Мохи: життєвий цикл і чергування поколінь

Усі вищі рослини (від мохів до покритонасінних) мають життєвий цикл, у якому закономірно чергуються два покоління: статеве — гаметофіт і нестатеве — спорофіт. Це явище називають чергуванням поколінь, або метагенезом. Розуміння цього циклу — ключ до правильної відповіді на завдання НМТ про будь-яку групу рослин.

Гаметофіт і спорофіт: основні відмінності

Гаметофіт — це статеве покоління. Його клітини мають гаплоїдний (n) набір хромосом. У спеціальних органах — гаметангіях — мітозом утворюються гамети. Чоловічі гаметангії називають антеридіями, у них формуються сперматозоїди. Жіночі гаметангії — архегонії, у них дозріває одна яйцеклітина.

Спорофіт — нестатеве покоління. Його клітини диплоїдні (2n). У спорангіях мейозом утворюються гаплоїдні спори. Саме тому спори мають набір n — мейоз зменшує кількість хромосом удвічі.

Схема життєвого циклу

Запам'ятай просте правило: на схемі все, що між мейозом і заплідненням, має набір n (гаплоїдний), а все між заплідненням і мейозом — 2n (диплоїдний). Мейоз дає спори, запліднення дає зиготу.

Яке покоління переважає в різних груп?

У різних відділах вищих рослин переважає різне покоління:

• Мохи — переважає гаметофіт (зелена листостеблова рослина). Спорофіт — коробочка на ніжці, що живе на гаметофіті.

• Плауни, хвощі, папороті — переважає спорофіт (велика зелена рослина). Гаметофіт — маленький заросток.

• Голонасінні та покритонасінні — переважає спорофіт (дерево, кущ, трава). Гаметофіт — пилкове зерно й зародковий мішок.

Це важливо: у мохів саме гаметофіт — те, що ми бачимо як зелену рослину. У всіх інших вищих рослин (папоротей, хвощів, плаунів, голонасінних, покритонасінних) переважає спорофіт.

Зозулин льон (політрих) — класичний приклад листостеблового моху, на якому зручно вивчати життєвий цикл мохів. Розгляньмо його будову й увесь цикл — від спори до спорофіта.

Будова зозулиного льону

Зозулин льон має прямостояче нерозгалужене стебло, вкрите вузькими лінійними листками. У нижній частині стебла є ризоїди — багатоклітинні ниткоподібні утвори, що закріплюють рослину в ґрунті й поглинають воду з розчиненими мінеральними речовинами. Справжніх коренів у мохів немає. У зозулиного льону є лише примітивні провідні клітини, а справжніх провідних тканин (судин) немає в жодного моху.

Важливо: зелена листостеблова рослина зозулиного льону — це гаметофіт (n). Її клітини мають гаплоїдний набір хромосом.

Дводомність і гаметангії

Зозулин льон — дводомна рослина. Це означає, що чоловічі й жіночі органи розвиваються на різних особинах:

• На верхівках чоловічих рослин розташовані антеридії — мішечки, у яких мітозом утворюються сперматозоїди з двома джгутиками.

• На верхівках жіночих рослин розташовані архегонії — колбоподібні структури, у яких мітозом формується одна яйцеклітина.

Запліднення: чому потрібна вода?

Сперматозоїди мохів рухливі, але можуть пересуватися лише у водному середовищі. Під час дощу або рясної роси краплі води потрапляють на чоловічі рослини, сперматозоїди виходять з антеридіїв і за допомогою джгутиків підпливають до архегоніїв на жіночих рослинах. Один сперматозоїд зливається з яйцеклітиною — відбувається запліднення. Без води цей процес неможливий, тому мохи поширені переважно у вологих місцях і розмножуються статево лише тоді, коли є вода.

Спорофіт — коробочка на ніжці

Із заплідненої яйцеклітини (зиготи, 2n) на верхівці жіночої рослини починає розвиватися спорофіт. Він має вигляд довгої тонкої ніжки з коробочкою на вершині. Коробочка вкрита ковпачком і закрита кришечкою. Усередині коробочки в спорангії мейозом утворюються гаплоїдні спори. Спорофіт (2n) не здатний до самостійного існування: молодим він зелений і частково фотосинтезує, але воду, мінеральні й значну частину органічних речовин отримує від гаметофіту, до якого прикріплений.

Не плутай: коробочка на ніжці — це спорофіт (2n), а не плід. У мохів плодів не буває. Спорофіт завжди залишається прикріпленим до гаметофіту й живиться за його рахунок.

Проростання спори: протонема

Коли спора потрапляє на вологий ґрунт, вона проростає. Спочатку утворюється зелена розгалужена нитка — протонема. Вона дуже схожа на нитчасту водорість. На протонемі закладаються бруньки, з яких виростають нові листостеблові рослини — гаметофіти. Так цикл замикається.

Повна схема циклу зозулиного льону

Послідовність стадій: спора (n) → протонема (n) → листостеблова рослина — гаметофіт (n) → гамети (n) → запліднення у воді → зигота (2n) → коробочка на ніжці — спорофіт (2n) → мейоз у коробочці → нові спори (n).

Окрім зозулиного льону (політриха), на НМТ можуть трапитися завдання про два інші види мохів: маршанцію та сфагнум. Вони суттєво відрізняються за будовою і мають власні особливості.

Маршанція — печіночний мох

Маршанція (Marchantia) належить до печіночних мохів. Її тіло — не стебло з листками, а зелена пластинка — слань (талом), яка лежить на вологому ґрунті. З нижнього боку слані відходять ризоїди, що закріплюють рослину.

Маршанція, як і зозулин льон, дводомна. Але її гаметангії розташовані на спеціальних підставках:

• На чоловічих рослинах антеридії сидять на підставках, що нагадують щитки на ніжках.

• На жіночих рослинах архегонії розташовані під зірчастими утворами, схожими на парасольки.

Після запліднення під «парасолькою» розвивається маленька коробочка — спорофіт. Спори розсіюються й дають початок новим рослинам.

Вегетативне розмноження маршанції

Маршанція здатна розмножуватися не лише статево, а й вегетативно. На верхньому боці слані є особливі «кошички», у яких утворюються виводкові бруньки. Краплі дощу вибивають ці бруньки з кошичків, і вони розносяться водою. Потрапивши на вологий ґрунт, брунька проростає в нову слань.

Сфагнум — торфовий мох

Сфагнум (Sphagnum), який ще називають білим або торфовим мохом, — це листостебловий мох, що росте на болотах. Його стебло розгалужене, а доросла рослина не має ризоїдів.

Унікальна будова листків сфагнуму

Листок сфагнуму складається з клітин двох типів:

Саме завдяки мертвим водоносним клітинам сфагнум може вбирати й утримувати величезну кількість води. Це пояснює, чому сфагнові болота завжди перезволожені.

Торфоутворення

Сфагнум росте верхівкою, а нижні частини стебла поступово відмирають. У болотному середовищі — кислому, з нестачею кисню — рештки сфагнуму майже не гниють. До того ж сфагнум виділяє речовини з антисептичною дією, які пригнічують діяльність бактерій гниття. Відмерлі рештки нагромаджуються шарами й ущільнюються — так утворюється торф.

Сфагнум має бактерицидні властивості. У минулому його використовували як перев'язувальний матеріал для ран. Торф використовують як паливо, добриво й підстилку для тварин.

Мохи — найпоширеніші вищі спорові рослини в холодних і помірних регіонах планети. Вони відіграють важливу роль у природі та житті людини.

Де ростуть мохи?

Мохи віддають перевагу вологим і затіненим місцям. Їх можна знайти:

• У лісах — на ґрунті, стовбурах дерев, камінні.

• На болотах — особливо сфагнові мохи.

• У тундрі — де вони утворюють суцільний покрив.

• На скелях і стінах — разом із лишайниками.

Разом із лишайниками мохи належать до рослин-піонерів: вони одними з перших заселяють голі поверхні (скелі, пісок, згарища) і сприяють утворенню первинного ґрунту. Їхні ризоїди руйнують гірські породи, а відмерлі частини накопичують органіку.

Роль мохів у природі

• Вбирання й утримання води. Мохи діють як губка: вбирають воду під час дощу й поступово віддають її, регулюючи водний режим лісу й боліт.

• Захист ґрунту. Моховий покрив запобігає розмиванню ґрунту водою та вітровій ерозії.

• Сфагнові болота нагромаджують торф і зберігають величезні запаси води й Карбону, впливаючи на клімат.

• Заболочування. Густий моховий покрив може спричиняти заболочування лук і лісів, оскільки він утримує вологу й перешкоджає випаровуванню.

Ознаки мохів як найпростіших вищих рослин

Мохи — це вищі спорові рослини, але вони влаштовані найпростіше серед усіх вищих рослин. Їхні характерні ознаки:

• Є стебло й листки (у печіночних — слань), але немає справжніх коренів — лише ризоїди.

• У мохів немає справжніх провідних тканин (судин); у деяких (зозулин льон) є лише примітивні провідні клітини.

• Немає квіток, плодів і насінин.

• Розмножуються спорами, а для статевого розмноження потребують води.

• Залежність від води обмежує їх поширення вологими місцями.

Ягель — не мох!

Ягель (олений мох) — це не мох, а кущистий лишайник. Його вивчають в окремому уроці про лишайники. На НМТ можуть дати завдання-пастку, де ягель пропонують як приклад моху — це неправильно.

Розгляньмо п'ять типових завдань НМТ на тему мохів. Кожне розв'яжемо покроково.

Приклад 1. Диплоїдні клітини зозулиного льону

Завдання: У яких клітинах зозулиного льону диплоїдний набір хромосом?

Розв'язання: Пригадаймо, що диплоїдний набір (2n) має лише спорофіт — коробочка на ніжці. Усі клітини коробочки та її ніжки — диплоїдні. Натомість клітини листків, спори, сперматозоїди й яйцеклітина — гаплоїдні (n), оскільки вони належать до гаметофіту або утворені мітозом на гаметофіті.

Відповідь: У клітинах ніжки й коробочки.

Чому інші варіанти неправильні? Клітини листків — це частина гаметофіту (n). Спори утворюються мейозом, тому вони гаплоїдні (n). Сперматозоїди — гамети, утворені мітозом на гаметофіті, отже, теж гаплоїдні (n).

Приклад 2. Логічні пари: структура моху — що вона утворює

Завдання: Установи відповідність між структурою моху (1–4) і тим, що з нею пов'язано (А–Д).

1 — антеридій; 2 — архегоній; 3 — коробочка; 4 — протонема.

А — утворює сперматозоїди; Б — утворює яйцеклітину; В — утворює спори мейозом; Г — розвивається зі спори й дає бруньки нових рослин; Д — утворює насінини.

Розв'язання: Антеридій (1) — чоловічий гаметангій, у ньому мітозом утворюються сперматозоїди → А. Архегоній (2) — жіночий гаметангій, у ньому мітозом формується яйцеклітина → Б. Коробочка (3) — спорофіт, у ній мейозом утворюються спори → В. Протонема (4) — нитчаста стадія, що розвивається зі спори й дає бруньки нових гаметофітів → Г. Варіант Д (утворює насінини) — зайвий, бо мохи не утворюють насінин.

Відповідь: 1 — А, 2 — Б, 3 — В, 4 — Г.

Приклад 3. Два твердження про мохи

Завдання: Яке з тверджень правильне?

I. У мохів переважає гаметофіт — зелена листостеблова рослина.

II. Спори в коробочці моху утворюються мітозом.

Розв'язання: Твердження I правильне: у мохів саме гаметофіт (n) — це зелена рослина, яку ми бачимо. Твердження II хибне: спори в коробочці утворюються мейозом, а не мітозом. Мітозом на гаметофіті утворюються гамети.

Відповідь: Правильне лише I.

Приклад 4. Чому мохи не розмножуються статево в посуху?

Завдання: Чому мохи не можуть розмножуватися статевим способом за тривалої посухи?

Розв'язання: Для статевого розмноження мохам потрібна вода, тому що сперматозоїди мохів мають джгутики й можуть підпливти до яйцеклітини лише у водному середовищі. Без води сперматозоїди не здатні дістатися до архегонія.

Відповідь: Сперматозоїдам потрібна вода, щоб доплисти до архегонія.

Чому інші варіанти неправильні? «Без води не утворюються спори» — спори утворюються в коробочці незалежно від води. «Мохи не мають квіток» — це правда, але це не пояснює залежність від води саме для статевого розмноження. «Ризоїди не поглинають воду» — ризоїди поглинають воду, але це не стосується запліднення.

Приклад 5. Послідовність стадій циклу зозулиного льону

Завдання: Установи правильну послідовність стадій життєвого циклу зозулиного льону, починаючи зі спори.

Розв'язання: Життєвий цикл починається зі спори (n). Спора проростає в протонему (n). На протонемі утворюються бруньки, з яких виростає листостеблова рослина — гаметофіт (n) з антеридіями або архегоніями. Після запліднення у воді утворюється зигота (2n). Із зиготи розвивається коробочка на ніжці — спорофіт (2n).

Відповідь: Спора → протонема → листостеблова рослина з антеридіями чи архегоніями → зигота → коробочка на ніжці.

Типові помилки в дистракторах: плутають місце протонеми й зиготи, або ставлять коробочку перед зиготою.

У завданнях про мохи учні часто припускаються однотипних помилок. Ось найпоширеніші пастки й те, як їх уникнути.

• Коробочку моху вважають гаметофітом, плодом або окремою рослиною. Насправді коробочка на ніжці — це спорофіт (2n), який живе на гаметофіті й живиться за його рахунок. У мохів немає плодів.

• Вважають, що в мохів переважає спорофіт, як у папоротей. Це груба помилка. У мохів переважає гаметофіт — зелена листостеблова рослина. Спорофіт — маленька коробочка на ніжці, яка не здатна до самостійного життя.

• Плутають, де відбувається мітоз, а де мейоз. Запам'ятай: спори утворюються мейозом (на спорофіті), а гамети — мітозом (на гаметофіті). Багато хто помилково думає навпаки.

• Називають ризоїди коренями. Ризоїди — це ниткоподібні клітини, які закріплюють рослину й поглинають воду, але вони не мають складної будови справжніх коренів (судин, кореневих волосків, зон росту).

• Вважають ягель (олений мох) мохом. Ягель — це кущистий лишайник, а не мох. Це поширена помилка.

• Думають, що сфагнум вбирає воду ризоїдами. У дорослого сфагнуму ризоїдів немає. Воду запасають великі мертві водоносні клітини в листках, які мають пори й можуть вбирати воду безпосередньо.

Тема «Мохи» входить до розділу 3.7 програми НМТ з біології: «Життєвий цикл рослин (чергування нестатевого й статевого поколінь). Мохи (політрих, маршанція, сфагнум)».

Що потрібно знати?

• Переважаюче покоління в мохів (гаметофіт).

• Поняття: спора, спорофіт, гаметофіт, спорангій, гаметангій, архегоній, антеридій.

• Розрізняти статеве й нестатеве покоління мохів.

• Візуально розпізнавати політрих (зозулин льон), маршанцію та сфагнум за описами будови.

Формати завдань

• Завдання 1–24 — вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г). 0 або 1 бал. У демоваріанті 2026 року тема 3.7 є основною в завданні № 11 — завдання за схемою життєвого циклу.

• Завдання 25–28 — логічні пари (1–4 → А–Д, одна буква зайва). По 1 балу за кожну правильно встановлену пару, до 4 балів. Ця форма добре підходить для пар «структура моху → що вона утворює» або «вид моху → його ознака».

Стратегія для схеми життєвого циклу

Коли бачиш схему циклу на НМТ:

1. Знайди на схемі мейоз — це момент утворення спор. Усе, що після мейозу до запліднення, має набір n.

2. Знайди запліднення — утворення зиготи. Усе після запліднення до мейозу має набір 2n.

3. Визнач, яке покоління переважає: у мохів зелена рослина — це гаметофіт (n), а спорофіт (2n) — коробочка на ніжці.

• Гаметофіт (n) утворює гамети мітозом, спорофіт (2n) — спори мейозом.

• У мохів переважає гаметофіт — зелена рослина. Спорофіт — коробочка на ніжці, що живиться за рахунок гаметофіту.

• Цикл зозулиного льону: спора → протонема → чоловічі й жіночі рослини → запліднення у воді → зигота → коробочка.

• Маршанція — слань із «підставками» (щитки й парасольки) та виводковими бруньками для вегетативного розмноження.

• Сфагнум має мертві водоносні клітини в листках, які вбирають воду в понад 20 разів більше за власну масу. З його решток утворюється торф.

• Мохи не мають справжніх коренів, квіток і насінин, а для запліднення потребують води.

• Ягель — не мох, а лишайник.