2.25: Хвощі, рід Equisetum

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6915

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Хвощі, рід Equisetum, є дуже легко впізнаваною групою рослин, які зазвичай зустрічаються у всьому світі. Вони являють собою дуже невеликий залишок, лише один рід з менш ніж 100 видами, групи, яка в палеозої була набагато помітнішою складовою земної флори. Починаючи зі 100 мільйонів років, закінчуючи 250 мільйонів років тому, ця група була домінуючою в наземних середовищах існування у всьому світі, і група відповідає за більшу частину наших родовищ вугілля та нафти. Вони поширені в більшості Сполучених Штатів, іноді як придорожній бур'ян або у вологих місцях проживання.

Хвощі в дикій природі

Таксономія і філогенія

Рід традиційно був поміщений у філум сам по собі, але більш пізні методи лікування кусковують хвощі в папороті філум (Pterophyta), зазвичай ставлячи їх у порядку (Equisetales), відмінному від інших груп папороті. При лікуванні таким чином порядки Птерофіти розійшлися в пізню палеозойську еру. Незалежно від того, чи вважаєте ви хвощі філумом самі по собі або порядком у Птерофіті, їх все ще дуже легко розпізнати через їх виразну структуру.

Структура

Хвощі мають дуже характерну форму - вони мають з'єднані стебла з дрібними і непомітними листям, які виглядають у вигляді лусочок біля основи кожної ділянки стебла. Стебла порожнисті і ребристі. Послідовні ділянки стебла стають коротшими і коротшими, нагадуючи логарифмічну шкалу, і є твердження (я не зміг переконатися в цьому), що рослина була натхненням Джона Нап'єрто винаходити логарифми. Нейпір винайшов логарифми в 16 столітті, щоб полегшити обчислення (багато студентів біології не вірять, що логарифми полегшують обчислення!!). Стебла іноді мають мутовчасті гілки (в цьому випадку вони трохи схожі на кінський хвіст), але іноді не мають (в цьому випадку вони дійсно зовсім не схожі на кінський хвіст!). Хвощі мають великі підземні горизонтальні стебла (кореневища), з яких виходять коріння і вертикальні надземні стебла. Часто зустрічається рослина - спорофіт, який виробляє спори в кінцевому конусі або стробілісі. Деякі види диморфні, з вегетативними стеблами, які зелені та фотосинтетичні, але не виробляють стробіли, що виробляють спори, і родючі стебла, які коричневі (без хлорофілу, без фотосинтезу), але виробляють стробілі і, таким чином, беруть участь лише у розмноженні. Викопні члени групи мали вторинний ріст і виросли до 18 м у висоту, зі стеблами в півметра в поперечнику. Ці заводи були значними компонентами в родовищах, що дають вугілля і нафту.

розмноження

Як і всі рослини, Equisetum демонструє чергування поколінь з видимим спорофітом і важкодоступним гаметофітом. Гаметофіт двостатевий (таким чином, рослини гомоспорні, виробляють лише один вид спор), невеликий, рідкісний і швидко заростає спорофітом, що росте з архегонії. Сперми джгутикуються і підпливають до яйцеклітини.

Equisetum arvense (польовий хвощ) на краю водно-болотних угідь в Koitiata, Манавату, Нова Зеландія — Диморфні стебла воронів Equisetum — зелені стебла стерильні і фотосинтетичні, коричневі родючі і нефотосинтетичні

Матерія і енергія

Equiesetum (як теспорофіт, так і гаметофіт) - типовий фотоавтотроф, який використовує енергію сонячного світла для синтезу вуглеводів з вуглекислого газу, а потім використовує вуглеводи як джерело енергії в клітинному диханні та як будівельний матеріал для синтезу різноманітних біомолекул. Зауважте, що для диморфних видів спороносні стебла фотосинтезуються лише коротко і більшу частину свого існування «живляться» фотосинтетичними гілками. Важливо, що енергія, захоплена хвощами 300 мільйонів років тому, зараз використовується при спалюванні вугілля та нафти, виділяючи вуглець, який потрапив у молекули, які були перетворені на викопне паливо. Рослина має досить незвичайну потребу в поживних речовині, кремнію, якого у більшості рослин немає (багато рослин можуть зайняти і містити кремній, але це не обов'язковий елемент, тобто вони можуть рости і без нього). Кремній також необхідний діатомовим водоростям (phylum Bacillariophyta), групі одноклітинних водоростей. Наявність відкладень діоксиду кремнію в клітинних стінках хвощів робить стебла особливо жорсткими і пояснює загальну назву «догляд пік», оскільки піонери використовували стебло рослини як щітку для скрабу.

ілюстрація частин і етапів росту хвоща — Диморфні стебла Equisetum arvense. Коричневі стебла несуть спорангію на кінчиках, але не фотосинтезують; зелені стебла не несуть спорагії, але фотосинтезують

Взаємодії

Рослини Equisetum зазвичай зустрічаються як у «бур'янних» місцях проживання (рослина може бути проблемою в сільськогосподарських ситуаціях), так і в менш порушених місцях проживання. Група, як правило, вимагає високих умов освітлення, і більшість видів затінюються, коли присутні дерева. Як і клубні мохи, вони, здається, не сильно страждають від травоїдних; це, можливо, через відкладення кремнезему в клітинних стінках.