Несмотря на то, что цератоптерисы — однолетние растения, в аквариуме при хороших условиях они могут прожить и более одного года. Известны случаи их жизни в аквариумных условиях до трех лет. Молодые растения легко перезимовывают при подсветке электролампами.
Водные папоротники используются как на уроках, так и во внеклассной работе.
При изучении клетки в курсе ботаники можно показать учащимся через микроскоп клетки молодого листа цератоптериса. Под микроскопом хорошо видны хлорофилловые зерна, движение цитоплазмы, сходство со строением клеток других растений. Клетки цератоптериса окрашены в изумрудный цвет, и впечатление от наблюдения эмоционально обогащает учащихся.
Папоротники — интересный объект для опытов по вегетативному размножению. В частности, цератоптерис размножается листом и кусочками листа.
На примере водных папоротников при сравнении их с фонтиналисом можно убедиться в эволюционном усложнении этих организмов. Это усложнение проявляется прежде всего в развитии корневой системы и в усложнении главного ассимилирующего аппарата — листа. Если у фонтиналиса учащиеся наблюдали упрощенное строение листа (один слой клеток), то у папоротников ясно выражено многослойное клеточное строение листа с проводящими путями.
ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ, ИЛИ ЦВЕТКОВЫЕ РАСТЕНИЯ
Покрытосеменные — наиболее высокоорганизованные растения на земном шаре. Наиболее характерно для них наличие цветка, в завязи которого укрыты семяпочки. После оплодотворения из завязи развивается плод с семенами внутри. Способность к видообразованию у покрытосеменных очень хорошая. Поэтому среди покрытосеменных много видов водных растений, чрезвычайно интересных по своим биологическим особенностям.
Общие экологические признаки различных видов водных растений появляются в результате естественного отбора. Основные средства приспособленности растений к современным условиям жизни в воде: 1) рассечение листовых пластинок на мелкие нитевидные доли, что обеспечивает растению увеличение поверхности при поглощении световых лучей, кислорода, углекислого газа, минеральных солей; 2) сильное развитие аэрокамер в связи с недостаточным количеством воздуха в воде, что уменьшает также плотность растения, способствующую вертикальному положению в воде и вынесению на поверхность воды листьев и цветков; 3) отсутствие устьиц за исключением верхней поверхности плавающих листьев, так как газообмен происходит через всю поверхность водных растений; 4) слабое развитие кутикулы, утратившей свою защитную функцию; 5) слабое развитие корневой системы или отсутствие ее, так как функцию поглощения воды и растворенных в ней солей выполняет вся поверхность растения; 6) отсутствие сосудов в связи с утратой необходимости проводить воду и минеральные соли, что связано с поглощением их любой частью растения (характерно только для полностью погруженных растений); 7) частичная редукция механической ткани в связи с большей, чем воздушная среда, плотностью воды; механическая ткань сохраняется только в центральных частях стебля в виде тяжей, которые позволяют растению испытывать натяжение, противостоять движению воды; 8) частичное или полное отсутствие дифференциации ткани листа на губчатую и столбчатую, что связано с недостаточным проникновением света даже на небольшую глубину; 9) сравнительно быстрый рост водных растений, благоприятные условия для которого обеспечиваются водной средой; 10) способность к вегетативному размножению намного большая, чем у наземных видов, что позволяет водным растениям выживать в сложных условиях обитания в водной среде; 11) выделение поверхностью слизи, что уменьшает трение органов друг о друга, предохраняет ткани от выщелачивания, защищает зимующие почки от охлаждения и спасает на некоторое время растения от высыхания при • понижении уровня воды. Все эти общие черты приспособленности в той или иной степени можно наблюдать у аквариумных цветковых растений.
Вместе с тем водные растения отличаются друг от друга и видовыми приспособительными признаками. Например, некоторые виды рдестов могут существовать только при связи с тремя средами — водой, почвой и атмосферой. Роголистник живет без почвы, при соприкосновении с атмосферой погибает, и ему достаточно только водной среды.
По отношению к почве, воде и атмосфере водные растения можно разделить на несколько экологических групп: 1. Жизнедеятельность происходит в основном в толще воды. 2. Необходимые условия жизни вида — вода и атмосфера. 3. Растения связаны только с водой и почвой. 4. Растения нуждаются в почве, воде и атмосфере (укоренены на дне, листья плавающие). 5. Растения частично возвышаются над водой, будучи укорененными в почве.
Рис. 6. Элодея канадская
К первой группе растений относятся элодея канадская, элодея зубчатая, роголистник темно-зеленый, пузырчатка обыкновенная, альдрованда пузырчатая, ряска трехдольная.
Элодея канадская принадлежит к семейству водокрасовых (рис. 6). Родина — пресные водоемы Америки. В XIX в. этот вид спонтанно акклиматизировался в Англии, а затем в Европе.
Элодея канадская быстро освоила водоемы нового ареала, вытеснив многие аборигенные растения. За быстрое распространение этот вид получил название «водяная чума». В Европу попали только женские экземпляры растения (оно двудомное), позднейшие попытки целенаправленно акклиматизировать мужские экземпляры эффектов не дали, так как пригодные для обитания экологические ниши уже были заняты женскими растениями. Поэтому быстрое распространение элодеи обеспечивалось исключительно вегетативным размножением. В настоящее время элодея канадская широко распространена в водоемах европейской части СССР, а в последнее десятилетие все чаще встречается и в Сибири, например в Ангаре, в районе Иркутска.
Листья элодеи собраны в мутовки по 3 — 4, мелкие, обычно длиной 7 — 12 мм, продолговатые, по краям мелкозубчатые (это заметно только в лупу). Стебель тонкий, ломкий, длиной 40 — 60 см, ближе к поверхности воды ветвится. Цветки образуются в пазухах верхних листьев на тонкой и длинной трубке, похожей на цветоножку: у них три белых лепестка. Корневая система развита слабо, ассимиляция идет всей поверхностью растения. В природе встречается в прудах, тихих заводях речек и озер, предпочитает слабопроточные воды. В некоторых водоемах (Московская область) образует большую сырую биомассу—более 4 кг на 1 м2.
Заросли элодеи населены огромным количеством беспозвоночных пресных вод и охотно посещаются рыбами. Эти же заросли служат субстратом для икры рыб, среди ветвей элодеи первое время прячутся и кормятся стаи мальков. Растения употребляются в пищу многочисленными водными обитателями, в том числе карповыми рыбами, окунем, ондатрой. Но есть интересные наблюдения, в результате которых установлено, что прудовик обыкновенный использует в пищу 40 видов высших растений, а элодею канадскую отвергает даже при сильном голоде.
Пищевая ценность элодеи очень высока: белков она содержит более 18 %, жира — около 3 %. Каротин, содержащийся в элодее, превращается в организме животных в витамин А. Элодею используют и на корм скоту с различными кормовыми добавками. Заготавливается высушиванием, силосованием; из нее приготовляют витаминную муку. При избытке растений или при расчистке водоемов употребляется как зеленое удобрение.
При сборе элодеи на экскурсии следует обратить внимание на серый налет, обычно покрывающий листья и стебли растений. Чем выше жесткость воды природного водоема, тем больше на листьях налета. Это осадок соли кальция СаСО3, выделенный растением в процессе ассимиляционной деятельности. Световой период фотосинтетического процесса связан с поглощением растворенного в воде углекислого газа. Когда его в воде недостаточно, растения начинают вырабатывать углекислый газ из гидрокарбоната кальция: