Органы растений: их функции, строение и метаморфозы.

Лекция 1

Органы растений: их функции, строение и метаморфозы.

1. Корень и корневые системы. Метаморфозы корня.
2. Стебель и побег. Метаморфозы побега.
3. Лист и его метаморфозы.

1.Корень и корневые системы. Метаморфозы корня.

Вегетативными называются органы растений, служащие для поддержания индивидуальности жизни растения (корень, стебель, лист), называются вегетативными. Они находятся в зачаточном состоянии в каждом семени.

Генеративные органы обеспечивают процесс полового размножения. Цветок представляет собой видоизменённый неразветвлённый побег с ограниченным ростом, приспособленный для полового размножения с последующим образованием семян и плода. Органы цветка являются видоизмененными листьями: покровные листья формируют чашелистики и лепестки, а спорообразующие листья дают начало тычинкам и пестикам. Особенности строения цветка связанны со способами опыления.

Метаморфозы вегетативных органов.

Основные вегетативные органы растения – корень, стебель и лист. Кроме типичных вегетативных органов часто встречаются их видоизменения, возникшие в длительном процессе эволюции. Эти явления называют иначе метаморфозом, что значит превращение. Видоизменённые органы бывают иногда настолько своеобразны, что нельзя сразу определить их происхождение.

Иногда форма того или иного органа растения (например, корень свеклы) изменяется в результате деятельности человека.

Морфология корня и корневые системы.

Корень – специализированный орган почвенного питания. Он выполняет следующие функции:

1. поглощает воду и минеральные элементы
2. служит для закрепления в почве;
3. обладает двигательной активностью (зона растяжения);
4. может иметь также запасные функции, приобретая форму корневых клубней (георгин);
5. выполнение новых функций проводит к возникновению: а) дыхательных корней у болотных растений; б) корней – прицепок (плющ); в) воздушных корней орхидеи и др. модификаций.

Но основная функция корня – почвенное питание. Эта функция определяет особенность строения. Во-первых, корень должен иметь, возможно большую поверхность соприкосновения с почвенными частицами и плотно срастаться с ними. Во-вторых, всасывающие рабочие участки корня не могут оставаться на месте – они должны передвигаться, осваивая всё новые пространства и преодолевая сопротивление плотной почвы.

Продвижение в плотной почве становится возможным благодаря верхушечному росту корня и защитным приспособлениям, позволяющим нежной верхушечной меристеме пробиваться между частицами почвы.

Всасывающая ткань выполняет важнейшую функцию корня – почвенное питание. Она состоит из одного слоя клеток, расположенных на поверхности молодого корня. Весь наружный слой клеток, покрывающим молодой корень, называют ризодермой.

Клетки всасывающего слоя обладают тонкими оболочками и плотно прилегают к частичкам почвы. Они активно воздействуют на почву и всасывают необходимые вещества. Эта деятельность требует значительной затраты энергии, что обеспечивается, во–первых, постоянным притоком органических веществ и, во–вторых, интенсивным окислением этих веществ, т.е. дыханием с потреблением кислорода. Поэтому в корне хорошо развита система межклеточников, заполненных газами и облегчающих газообмен.

Клетки всасывающего слоя образуют длинные выросты – корневые волоски, в несколько раз увеличивающие поверхность корня.

Корневые волоски возникают только на некотором удалении от корня. Это объясняется тем, что участок корня между волосками и чехликом испытывают сильное растяжение и скользит между частичками почвы. Всякие неровности и выступы на этом участке корня затруднили бы проникновение в почву.

Первым при прорастании семени появляется главный корень, который развивается из зародышевого корня. Главный корень – ось первого порядка. От него отходят боковые корни, это оси второго порядка, от них идут корни третьего порядка и т.д. В результате формируется корневая система.

На растениях из стебля или листьев часто образуются придаточные корни. Строение и функции их такие же, как и у главного и бокового корней.

Так как стебель более толстый по сравнению с корнем, то граница между ними обычно заметна. Место перехода стебля в корень называется корневой шейкой, а участок стебля, находящийся между корневой шейкой и семядолями, - гипокотилем, или подсемядольным коленом. От него часто отходят придаточные корни. Образованию их способствует окучивание растений. За счет придаточных корней увеличивается корневая система, что улучшает питание растения, делает его более устойчивым.

Корневая система может быть стержневой, если главный корень выделяется среди других корней своей величиной, и мочковатой, если главный корень слабо развит и не отличается от остальных корней.

По форме стержневые корни бывают: конусовидные (петрушка); реповидные (репа, свекла); нитевидные (проростки льна); веретеновидные (некоторые сорта моркови).

Длина корней варьирует в значительных пределах. У культурных злаков главная масса их развивается в пахотном горизонте, но отдельные корни угодят на глубину 1.5 – 2м.

Общая длина корней у одного растения ржи или пшеницы (без корневых волосков), выращенного в полевых условиях, равна 600 м – 70 км.

Различают ростовые и сосущие корни. Первый быстро растут, вскоре покрываются пробкой и не всасывают воду. Сосущие растут медленно, долго остаются нежными и хорошо всасывают почвенные растворы. Они являются окончанием корней высших порядков.

Метаморфозы корней.

1. Корнеплод формируется из главного корня благодаря отложению в нём большого количества питательных веществ. Корнеплоды образуются главным образом в условиях культурного возделывания растений. Они имеются у свёклы, моркови, редьки и др. В корнеплоде различают: а) головку, несущую розетку листьев; б) шейку – среднюю часть; в) собственно корень, от которого отходят боковые корни.
2. Корневые клубни, или корневые шишки, представляют собой мясистые уплотнения боковых, а также придаточных корней. Иногда они достигают очень большой величины и являются вместилищем запасных веществ, по преимуществу углеводов. В корневых клубнях чистяка, орхидей, запасным веществом служит крахмал. В придаточных корнях георгины, превратившихся в корневые клубни, накапливается инулин.

Из возделываемых растений следует назвать батат, из семейства вьюнковые. Его корневые клубни достигают обычно 2 - 3 кг, но могут быть больше. Культивируется в субтропических и тропических районах для получения крахмала и сахара.

1. Воздушные корни образуются у некоторых тропических растений. Они развиваются как придаточные из стеблей, имеют бурых цвет и свободно повисают в воздухе. Характеризуются способностью поглощать атмосферную влагу. Их можно видеть у орхидей.
2. Цепляющиеся корни, при помощи которых слабые стебли лиан поднимаются вверх по стволам деревьев, по стенам, откосам. Подобные придаточные корни, врастающие в щели, хорошо закрепляют растение и дают ему возможность подниматься на большую высоту. К группе таких лиан относится плющ, широко распространённый в Крыму и на Кавказе.
3. Дыхательные корни. У болотных растений, к обычным корням которых доступ воздуха сильно затруднён, вырастают специальные корни, направленные из земли вверх. Они находятся над водой и получают воздух из атмосферы. Дыхательные корни имеются у болотного кипариса. (Кавказ, Флорида).
4. Ложные корни – присоски. Характерны для растений – паразитов (повилики, заразихи). Корни внедряются в ткани растения – хозяина и всасывают органические вещества.

Органы аналогичные и гомологичные.

Ч. Дарвин ввел понятие об аналогичных и гомологичных органах.

Аналогичные органы выполняют одинаковые функции, но имеют различное происхождение(Колючки боярышника и колючки кактуса).

Гомологичные органы – имеют одинаковое происхождение, но выполняют разные функции. (Колючка груши, корневище купены).

1. Стебель и побег. Метаморфозы побега.

Тело высших растений состоит из двух главных частей – корня и побега, которые образуют главную ось растения. Побег включает: а) стебель, б) листья, в) вегетативные почки, г) цветки, д) плоды.

Стеблем называется вегетативный орган растения, который выполняет многочисленные функции:

1. несёт листья или тяжелую крону из ветвей и листьев;
2. связывает корни и листья;
3. на нем образуются цветки;
4. по нему передвигается вода с минеральными веществами и органическими соединениями;
5. молодые стебли выполняют функцию фотосинтеза;
6. в стебле откладываются питательные вещества;
7. он может служить органом вегетативного размножения;
8. обладает двигательной активностью (зона растяжения).

Морфология стебля.

При прорастании семени, над поверхностью земли появляется главный стебель, заканчивающийся почкой. Вместе с листьями и почкой он называется побегом. Главный стебель и главный корень образуют ось первого порядка у растения. В зависимости от специфики дальнейшего роста, ветвления и развития главной оси, растение приобретает характерный вид: одни растения небольшие, травянистые; другие становятся мощными деревьями.

Почка – еще не развившийся побег. Она состоит из слабовыраженного стебля с тесно сближенными зачаточными листьями. Почки бывают зимующими и незимующими . Незимующие почки развиваются у наших однолетних растений

Зимующие почки характерны для древесных растений, растущих в условиях континентального климата.

Почки могут быть: а) цветочными; б) вегетативными; в) смешанными.

Из вегетативных почек весной появляются побеги.

Из смешанных почек развиваются стебли с листьями и цветами.

По своему местоположению различают почки: а) верхушечные; б) пазушные; в) придаточные.

Верхушечные почки находятся на концах главного и боковых побегов. Кончик стебля называется конусом нарастания. Несколько ниже верхушки конуса нарастания образуются боковые или пазушные почки, из которых развиваются боковые ветви. Пазушные почки имеют такое же строение, что и верхушечные. В пазухе листа у некоторых растений возникает не одна, а несколько почек (слива, белая акация, грецкий орех).

Лист, в пазухе которого развивается почка, называется кроющим. Когда лист опадает, на стебле образуется листовой рубец.

Придаточными, или адвентивными, называются любые не верхушечные и не пазушные почки. Они возникают в любом месте междоузлия стебля, на корнях, листьях. Придаточные почки, возникшие на пнях, образуют пневую поросль, на конях – корневую поросль, или корневые отпрыски.

Ориентировка стебля в пространстве.

По этому признаку выделяют стебли:

1. прямостоячие (подсолнечник);
2. приподнимающиеся (лапчатка метельчатая)4
3. ползучие (укореняющиеся в узлах – луговой чай);
4. стелющиеся (не укореняющиеся – лапчатка лежачая);
5. лазающие (благодаря усикам – горох);
6. вьющиеся (обвиваются вокруг других растений или подставок – вьюнок).

Метаморфозы побега

Под метаморфозом следует понимать резкое наследственное видоизменение органа, возникшее со сменой функции, появившейся в ходе эволюции.

I. Первую группу метаморфизированных побегов составляют: а) корневища; б) клубни; в) луковицы. Их объединяет то, что они выполняют обычно три функции: размножение; сохранении запасных веществ; перезимовывания. Эти функции могут быть выражены в различной степени. У одних преобладает функция запасания веществ и перезимовывания ( например, у толстых корневищ купены), у других сильно выражена функция размножения (например, у корневищ мяты, пырея).

Метаморфозы стеблей

1) Корневище – подземный побег. По внешнему виду его часто принимают за корень. Отличительная черта его – редуцированные листья, а также верхушечная почка на конце (а на корневой чехлик, как у корня).

Форма корневищ разнообразна. У одних растений они имеют вид длинных плетей, у других – толстых укороченных побегов. В корневищах запасается много питательных веществ.

2) Клубни – это сильно утолщенные, большей частью подземные побеги, как у картофеля, земляной груши. Обычно они образуются на конусах удилненных тонких побегов – столонов.

На клубне можно обнаружить верхушечную и пазушные почки – глазки. У картофеля по три пазушных почки находятся в углублениях. Из них прорастает лишь одна, другие остаются спящими. Расположение глазков спиральное.

Очень рано эпидерма клубня картофеля заменяется пробкой. Хлорофилла клубень обычно не имеет, но, выставленный на свет может зеленеть.

В клетках клубня картофеля откладывается в большом количестве вторичный крахмал, в клубнях земляной груши – инулин.

3) Луковицы представляют собой сильно укороченные, главным образом подземные побеги. Форма у них грушевидная, яйцевидная, приплюснутая и т.п. Стеблевая часть луковицы небольшая, расположена конусом в основании. Она называется донцем. От донца отходят многочисленные мясистые листья – чешуи.

Различают луковицы пленчатые (у лука), у которых каждая чешуя полностью прикрывает предыдущую, и черепитчатые (у лилий), у которых чешуи располагаются черепитчато, т.е. не полностью закрывают друг друга.

Наружные чешуи луковиц часто бывают сухими, в остальных чешуях откладываются питательные вещества. Донце заканчивается верхушечной почкой, из листьев которой образуются надземные зеленые листья. Из нижней части донца луковицы развиваются придаточные корни. Небольшие луковицы могут иногда возникать и как надземные видоизмененные побеги в пазухах листьев. У тигровой лилии маленькие шаровидные луковички, как правило, образуются в пазухах надземных листьев. Они пригодны для размножения растений.

1. Вторую группу метаморфизированных побегов составляют колючки и усики.
   1. Колючка – очень распространенный вид метаморфоза побега. Она возникает в пазухе листа, как всякий побег. Лист часто опадает, но на его месте сохраняется рубец. Колючка может быть простая и разветвленная. Простые колючки имеются у боярышника, дикой груши. Разветвленные колючки типичны для цитрусовых.
   2. Усики, как видоизмененные побеги, имеются у тыквы, огурца, дыни, винограда.
   3. Стебли суккулентных растений – кактусов, молочаев – отличаются сильной мясистостью. Они служат своеобразными резервуарами воды, необходимы этим растениям в пустынных районах.

1. Лист и его метаморфозы.

Лист – специализированный орган воздушного питания, который выполняет три основные функции: 1) фотосинтез; 2) транспирацию; 3) регулирует газообмен.

В процессе эволюции лист приспособился к поглощению световой энергии, которая нужна для осуществления этих процессов. Если количество падающей на лист солнечной энергии принять за 100%, то листом поглощается 75%, а 25% отражается от его поверхности или проходит через него, не поглощаясь. Из поглощенной энергии лишь 1- 2%, редко5% используется на фотосинтез, а остальная энергия тратится на испарение.

Листья на растении обычно располагаются таким образом, что не заменяют друг друга, образуя мозаику.

Общая площадь листьев на одном растении нередко в 10-40 раз превышает площадь, которую занимает растение. Так, листовая поверхность кукурузы на 1 га поля равна 12 га, тимофеевки -24 га, клевера красного и пшеницы – 25 га , картофеля – 40 га.

Морфология листа

Лист возникает в конусе нарастания побега как боковой наружный вырост. Типичный лист имеет плоскую форму, причем верхняя и нижняя стороны отличаются друг от друга по внешним и внутренним признакам. Пластинная форма листа соответствует его основной функции как органа фотосинтеза: лист своей большой поверхностью задерживает много света.

Форма листьев очень разнообразна и вместе с тем очень характерна для каждого определенного вида. Так, листья разных растений отличаются друг от друга по форме, величине, жилкованию, разрезанности и другим признакам листовой пластинки, а также по наличию или отсутствию черешка и прилистников.

В состав листа обычно входят: а) листовая пластинка; б) черешок; в) основание; г) прилистники.

Эти части могут быть развитыми в различной степени или оставаться совершенно не развитыми.

Листья с одной листовой пластинкой называются простыми ( у вишни, груши, гречихи, огурца). Листья, у которых на общем черешке образуется несколько пластинок имеющих собственные маленькие черешки и самостоятельно опадающие осенью от общего черешка называются сложными (у рябины, люпина, клевера).

У нормального листа главную роль в фотосинтезе играет пластина. Остальные части имеют вспомогательное значение: прилистники защищают молодой лист в почке, основание листа охватывает стебель и может служить защитой для молодой пазушной почки, черешок выносит пластинку в положение, благоприятное для ее функционирования.

Прилистники могут опадать после развертывания листа или оставаться на взрослом листе. Они являются характерными признаками растений, иногда целых семейств (бобовых и других).

Листья, имеющие узкую стебельчатую часть, при помощи которой листовая пластинка прикрепляется к стеблю, называются черешковыми (у тыквы, подсолнечника).

Листья без черешка называются сидячими (василек луговой).

У черешковых листьев основание черешка иногда расширено. Оно называется влагалищем. Сильно развито влагалище у злаков (ржи, пшеницы, ячменя и др.), у зонтичных (борщевика).

У большинства злаков на границе влагалища и листовой пластинки имеется маленькая пленочка – язычок.

Язычок способствует отгибанию листовой пластинки, что имеет значение для фотосинтеза и предохраняет растение от проникновения влаги, спор грибов и личинок насекомых во влагалище. Края пластинки у ее основания образуют иногда особые выросты, охватывающие стебель. Они называются ушками.

По внешнему виду пластинки очень разнообразны. Прежде всего, они отличаются жилкованием. У представителей однодольных листовые пластинки имеют параллельное или дуговой жилкование, у представителей двудольных жилкование пальчатое или перестое.

Очертание листовых пластинок может быть круглым, овальным, яйцевидным, обратнояйцевидным, почковидным, продолговатым, ланцетным, линейным и др. Оно определяет форму листьев.

Вся приведенная выше морфологическая терминология применима главным образом к описанию так называемых срединных листьев. На побеге возникает три категории листьев: низовые, срединные и верховые. Типичными для растений считаются срединные листья. К верховым или верхушечным, относятся кроющие листья соцветий и цветков. Кроющие листья цветков называют также прицветковыми, а маленькие листья, расположенные на цветоножках, прицветничками. Верхушечные листья отличаются от срединных простой формой, меньшей величиной, а иногда окраской (прицветники, листочки обертки).

Низовые листья – первые листья побега. Они обычно недоразвиты. (имеют защитную функцию). К ним относятся чешуи луковиц, корневищ, наружные чешуйки в почках, семядоли.

Метаморфозы листьев

1) Колючки могут быть не только видоизменением побега, но и видоизменением листьев или их частей.

Колючки листового происхождения имеются у кактусов, молочаев, барбариса. У чертополоха в колючки превращены лишь участки листьев.

Колючки не следует смешивать с шипами, имеющимися на стеблях шиповника, крыжовника, малины. Шипы – это выросты поверхностных тканей стебля, а не видоизменения какого либо органа.

2) Усики листового происхождения развиты у гороха, чины, вики.

3) Чешуйки, встречающиеся на корневищах луковицах, в почках, также видоизмененные листья.

Органы растений: их функции, строение и метаморфозы.