Różnorodność organizmów - rośliny pierwotnie wodne i zarodnikowe
Mchy - rośliny zarodnikowe o dominującym gametoficie
Omówisz cechy wspólne mchów.
Scharakteryzujesz budowę zewnętrzną i anatomiczną mchów.
Wyjaśnisz dlaczego mchy nie są uznawane za rośliny naczyniowe i organowce.
Opiszesz specyficzne cechy budowy i wzrostu torfowców.
Omówisz sposoby rozmnażania się mchów oraz ich cykl życiowy.
Opiszesz znaczenie mchów w przyrodzie i dla człowieka.
Mchy (Bryophyta) to rośliny lądowe występujące na całym świecie. Jedynie nieliczne gatunki wtórnie zasiedliły środowisko wodne. Rośliny te opanowały różne siedliska: od bardzo wilgotnych obszarów tropikalnych do skrajnie suchych pustyń piaszczystych, które tylko przez pewien czas są wilgotne. Obecność cech adaptacyjnych w budowie morfologicznej i anatomicznej pozwoliła mchom pokonać podstawową trudność, jaką dla roślin stanowi na lądzie ograniczony dostęp do wody i narażenie organizmu na wysuszenie.
Ogólna charakterystyka i cechy wspólne mchów
Mchy są niewielkimi roślinami, mierzącymi przeciętnie od 1 do 10 cm wysokości.
Do wspólnych cech budowy i fizjologii mchów należą:
występowanie w cyklu życiowym heteromorficznej przemiany pokoleń z dominacją gametofitu - gametofit tych roślin jest rośliną samożywną i często wieloletnią o złożonej budowie morfologicznej i anatomicznej, natomiast sporofit - krótkotrwałą, słabo zróżnicowaną i odżywia się kosztem gametofitu;
zapłodnienie uzależnione od obecności wody, w której plemniki przepływają z plemni do rodni, zawierającej komórkę jajową;
rozprzestrzenianie się za pośrednictwem haploidalnych zarodnikówzarodników;
brak typowych dla roślin lądowych organów: korzeni, łodyg i liści;
brak typowych dla roślin lądowych tkanek przewodzących: drewnadrewna i łykałyka.
Ze względu na brak tkanek przewodzących oraz organów właściwych dla większości roślin lądowych, mchy nie są zaliczane do roślin naczyniowych ani organowców.
Budowa zewnętrzna i wewnętrzna mchów
Budowa gametofitu
Rozwijający się z zarodników gametofit mchów jest organizmem haploidalnym (1n). W pierwszej fazie wzrostu ma on postać splątka - plechowatej struktury zbudowanej z gęsto rozgałęzionych nici. Z czasem na splątku pojawiają się pączki, które dają początek gametoforom.
Gametofory to ulistnione łodyżki mchów. U wyspecjalizowanych mchów, np. płonników, gametofor wykazuje stosunkowo złożoną budowę wewnętrzną. Na jego powierzchni znajduje się skórka, pod którą występuje miękisz asymilacyjny otoczony pierścieniem grubościennych komórek pełniących funkcje wzmacniające. Centralną część łodyżki zajmuje rdzeń z komórkami przewodzącymi. Należą do nich leptoidy - transportujące asymilaty oraz hydroidy - komórki, o celulozowych ścianach komórkowych, wyspecjalizowane w transporcie wody i soli mineralnych.
Listki gametofitu są zwykle zbudowane z jednej warstwy komórek miękiszu asymilacyjnegomiękiszu asymilacyjnego. W listkach wielowarstwowych występujących np. u płonników (Polytrichopsida), listki są wielowarstwowe, a komórki miękiszu tworzą tzw. asymilatory (lamelle) na górnej stronie listka. Zwiększają one powierzchnię fotosyntetycznie czynną. Przez środek wielowarstwowych listków przebiegają pasma wydłużonych komórek tworzące żeberka z hydroidami i leptoidami.
Z dolnej części łodyżki wyrastają zwykle wielokomórkowe, nitkowate chwytniki, które przytwierdzają gametofit do podłoża. Woda i rozpuszczone substancje są pobierane głównie powierzchnią gametofitu, choć chwytniki mogą także uczestniczyć w tym procesie.
Najczęściej na szczycie gametoforów znajdują się wielokomórkowe gametangiagametangia - rodnie i plemnie, w których powstają odpowiednio komórki jajowe i plemniki. Rodnie i plemnie, mogą występować osobno na różnych osobnikach (u mchów dwupiennych) lub też mogą tworzyć się na tym samym gametoficie (u mchów jednopiennych).
Budowa sporofitu
Sporofit mchów jest pokoleniem diploidalnym, powstającym w wyniku podziałów zygoty. Jest pokoleniem uzależnionym od gametofitu - czerpie z niego wodę z solami mineralnymi oraz produkty fotosyntezy. Czas jego życia wynosi zwykle jeden rok.
W budowie sporofitu mchów wyróżnia się: stopę, setę oraz zarodnię.
Stopa jest dolną częścią sporofitu, która zakotwicza go w gametoficie.
Umożliwia pobieranie z gametofitu wody i substancji odżywczych.
Seta ma postać trzonka (często bezlistnej łodyżki), na szczycie którego tworzy się zarodnia. Wnętrze sety wypełnia bezzieleniowa tkanka miękiszowa. U niektórych mchów występują również elementy przewodzące - leptoidy i hydroidy.
Zarodnia składa się z wieczka i puszki. Wnętrze puszki wypełnia tkanka zarodnikotwórcza, z której po podziałach mejotycznych powstają haploidalne zarodniki. W zarodniach niektórych mchów występuje ozębnia (perystom) zabezpieczająca przed rozsiewaniem zarodników przy dużej wilgotności powietrza.
Cykl życiowy i rozmnażanie mchów
W cyklu życiowym mchów występuje przemiana pokoleń, czyli następowanie po sobie pokolenia rozmnażającego się płciowo - gametofitu i bezpłciowo, przez zarodniki - sporofitu. Gametofit mchów jest pokoleniem dominującym i wytwarza organy płciowe - gametangia, w których powstają gamety. Po zapłodnieniu w obecności wody rozwija się sporofit, który wytwarza zarodniki. Zarodniki kiełkują, dając początek nowym gametofitom, co zamyka cykl życiowy mchu.
Uzależnienie zapłodnienia od wody jest cechą ograniczającą występowanie tych organizmów do środowisk wilgotnych. Choć niektóre mchy potrafią przetrwać suszę (poprzez stan anabiozyanabiozy), proces rozmnażania płciowego może zajść wtedy, gdy na powierzchni gametofitów utrzymuje się warstwa wody umożliwiająca ruch plemników.
Mchy mogą również rozmnażać się wegetatywnie przez fragmentację rośliny lub przez rozmnóżki, czyli wielokomórkowe struktury (często w formie grudek, nici lub drobnych listków), które oddzielają się od gametofitu macierzystego dając początek nowemu organizmowi.
Zapoznaj się z symulacją interaktywną, a następnie wykonaj polecenia.
Przesuwając suwak, obserwuj poszczególne fazy cyklu rozwojowego płonnika pospolitego (Polytrichum commune).
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D544TFB78
Cykl życiowy płonnika pospolitego (Polytrichum commune).
Na rysunku znajdują się zarodniki. Mają one kulisty kształt i są koloru brązowego.
Z zarodników powstaje splątek (n). Ma wielokomórkową postać nitkowatą, wyrasta z zarodnika.
Na łodyżce splątka powstaje pąk (n). Na rysunku widoczny jest wypustek a obok niego mały listek.
Na rysunku widoczne są dwie ulistnione gałązki. Na szczycie każdej z nich znajduje się kulista forma. Gametofit męski (n), ma kulistą formę. Gametofit żeński (n), ma kulistą formę z czarnym okręgiem w środku.
Na rysunku widoczne są plemnie i rodnie. Wśród rozwidlonych, nitkowatych łodyżek płonnika znajdują się owalne przestrzenie o brązowym kolorze. To plemnie. Rodnie są owalne i mniejsze. Zajmują dolną część w rozwidleniach łodyżek płonnika.
Zapłodnienie następuje gdy plemnik wnika przez kanał utworzony przez łodyżki płonnika do owalnej rodni. W rodni powstaje zygota (2n). Biała rodnia zmienia kolor na brązowy.
Z rodni wyrasta młody sporofit (2n). Ma on postać wąskiej, brązowej gałązki wyrastającej spośród nitkowatych łodyżek płonnika.
W wyniku mejozy powstają gametofity (n) z dojrzałym sporofitem (2n). Na rysunku widoczny jest korzeń, z którego wyrastają 3 ulistnione pędy. Na szczycie każdego z nich znajduje się zarodnia ma o wrzecionowatym, spłaszczonym kształcie i czerwonym kolorze.
Na rysunku z zarodni z zębiną wysypują się zarodniki. Mają postać niewielkich kulistych ziarenek.
Torfowce - mchy o wyjątkowych cechach
Torfowce (Sphagnopsida) stanowią wyjątkową grupę mchów, wyróżniającą się specyficzną budową anatomiczną oraz odmiennym sposobem wzrostu.
Dojrzały gametofit torfowców ma postać ulistnionej, pozbawionej chwytników i silnie rozgałęzionej łodyżki. Ponieważ organy płciowe (rodnie i plemnie) powstają na łodyżkach bocznych, łodyżka główna może rosnąć przez całe życie rośliny. W czasie gdy górna część łodyżki torfowca przyrasta, dolne części stopniowo obumierają i w warunkach ograniczonego dostępu tlenu mogą uczestniczyć w powstawaniu torfu.
Sporofit torfowców składa się prawie wyłącznie z zarodni. Seta sporofitu torfowców jest zredukowana lub nie występuje, a zarodnia zostaje wyniesiona przez pseudopodium, czyli wydłużony fragment gametofitu.
Łodyżka i listki torfowca zbudowane są z dwóch rodzajów komórek: żywych, które zawierają chloroplasty i przeprowadzają fotosyntezę, oraz martwych komórek wodonośnych, gromadzących wodę.
Znaczenie mchów w przyrodzie i dla człowieka
Mchy mają bardzo niewielkie wymagania życiowe, przez co wiele z nich jest organizmami pionierskimi, które jako jedne z pierwszych zasiedlają nowe, często niedostępne dla innych roślin środowiska. Splątki i chwytniki mchów wydzielają substancje rozpuszczające podłoże skalne, a ich obumarłe szczątki rozkładając się przyczyniają się do rozpoczęcia procesu glebotwórczego.
Zwarte darnie mchów chronią glebę przed nadmiernym parowaniem i przegrzaniem, a także przed erozją. Tworzą też siedliska dla wielu zwierząt, np. owadów, ślimaków czy pajęczaków.
Dzięki dużej zdolności do gromadzenia wody mchy zwiększają retencję obszarów, na których występują, przez co skutecznie regulują stosunki wodne w zbiorowiskach leśnych i łąkowych. W regulacji bilansu wodnego szczególną rolę odgrywają torfowce, które dzięki obecności martwych, pustych w środku komórek wodonośnych, potrafią zmagazynować wodę w ilościach przekraczających ich suchą masę nawet dwudziestokrotnie. Proces ten nie tylko stabilizuje poziom wód gruntowych, ale także inicjuje tworzenie się torfowisk.
W miarę jak dolne części roślin obumierają w kwaśnym i beztlenowym środowisku, ulegają one niepełnemu rozkładowi, co prowadzi do powstawania torfu. Tym samym torfowce stają się kluczowymi ogniwami w obiegu węgla w przyrodzie, magazynując ogromne ilości tego pierwiastka i przeciwdziałając efektowi cieplarnianemu.
Przez człowieka mchy stosowane są w ogrodnictwie jako podłoże uprawne, a także jako podściółka w hodowli zwierząt. W medycynie i kosmetyce, a także jako materiał opałowy wykorzystywany jest również torf.
Podsumowanie
Mchy to rośliny w większości lądowe z wyraźną, heteromorficzną przemianą pokoleń z dominującym gametofitem.
Gametofit większości mchów ma postać ulistnionej łodyżki (gametoforu), jest zwykle wieloletni i samożywny, umocowany do podłoża chwytnikami. Wytwarza wielokomórkowe gametangia - rodnie i plemnie.
W budowie łodyżki gametofitu u wyspecjalizowanych mchów występują tkanki: skórka, miękiszowa, wzmacniająca oraz komórki przewodzące: leptoidy i hydroidy, brak natomiast drewna i łyka.
Sporofit mchów jest krótkotrwały i uzależniony od gametofitu, ma postać bezlistnej łodyżki z szczytowo umieszczoną zarodnią.
Do zamknięcia cyklu życiowego mchów niezbędna jest woda, która umożliwia przepłynięcie uwiciowionym plemnikom do komórki jajowej i jej zapłodnienie.
Mchami o specyficznych cechach są torfowce. Cechują się, m.in: ciągłym wzrostem łodyżki gametofitu, zredukowanym sporofitem, obecnością komórek wodonośnych zdolnych do gromadzenia dużych ilości wody.
Mchy są organizmami pionierskimi, tworzą siedliska dla zwierząt, zapobiegają erozji gleb oraz sprzyjają retencji wody w glebie. Przez człowieka wykorzystywane są w przemyśle kosmetycznym, medycynie, a ich szczątki służą jako materiał opałowy (torf).
Ćwiczenia utrwalające
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.