Справочный материал к выполнению заданий

(теоретический материал)

Растения, постоянно живущие в воде, называют водными растениями. Флора высших растений России включает более 200 видов.

Приспособление водных растений к среде обитания выражается в следующем:

1. Водные растения отличаются большим развитием поверхности тела по отношению к массе (рассеченные на узкие мелкие доли листья, тонкие разветвленные стебли и т.д.)

2. Для корней, стеблей и листьев водных растений характерны различные видоизменения (например, корни - якоря, плавающие стебли, ловчие пузырьки – листья).

3. Внутреннее строение органов высших водных растений характеризуется наличием воздухоносной ткани - аэренхимы, недоразвитием проводящих и механических (опорных) тканей.

4. Подавляющее большинство видов водных растений - травянистые многолетники.

5. У водных растений преобладает вегетативное размножение (частями тела или специализированными зимующими почками - турионами).

На Первой всесоюзной конференции по высшим водным растениям (1977 г.) была предложена классификация, включающая три основные группы:

1-я группа – погруженные растения, весь жизненный цикл которых проходит под водой (неукореняющиеся виды – пузырчатка, роголистники; укореняющиеся в грунте водоема – элодея, рдесты, уруть);

2-я группа – растения с плавающими листьями или побегами (неукореняющиеся виды – водокрас, сальвиния, ряска, многокоренник; укореняющиеся в грунте водоема – кувшинка, кубышка, рдест плавающий);

3-я группа – воздушно-водные растения с побегами, часть которых находится в воде, а часть – над поверхностью воды (стрелолист, сусак зонтичный, рогозы, камыш озерный, тростник обыкновенный и др.).

НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ

Наиболее древняя и сравнительно просто устроенная группа водных растений – это водоросли. Водоросли относятся к низшим растениям, их вегетативное тело не расчленено на корень, стебель и листья. Это типичные автотрофные организмы: благодаря наличию хлорофилла они способны усваивать на свету углекислый газ и синтезировать органические вещества из неорганических.

В зависимости от экологических условий водоросли в водоеме образуют отдельные группировки, или ценозы. Различают планктонные водоросли (фитопланктон), населяющие толщу воды. Это микроскопические формы, пассивно взвешенные в воде и неспособные противостоять течениям. Приспособлениями к обитанию к воде, кроме малых размеров, служат жгутики, запасной продукт в виде капель жира в клетках, газовые вакуоли. Планктонные водоросли вызывают «цветение» воды в мелких, хорошо прогреваемых солнцем водоемах.

Рис.11 Водоросли

А – хламидомонада; Б- хлорелла; В – гониум; Г – пандорина; Д – вольвокс; Е – спирогира; Ж – зигнема; З – хара; И – водяная сеточка (внутри материнской клетки).

Фитопланктон водоема может состоять из зеленых, сине-зеленых, диатомовых водорослей.

Пруды, канавы и ямы характеризуются массовым развитием зеленых нитчатых водорослей из класса сцеплянок (спирогира, зигнема и др.). В поле зрения микроскопа клетки этих водорослей изумительно красивы, так как хроматофоры в них имеют правильную геометрическую форму и яркий зеленый цвет.

У лишенных активного движения форм увеличение плавучести достигается соответствующей формой тела и наличием разнообразных отростков. Это может быть плоская форма тела, или лентообразные колонии, или длинные шипы. У колониальных форм клетки могут слагаться в форме парашюта. Газовые вакуоли, капли жира также значительно уменьшают вес клеток водорослей из группы планктонных.

Изучать планктонные водоросли нужно при помощи сильной лупы или микроскопа. «Цветение» воды – временное явление в жизни водоема. Основное значение имеет температура воды, и главным приспособлением к ее переменам у большинства планктонных водорослей являются специальные покоящиеся клетки. Эти клетки покрываются толстой оболочкой и располагают большим запасом питательных веществ.

Бентосные водоросли (фитобентос) связаны с дном водоема. Они прикрепляются к камням или другим твердым предметам на дне, стеблям высших растений. Часто на дне образуют густые заросли крупные харовые водоросли, жесткая на ощупь кладофора. Некоторые водоросли (например, спирогира) свободно лежит на дне водоема ночью, а днем, увлекаемые пузырьками кислорода, выделяющегося на свету при фотосинтезе в клетках водорослей, большими массами поднимаются на поверхность водоема - это так называемая тина.

Свет – могущественный фактор в распределении бентосных водорослей. В озерах с прозрачной водой (например, в озере Байкал) бентосные водоросли могут находиться на глубине до 70 м.

РАСТЕНИЯ НА БЕРЕГАХ ВОДОЕМА

На берегах водоема всегда можно видеть ивы. Ива белая (ветла) и ива ломкая (ракита) - деревья до 25 м. Лист ивы белой имеет серебристое опушение с нижней стороны, у ракиты его нет. Ива ломкая отличается расположением молодых побегов (под прямым углом к старой оси), которые легко обламываются. В форме кустарников по берегам встречаются ива трехтычинковая и корзиночная. Ива трехтычинковая отличается двумя хорошо заметными «железками» на черешке листа (в виде черных точек), ива корзиночная - узкими и длинными листьями с завернутыми вниз краями, снизу густо опушенными серебристыми волосками.

Большинство видов ив легко размножаются стеблевыми черенками. Сорванные ветром или ледоходом ветви ив быстро укрепляются в прибрежном грунте. Листья ив имеют острую верхушку, направленную вниз. Здесь в ткани листа имеются особые водяные железки, которые в жаркую погоду выделяют капельно-жидкую воду, что предохраняет лист ивы от перегрева (отсюда «ива плачет», «плакучая ива»).

Иногда в основании стволов ивы, погруженных в прибрежное мелководье, образуются дыхательные корни. Они малиново-красного цвета, растут пучками, поглощают кислород из воды и снабжают им залитые водой части дерева. Эти корни можно взять для того, чтобы посмотреть на тонком поперечном срезе под лупой их строение (наличие воздушных полостей в коре корня).

Рис.12 Листья различных видов ивы:

1 – ива белая; 2 – ива ломкая; 3 – ива трехтычинковая; 4 – ива корзиночная

Травянистые прибрежные растения  сусак зонтичный, калужница болотная, тростник, рогоз, камыш  нетрудно различить во время цветения по внешнему виду и строению соцветия.

Сусак зонтичный – многолетнее растение, растет на илистой (иногда песчаной) почве, в прибрежной зоне водоемов. Горизонтально растущие корневища сусака формирует большое количество вегетативных и генеративных побегов. Листья простые, линейно-мечевидные, собраны в прикорневую розетку. Цветущий стебель безлистный. Соцветие зонтиковидное, имеются перепончатые прицветники. Цветки крупные, правильные, чашечка окрашена в темно-малиновый цвет; венчик из бело-розовых лепестков. Цветет с июня по август. Листья идут на плетение корзин и рогож. Весьма декоративен. Растение подлежит охране.

Калужница болотная – многолетнее растение, растет по берегам рек, прудов, озер. Корневая система мочковатая. Генеративный побег ветвистый, приподнимающийся, довольно сочный, без опушения, высотой 10 -40 см. Листья простые, прикорневые – длинночерешковые, на удлиненном стебле – с более короткими черешками. Пластинка первых крупная, округло-почковидная, вторых – округло-сердцевидная. Листья толстые, темно-зеленые, по краю городчатые или пильчатые. Цветки крупные, правильные; околоцветник простой, из 5 свободных ярко-желтых листочков; тычинок и пестиков много. Пестики созревают раньше тычинок, что исключает самоопыление. Плод – многолистовка. Калужница – ядовитое растение.

Тростник обыкновенный – самое крупное травянистое многолетнее растение из наших злаков с длинным корневищем. Надземные побеги достигают до 4 м. Почти всегда образует чистые заросли по берегам стоячих водоемов, что ведет к заболачиванию прибрежных отмелей.

Камыш озерный также имеет длинное, ползучее, ветвистое корневище, стелящееся по илистому субстрату водоема. В отличие от двух предыдущих видов, листья надводных побегов у него развиты слабо и представлены влагалищами в основании стебля. Стебли достигают высоты 3 м, цилиндрические, с хорошо развитой воздухоносной полостью внутри. Иногда он бывает наполовину погружен в воду. Цветки собраны в крупное метельчатое соцветие. Растение ветроопыляемое. Вегетативное размножение осуществляется посредством корневищ.

Стебли камыша озерного употребляются как материал для плетения матов, циновок, корзин и т.п.

Рис.13 Соцветия: 1- тростника обыкновенного; 2 – рогоза широколистного– (а пестичная часть соцветия, б – тычиночная часть соцветия); 3 – камыша озерного

Рогоз широколистный - многолетник с толстым ветвистым корневищем, богато крахмалом. Надземные побеги высотой 1 - 2 м заканчиваются соцветием (початком), состоящим из двух частей: нижней, образованной женскими (пестичными) цветками, и верхней, состоящей из мужских (тычинковых) цветков. Растение ветроопыляемое. После цветения верхушка соцветия засыхает и отпадает. Початок с пестичными цветками вначале зеленый, после цветения по мере созревания плодов становится темно-коричневым, бархатистым. В пестичных цветках образуются плоды – орешки, окруженные темно окрашенными волосками. Рогоз имеет широкое применение: волоски околоцветника употребляются как упаковочный материал, а в смеси с шерстью идут на изготовление фетра для шляп; листья идут на плетение корзин, циновок, корневища – на корм домашним животным.

Рогоз часто неправильно называют камышом или тростником, однако последние имеют совсем другой внешний вид и принадлежат к другим семействам.

Рис.14 Рогоз широколистный

Среди прибрежных растений многие виды могут быть отнесены к группе так называемых растений-амфибий. Они успешно растут и развиваются как в воде, так на берегу. Но при этом внешний вид их значительно изменяется, что можно видеть на примере частухи подорожниковой и стрелолиста обыкновенного.

Частуха подорожниковая - имеет толстое клубнеобразное корневище, прямостоячий стебель, обильно разветвленный в области соцветия. Листья по форме напоминают лист подорожника большого.

Частуху можно видеть на мелководье и вдали от кромки воды, на сыром лугу. Сравнивая экземпляры частухи из разных местообитаний, легко обнаружить различия в размерах растений, форме листьев (у наземных экземпляров – черешковые листья, у водных – лентовидные, сидячие).

Стрелолист обыкновенный - многолетнее растение с коротким корневищем. У водной формы стрелолиста, листья трех типов: подводные (сидячие, линейные, длиной до 80 см), плавающие (длинночерешковые, лентовидные), воздушные (черешковые, со стреловидным основанием, продолговато – острые). Наземная форма стрелолиста имеет меньшие размеры и листья только одного типа - воздушные. В соцветии стрелолиста цветки однополые: нижние цветки пестичные, верхние – тычинковые. Цветет стрелолист с июня по сентябрь. Плоды его имеют воздухоносную ткань, в результате чего легко плавают по воде и переносятся течением и ветром на большие расстояния.

В конце лета у стрелолиста образуются боковые побеги, которые некоторое время растут в воде горизонтально, а затем зарываются в ил. На верхушке каждого побега образуется турион - клубневидное утолщение, богатое запасами крахмала с зимующей почкой. Турионы зимуют, и весной из них образуются новые растения. Это пример вегетативного размножения водных растений при помощи турионов.

По берегам у кромки воды встречается ядовитое растение – цикута, или вех ядовитый. Выкопав его корневище из почвы и разрезав вдоль, можно увидеть крупные воздушные камеры – верный отличительный признак для определения цикуты. Растение содержит яд, обладающий нервно-паралитическим действием. Работу с ним проводить не рекомендуется, но знать его нужно всем, кто организует экскурсии, особенно с детьми.

Рис.15 Цикута, или вех ядовитый:

1 – верхняя часть побега с соцветиями; 2 – продольный разрез корневища.

РАСТЕНИЯ, УКОРЕНЯЮЩИЕСЯ В ГРУНТЕ ВОДОЕМА, С ЛИСТЬЯМИ, ПЛАВАЮЩИМИ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ

Это немногочисленная группа, но в нее входят охраняемые водные растения – кувшинка чисто-белая и кубышка желтая, поэтому нужно очень подробно, не нарушая растения, разобрать на экскурсии особенности этих видов.

Кувшинка чисто-белая встречается только в европейской части России. Размеры растения зависят от условий произрастания: в мелких водоемах кувшинка имеет меньшие размеры. При периодическом высыхании водоема она может образовывать сухопутную форму. При этом черешки листьев становятся толще, клетки кожицы на листьях также утолщаются.

Кувшинка имеет мощное корневище, расположенное на дне, от которого отходят толстые, придаточные корни. Корневище слабо ветвится, но постепенно нарастает в длину, так что очень медленно растение перемещается по грунту водоема. Уровень водоема может изменяться в течение лета, тем не менее, листья и цветки кувшинки остаются на поверхности воды, что достигается либо изгибанием черешков и цветоножки, либо их усиленным ростом.

Как и многим водным растениям, кувшинке свойственна разнолистность (гетерофиллия). Весной первые листья образуются подводной формацией: они имеют короткие черешки, мягкие листовые пластинки, в мякоти которых нет дифференциации на столбчатую и губчатую ткань.

Плавающие на поверхности воды листья кувшинки имеют длинные черешки, диаметр листовой пластинки до 20 см, по форме она сердцевидно-овальная с неравнобокими лопастями. Сверху листья темно-зеленые, снизу – красновато-фиолетовые. У плавающих листьев мякоть строго дифференцирована на столбчатую и губчатую ткань. В них так же много воздушных полостей, как и в пластинке подводного листа. Многочисленные устьица (до 500 штук на мм²) находятся в верхней кожице плавающего листа и обеспечивают газообмен с воздушной средой. Поверхность листа покрыта слоем жироподобного вещества – кутикулой, отчего она становится глянцевитой, плохо смачивается водой (капли воды скатываются с поверхности листа, не попадая в устьица).

Рис.16 Кувшинка чистобелая

Цветок в диаметре 10 – 15 см, с двойным околоцветником. Белые лепестки в большом числе образуют постепенный переход к многочисленным тычинкам. Завязь полунижняя, созревает в мясистый многосемянной плод уже под водой, так как после цветения (у каждого цветка продолжается 2-3 дня) цветоножка спирально закручивается и плод погружается в воду. После созревания семян околоплодник сгнивает. Каждое семя кувшинки имеет воздушную прослойку в семенной кожуре, и поэтому оно хорошо держится на воде. Распространяются семена кувшинки потоками воды, а также водоплавающими птицами.