Ботаника. Высшие растения. Методические указания к лабораторным занятиям для студентов ОЗО биолого-почвенного факультета (специальность - биоэкология)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ростовский государственный университет

В.В. Федяева, Т.С. Гарнизоненко

БОТАНИКА: ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ Методические указания к лабораторным занятиям для студентов ОЗО биолого-почвенного факультета специальность – биоэкология

Ростов-на-Дону 2002

2

Печатается по решению редакционной комиссии по биологическим наукам. Протокол № 2 от 5.03.2002г

Составители: доц. каф. ботаники Федяева В.В. доц. каф. ботаники Гарнизоненко Т.С. Ответственный за выпуск зав. кафедрой ботаники Паршин В.Г.

3

Малый практикум по высшим растениям для студентов – биоэкологов заочной формы обучения рассчитан на 10 часов: 9 лабораторных и 1 час зачетное занятие. Темы лабораторных занятий подобраны в соответствии с программой этого раздела общего курса Ботаника. Задача малого практикума – ознакомить студентов с фактическим материалом, отражающим главные особенности и закономерности строения вегетативного тела и органов размножения высших растений на примерах представителей основных отделов. Последовательность знакомства с учебными объектами позволяет составить четкое представление о направлениях приспособительной эволюции этих структур в условиях суши. Изложение материала в настоящих указаниях не разбивается на занятия, а дается по темам, чтобы не сковывать жесткими рамками инициативы преподавателя в их проведении. Отчетом о выполнении малого практикума является альбом (тетрадь) в котором фиксируется в виде рисунков и схем, снабженных пояснениями, результат изучения учебного объекта. На зачетном занятии проверяется правильность ведения альбома. Глубина усвоения фактического и теоретического материала устанавливается в ходе устного опроса студентов.

4

Тема 1. СТРОЕНИЕ ВЕГЕТАТИВНОГО ТЕЛА ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Работа 1.1. Слоевище печеночного изменчивой (Marchantia polymorpha).

мха

маршанции

По гербарию и фиксированному материалу ознакомиться с внешним видом слоевища. Зарисовать его и сделать следующие обозначения: лентовидное слоевище (таллом), ризоиды, точки роста, архегониальные и антеридиальные подставки, выводковые корзинки. Обратить внимание на дихотомическое ветвление слоевища. На препарате поперечного среза слоевища (ув. 8 х 7) изучить его клеточное строение. Зарисовать фрагмент среза и обозначить верхний и нижний эпидермис, основную паренхиму и клетки с масляными тельцами в ней, ассимиляционные камеры, клеткиассимиляторы, бочонковидные «устьица» (поры для вентиляции) из 4 слоев клеток, простые и язычковые ризоиды, брюшные чешуйкиамфигастрии. Работа 1.2. Микрофилльная побеговая структура тела у плауна булавовидного (Licopodium clavatum). По гербарию ознакомиться с внешним расчленением тела микрофилльного растения. Обратить внимание на дихотомическое ветвление побегов и корней. Зарисовать и обозначить побеги, микрофилльные листья, придаточные корни, спороносные терминальные участки побегов – стробилы (спороносные колоски). На препарате поперечного среза стебля плауна (ув. 8 х 7) изучить его тканевое строение. Нарисовать схему расположения комплексов тканей в стебле: эпидермис, первичная кора, листовые следы, центральный проводящий цилиндр (разновидность протостелы – «плектостела»). Отдельно зарисовать сектор поперечного среза, отразив его клеточное строение. На рисунке обозначить: эпидермис, паренхиму и механическую ткань коры, эндодерму, перицикл, флоэму и ксилему, листовые следы гаплостелического строения.

5

Работа 1.3. Мегафилльная побеговая структура тела у щитовника мужского (Dryopteris filix-mas) и орляка обыкновенного (Pteridium aquilinum). По гербарию щитовника мужского ознакомиться с внешним расчленением тела мегафилльного растения. Зарисовать, на рисунке сделать следующие обозначения: корневище с остатками оснований листьев (выполняет запасающую функцию), придаточные корни, мегафилльные листья – вайи (на них показать рахис, чешуи – энации, перья и перышки). Отдельно зарисовать дольку вайи снизу и показать сорусы спорангиев, прикрытые индузиумом. Используя препарат поперечного среза корневища папоротника орляка (ув. 8 х 7), изучить его анатомическое строение. Сделать схематический рисунок, отразив расположение комплексов тканей. Обозначить на рисунке эпидермис, кору и центральный проводящий цилиндр. В коре отметить два слоя: внешний темный и внутренний из богатых крахмалом клеток, тяж склеренхимы. В центральном цилиндре («полициклическая диктиостела» – разновидность сифоностелы) обозначить два круга меристел, сердцевину. Подробно зарисовать отдельную меристелу, показав ее клеточное строение. Обозначить эндодерму, перицикл, проводящие ткани флоэму и ксилему, окружающую их паренхиму. Работа 1.4. Побеговая структура тела у голосеменного растения сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.). По гербарию ознакомиться с внешним видом растения. Зарисовать и обозначить удлиненные побеги – ауксибласты, укороченные – брахибласты, стебель, листья – хвоинки, мужские и женские стробилы - шишки. Обратить внимание на моноподиальное ветвление побегов, расположение стробилов в побеговой системе растения. На препарате поперечного среза стебля (ув. 8 х 7) изучить его анатомическое строение. Обратить внимание на строение гомогенной древесины, наличие смоляных каналов. Сделать схематический рисунок стебля, показав корку, вторичную кору, камбий, годичные слои древесины, сердцевину. Более подробно зарисовать сектор поперечного среза на границе двух годичных колец и обозначить: тонкостенные широкопросветные весенние трахеиды с окаймленными порами на радиальных стенках, (видны в разрезе), толстостенные узкопросветные летние трахеиды, проводящие лубо - древесные лучи, перпендикулярные границе годичных слоев, вертикальные смоляные ходы, выстланные живыми

6

эпителиальными клетками и прилегающими клетками древесинной паренхимы. Используя препарат продольного радиального среза стебля (ув. 8 х 7), изучить строение проводящих элементов ксилемы – трахеид. Зарисовать фрагмент среза стебля с трахеидами и сердцевинным лучом. Обозначить трахеиды, заостренные окончания трахеид, окаймленные поры в плане, сердцевинный луч, обратить внимание на наличие живых паренхимных клеток в центральной части сердцевинного луча, круглые – «окновидные» поры в их стенках, лучевые трахеиды с зазубренными стенками. Сделать соответствующие обозначения. Работа 1.5. Побеговая структура тела у покрытосеменных растений. По гербарию ознакомиться со строением побегов у айланта высокого (Ailanthus altissima). Зарисовать и обозначить стебель, узлы, междоузлия, листья, верхушечную и боковые (пазушные) почки. По гербарию ознакомиться со строением укороченного розеточного побега у подорожника большого (Plantago major). Зарисовать и обозначить укороченный стебель, собранные в розетку листья, придаточные корни, пазушные цветоносные побеги-стрелки. По гербарию или зимним веткам ознакомиться с моноподиальным и симподиальным нарастанием побегов у клена (Acer sp.) и липы сердцевидной (Tilia cordatа). Зарисовать и обозначить почечные кольца (границы годичных приростов), верхушечные и боковые почки, рубец отмершей верхушечной почки у липы, побеги замещения. Римскими цифрами отметить порядок ветвления. Работа 1.6. Анатомическое покрытосеменных растений.

строение

стебля

у

Используя препарат поперечного среза стебля кирказона американского (Aristolochia sipho), при ув. 8 х 7 изучить первичное анатомическое строение стебля двудольного растения. Сделать схематический рисунок, отразив расположение комплексов тканей: эпидермис, первичная кора с колленхимой и эндодермой, центральный проводящий цилиндр (эустела) с кольцом склеренхимы, проводящими пучками, расположенными в один круг, сердцевиной и сердцевинными лучами. Обратить внимание на наличие пучкового и межпучкового камбия. Отдельно зарисовать в

7

клеточном строении открытый коллатеральный проводящий пучок. Обозначить ксилему, пучковый камбий, флоэму. Используя препарат поперечного среза стебля кукурузы (Zea mays), изучить первичное анатомическое строение стебля однодольного растения. Зарисовать схему расположения комплексов тканей: эпидермис, механическая ткань, основная паренхима, проводящие пучки (атактостела). Обратить внимание на отсутствие камбия в закрытых проводящих пучках. По препарату поперечного среза стебля липы (Tilia cordata) изучить вторичное анатомическое строение древесного двудольного растения (ув. 8 х 7). Зарисовать сектор поперечного среза и обозначить: перидерму, с феллемой, феллогеном и феллодермой; вторичную кору с остатками первичной коры, трапециевидно расположенными чередующимися слоями флоэмы и лубяных волокон (мягкий и твердый луб), камбий, годичные кольца с весенней и летней древесиной (вторичная ксилема), сердцевинные лучи, сердцевину. Определить возраст стебля. Работа 1.7. Анатомическое строение листа камелии японской (Camellia japonica). На препарате поперечного среза листа (ув. 8 х 7) рассмотреть и изучить его строение. Зарисовать фрагмент поперечного среза и обозначить верхний и нижний эпидермис, устьица (состоят из замыкающих клеток, устьичной щели и устьичной полости), палисадный и губчатый мезофилл, каменистые клетки-идиобласты (одиночные склереиды), коллатеральный проводящий пучок (механическая обкладка, ксилема, флоэма). Обратите внимание на то, что ксилема обращена к морфологически верхней стороне листа. Тема 2. ОРГАНЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ Работа 2.1. Половые органы печеночного мха маршанции изменчивой (Marchantia polymorpha). Используя препараты продольных срезов антеридиальных и архегониальных подставок рассмотреть и изучить строение антеридиев и архегониев (ув. 8 х 7). Сделать схематический рисунок, отразив строение подставок. Обозначить ножку, антеридиальный диск с полостями, антеридии, архегониальный диск с группами архегониев, перианций и перихеций.

8

Отдельно зарисовать антеридий, обозначить его стенку, ножку, спермагенную ткань. Изучить и зарисовать строение архегония, обозначить брюшко, шейку, канальцевые клетки, стенку архегония, яйцеклетку. Работа 2.2. Спорогон и спорангий лиственного мха кукушкин лен обыкновенный (Polytrichum communae). По гербарию ознакомиться с внешним видом спорогона – бесполого поколения мхов. Зарисовать его и обозначить часть побега материнского гаметофита мха, ножку спорогона, коробочку со спорангием, колпачок – калиптру. На препарате (ув. 8 х 7) изучить строение зрелого спорогона, созревающего за два сезона. Сделать схематический рисунок и обозначить ножку, апофизу, урну, крышечку, эпифрагму (верхняя расширенная часть колонки), спорангий, перистом, трабекулы – многослойные нити, отходящие от боковых стенок спорангия к колонке и стенкам урны. Работа 2.3. Стробил и спорангий равноспорового плауновидного плауна булавовидного (Lycopodium clavatum). На препарате продольного среза стробила (ув. 8 х 7) рассмотреть и схематически зарисовать ось стробила, спорофиллы, спорангии на ножках. Сделать обозначения. Детально зарисовать строение спорангия, обозначив стенку спорангия, тапетум, археспорий, отдельные споры. Работа 2.4. Стробил и спорангий разноспорового плауновидного селягинеллы (Selaginella selaginоides). На препарате среза стробила (ув. 8 х 7) найти и зарисовать ось стробила, микроспорофиллы, микроспорангии с микроспорами, мегаспорофиллы, мегаспорангии с мегаспорами. Сделать соответствующие обозначения. Работа 2.5. Стробил и спорангий хвоща полевого (Equisetum arvense). По фиксированному материалу и на препарате продольного среза (ув. 8 х 7) изучить строение стробила. Сделать схематический рисунок и обозначить ось стробила, спорангиефор, сидячие

9

спорангии, споры. Отдельно зарисовать спорангиефор, обозначить его ножку, щиток, мутовку спорангиев. Работа 2.6. Сорус спорангиев и спорангий папоротника страусопера (Mautteuccia struthiopteris). На препарате продольного среза через дольку спороносной вайи изучить строение соруса. Зарисовать его схематически и обозначить центральную жилку листа, его край, прикрывающий сорусы, плаценту, отдельные спорангии. Детально зарисовать строение спорангия, обозначить ножку, однослойную стенку, кольцо, устье, споры. Работа 2.7. Микростробил (мужская шишка) и мегастробилы (женская шишка) сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). По фиксированному материалу и на препаратах (ув. 8 х 7) изучить строение шишек. Зарисовать продольный срез микростробила, обозначить ось, микроспорофиллы, микроспорангии – пыльники и отдельные микроспоры (пыльцевые зерна) с воздушными мешками. Изготовить, рассмотреть и сделать рисунок продольного среза собрания мегастробилов – женской шишки. Обозначить ось, кроющие и семенные чешуи, семязачатки. Зарисовать внешний вид женской шишки со зрелыми семенами. Отметить семенные чешуи, семя с крыловидным выростом семенной кожуры. Работа 2.8. Внешний вид и строение цветка магнолии крупноцветковой (Magnolia grandiflora). Рассмотреть гербарный образец. Обратить внимание на тип листорасположения, форму и размеры кожистых блестящих вечнозеленых листьев, положение крупных одиночных цветков в системе побегов. Зарисовать ветку и сделать обозначения. Ознакомиться со строением цветка, используя фиксированный материал и сухие плоды. Обратить внимание на плоские лентовидные тычинки с широкой короткой тычиночной нитью. Используя молодые и зрелые плоды изучить их строение. На оси цветка найти и подсчитать число рубцов от опавшего околоцветника, определить число его трехчленных кругов. Обратить внимание на спиральное расположение рубцов от опавших многочисленных тычинок и расположенных выше многочисленных плодиков-листовок с деревянистым перикарпом. Внимательно

10

рассмотреть способ вскрывания плодика - трещиной вдоль средней жилки кондупликатного пестика. Зарисовать и сделать соответствующие обозначения. Работа 2.9. Анатомическое строение тычинки и пестика у лилии (Lilium sp.). На фиксированном материале изучить внешнее строение тычинки и пестика. Зарисовать их и сделать необходимые обозначения: тычиночная нить, пыльники, завязь, столбик, рыльце. На препаратах поперечных срезов (ув. 8 х 7) изучить и зарисовать строение тычинки и пестика. Обозначить на рисунке среза тычинки ткань связника, проводящий пучок, эпидермис тычинки, гнезда пыльников (микроспорангии) с эндотецием, тапетумом и пыльцевыми зернами (микроспоры); на рисунке пестика - стенку завязи, плаценты, семязачатки. Тема 3. СИСТЕМАТИКА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ Работа 3.1. Сем. Лютиковые – Ranunculaceae. Представитель: Лютик ползучий – Ranunculus repens. Ознакомиться по гербарному образцу с внешним видом растения. Зарисовать и обозначить придаточные корни, простые тройчато-рассеченные листья, ползучие надземные побеги, цимозные соцветия. Изучить строение цветка на фиксированном материале. Сосчитать число частей цветка. Выделить лепесток и найти в его основании нектарную ямку, прикрытую чешуйкой. Зарисовать лепесток и обозначить ямку-нектарник. Сделать продольный разрез цветка и зарисовать его, обратив внимание на вытянутое конусообразное цветоложе, расположение на нем частей цветка, число тычинок и пестиков. Ознакомившись со строением апокарпного плода, сделать рисунок его продольного среза, обозначить отдельные плодики – семянки. Составить формулу и диаграмму цветка, отразив его спироциклическое (гемициклическое) строение. Работа 3.2.1. Сем. Розовые Яблоня домашняя – Malus domestica

Rosaceae. Представитель:

11

По гербарию ознакомиться с внешним видом. Обратить внимание на дифференциацию побегов на удлиненные ростовые и укороченные генеративные побеги, несущие соцветия – зонтики. Зарисовать оба побега, отразив расположение, форму листьев и тип соцветия. На фиксированном материале изучить строение цветка. Сделать продольный разрез, обратить внимание на количество тычинок, положение завязи, число столбиков. Зарисовать продольный разрез и сделать необходимые обозначения. Сделать поперечный разрез синкарпного плода - яблока зарисовать его и обозначить на рисунке экзо- , мезо -, и эндокарпий, семена. Составить формулу и диаграмму цветка, отметив наличие типичной нижней завязи. Работа 3.2.2. Сем. Розовые – Rosaceae. Представитель: Вишня обыкновенная - Cerasus vulgaris. По гербарному образцу ознакомиться с внешним видом. Зарисовать часть растения, отметив ростовые побеги, побеги обогащения, соцветия. По фиксированному материалу ознакомиться со строением цветка. Сделать его продольный разрез, обратить внимание на форму вогнутого цветоложа - гипантия, характер прикрепления к нему чашелистиков, лепестков, тычинок, а также на завязь, свободно расположенную на дне гипантия. Зарисовать цветок в продольном разрезе и сделать обозначения. Сделать и зарисовать поперечный разрез апокарпного, сочного, мономерного, односемянного плода костянки, обозначив экзо-, мезо-, эндокарпий, семя. Составить формулу и диаграмму цветка. Работа 3.3. Сем. Бобовые - Fabaceae. акация – Robinia pseudacacia.

Представитель: Белая

По гербарному образцу ознакомиться с внешним видом растения. Обратить внимание на форму листьев, парные прилистники, видоизмененные в колючки, соцветие – кисть. Зарисовать часть побега с одним листом и соцветием - кистью (схема). По фиксированному материалу ознакомиться со строением цветка. Зарисовать его отдельные части: венчик, состоящий из паруса, весел и лодочки, сросшейся в области носика;

12

сростнолистную чашечку с пятью зубцами, сросшиеся нитями тычинки с одной свободной, пестик. Рассмотреть апокарпный плод – боб. Обратить внимание на положение семян. Составить формулу и диаграмму цветка. Работа 3.4. Сем. Зонтичные – Apiaceae (Umbelliferae). Представитель: Морковь дикая - Daucus carota. Изучить по гербарию внешний вид. Обратить внимание на утолщенный веретеновидный корень («корнеплод»), простые перисторассеченные листья с черешком расширенным во влагалище, ребристый стебель, соцветие – сложный зонтик. Зарисовать и сделать обозначения. Соцветие изобразить схематически, показать обертку, состоящую из перисторассеченных листьев и оберточки из цельных листочков. Изучить по фиксированному материалу строение краевых и внутренних цветков сложного зонтика. Зарисовать и обозначить зубцы чашечки, лепестки, тычинки, выпуклый нектарный диск, завязь и столбики, притупленные рыльца. Обратить внимание на увеличенные лепестки краевых цветков зонтика. Изучить с помощью лупы строение зрелого синкарпного плода – вислоплодника. Обратить внимание на наличие свободного разветвленного карпофора. Зарисовать и обозначить карпофор, мерикарпии, семянки. Составить формулу краевого и внутреннего цветков. Работа 3.5. Сем. Губоцветные Lamiaceae (Labiatae). Представитель: Яснотка белая – Lamium album. Ознакомиться с особенностями внешнего вида по гербарию. Зарисовать часть растения, показав длинное корневище, четырехгранный стебель, супротивные листья, соцветие – тирс, состоящее из супротивных дихазиев с сидячими цветками, прицветники и прицветнички. Изучить строение зигоморфного цветка по фиксированному материалу. Зарисовать его внешний вид, показав сростнолистную чашечку, трубку венчика, выпуклую верхнюю и трехлопастную нижнюю губы его отгиба, нитевидные придатки на боковых лопастях нижней губы, столбик и рыльце пестика. Вскрыть трубку венчика и зарисовать тычинки и пестик с четырехлопастной завязью.

13

Составить формулу спайнолепестного цветка.

и

диаграмму

зигоморфного

Работа 3.6. Сем. Сложноцветные - Asteraceae (Compositae). Представитель: Подсолнечник однолетний – Helianthus annuus. Ознакомиться с внешним видом по гербарию. Зарисовать и обозначить простые листья без прилистников, соцветие – корзинку с травянистыми листочками обертки. По фиксированному материалу изучить строение корзинки, краевых ложноязычковых и серединных трубчатых цветков. Выделить цветки из соцветия вместе с пленчатыми прицветными листьями, зарисовать и обозначить: трехзубчатый язычок, нижнюю завязь, трубку венчика, зубцы отгиба, редуцированную чашечку, тычинки сросшиеся в трубку, двулопастное рыльце. Изучить строение паракарпного сухого односемянного плода – семянки. Обратить внимание на кожистую консистенцию околоплодника, очень тонкую семенную кожуру, отсутствие эндосперма в семени (запас питательных веществ в семядолях). Зарисовать и сделать обозначения. Составить формулы ложноязычкового и трубчатого цветков, диаграмму трубчатого цветка. Работа 3.7. Сем. Ирисовые - Iridaceae

Представитель: Ирис –

Iris sp . Ознакомиться с особенностями внешнего облика. Зарисовать и обозначить короткое корневище (ризом), мечевидные двурядно расположенные листья, цветки, прицветники. Изучить строение цветка по фиксированному материалу. Зарисовать и обозначить нижнюю завязь, листочки простого околоцветника, тычинки, лопасти столбика и клапановидные рыльца. Обратить внимание на расположение тычинок под лепестковидными лопастями в основании ветвей столбика. Составить формулу и диаграмму цветка. Работа 3.8. Сем. Осоковые - Cyperaceae осока береговая – Carex riparia.

Представитель:

Ознакомиться по гербарию с особенностями внешнего облика. Обратить внимание на трехгранный стебель, влагалищные линейные листья, цилиндрические нижние колоски с пестичными и более

14

узкие верхние колоски с тычиночными мужскими цветками. Зарисовать и сделать обозначения. Выделить из фиксированных колосков по одному тычиночному и пестичному цветку вместе с прицветниками. С помощью лупы изучить их строение и зарисовать. Обратить внимание на отсутствие околоцветника (цветки голые), наличие мешочка в пестичном цветке. Сосчитать число тычинок и рылец пестика. Обозначить прицветники, тычинки, мешочек, рыльце пестика. Составить формулы и диаграммы тычиночного и пестичного цветков. Работа 3.9. Сем. Мятликовые - Poaceae Представитель: Рожь посевная – Secale cereale.

(Gramineae).

По гербарию ознакомиться с особенностями внешнего облика растения. Обратить внимание на вторично гоморизную корневую систему, простые неветвящиеся побеги, линейные, двурядно расположенные листья с незамкнутыми влагалищами, соцветие – сложный колос. Используя лупу изучить на фиксированном материале строение цветка, выделив один колосок. Рассмотреть и подсчитать число колосковых и цветковых (нижняя с длинной шероховатой остью) чешуй, отразить на рисунке их особенности. Выделить лодикулы (внутренний круг околоцветника), обратить внимание на находящиеся внутри три тычинки с длинными уплощенными пыльниками и пестик с сидячим сильно опушенным двураздельным рыльцем. Зарисовать схему дихазиального соцветия, строение колоска, составить формулу и диаграмму дихазия.

ЛИТЕРАТУРА 1. Васильев А.В. и др. Ботаника. Анатомия и морфология растений. – М.: Просвещение, 1988г. - 378с. 2. Практикум по анатомии растений. – М.: Высшая школа, 1979. – 224с. 3. Еленевский А.Г. и др. Ботаника высших или наземных растений.: Учебник для студентов высших педагогических учебных заведений:/ - М.: Издательский центр «Академия», 2000г – 432с.

15

4. Комарницкий Н.А. и др. Ботаника. Систематика растений. – М.: Просвещение, 1976г - 418с. 5. Гордеева Т.Н. и др. Практический курс систематики растений. – М.: Просвещение, 1953г – 364с. 6. Тахтаджан А.Л. Систематика магнолиофитов. Л.: Наука, 1987г – 439с.