах развиваются спорангии, внутри которых образуются и созревают гаплоидные споры.
Каждая спора хвоща полевого имеет дополнительную третью наружную оболочку, представляющую собой две ленты, по спирали закрученные вокруг споры, – элатеры, или пружинки. В дождливую погоду при повышенной влажности они закручиваются вокруг споры, а в сухую погоду – раскручиваются, способствуя тем самым распространению спор.
Морфологически споры одинаковы, однако, прорастая, одни из них дают начало мужским заросткам, а другие – более крупным женским. Оба заростка зеленые. Оплодотворение происходит при наличии влаги. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается многолетнее диплоидное растение – спорофит.
Чуть позже спороносных побегов, а иногда одновременно с ними образуются фотосинтезирующие вегетативные побеги. В течение летнего сезона в них образуются органические вещества, которые откладываются в клубеньках на подземном корневище. Таким образом, они формируют запас питательных веществ, за счет которого на следующий год будут развиваться спороносные побеги.
Значение хвощевидных. Значение хвощей в природе и хозяйственной деятельности человека невелико.
- Хвощ полевой применяют в медицине как мочегонное средство.
- В некоторых странах молодые спороносные побеги и богатые крахмалом клубеньки употребляют в пищу.
- Жесткие стебли хвощей используют в качестве полировочного материала.
- Хвощи являются сорняками пастбищ и полей. При вспахивании земли корневища хвощей многократно разрубаются, что только способствует активному вегетативному размножению этого сорняка.
- Травоядные животные не поедают хвощи. Более того, попадание хвощей в сено резко снижает ценность корма, а иногда даже может привести к гибели животных, так как некоторые хвощи содержат токсичные вещества.
