Вегетативные органы цветковых растений
К вегетативным органам цветковых растений относят корень, стебель и лист. Наиболее древний орган – побег (стебель с расположенными на нем листьями и почками). Корень возник позже и произошел от корнеподобных веточек псилофитов (первых наземных растений), с помощью которых они укреплялись в почве. Листья образовались в результате уплощения концевых отделов разветвлений побега древних растений.
Стебель – это осевой вегетативный орган. Основные его функции: опорная, проводящая, фотосинтезирующая, запасающая и репродуктивная. Участки стебля, несущие почки или листья, называются стеблевыми узлами, а участки между узлами – междоузлиями. Угол между стеблем и листом называется листовой пазухой. Почкой называют зачаточный побег. Почка состоит из укороченного стебля и зачаточных листьев, окруженных чешуйками. Различают почки верхушечные, боковые, придаточные (могут образовываться на любой части стебля, на корнях, на листьях) и цветочные (из них образуются цветки).
По форме поперечного сечения различают стебли округлые, трехгранные, четырехгранные, ребристые; по положению в пространстве – прямостоячие, вьющиеся, лазающие, ползучие. Прямостоячие стебли имеют хорошо развитую механическую ткань (деревья). Вьющиеся стебли (лианы), поднимаясь вверх, обвивают любые опоры. Лазающие стебли (горох, фасоль) цепляются за опору усиками или придаточными корнями, отрастающими от стебля. Ползучие стебли стелются по земле (ежевика, земляника). Внутреннее строение стебля определяется его функциями (pис. 33, 34).
Стебель травянистых растений имеет покровную ткань, первичную кору и центральный осевой цилиндр. Покровная ткань представлена эпидермисом; первичная кора – фотосинтезирующей, основной, механической и запасающей тканями. В центральном осевом цилиндре расположены открытые сосудисто-волокнистые пучки.
Более сложное строение имеют стебли древесных растений. Покровная ткань у них представлена пробкой – слоем мертвых клеток с утолщенными одревесневшими оболочками. Газообмен и транспирация (испарение воды) осуществляются через чечевички (разрывы пробки). Первичная кора состоит из частично сохранившейся фотосинтезирующей ткани, механической и запасающей тканей. Центральный осевой цилиндр состоит из флоэмы, ксилемы, камбия и сердцевины. Камбий образует сплошное кольцо и снаружи от себя формирует элементы флоэмы (ситовидные трубки с клетками-спутницами, лубяные волокна), а внутри – элементы ксилемы (сосуды, древесные волокна) и клетки сердцевидных лучей. За счет камбия идет рост стебля в толщину. Органические вещества в стебле передвигаются по ситовидным трубкам флоэмы, а вода с растворенными в ней солями – по сосудам ксилемы.
В связи с приспособлением растений к различным условиям жизни стебель может видоизменяться. Например, надземные стебли могут превращаться в колючки (боярышник, дикая облепиха), в усики (земляника) для закрепления в пространстве; подземные стебли предназначены для запасания питательных веществ, вегетативного размножения. К ним относятся корневища (ландыш, ревень), клубни (картофель, топинамбур), луковицы (лук, чеснок, тюльпаны).
Корневища покрыты редуцированными листьями в виде бурых или бесцветных чешуек, в пазухах которых находятся почки. От них развиваются либо надземные побеги, либо придаточные корни. Клубни образуются на концах подземных побегов в виде утолщений – столонов. Снаружи клубни покрыты эпидермисом или пробкой и содержат запасные углеводы (крахмал или инулин). На клубнях имеются верхушечные и придаточные почки с чешуйками – листьями (глазки). Луковицы имеют стеблевую часть – донце, от которого вниз отходят придаточные корни, а вверх – мясистые листья, в пазухах которых располагаются почки.
Корневища, клубни и луковицы широко используются человеком в пищу, в лекарственных целях, для вегетативного размножения ценных сортов растений.
Корень – подземный вегетативный орган. Его основные функции: закрепление растения в почве; всасывание и
проведение воды с растворенными в ней солями, запасание питательных веществ; синтез азотсодержащих органических соединений (витамины, гормоны, некоторые аминокислоты); участие в вегетативном размножении.
Совокупность корней одного растения составляют корневую систему. В ее состав входят три вида корней: главный, боковые и придаточные корни. Главный корень происходит от зародышевого корешка. От него отходят боковые корни, которые могут ветвиться. От нижней части стебля или листьев отходят придаточные корни.
Различают три типа корневых систем: стержневую, мочковатую и смешанную.
В стержневой корневой системе хорошо выражен главный корень. Такая система присуща двудольным растениям. В мочковатой корневой системе главный корень не отличается от придаточных, или зародышевый корешок быстро отмирает, а вместо него у основания побега образуются придаточные корни, от которых отходят боковые корни. Мочковатая корневая система характерна для однодольных и многих травянистых растений. В смешанной корневой системе хорошо развиты и главный, и придаточные корни. Она присуща однолетним двудольным травянистым растениям (pис. 35).
Корень обладает неограниченным ростом. Растет он верхушкой, где сосредоточена образовательная ткань. Верхушка корня покрыта корневым чехликом, который выполняет функции защиты и определения направления роста. Клетки корневого чехлика способны реагировать на влияние силы тяжести и обуславливают положительный геотропизм корня.
На продольном разрезе растущего корня различают четыре зоны: деления, роста, всасывания и проведения. Зона деления состоит из клеток образовательной ткани, которые постоянно делятся и обеспечивают рост корня в длину. Эта зона покрыта корневым чехликом. Наружные живые клетки чехлика частично разрушаются, и их содеpжимое растворяет комочки почвы, что облегчает движение корней и обеспечивает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. В зоне роста клетки растут и достигают размеров клеток образуемой ткани. Зона всасывания (зона корневых волосков) состоит из нескольких тканей, выполняющих определенные функции. На поперечном срезе корня в этой зоне видны следующие ткани: покровно-всасывающая, ткани первичной коры корня и центрального осевого цилиндра. Клетки покровно-всасывающей ткани тонкостенные, имеют выросты – корневые волоски. Последние содержат цитоплазму, ядро, вакуоль, митохондрии и всасывают из почвы воду и минеральные соли. Клетки ткани первичной коры тоже тонкостенные, живые. Они осуществляют передвижение воды и минеральных солей в центральный осевой цилиндр, который состоит из проводящих (сосуды и ситовидные трубки), механических (лубяные и древесинные волокна), основных и образовательных тканей.
Поглощение корнями воды и минеральных солей из почвы происходит в связи с тем, что концентрация солей в почве выше, чем в корневых волосках. Дальнейшее передвижение к сосудам ксилемы и по ним к стеблю и листьям осуществляется также за счет разности концентраций воды и минеральных солей в клетках первичной коры. Органические вещества передвигаются из листьев по стеблю по ситовидным трубкам флоэмы, которые также расположены в центральном осевом цилиндре.
Ксилема и флоэма из зоны всасывания корня переходят в зону проведения, затем в стебель и лист, обеспечивая непрерывное передвижение питательных веществ в растении. В зоне проведения, кроме того, происходит образование боковых корней.
В связи с выполнением различных функций корень может менять свои формы, видоизменяться. Утолщенные в результате отложения питательных веществ главные корни называются корнеплодами (свекла, морковь, репа). Утолщения придаточных корней (георгин, любка) называются корнеклубнями (не путать с клубнями картофеля). У многих растений с видоизменениями стебля (луковичные, корневищные), кроме обычных корней, образуются сократительные или втягивающие корни (у крокуса – клубнелуковицы). У некоторых тропических древесных растений, обитающих на бедных кислородом почвах, развиваются дыхательные корни. Это отростки боковых корней, растущие вертикально вверх и возвышающиеся над почвой или водой. Они богаты воздухоносной тканью, с крупными межклеточными пространствами, через которые атмосферный воздух поступает в подземные части корней. У растений-паразитов (повилика, омела) корни преобразуются в сосущие органы. У большинства цветковых растений корни срастаются с гифами грибов, образуя микоризу. В клетках корней некоторых растений поселяются бактерии, вызывая разрастание паренхимы и формирование клубеньков. Клубеньковые бактерии фиксируют азот воздуха, который в виде соединений поступает и усваивается растением (люцерна, клевер, бобовые).
Лист – надземный вегетативный орган растения. Он выполняет следующие функции: фотосинтез, газообмен, транспирация, запасание питательных веществ – и может быть органом вегетативного размножения.
Лист состоит из двух частей – листовой пластинки и черешка. Листья, у которых нет черешка, называются сидячими. По форме листовой пластинки выделяют листья округлые, овальные, ланцетовидные, стреловидные. По количеству листовых пластинок на одном черешке различают листья простые и сложные. Если у сложного листа листовые пластинки прикрепляются у одного места, такие листья называются пальчатосложными (люпин, каштан), а если по всей длине черешка – перистосложными (рябина, акация). Перистосложные листья бывают двух видов: парноперистые (заканчиваются парой листовых пластинок) – у гороха и непарноперистые (заканчиваются одной листовой пластинкой) – у рябины. Край листовой пластинки может быть ровный, зубчатый, пильчатый.
Листовые пластинки пронизаны жилками, которые являются проводящими пучками и придают прочность листьям. Жилкование может быть перистым или сетчатым (у двудольных растений), параллельным или дуговым ( у одно-дольных). Листья на стебле могут располагаться друг за другом, такое расположение называют очередным (береза, яблоня), при супротивном расположении листья находятся по два друг против друга, при мутовчатом – прикрепляются к стеблю пучками – мутовками. Характер расположения листьев и их неодинаковые размеры обеспечивают примерно одинаковую освещенность всех листьев.
Внутреннее строение листа
Лист сверху и снизу покрыт эпидермисом, клетки которого плотно прилегают друг к другу и содержат цитоплазму, вакуоль, ядро, лейкопласты. У некоторых растений эпидермис покрыт кутикулой, волосками, железками, выделяющими смолистые вещества и эфирные масла. Эпидермис защищает лист от высыхания, механических и химических повреждений, проникновения в ткань листа микроорганизмов.
В эпидермисе имеются устьица, за счет которых происходит газообмен и транспирация. Устьица образованы двумя замыкающими клетками, между которыми находится устьичная щель, ведущая в воздушную полость. На 1 мм2 поверхности листа располагаются 40-300 устьиц. У наземных растений устьица располагаются на нижней поверхности листа, у водных – на верхней. У большинства растений устьица закрыты в течение ночи, с рассвета до полудня – открыты, а затем их состояние меняется в зависимости от погоды и особенностей биологии растения.
Между слоями эпидермиса лежит основная ткань листа – мезофилл. Клетки мезофилла, примыкающие к верхнему эпидермису, образуют столбчатую ткань. Они плотно прилегают друг к другу и содержат много хлоропластов, осуществляющих фотосинтез.
К нижнему эпидермису прилегает губчатый мезофилл, состоящий из округлых зеленых клеток с крупными межклетниками.
Основные функции мезофилла: фотосинтез, газообмен и транспирация. В мезофилле листа расположены жилки (сосудисто-волокнистые пучки), состоящие из ксилемы, флоэмы, механических и основных тканей. По сосудам ксилемы в лист поступает вода и минеральные соли, а по ситовидным трубкам отводятся органические соединения.
Значение листьев в жизни растений велико. В них происходит фотосинтез, через них осуществляется газообмен и испарение воды, в листьях откладываются в запас питательные вещества, они служат органом вегетативного размножения. В процессе приспособления к различным условиям среды листья могут видоизменяться и приобретать дополнительные функции. Так, преобразование листьев в колючки (у кактуса, барбариса) играет защитную и влагосберегательную функции. У репчатого лука листья превратились в сочные чешуи, запасающие питательные вещества, а тонкие сухие наружные чешуи играют защитную роль. У гороха видоизменениями листьев являются усики, с помощью которых растение цепляется за опору. У некоторых растений (росянка, лианы) из листьев формируются ловчие аппараты для захвата и переваривания насекомых.