Покрытосеменные, или цветковые, растения в настоящее время господствуют в растительном покрове Земли. Их насчитывают около 250 тыс. видов. Покрытосеменные - наиболее высокоорганизованные растения. Они представлены разными жизненными формами - деревьями, кустарниками, травами; имеют различную продолжительность жизни - однолетние, двулетние, многолетние. Их широкое распространение, многообразие и приспособленность к различным условиям внешней среды связаны с рядом прогрессивных черт, которые они приобрели в процессе эволюции:
+ наличие органа полового размножения - цветка (отсюда название - цветковые);
+ двойное оплодотворение; эндосперм образуется после оплодотворения;
+ расположение семяпочек в завязи пестика, развитие плода из завязи, а семян - внутри плода (отсюда название - покрытосеменные);
+ усложнение и дифференцировка вегетативных органов и тканей, проводящей системы и вегетативного размножения;
+ симподиальное ветвление, что обеспечивает большую поверхность для ассимиляции и испарения.
Если рассмотреть под микроскопом тонкие срезы различных частей цветкового растения, то можно заметить, что клетки их неодинаковы, они могут быть собраны в группы, между которыми находятся промежутки - межклетники.
Группы клеток, имеющих одинаковое происхождение, сходное строение и выполняющих одинаковые функции, называются тканями.
Ткани классифицируют по основной из выполняемых ими функций.
1. Образовательные ткани, или меристемы (от греч. меристос - делимый):
+ верхушечные (апикальные) - точки роста стебля и корня;
+ боковые (латеральные) - камбий, перицикл;
+ вторичная (феллоген) - пробковый камбий; формирует покровную ткань - пробку;
+ вставочная (интеркалярная) - отдельные участки в зонах активного роста (в междоузлиях стебля и у оснований растущих листьев);
+ раневая (травматическая) - возникает из клеток паренхимы и «затягивает» пораженный участок.
Клетки образовательной ткани интенсивно делятся и сохраняют физиологическую активность на протяжении всей жизни. Она дает начало другим тканям и обеспечивает рост растения.
2. Покровные ткани (эпидермис, пробка и корка). Защищают внутренние ткани от механических воздействий, колебаний температуры, проникновения микроорганизмов. Эпидермис, или кожица, - однослойная живая ткань листьев и зеленых побегов (первичная покровная ткань). Клетки ее содержат цитоплазму, ядро, вакуоли, лейкопласты и нередко - хлоропласты и устьичный аппарат. Эпидермис имеет ряд придаточных образований в виде кутикулы, воскового налета, различных волосков. Функция эпидермиса - регуляция газообмена и транспирации. Эпиблема (ризодерма) - первичная однослойная покровная ткань корня; развивается из клеток апикальной меристемы. Не имеет устьиц, содержит много митохондрий. Функция ризодермы - поглощение воды и минеральных солей из почвы. Пробка - вторичная покровная ткань - возникает на месте эпидермиса, покрывает стебли и корни многолетних растений. У деревьев пробка образует кору. Клетки ее мертвые. Протопласт отсутствует; полость клеток заполнена воздухом или смолистыми веществами. Толстые клеточные стенки пропитаны жироподобным веществом и непроницаемы для воды и газов. Функция пробки - защитная. Комплекс отмерших слоев пробки и основной ткани образует корку - наружный слой ветвей, стволов и корней старых деревьев. Это третичная покровная ткань.
3. Механические ткани наиболее развиты в стебле (по периферии) и в корне (в центре). Перечислим их:
+ колленхима - возникла из клеток паренхимы; вытянутые по оси органа клетки с неодревесневшими утолщенными оболочками (находится в черешках и листовых пластинках, в растущих частях стеблей);
+ склеренхима - волокна лубяные и древесинные; клетки мертвые, лишены протопласта, имеют толстые оболочки;
+ склереиды - каменистые клетки с утолщенными одревесневшими оболочками (мякоть плодов груши, скорлупа орехов).
4. Проводящие ткани (ксилема и флоэма). Обеспечивают проведение ко всем частям растения воды, растворов минеральных солей и органических веществ. Трахеиды и трахеи осуществляют восходящий ток (вода и растворы солей) и входят в состав ксилемы. Трахеиды - мертвые вытянутые клетки с одревесневшими стенками, лишенные цитоплазмы. Диффузная связь между ними поддерживается благодаря наличию в стенках пор. Передвижение жидкости в них идет медленно. Благодаря прочным стенкам трахеиды выполняют и механические функции. Сосуды (трахеи) представляют собой соединения трубчатых клеток, в стенках которых чередуются одревесневшие и неодревесневшие участки. Частично в них сохраняется и цитоплазма. Движение тока жидкости в сосудах идет с большой скоростью. Ситовидные трубки (элемент флоэмы) осуществляют нисходящий ток - передвижение органических веществ (продуктов ассимиляции). Это живые вытянутые клетки, содержащие цитоплазму и лишенные ядер. Их поперечные перегородки пронизаны отверстиями. Ситовидные трубки обычно расположены пучками, снабжены клетками-«спутницами» и следуют параллельно сосудам. Проводящие ткани - комплексные. Сосудисто-волокнистые пучки - это объединение ксилемы и флоэмы, древесинных и лубяных волокон и клеток паренхимы. Открытые сосудисто-волокнистые пучки содержат камбий (один слой делящихся клеток), закрытые - не имеют его и не способны к росту - образованию новых клеток.
5. Основная ткань, или паренхима. Выделяют несколько видов основной ткани. Ассимиляционная паренхима - хлоренхима (мякоть листа, зеленые клетки коры стебля) осуществляет фотосинтез и состоит из тонкостенных живых клеток с большим количеством хлоропластов. Водоносная паренхима (стебли и листья растений засушливых зон - кактусы, алоэ) накапливает в клетках влагу; воздухоносная - аэренхима (водные и болотные растения) - содержит в больших межклетниках запасы воздуха и обеспечивает плавучесть растений. Запасающая паренхима (эндосперм, клубни, луковицы, сердцевина стебля) хранит запасы питательных веществ.
Часть растения, занимающая определенное положение, имеющая характерную форму и строение и выполняющая специфическую функцию, называется органом.
В состав органа входят обычно несколько тканей разных типов. Корень, стебель и лист являются вегетативными органами высшего растения. Они обеспечивают жизнь растения и участвуют в бесполом (вегетативном) его размножении. Цветок участвует в половом размножении и относится к генеративным, или репродуктивным, органам. К генеративным органам цветкового растения относятся также плод и семя.
Корень является осевым органом, обладает положительным геотропизмом, неограниченным ростом и выполняет следующие функции:
+ закрепляет растение в почве;
+ поглощает воду и растворы минеральных солей и проводит их в надземные органы;
+ служит депо запасных питательных веществ (свекла, морковь);
+ участвует в дыхании;
+ синтезирует биологически активные вещества (гормоны, алкалоиды, витамины, аминокислоты);
+ выделяет в почву различные кислоты (угольную, яблочную);
+ осуществляет симбиоз с другими организмами;
+ является органом вегетативного размножения. Количество корней у одного растения может быть очень большим - сотни, тысячи, а иногда и несколько миллионов. Степень их развития зависит от условий окружающей среды. Совокупность всех корней одного растения называется корневой системой. Ее составляют три разновидности корней: главный, боковые и придаточные.
Главный корень развивается из корешка зародыша при прорастании семени. Боковые корни являются разветвлениями главного или придаточных корней. Придаточные корни образуются на стеблях, у некоторых растений - на листьях (на этом свойстве основано размножение черенками; окучивание картофеля способствует развитию придаточных корней).
Корневая система, в которой хорошо выражен главный корень, называется стержневой (рис. 20, а). Она характерна для большинства двудольных растений (щавель, подсолнечник, клевер). Если зародышевый корешок рано отмирает или рост его приостанавливается, а корневая система состоит из массы придаточных и боковых корней, она носит название мочковатой (рис. 20, б). Мочковатая корневая система характерна для однодольных и травянистых двудольных растений (хлебные злаки, лук, чеснок, тюльпан).
Рис. 20. Типы и строение корневых систем: а - стержневая система; б - мочковатая система; 1 - главный корень; 2 - боковые корни; 3 - придаточные корни
Размеры корневой системы у разных растений различны. Корни яблони проникают в почву на глубину 3-4 м, а в стороны от ствола - до 15 м, у клевера и пшеницы - на глубину до 2 м; у растений водоемов они располагаются близко к поверхности почвы.
У некоторых растений развиваются надземные корни следующих типов:
+ воздушные (орхидеи) - образуются на стеблях и свисают вниз;
+ ходульные (мангровые растения тропиков) - отходят от ствола, достигают поверхности почвы и внедряются в нее;
+ цепляющиеся (плющ);
+ дыхательные (болотные растения тропиков) - поднимаются над поверхностью болота и обеспечивают дыхание растений;
+ корни-подпорки (у болотных растений).
По форме корни довольно однообразны: цилиндрические (хрен), конические (одуванчик) или нитевидные (пшеница, подорожник). Внутреннее строение можно рас смотреть на продольном и поперечном срезах корня.
На продольном срезе растущего корня можно выделить следующие зоны: зону деления клеток, зону роста, зону всасывания и зону проведения (рис. 21).
Рис. 21. Схема внешнего и внутреннего строения корня: 1 - корневой чехлик; 2 - зона роста; 3 - зона всасывания; 4 - зона проведения; 5 - сосуды; 6 - корневой волосок; 7 - зона деления клеток
Любой корень - главный, боковой или придаточный - растет своей верхушкой, где находится образовательная ткань (верхушечная меристема), клетки которой интенсивно делятся. Зона деления (конус нарастания) с мелкими тонкостенными заполненными цитоплазмой клетками прикрыта корневым чехликом (длиной около 1 мм). Его клетки выполняют защитную функцию, выделяют слизь, которая облегчает продвижение корня в почве, и определяют направление роста корня (положительный геотропизм). Клетки корневого чехлика недолговечны. Они быстро отмирают, слущиваются и постоянно заменяются новыми. Перестав делиться, клетки зоны деления вытягиваются вдоль оси корня и увеличиваются в размерах. Они составляют следующую зону - зону растяжения, или роста. На расстоянии 2-3 мм от кончика корня находится зона всасывания, или зона корневых волосков. Корневые волоски хорошо заметны невооруженным глазом у некоторых проростков (горох, пшеница), имеют вид легкого пушка. Они образуются из клеток первичной покровной ткани корня (эпиблемы). Корневой волосок представляет собой выпячивание (до 10 мм длиной) клетки кожицы корня. Он покрыт клеточной оболочкой, под которой находятся цитоплазма, ядро, лейкопласты, вакуоль с клеточным соком, митохондрии. Корневые волоски живут 10-20 суток, а затем отмирают. По мере роста корня образуются новые корневые волоски. Проникая между частицами почвы, они всасывают воду и растворенные в ней минеральные вещества. За зоной всасывания следует зона проведения, по клеткам которой вода с минеральными солями передвигается к стеблю. В этой зоне начинается ветвление главного корня и появление боковых корней.
На поперечном срезе молодого корня определяется первичное его строение: наружный слой - покровно-всасывающая ткань (ризодерма, эпиблема), средний - первичная кора, в центре - осевой цилиндр, или стела. Эпиблема корня - кожица с корневыми волосками - выполняет как покровную функцию, так и функцию всасывания воды и минеральных веществ из почвы (рис. 22).
Первичная кора состоит из экзодермы, мезодермы и эндодермы. Клетки экзодермы расположены плотно, в несколько рядов. Мезодерма - это паренхима первичной коры. Ее клетки живые; они выполняют запасающую функцию и проводят воду и минеральные соли от корневых волосков в центральный осевой цилиндр. Эндодерма - это внутренний слой клеток первичной коры, расположенных в один ряд. Их оболочки пропитаны суберином и лигнином и непроницаемы для воды и газов. Вода и минеральные вещества проходят по пропускным клеткам с тонкими целлюлозными стенками.
Рис. 22. Первичное строение корня однодольного растения: 1 - ризодерма; 2 - экзодерма; 3 - мезодерма; 4 - эндодерма; 5 - перицикл; 6 - элементы флоэмы радиального сосудисто-волокнистого пучка; 7 - лучи первичной ксилемы
Наружный слой стелы (центрального осевого цилиндра) состоит из клеток перицикла (образовательная ткань, зачатки боковых корней и придаточных почек). В стеле элементы первичной флоэмы чередуются с лучами первичной ксилемы.
У споровых и растений класса Однодольные первичная структура корня сохраняется в течение всей жизни, у голосеменных и двудольных - до появления камбия и начала утолщения корня.
Вторичное строение корня формируется с появлением прослоек камбия из тонкостенных клеток паренхимы центрального цилиндра под участками первичной флоэмы. К центру камбий откладывает клетки вторичной ксилемы (древесины), а к периферии - элементы вторичной флоэмы (луб). В перицикле появляется и пробковый камбий (феллоген), который наружу откладывает клетки вторичной покровной ткани - пробки. Пробка изолирует первичную кору от проводящих тканей, она отмирает и сбрасывается. Корень вторичного строения содержит пробку и вторичную кору, камбий и ксилему с сердцевинными лучами.
Для нормального роста корня необходимо обеспечение его растворами минеральных веществ и в достаточном количестве - водой. Почва должна быть взрыхленной, чтобы в нее свободно поступал воздух, обеспечивая дыхание корней, и достаточно теплой.
Поступление раствора минеральных веществ в корневой волосок происходит благодаря разности их концентраций в клеточном соке и в почве (посредством диффузии и активного транспорта). Далее эти растворы продвигаются по паренхиме от клеток с меньшей сосущей силой к клеткам с большей сосущей силой (рис. 23). Величина сосущей силы определяется разностью осмотического и тургорного давления. Различие в концентрации солей создает осмотическое давление, которое обусловливает диффузию веществ через клеточную оболочку. Тургорное давление - это давление, которое оказывает живое содержимое клетки на ее оболочку. Движение раствора минеральных солей от корня вверх по сосудам обеспечивается корневым давлением, которое с силой выталкивает раствор из клеток корня в сосуды, и испарением воды листьями.
Рис. 23. Схема движения раствора минеральных солей в клетках корня (поперечный срез): 1 - кожица; 2 - сосуды; 3 - корневые волоски
Растения в теплицах можно выращивать без почвы, на водной среде, содержащей все необходимые им элементы. Такой способ получил название гидропоники. Существует также способ аэропоники - воздушной культуры, когда корневая система находится в воздухе и периодически опрыскивается питательным раствором.
Видоизменения корней:
+ корнеплоды - видоизменения главного корня, богатые запасными питательными веществами (морковь, свекла, петрушка);
+ корневые клубни - утолщенные придаточные корни (георгины);
+ корневые клубеньки, в которых поселяются азотфиксирующие бактерии, переводящие молекулярный азот в связанное состояние для усвоения его высшими растениями (семейство Бобовые).
Корни многих растений вступают в симбиоз с грибами (микориза) и клубеньковыми бактериями (ризобиум или цианобактерии). Эктотрофная, или наружная, микориза заменяет растению корневые волоски, и они не развиваются (дуб, береза, клен, орешник и др.). У травянистых и некоторых древесных растений (злаки, виноград, вереск и др.) развивается эндоморфная микориза. Не встречается микориза только у крестоцветных и осоковых.
Стебель - это надземная часть растения; представлена системой ветвящихся побегов. Побегом называется стебель с листьями и почками, выросший в течение одного вегетационного периода.
Следовательно, основными частями побега являются стебель, листья и почки. Участок стебля, от которого отходит лист (или листья), носит название узла, а расстояние между соседними узлами - междоузлия. Побеги могут быть укороченными и удлиненными в зависимости от длины междоузлий.
У некоторых растений стебель растет в высоту очень быстро (бамбук за сутки дает прирост 30-100 см). Рост стебля может происходить или за счет деления клеток конуса нарастания (верхушечный рост), или за счет активного роста междоузлий (вставочный рост у злаков и хвоща).
Главный стебель развивается из почечки зародыша семени. Почка - это зачаточный побег, который имеет укороченный стебель с зачаточными листьями или цветками. Почка прикрыта плотными чешуями, выполняющими защитную функцию. Почки различаются по форме, размерам, окраске, расположению и строению.
Вегетативные почки бывают верхушечными и боковыми (пазушными и придаточными). Верхушечная почка располагается на верхушке стебля. Она включает конус нарастания, размножение клеток которого обеспечивает рост стебля в длину. Верхушечная почка оказывает тормозящее действие на пазушные почки, поэтому при ее разрушении или удалении трогаются в рост боковые почки. Пазушные почки располагаются в пазухах листьев. Из них формируются боковые побеги и происходит ветвление стебля. Те пазушные почки у древесных пород, которые не развиваются весной, называются спящими. Они прорастают в случае повреждения стебля. Расположение пазушных почек аналогично расположению листьев на стебле. Придаточные почки образуются на любой части стебля, на корнях, на листьях. Благодаря им возможно вегетативное размножение растений.
Кроме вегетативных на растении имеются генеративные (цветочные) почки. Они крупнее вегетативных и имеют более округлую форму (рис. 24). На продольном разрезе видно, что под чешуйками по продольной оси почки проходит зачаточный стебель. В листовых почках к нему прикрепляются маленькие зачаточные листья, а самый кончик зачаточного стебля состоит из образовательной ткани (меристемы) и представляет собой конус нарастания. Такая почка дает начало побегу и обеспечивает значительный прирост стебля. В цветочных почках на зачаточном побеге мало листьев, а на верхушке его расположены зачатки цветка или соцветия. Развитие цветочной почки дает побег с бутонами и незначительный прирост стебля.
По характеру роста выделяют следующие разновидности побегов:
+ прямостоячие (кукуруза, подсолнечник);
+ ползучие (камнеломка, земляника) - образуют придаточные корни и укореняются в почве;
+ вьющиеся (лиана, хмель, вьюнок);
+ лазающие (плющ, горох, виноградная лоза) - цепляются за опору при помощи усиков или придаточных корней.
Прямостоячие побеги могут быть травянистыми (травы и молодые побеги древесных пород) или одревесневшими (деревья и кустарники), многолетними (деревья) или однолетними (травы). Одревеснение у растений происходит со второй половины лета первого года жизни.
а б
Рис. 24. Схема строения почки: а - цветочная почка; б - листовая почка; 1 - почечные чешуи; 2 - зачаточные цветки или соцветия; 3 - зачаточный стебель и листья
Рис. 25. Типы ветвления стебля: а - дихотомическое; б - моноподиальное; в - симподиальное
Стебель является осевой частью побега. Рост стебля обычно сопровождается его ветвлением, которое может иметь следующие виды (рис. 25):
+ верхушечное (дихотомическое) - наиболее древнее; оно наблюдается у мхов и плаунов; конус нарастания делится на две части в виде вилки и дает начало двум осям следующего порядка;
+ боковое моноподиальное - образуется главная ось, которая растет верхушкой в течение всей жизни растения, а боковые ветви развиваются из пазушных почек главного стебля и обнаруживают аналогичное ветвление (голосеменные, из древесных - дуб, клен, черемуха, травянистые - одуванчик, клевер, подорожник);
+ боковое симподиальное - отмирает верхняя часть побега; новый побег развивается из верхней пазушной почки и продолжает главную ось (тополь, береза, ива, брусника, осоки).
Ветвление стебля можно вызвать искусственно, если срезать у него верхушку. Изучив систему ветвления, можно вызвать распускание большого числа листовых или цветочных почек. В первом случае увеличивается фотосинтезирующая поверхность растения, во втором - количество плодов, т. е. таким способом можно регулировать урожайность и качество плодов.
Ветвление у древесных пород приводит к образованию кроны. Крона дерева в результате последовательного ветвления состоит из ветвей разных порядков. Низшие порядки ветвления - это ветви второго и третьего порядков. При моноподиальном ветвлении крона дерева обычно принимает пирамидальную форму, в остальных случаях она может быть округлой, шарообразной. Побеги кроны оказываются разновозрастными - старые, среднего возраста и молодые.
Основные функции стебля:
+ связывает между собой все органы растения;
+ обеспечивает восходящий и нисходящий токи веществ;
+ определяет положение растения, несет листья, цветки и плоды;
+ запасает и хранит питательные вещества (крахмал, жир и др.);
+ участвует в фотосинтезе (зеленые клетки кожицы);
+ является одним из органов вегетативного размножения (на любом его участке могут образовываться придаточные почки и корни).
На поперечном срезе ветки или на спиле дерева четко различаются четыре слоя: кора, камбий, древесина и сердцевина (рис. 26).
Кора имеет два слоя: наружный и внутренний. Наружный слой коры у молодых стеблей представлен тонкой кожицей. Ее клетки у молодых растений осуществляют фотосинтез. С возрастом кожица слущивается, отмирает и заменяется пробкой (вторичная покровная ткань), которая состоит из мертвых клеток, заполненных воздухом. Кожица и пробка защищают растение от пыли и микроорганизмов, излишнего испарения влаги и промерзания. Газообмен осуществляется через устьица в кожице или чечевички в пробковом слое. Чечевички имеют вид бугорков и образованы крупными клетками паренхимы с большими межклетниками. У некоторых деревьев (пробковый дуб) пробковый слой достигает толщины 25 см и используется для хозяйственных нужд. Внутренний слой коры представлен лубом (флоэма), в состав которого входят лубяные волокна, ситовидные трубки с клетками «спутницами» и лубяная паренхима. Лубяные волокна - механическая ткань - имеют сильно вытянутые клетки с утолщенными одревесневшими оболочками. Они обеспечивают гибкость и прочность стебля. Из лубяных волокон льна изготавливают льняное полотно, из волокон липы - лыко, мочало. Ситовидные трубки - разновидность проводящей ткани. Они проводят органические вещества от листьев к корням (нисходящий ток веществ). Лубяная паренхима - вид основной ткани. В ее клетках откладываются запасные питательные вещества (крахмал) или продукты обмена веществ (соли щавелевой кислоты).
Рис. 26. Схема внутреннего строения древесного стебля: 1 - чечевичка; 2 - кожица; 3 - пробка; 4 - луб; 5 - сосуды; 6 - сердцевина; 7 - древесина; 8 - камбий; 9 - кора
За лубом следует тонкий слой образовательной ткани - камбий. Клетки его мелкие, узкие, тонкостенные. Отделение коры от древесины происходит благодаря разрыву этих клеток. Их содержимое делает поверхность древесины влажной и скользкой. Камбий обеспечивает рост стебля в толщину. Деление клеток камбия начинается весной и заканчивается осенью. Клетки, которые откладываются в сторону коры, становятся клетками луба, а в сторону древесины, - новыми клетками древесины. Клеток древесины камбий образует больше, поэтому ее слой значительно толще слоя луба.
Древесина (ксилема) - основная часть ствола дерева. Она образована клетками различной величины и формы и содержит древесинную паренхиму, механические волокна, придающие ей прочность, и трубковидные сосуды. По сосудам древесины от корня к листьям передвигаются вода и растворенные в ней минеральные соли (восходящий ток веществ). Слои клеток древесины, образованные за весну, лето и осень, составляют годичное кольцо прироста. В теплое время года (весной и летом) делящийся камбий откладывает крупные клетки, осенью - мелкие, а с наступлением холодов деление его прекращается. Крупные клетки снова начинают откладываться весной. На спиле дерева четко видны границы годичных колец, по которым можно легко определить возраст дерева и условия, в которых оно росло. Узкие кольца указывают на недостаток освещения, влаги, питания. Широкие годичные кольца обычно располагаются с южной стороны, узкие - с северной.
Сердцевина занимает центральную часть ствола дерева. Это основная ткань. Она имеет живые крупные клетки с тонкими оболочками. У некоторых растений (бузина) сердцевина рыхлая благодаря крупным межклеточным пространствам. В клетках сердцевины откладываются в запас питательные вещества. По сердцевинным лучам осуществляется горизонтальное передвижение питательных веществ: сердцевина → древесина → луб. Сердцевинные лучи имеют крупные прямоугольные клетки, вытянутые в направлении поперечной оси.
У травянистых растений в отличие от древесных в стебле (соломине) лучше развиты паренхимные ткани; камбий практически не развит, не происходит развития механической ткани, отсутствует одревеснение клеток, разрушается центральная часть стебля.
Побеги многих растений выполняют ряд специализированных функций (вегетативное размножение, накопление и хранение питательных веществ) и соответственно видоизменяются. Наземные части таких растений осенью отмирают, а в почве остаются их корни и видоизмененные побеги. Они помогают растению переживать неблагоприятные условия. Подземные видоизменения побегов: корневище, клубень, луковица (рис. 27).
Корневище (многолетние травянистые растения, крапива, брусника, ландыш) по внешнему виду напоминает корень, но отличается от него горизонтальным ростом и отсутствием корневого чехлика. Как и побег, корневище расчленяется на узлы и междоузлия. В узлах образуются придаточные корни, а в пазухах видоизмененных листьев - пазушные почки. Корневище имеет верхушечную и боковые почки, из которых вырастают надземные побеги и боковые ответвления. Нормальные зеленые листья обычно отсутствуют. Корневище имеет запас питательных веществ. Продолжительность его жизни от 2-3 до 20-25 лет.
Рис. 27. Видоизменения побега: 1 - придаточные корни; 2 - глазки; 3 - основание клубня; 4 - листовые чешуи; 5 - почки; 6 - донце
Клубень - верхушечное утолщение подземного побега, которое называется столоном (картофель, земляная груша). Питательные вещества откладываются в нем преимущественно в виде крахмала. Клубень картофеля имеет сильно укороченные междоузлия. На нем легко можно обнаружить верхушечную и пазушные почки в виде так называемых глазков. Каждый глазок содержит три и более почки, из которых одна прорастает, а остальные остаются спящими. Клубень картофеля не имеет хлорофилла, но на свету может приобретать зеленый цвет. Молодой клубень покрыт тонкой кожицей, которая позже заменяется пробкой.
Луковица - видоизменение побега луковичных растений (лилия, лук, чеснок, тюльпан). Это укороченный подземный побег. Стеблевая часть луковицы называется донцем. К нему прикрепляются видоизмененные сочные листья-чешуи, содержащие питательные вещества и запасы воды; в их пазухах располагаются почки. Наружные чешуи луковицы сухие, кожистые и выполняют защитную функцию. После высадки луковицы из нижней части донца развиваются придаточные корни. Зеленые листья луковичных называют перьями, а цветочные стебли - стрелками.
Надземные видоизменения побегов:
+ видоизмененная почка - зачаточный побег (кочанная капуста);
+ стеблевые суккуленты (кактусы, молочаи);
+ колючки (дикая яблоня, боярышник);
+ усики (побеги винограда);
+ уплощения стебля или побега (филлокладии и кладодии) у растений засушливых мест.
Лист - важнейший вегетативный орган зеленого растения. Он развивается на стебле. В отличие от осевых органов - стебля и корня - лист имеет двустороннюю симметрию и ограниченный верхушечный рост (нарастает основанием).
Основные функции листа:
+ фотосинтез;
+ газообмен;
+ транспирация (испарение воды).
Лист также может быть депо запасных питательных веществ и органом вегетативного размножения.
Листья характеризуются большим разнообразием продолжительности жизни (у листопадных растений - один вегетационный период, у хвойных - 1,5-5 лет и более), размера (от нескольких миллиметров до 10 м и более) и формы.
Лист большинства растений имеет черешок, листовую пластинку и прилистники. Прилистники - парные боковые выросты. Они защищают молодые листья, участвуют в фотосинтезе. Край листовой пластинки может быть цельным (ландыш) или изрезанным, например волнистым, зубчатым, пильчатым и т. д.
Выделяют листья черешковые и сидячие (гвоздика, алоэ), не имеющие черешков.
Листья различаются по типу жилкования. Жилки - это сосудисто-волокнистые пучки, которые хорошо различимы на листовой пластинке. Жилки выполняют проводящую и механическую функции. Волокна, входящие в их состав, придают листьям прочность и упругость. Листья злаков имеют параллельное жилкование, т. е. жилки располагаются параллельно друг другу. Если жилки располагаются в листовой пластинке дугообразно, выходя из основания листа и смыкаясь на его вершине, то такой тип жилкования называется дуговым; встречается у
однодольных растений (лилейные) и у некоторых двудольных (подорожник). Для листьев большинства двудольных характерно сетчатое жилкование (липа, яблоня, клен), при котором жилки образуют сильно разветвленную сеть. Пальчатое жилкование - примерно одинаковые жилки лучеобразно расходятся в основании листовой пластинки. Жилкование называется открытым, если жилки оканчиваются у краев листовой пластинки, не соединяясь между собой, и закрытым, если жилки многократно соединяются (пример сетчатого жилкования).
Листья бывают простые и сложные (рис. 28).
Простые листья имеют на черешке одну пластинку - цельную или лопастную. Цельные листья по форме пластинки могут быть овальными, округлыми, стреловидными, линейными (сирень, липа). У лопастных листьев пластинка имеет вырезы различной глубины (дуб, клен, мак).
Сложные листья на одном черешке имеют несколько листовых пластинок:
+ тройчатосложные (клевер) - три пластинки;
+ пальчатосложные (каштан, люпин) - несколько листовых пластинок прикрепляются к вершине черешка;
+ перистосложные - листовые пластинки прикрепляются по всей длине черешка: парноперистые (горох) - лист заканчивается парой листовых пластинок; непарноперистые (ясень, рябина, роза) - лист заканчивается одиночной листовой пластинкой.
Листья на стебле располагаются в определенном порядке. Листорасположение называется очередным (или спиральным), если в стеблевом узле находится по одному листу (роза, тополь, яблоня). Если в узле развиваются два листа напротив друг друга, такое листорасположение называется супротивным (гортензия, сирень, клен). При мутовчатом листорасположении из стеблевого узла выходят 3-4 и более листьев (конопля, вороний глаз, бамбук).
Видоизменения листьев, возникающие под влиянием условий окружающей среды и выполнения ими дополнительных функций:
+ листовые колючки (кактус, барбарис) - защитная функция;
+ усики (бобовые) - механическая функция (поддержание стебля);
+ мясистые листья (алоэ) - накопление и хранение влаги;
Рис. 28. Внешнее строение листа: а - цельный (1 - черешок; 2 - листовая пластинка); б - перистолопастный; в - парноперистый; г - пальчатолопастный; д - пальчатосложный; е - непарноперистый; ж - тройчатосложный
+ ловчий аппарат (росянка, мухоловка) - для захвата и переваривания насекомых (железистые волоски выделяют жидкость, которая привлекает насекомых);
+ части цветка (за исключением цветоножки и цветоложа).
Внутреннее строение листа соответствует выполняемым им основным функциям (рис. 29).
Рис. 29. Схема внутреннего строения листа: 1 - кожица; 2 - губчатая паренхима; 3 - столбчатая паренхима; 4 - жилка; 5 - устьице; 6 - хлоропласты; 7 - устьичная щель; 8 - замыкающие клетки
Сверху и снизу лист покрыт однослойным прозрачным эпидермисом (кожицей). Она защищает его от высыхания, различных повреждений, проникновения микроорганизмов. Клетки кожицы бесцветные. Сверху они могут быть покрыты воском или кутином (воскоподобным веществом). Между ними на нижней кожице у наземных растений и на верхней - у водных встречаются парные бобовидные клетки, содержащие хлоропласты. Они входят в состав устьица, или устьичного аппарата, и называются замыкающими, а щель между ними - устьичной. На 1 мм2 поверхности листа находится 40-300, а иногда до 1 млн устьиц. Через устьица в лист поступает углекислый газ, а выделяются вода и кислород. В темное время суток устьица закрыты. При освещении листа в замыкающих клетках устьиц идет процесс фотосинтеза. Образующиеся при этом углеводы повышают осмотическое давление в клетках, приводя к увеличению их тургора. Стенки замыкающих клеток растягиваются, и просвет щели увеличивается. При усиленном испарении воды в жаркий день, как и при отсутствии фотосинтеза, тургор замыкающих клеток ослабевает, и устьичная щель закрывается. Таким образом, устьица регулируют процесс испарения воды растением (транспирация), что обеспечивает передвижение растворов минеральных солей от корня к листьям, охлаждение растения и защиту его от перегрева.
Основная ткань листа (паренхима, мезофилл, или мякоть) является фотосинтезирующей и представлена клетками двух типов. Перпендикулярно к кожице листа в один или два слоя располагаются прямоугольные клетки столбчатой паренхимы. Они заполнены хлоропластами и плотно примыкают друг к другу. Столбчатая паренхима осуществляет только фотосинтез. Между ней и нижней кожицей листа находятся клетки рыхлой (губчатой) паренхимы. Эта ткань имеет большие межклетники, и в ее клетках содержится меньше хлоропластов. Губчатая паренхима кроме фотосинтеза участвует в газообмене и транспирации. В листьях, у которых обе стороны освещаются равномерно, паренхима не дифференцирована на столбчатую и губчатую.
Проводящая ткань листа представлена сосудисто-волокнистыми пучками, или жилками. Их сосуды проводят воду и растворенные в ней минеральные соли, а ситовидные трубки - органические вещества. Механические волокна жилок придают прочность листьям.
Помимо испарения влаги, листья осуществляют два важных процесса - фотосинтез и дыхание. От соотношения этих двух противоположных процессов зависит накопление растением массы органического вещества.
С наступлением осени в листьях замедляются процессы транспирации и фотосинтеза. Листья «стареют» и становятся балластом для растения. Старение связано с накоплением в их клетках большого количества минеральных веществ и продуктов обмена. Поэтому сбрасывание листьев имеет для растения и оздоровительное значение. Омертвение листьев вызывает образование отделительного слоя в основании черешка (пробки) и их опадание (сбрасывание). Листопад - это закономерное физиологическое явление у растений, биологическая адаптация, обеспечивающая уменьшение испарения влаги в неблагоприятные для растения периоды года. Растения, сбрасывающие на зиму листья, называют листопадными (хвойные сбрасывают листья весной, растения тропиков - перед засушливым периодом). Так называемые вечнозеленые растения (брусника, клюква, вереск) сохраняют зеленые листья зимой. Листья этих растений живут несколько лет, постепенно опадают и заменяются новыми.
Значение цветковых растений. Благодаря фотосинтезу растения создают органические вещества из неорганических, очищая атмосферный воздух от углекислого газа и обогащая его кислородом. Растения обеспечивают пищей животных и человека. Зеленые насаждения в городах, населенных пунктах снижают действие шума, очищают и увлажняют воздух. Растения дают человеку техническое сырье, древесину, топливо, лекарства, одежду. Комнатные растения, дикие и культурные декоративные растения оказывают на человека огромное эстетическое воздействие.
Цветковые растения размножаются вегетативным (бесполым) и половым (семенным) путем.
Вегетативное размножение - это размножение частями вегетативных органов растения.
Вегетативное размножение широко распространено в природе, издавна используется человеком при разведении плодовых и ягодных растений, в овощеводстве, лесоводстве, цветоводстве.
Вегетативное размножение побегами:
+ отводки (пихта, виноград, смородина, орешник, слива) - низко расположенные ветви дерева или кустарника при соприкосновении с почвой или присыпанные землей способны в узлах формировать корневую систему и давать побеги;
+ плети, или усы (земляника, ежевика, лютик) - в узлах ползучих побегов развиваются вертикальные побеги и придаточные корни;
+ укоренение надземных побегов (тополь, ива);
+ поросль корневая и пневая (тополь, платан) - после вырубки деревьев или гибели их кроны из придаточных почек коры образуются побеги;
+ корневище (ландыш, мята, пырей);
+ луковица (тюльпан, нарцисс, чеснок, лук);
+ клубень (картофель);
+ стеблевые черенки (традесканция, ива, тополь, бегония, роза).
Вегетативное размножение корнями:
+ корневые отпрыски (тополь, черемуха, осина) - развиваются из придаточных почек на корнях вокруг пней спиленных деревьев;
+ корневые черенки (одуванчик, малина, шиповник, некоторые сорта яблонь) - из придаточных почек посаженного в почву отрезка корня развиваются надземные побеги, а от их основания отрастают придаточные корни. Вегетативное размножение листьями:
+ листовые черенки (бегония, лимон, узамбарская фиалка) - на посаженных во влажный песок листьях развиваются придаточные почки и придаточные корни. Вегетативное размножение делением куста:
+ куст больших размеров можно механически разделить на несколько частей (сирень).
Метод прививки заключается в том, что одно растение (в виде черенка или почки) сращивают с другим растением, сидящим корнями в почве. Цель прививки - использование для питания корневой системы растения, обладающего неприхотливостью к почве, морозостойкостью, устойчивостью к болезням и вредителям и другими свойствами, желательными для улучшения имеющегося сорта. Прививка почкой, или глазком, называется окулировкой, прививка черенком - копулировкой. При сращивании двух объектов черенок или почка называются привоем, а растение с корнем - подвоем. Привой и подвой лучше срастаются у растений близких сортов и видов. В плодоводстве успешно применяются межродовые прививки в семействе розоцветных: груша - на айву, абрикос - на сливу. Легко удаются прививки в семействе бобовых. В подавляющем большинстве случаев культурные сорта плодовых прививают на дички, т. е. на подвои дикорастущих растений как более выносливые во многих отношениях.
Значение вегетативного размножения. Вегетативное размножение способствует значительному увеличению числа особей и расселению их в природе. Поскольку при вегетативном размножении наследуются признаки материнского организма, в практике селекционной работы и в сельском хозяйстве его используют для сохранения ценных сортов культурных растений и для быстрого повышения их урожайности.
Цветки, плоды и семена являются генеративными органами растения. Цветок представляет собой укороченный и видоизмененный побег, предназначенный для полового (семенного) размножения. Цветок развивается из почки, находящейся в пазухе листа. Видоизмененные листья, расположенные под цветком на цветоножке, называются прицветниками. Часть стебля, несущая цветок, называется цветоножкой (рис. 30). Ее верхняя расширенная часть образует цветоложе, на котором располагаются все составные части цветка. Если цветоножка отсутствует, цветки называются сидячими.
Женская часть цветка представлена пестиком, который находится в его центре. Цветок может содержать один пестик (вишня, слива, капуста) или несколько (шиповник, малина). Пестик состоит из рыльца, столбика и завязи. Пестики, не имеющие столбика, называются сидячими (мак). Липкая сахаристая жидкость, выделяемая пестиком, служит для удержания пыльцы на рыльце во время опыления.
Внутри завязи находятся семяпочки (семязачатки), из которых после оплодотворения образуются семена.
Пестик окружен тычинками (чаще от 3 до 10), каждая из которых имеет тонкую тычиночную нить, оканчивающуюся пыльником. Пыльник состоит из двух пыльцевых мешков, соединенных связником.
Рис. 30. Схема строения цветка: 1 - цветоножка; 2 - цветоложе; 3 - завязь; 4 - лепесток; 5 - столбик; 6 - рыльце пестика; 7 - пыльник; 8 - тычиночная нить; 9 - чашелистик
В них происходит созревание пыльцы. Пыльца (пыльцевое зерно) у разных растений внешне разнообразна. Она имеет округлую форму, покрыта оболочкой, которая может быть гладкой или неровной в виде выростов, шипиков. Это способствует удержанию пыльцевого зерна на рыльце пестика или на теле насекомого- опылителя. Тычинка является мужской частью цветка.
Тычинки и пестик окружены околоцветником. Он защищает репродуктивные органы растения. Простой околоцветник не разделен на чашечку и венчик (тюльпан, пролеска). У ветроопыляемых растений околоцветник частично или полностью редуцирован. Двойной околоцветник состоит из чашечки и венчика (вишня). Чашечка - наружная часть цветка - обычно представлена зелеными чашелистиками. Венчик - внутренняя часть околоцветника. Окраска его лепестков определяется флавоноидами, антоцианами, каротиноидами и рН клеточного сока. Ярко окрашенные лепестки привлекают насекомых-опылителей.
Все части цветка, за исключением цветоножки и цветоложа, образованы видоизмененными листьями. Чашелистики почти не отличаются от листьев. Лепестки имеют форму листьев и хорошо заметные жилки. Каждая тычинка образована одним листом, а пестик - одним или несколькими сросшимися листьями, о чем свидетельствует число средних жилок. Доказательством листового происхождения тычинок и пестиков является также их превращение в лепестки в махровых цветках.
Цветки называются обоеполыми, если они имеют и пестик, и тычинки (розоцветные). Однополые цветки содержат или только тычинки (тычиночные цветки), или только пестики (пестичные цветки). У однодомного растения (огурец, дуб, береза, кукуруза) тычиночные и пестичные цветки образуются на одном растении, у двудомного (ива, тополь, конопля) - на разных.
Для привлечения насекомых-опылителей одиночные цветки обычно имеют ярко окрашенные лепестки и крупные размеры. Привлекает насекомых также нектар - сахаристая жидкость, выделяемая нектарниками - железами цветка, которые чаще расположены внутри у основания лепестков.
Обычно цветки группируются в определенном порядке, образуя соцветия.
Соцветие - это часть побега, побег или группа видоизмененных побегов, несущих цветки (рис. 31).
Рис. 31. Типы соцветий: а - кисть; б - простой колос; в - початок; г - корзинка; д - зонтик; е - головка; ж - щиток; з - сложный зонтик; и - метелка
Биологическое значение соцветий заключается в том, что собранные в них мелкие цветки лучше заметны насекомым и удобны для опыления ветром, так как летящая пыльца встречает на своем пути сразу целую группу цветков.
Соцветие называется закрытым, если оно характеризуется ограниченным ростом и главная ось заканчивается верхушечным цветком. Открытое соцветие имеет неограниченный рост, а его цветки располагаются сбоку от морфологической верхушки.
Различают простые и сложные соцветия. Сложные соцветия состоят из нескольких простых. У сложных соцветий ветвятся боковые оси, у простых оси не разветвлены и являются цветоножками.
Простые соцветия:
+ кисть (гиацинт, наперстянка, черемуха) - боковые цветки имеют короткие цветоножки и сидят на удлиненной главной оси;
+ простой колос (подорожник) - на главной удлиненной оси располагаются сидячие цветки;
+ початок (белокрыльник, аир, кукуруза) - похож на колос, но имеет мясистую утолщенную ось;
+ сережка (ива, грецкий орех) - отличается от колоса и кисти свисающей главной осью;
+ простой зонтик (примула, вишня) - главная ось укороченная, боковые цветки как бы выходят из одной точки на ножках разной длины и располагаются куполообразно или в одной плоскости;
+ головка (клевер) - цветки не имеют цветоножек и главная ось сильно укорочена;
+ корзинка (василек, подсолнечник, одуванчик) - многочисленные мелкие сидячие цветки расположены на сильно утолщенном и расширенном конце укороченной оси, имеющей вогнутую, плоскую или выпуклую форму; снаружи соцветие защищено зелеными листьями - оберткой;
+ щиток (груша) - отличается от кисти тем, что нижние цветки имеют длинные цветоножки, в результате чего все они располагаются в одной плоскости (рис. 31).
Сложные соцветия:
+ сложная кисть, или метелка (злаки, мятлик, сирень): главная длинная ось представляет собой кисть, а боковые ее веточки - простые кисти;
+ сложный щиток (рябина, калина) - главная ось представляет собой щиток, боковые - корзинки или тоже щитки;
+ сложный колос (пшеница, рожь, многие осоки) - на главной ветвящейся оси располагаются оси простых колосков;
+ сложный зонтик (морковь, укроп) - боковые оси соцветия заканчиваются простыми зонтиками (рис. 31).
Все процессы, связанные с половым, или семенным, размножением, происходят в цветке. Процессу оплодотворения предшествует процесс опыления - перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Созревание пыльцы происходит в пыльниках тычинок.
Различают два типа опыления - перекрестное и самоопыление.
Самоопыление происходит в обоеполых цветках, когда пыльца попадает на рыльце пестика своего же цветка (лен, ячмень, томат, картофель). Чаще всего самоопыление происходит до раскрытия цветка, в бутоне (горох, фасоль). Оно возможно также у некоторых однодомных растений.
Перекрестное опыление - это перенос пыльцы из пыльника цветка одного растения на рыльце пестика цветка другого растения. Оно может происходить с помощью ветра, воды, насекомых или птиц.
Ветроопыляемые растения (береза, рожь, крапива, кукуруза) имеют мелкие невзрачные цветки, лишенные аромата. Пыльники расположены у них на длинных свисающих тычиночных нитях. Рыльца пестиков широкие и длинные для улавливания большого количества пыльцы. Масса сухой мелкой пыльцы переносится ветром в виде облачка. У ряда растений цветение наступает до распускания листьев, что облегчает опыление ветром.
Цветки насекомоопыляемых растений устроены так, что привлекают опылителей. Цветки имеют большие размеры, яркую окраску, иногда собраны в соцветия, издают сильный аромат и выделяют сладкий сок - нектар. Насекомые в поисках пищи (пыльца и нектар) перелетают с цветка на цветок, осуществляя тем самым перекрестное опыление.
Искусственное опыление проводят при выведении новых сортов или с целью повышения урожайности культурных растений (подсолнечник, кукуруза).
Для того чтобы за опылением последовало оплодотворение, необходимо образование и созревание мужских и женских гамет.
Листостебельное растение представляет собой спорофит. Созревание микроспоры - пыльцевого зерна - происходит в процессе мейотического деления диплоидных материнских клеток микроспорангиев (пыльников). Покрытая оболочкой гаплоидная микроспора прорастает еще на материнском растении. Ее гаплоидное ядро делится митотически, вокруг каждого ядра обособляется участок цитоплазмы и образуются вегетативная и генеративная клетки. Они и представляют мужской гаметофит цветкового растения. У многих растений генеративная клетка делится на два спермия под оболочкой микроспоры.
Рис. 32. Схема двойного оплодотворения у цветковых растений: 1 - прорастающее пыльцевое зерно; 2 - рыльце пестика; 3 - пыльник; 4 - семяпочка; 5 - пыльцевая трубка; 6 - спермий; 7 - яйцеклетка; 8 - центральная клетка зародышевого мешка
На внутренних стенках завязи пестика развиваются семяпочки, которые представляют собой макроспорангии. Материнская диплоидная клетка семяпочки делится мейотически и образует четыре гаплоидные макроспоры, три из которых разрушаются, а четвертая после трех последовательных митозов дает женский гаметофит (зародышевый мешок), состоящий из восьми клеток. Затем две центральные клетки сливаются в одну диплоидную клетку, получившую название вторичной. В результате всех превращений зародышевый мешок имеет семь клеток: в центре располагается клетка с диплоидным набором хромосом, против пыльцевхода (микропиле) - яйцеклетка и две синергиды, на противоположном полюсе - три клетки - антиподы (рис. 32).
После попадания пыльцы на рыльце пестика происходит ее набухание и образование пыльцевой трубки из вегетативной клетки. Кончик ее размягчается, выделяет ферменты, растворяющие клетки столбика. Два спермия продвигаются по пыльцевой трубке и через пыльцевход (микропиле) попадают в зародышевый мешок. Один спермий сливается с яйцеклеткой и образуется диплоидная зигота, из которой впоследствии развивается зародыш семени. Второй спермий сливается с центральной диплоидной клеткой, в результате чего образуется триплоидный эндосперм семени. Таким образом, у цветкового растения наследственные признаки материнского и отцовского организма несут и зародыш, и эндосперм. Описанный процесс, имеющий универсальное значение для покрытосеменных, называется двойным оплодотворением. Он был открыт С.Г. Навашиным в 1898 г.
Семяпочка после оплодотворения превращается в семя, покровы семяпочки - в семенную кожуру. Количество семян соответствует числу семяпочек в завязи.
Одновременно с развитием семени происходит преобразование завязи в зрелый плод. Истинные плоды - слива, томат, горох. Из стенок завязи образуется околоплодник. В образовании плода могут участвовать помимо пестика другие части цветка (разросшееся цветоложе, основания чашелистиков, лепестков и тычинок). Такие плоды называются ложными (яблоко, груша, арбуз, шиповник). Назначение плодов - защита и распространение семян.
Плод, образованный из нескольких пестиков одного цветка, называется сборным (ежевика, малина).
Настоящие плоды по типу консистенции околоплодника подразделяются на сухие (околоплодник деревянистый или кожистый) и сочные (околоплодник или часть его сочные либо мясистые) (табл. 1).
Семя содержит зародыш, дающий начало новому растению, и питательные вещества, необходимые для его прорастания. Они могут находиться в эндосперме, который располагается рядом с зародышем. Семена многих растений не содержат эндосперма, и питательные вещества локализованы в семядолях. Питательные вещества семян представлены углеводами, белками и жирами.
Растение относят к однодольным, если зародыш его семени имеет одну семядолю (пшеница, кукуруза), и к двудольным, если у него две семядоли (фасоль, горох, яблоня).
Таблица 1
Классификация плодов
|
Тип плода |
|||
|
по консистенции околоплодника |
по числу семян |
Название плода |
Растение |
|
Односемянный (нераскрывающийся) |
Семянка: семя не срастается с околоплодником Орех: околоплодник жесткий, деревянистый Зерновка: околоплодник срастается с семенной кожурой |
Подсолнечник, одуванчик, ясень, клен Лещина, дуб, гречиха Пшеница, рожь |
|
|
Сухой |
Многосемянный (раскрывающийся) |
Боб: имеет две створки, внутри которых находятся семена Стручок: имеет две створки, но семена располагаются на пленчатой перегородке плода Коробочка: семена созревают внутри и высыпаются через специальные отверстия |
Фасоль, горох, акация Капуста, репа, редис, редька, горчица Хлопчатник, лен, табак, тюльпан, мак |
|
Сочный |
Односемянный |
Костянка: семя находится внутри деревянистого околоплодника - косточки, окруженной мякотью |
Вишня, абрикос, черемуха, слива |
|
Многосемянный |
Ягода: мелкие семена находятся внутри мякоти плода, покрытого кожицей |
Смородина, виноград, томат |
|
Зерно пшеницы (однодольное) представляет собой одновременно и семя, и плод. Снаружи зерновка покрыта золотисто-желтым околоплодником, который плотно срастается с семенной кожурой. Основную часть семени заполняет мучнистый эндосперм; к нему в виде тонкой пластинки прилегает одна семядоля (щиток). Зародыш занимает незначительную часть семени и имеет зачаточный корешок, стебелек и листья. Щиток соединен с зародышевым стеблем и осуществляет связь зародыша с эндоспермом (рис. 33).
Семя фасоли (двудольное) покрыто плотной семенной кожурой, которая выполняет защитную функцию. На боковой вогнутой стороне семени заметен рубчик - место прикрепления семени к стенке плода. Две продольные половинки семени называются семядолями и прикрывают главную часть зародыша, которая состоит из зачаточного корешка, зачаточного стебелька (шейки) и зародышевой верхушечной почечки. Шейка соединяется с семядолями. Почка представляет собой зачаток побега (рис. 33).
В состав семян входят органические и минеральные вещества. Семена зерновых содержат растительный белок (клейковина), крахмал, жиры. Их содержание неодинаково в семенах разных растений: бобовые содержат больше белка, зерновые - больше крахмала, семена подсолнечника - много жира. Кроме органических и минеральных веществ в состав семян входит вода.
Рис. 33. Схема строения семени: 1- кожура; 2 - эндосперм; 3 - почечка; 4 - корешок; 5 - стебелек; 6 - семядоля
Семена могут длительное время находиться в состоянии покоя. Зародыш их остается живым, и семена сохраняют всхожесть. Зародыш может погибнуть от пересыхания семян во время хранения, при повреждении их насекомыми или плесневыми грибами.
Для прорастания семян необходим ряд условий: наличие живого зародыша, хорошо увлажненная почва, определенная температура и достаточный приток воздуха. Прорастанию семян предшествует их набухание. Вода проникает внутрь семени, семенная кожура набухает и разрывается. Из зародышевого корешка развивается молодой корень, который быстро растет и укрепляется в почве. Вода необходима для семян еще и потому, что зародыш потребляет питательные вещества в растворенном виде. Семенам различных растений требуется разное количество воды для прорастания: семена гороха поглощают воды в полтора раза больше своей массы, а семена кукурузы - в два раза меньше. Оптимальная температура для прорастания семян большинства растений составляет +10...+ 15 °С, а семена ржи могут прорасти при +1 °С. Так как при прорастании идут активные процессы обмена веществ, семена интенсивно дышат и требуют постоянного притока воздуха, богатого кислородом.
Если у проростка фасоли удалить семядоли, а у однодольного - эндосперм, они погибнут. Причина гибели - отсутствие питательных веществ. Запасные питательные вещества семени обеспечивают начальные стадии развития зародыша. Например, крахмал эндосперма однодольных под действием ферментов превращается в сахар. Сахар растворим в воде; в виде раствора из семядоли он поступает для питания зародыша. Чем больше запасных питательных веществ, тем сильнее проросток, который развивается из семени.
Для нормального развития семян большое значение имеют время посева и глубина их заделки. При своевременном посеве семена имеют все условия, необходимые для прорастания. Семена холодоустойчивых растений (пшеница, овес, горох) необходимо высевать ранней весной. Они требуют низкой температуры и обилия влаги. Семена теплолюбивых растений (фасоль, тыква, огурцы) высевают, когда почва прогревается до +10...+12 °С. При этой температуре она содержит достаточное для прорастания семян количество влаги.
Снабжение проростка кислородом и влагой обеспечивает глубина заделки семян, которая определяется их размером, а также свойствами и структурой почвы. Не рекомендуется глубоко сеять семена в плотной глинистой почве, так как она долго держит большие количества влаги и не пропускает воздух. Несколько глубже, чем в глинистой, заделывают семена в песчаной почве. Воздух в ней проникает на большую глубину, в глубоких слоях лучше сохраняется влага. Крупные семена бобовых заделывают обычно на глубину 4-5 см. Здесь им достаточно влаги для прорастания, а проростку - питательных веществ семени, пока он выйдет на поверхность почвы. Для семян средних размеров (редис, огурцы) необходима глубина 2-4 см, для мелких (лук, репа) - 1-2 см.
Распространение плодов и семян происходит в природе с помощью ветра (анемохория) и воды (гидрохория), животных (зоохория), птиц (орнитохория) и человека. Некоторые растения сами разбрасывают семена. Например, плоды растения «бешеный огурец» вместе с липкой жидкостью «выстреливают» семена на значительное расстояние; зрелые стручки бобовых при подсыхании лопаются и также разбрасывают семена. Плоды и семена, которые разносятся ветром, имеют для этого специальные приспособления - крыловидные выросты (плоды клена и ясеня), пушистые волоски (семена тополя), парашютики (семена одуванчика). Вода распространяет плоды и семена водных и наземных растений, которые обитают на берегах водоемов (ольха, осока, кувшинка, вех ядовитый). Семена и плоды некоторых растений (череда, лопух, омела, липкий шалфей) переносят животные на шерсти, человек - на одежде. Птицы и животные часто питаются сочными плодами растений, семена которых не перевариваются в желудочно-кишечном тракте и могут быть выброшены с экскрементами на значительном удалении от материнского растения (рябина, бузина, черника, ландыш). Плоды и семена отдельных растений могут «переезжать» из страны в страну с грузами на различном транспорте.
Значение цветков, плодов, семян. В природе цветки, плоды и семена обеспечивают существование вида (семенное размножение) и служат кормом для беспозвоночных (членистоногие) и позвоночных животных. Они имеют огромное значение и в жизни человека: являются продуктами питания (фрукты, ягоды), сырьем для пищевой промышленности (получение растительных масел и хлебобулочных изделий), химической и медицинской (получение спирта, красок, лекарств), а также парфюмерной промышленности (получение розового и других эфирных масел). Все цветковые растения имеют большое эстетическое значение в жизни человека.
Покрытосеменные, или цветковые, растения - наиболее многочисленный и разнообразный отдел растительного мира. Встречаются во всех климатических зонах, в разных экологических условиях. Различаются своими размерами, внешним видом, внутренним строением, длительностью жизни (однолетние, двулетние и многолетние). Для того чтобы правильно ориентироваться в этом многообразии растений, применяется их классификация, изучением и разработкой которой занимается раздел ботаники - систематика растений. На основе особенностей строения, общности способов размножения и развития растения объединяют в систематические (таксономические) группы - вид, род, семейство, порядок, класс, отдел.
Таблица 2
Отличительные признаки классов цветковых растений
|
Признак |
Однодольные |
Двудольные |
|
Строение семени |
Одна семядоля |
Две, редко 3 -4 семядоли |
|
Строение цветка |
Число частей по 3 или кратное 3 |
Число частей по 4 -5 или кратное им |
|
Форма листа |
Простые, цельнокрайние, обычно сидячие (без черешков) |
Простые или сложные с черешком, края рассеченные или зубчатые |
|
Жилкование листа |
Параллельное или дуговое |
Сетчатое, перистое, пальчатое |
|
Стебель |
Травянистый, проводящие пучки разбросаны по стеблю и не имеют камбия, флоэмной паренхимы, ясно выраженной коры и сердцевины |
Травянистый или деревянистый, проводящие пучки в центре стебля расположены по кругу, имеют камбий и флоэмную паренхиму; кора и сердцевина хорошо дифференцированы |
|
Тип корневой системы |
Мочковатая. Зародышевый корешок рано отмирает; главный и боковой корни не развиваются, заменяясь придаточными |
Стержневая. Зародышевый корешок развивается в главный корень, от него отходят боковые корни. У некоторых травянистых растений - мочковатая |
Отдел Покрытосеменные (Цветковые) включает два класса - Однодольные и Двудольные, представители которых различаются по целому ряду признаков (табл. 2).
Некоторые растения по набору отличительных признаков составляют исключения. Например, подорожник относится к двудольным растениям, но имеет дуговое жилкование и мочковатую корневую систему. Растение вороний глаз, наоборот, относится к однодольным, хотя имеет сетчатое жилкование листьев.
Семейство Лилейные. Семейство включает около 4 тыс. видов. Большинство - многолетние травянистые растения с подземными побегами в виде луковиц или корневищ. Листья крупные, цельные, по форме ланцетные или линейные с параллельным жилкованием. Растения насекомоопыляемые или ветроопыляемые.
Цветки собраны в соцветия: зонтик (лук, чеснок), кисть (лилия, ландыш, пролеска) или одиночные (тюльпан), обычно крупные и яркоокрашенные. Цветок имеет 6 свободных или сросшихся лепестков (3 наружных и 3 внутренних), 6 тычинок, расположенных по 3 в два круга, и один пестик. Формула цветка: Л3+3Т3П1 (Л - лепестки, Т - тычинки, П - пестик). Плод - ягода (ландыш) или коробочка (тюльпан).
Значение представителей семейства. Лилейные используются как овощные культуры (лук, чеснок, спаржа), сырье для получения лекарств (чеснок, ландыш, купена, алоэ, вороний глаз), декоративные растения (тюльпан, ландыш, лилия, гиацинт).
Семейство Злаковые. Семейство включает около 10 тыс. видов. Большинство - травы, реже древовидные формы (бамбук). Стебель - соломина. Листья линейные, с длинным влагалищем (широкое основание листа в виде трубки) и пленчатым выростом - язычком - на границе листа и влагалища. Сильно развито подземное ветвление. Тип соцветия - сложный колос (пшеница), метелка (просо) или початок (кукуруза). Цветок имеет 2 колосковые и 2 цветковые (пленочные) чешуи, от 2 до 6 (иногда до 40) тычинок и один пестик с 2 перистыми рыльцами. Ветроопыляемые растения. Плод - зерновка.
Значение представителей семейства. Хлебные (пшеница, рожь, ячмень, овес) и кормовые (пырей, тимофеевка, мятлик, кукуруза) злаки - основа питания человека и травоядных животных; сырье для пищевой и химической промышленности (получение спирта, целлюлозы, синтетического каучука). Кукурузные рыльца и корневище пырея ползучего используются как лекарства. В декоративных целях применяют смеси многолетних злаков (овсяница, полевица, мятлик).
Семейство Крестоцветные. Семейство включает около 3 тыс. видов. Это травы, реже кустарники; однолетние и многолетние насекомоопыляемые растения. Листья располагаются поочередно или образуют прикорневую розетку. Тип соцветия - кисть или щиток. Цветок имеет 4 чашелистика и 4 лепестка, расположенные крест-накрест, 2 короткие и 4 длинные тычинки, 1 пестик. Формула цветка: Ч4Л4Т2+4П (Ч - чашелистики). Плод - стручок (редька, капуста) или односемянный орешек.
Значение представителей семейства. Практическое значение имеют пищевые (различные сорта капусты, редька, редис), кормовые (редька дикая, брюква, турнепс), масличные (рапс, горчица) и декоративные (левкой, маттиола) растения; многие крестоцветные - хорошие медоносы. Среди крестоцветных есть и лекарственные растения (пастушья сумка, желтушник, сердечник луговой).
Семейство Розоцветные. Семейство включает около 3 тыс. видов. Это многолетние деревья, кустарники и травы. Листья простые и сложные, располагаются поочередно и имеют прилистники. Тип соцветия - кисть (черемуха), щиток (рябина, груша) или простой зонтик (яблоня, вишня). Цветки чаще одиночные, правильной формы. Цветок имеет 5 чашелистиков, 5 лепестков, много тычинок, 1 (слива, вишня) или много (шиповник, малина) пестиков. Формула цветка: Ч5Л5Т∞П1или ∞ (∞- много). Плод - яблоко (яблоня, груша, боярышник), костянка (вишня) или сборная костянка (малина), орешек (лапчатка). У многих розоцветных при созревании плодов сильно разрастается цветоложе. Яркое и сочное, оно играет большую роль в распространении плодов и семян.
Значение представителей семейства. Практическое значение имеют плоды розоцветных, богатые сахарами, витаминами, органическими кислотами (важнейшие плодовые и ягодные культуры); лекарственные (шиповник, боярышник, рябина, черемуха, лавровишня, лапчатка) и декоративные (роза, гравилат) растения. Эфирные масла роз используются в парфюмерной промышленности.
Семейство Бобовые, или Мотыльковые. Семейство включает около 17 тыс. видов. Это однолетние и многолетние травы, кустарники и деревья. Листья очередные с прилистниками, перисто- или пальчато-сложные, реже простые. Тип соцветия: головка (клевер) или кисть (люпин). Цветки могут быть и одиночными. Цветок имеет 5 сросшихся чашелистиков. Венчик состоит из 5 лепестков: верхний (парус), два боковых (весла), два сросшихся нижних (лодочка). Внутри лодочки находится 1 пестик, окруженный 10 тычинками (9 сросшихся, 1 свободная). Формула цветка: Ч5Л1+2+(2)Т(9)+1П1. Плод - боб.
Значение представителей семейства. На корнях бобовых поселяются клубеньковые бактерии, которые связывают свободный азот воздуха. Симбиоз корней с бактериями обогащает растение белками, а почву после его отмирания - азотными солями. Бобовые - важный источник растительных белков для человека и животных. Как пищевые культуры человек использует горох, фасоль, бобы, сою, чечевицу, земляной орех (арахис). Семена сои и арахиса содержат кроме белков значительный процент жира. Кормовые культуры - люцерна, чина, вика, клевер и др. В качестве декоративных растений используют белую и желтую акации, душистый горошек, цветную фасоль, различные люпины. Среди бобовых встречаются медоносы (донник) и лекарственные растения (термопсис, дрок, солодка).
Семейство Пасленовые. Семейство включает около 2 тыс. видов. Это преимущественно дикорастущие растения. Листья простые, с цельной или изрезанной листовой пластинкой, не имеют прилистников. Часто все части растения обладают специфическим запахом. Цветки правильной формы, имеют 5 сросшихся чашелистиков, 5 сросшихся лепестков, 5 тычинок, приросших к лепесткам, и 1 пестик. Формула цветка: Ч5Л(5)Т5П1. Плод - ягода (томат, картофель, паслен) или коробочка (табак, петуния, белена).
Значение представителей семейства. Из культурных растений наибольшее значение имеют картофель (около 2 тыс. различных сортов), томат, баклажан, красный (стручковый) перец, табак. Картофель используется в качестве пищевого продукта, является сырьем для получения крахмала, патоки, спирта. Из никотина табака получают никотиновую кислоту, которая является витамином и лекарственным средством. Ценным лекарственным сырьем служат дикорастущие пасленовые - белена, дурман, белладонна. Все они являются ядовитыми растениями. Некоторые пасленовые возделывают как декоративные растения (петуния, душистый табак). Семейство Сложноцветные, или Астроцветные. Семейство включает около 20-25 тыс. видов. В основном это травянистые растения, реже кустарники и деревья. Листья часто простые, очередные, иногда супротивные, без прилистников, различные по форме, рассеченности, опушению. Тип соцветия - корзинка. Группа мелких цветков расположена в корзинке на общем ложе соцветия. Ложе может быть плоским (подсолнечник), выпуклым (пупавка), конусовидным (ромашка). Снаружи корзинка окружена оберткой из видоизмененных листьев. Чашечка у цветка или не развивается, или представлена щетинками, волосками.
По форме венчика выделяют следующие виды цветков (рис. 34):
+ трубчатый (ромашка, бодяк) - 5 сросшихся лепестков венчика образуют длинную трубочку; чашечка представлена волосками или щетинками, прирастающими к завязи; пыльники 5 тычинок срастаются в общую трубочку, а свободные их нити прикрепляются к трубке венчика; в центре находится пестик с раздвоенным рыльцем;
+ воронковидный (краевые цветки у василька) - венчик имеет вид косо срезанной воронки с краевыми зубчиками; тычинки и пестик отсутствуют; цветки служат для привлечения насекомых;
+ язычковый настоящий (одуванчик, осот) - венчик спайнолепестной в виде язычка с пятью зубчиками по краю (по количеству лепестков); 5 тычинок окружают 1 пестик;
+ ложноязычковый (краевые цветки у корзинки подсолнечника и ромашки) - венчик имеет вид язычка с тремя зубчиками (по числу лепестков); тычинки всегда отсутствуют; могут иметь пестик и тогда дают плоды.
Рис. 34. Форма цветков венчика сложноцветных: а - трубчатый; б - настоящий язычковый; в - ложноязычковый; г - воронковидный
Плод - семянка (подсолнечник, астра) или семянка-летучка с хохолком (одуванчик, осот).
Значение представителей семейства. Наибольшее значение из культурных растений имеют подсолнечник, топинамбур (земляная груша) и салат-латук, из дикорастущих - цикорий и растения-каучуконосы (кок-сагыз, тау-сагыз, гваюла), из декоративных - георгины, ромашки, хризантемы, астры, ноготки, бессмертники и др., из лекарственных - сушеница, девясил, мать-и-мачеха, череда, полынь, пижма, ромашка лекарственная, календула, тысячелистник. Встречаются среди них и сорняки (василек, одуванчик, бодяк полевой, осот).
Научно-технический прогресс и возрастающее воздействие человека на биосферу приводят к загрязнению окружающей среды, сокращению ресурсов и видового разнообразия растительного мира, нарушению процессов, протекающих в биогеоценозах.
Охрана растений - это система мероприятий, призванных сохранять, восстанавливать и расширять зеленые пространства.
Охрана растений предусматривает санитарную охрану биосферы, планирование мелиоративных работ и лесозаготовок, орошение засушливых земель, охрану почвы от разрушения и ветровой эрозии. Растения, охраняемые в заповедниках и заказниках, представляют собой генофонд для селекции. Большую работу по сохранению и восстановлению исчезающих видов растений проводят ботанические сады. Их коллекции - это растения местной флоры и флоры разных стран. Ботанические сады акклиматизируют растения, изучают их приспособляемость к новым условиям жизни, обогащают местную флору новыми представителями растительного мира. Самый крупный в СНГ по площади - Никитский ботанический сад в Крыму. Старейшее научное учреждение - ботанический сад МГУ, заложенный в 1706 г. Большую работу по сохранению растительного мира проводит Ботанический сад Академии наук Беларуси.
Показателем состояния популяций данного вида, сокращения их численности и условий для восстановления является Красная книга. В Республике Беларусь она впервые была создана в 1979 г., в нее были внесены 80 видов животных и 85 видов растений. Охраняемыми видами растений являются: купальница европейская, прострел широколистный (сон-трава), кувшинка белая, плющ обыкновенный, валериана двудомная, колокольчики, арника горная, наперстянка крупноцветная, лук медвежий (черемша), осока заливная и др. Законодательная охрана почвы и растительного мира предполагает использование природных богатств без нарушения процессов, протекающих в биосфере.