Страница 6 из 10
Органы цветковых растений
Растения - сложные живые организмы, имеющие взаимосвязанные и согласованно функционирующие органы. Различают вегетативные и генеративные органы. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) служат для поддержания индивидуальной жизни растения, обеспечения его роста и развития, генеративные органы (цветок, плод и семя) - для полового воспроизведения растений.
Корни укрепляют растения в почве, придают им устойчивость, поглощают из почвы необходимые для жизни растения воду и растворенные в ней питательные вещества, которые направляются по стеблю к листьям. Кроме того, корень может служить вместилищем запасных питательных веществ. В нем синтезируются многие органические соединения, значительная часть которых выделяется в почву и используется почвенной микрофлорой (грибы, бактерии) и другими растениями. У корнеотпрысковых растений корни выполняют функцию вегетативного размножения. Различают главный корень, который образуется из зародышевого корешка, придаточные корни, развивающиеся на стеблях и листьях, и боковые корни, представляющие собой ответвления любых корней. Верхушка растущего корня покрыта своеобразным защитным покровом - корневым чехликом, клетки которого постоянно обновляются (рис. 2). Он прокладывает корню проходы в почве. Под чехликом находится зона деления (конус нарастания), представленная делящимися клетками верхушечной образовательной ткани. Далее расположена зона растяжения, в которой клетки интенсивно растут, вытягиваясь вдоль оси корня, и начинают дифференцироваться. Следующая за ней зона всасывания содержит большое количество корневых волосков - наружных выростов клеток кожицы длиной до 20 мм, функция которых состоит в поглощении воды и минеральных солей из почвенного раствора. Здесь же формируются проводящие ткани корня, по которым в расположенной выше зоне проведения транспортируются питательные вещества. Корневых волосков эта зона не имеет и покрыта опробковевшими тканями. У некоторых растений корни могут сильно видоизменяться. Обычно это связано с накоплением питательных веществ. При этом корни становятся толстыми и мясистыми. Особенно часто встречается утолщенный запасающий главный корень, называемый корнеплодом (морковь, свекла, репа, редька, редис и т.д.).
Рис. 2. Внутреннее строение корня:
1 - корневой чехлик; 2 - зона деления (конус нарастания); 3 - зона растяжения; 4 - зона всасывания; 5 - зона проведения и образования боковых корней.
Совокупность всех корней растения называется корневой системой. По форме различают стержневую корневую систему, в которой главный корень сильно развит и выделяется среди остальных корней, и мочковатую корневую систему, в которой главный корень отсутствует или незаметен среди многочисленных придаточных корней (рис. 3).
Лист представляет собой боковой вегетативный орган растения, развивающийся на стебле. В листьях осуществляется процесс фотосинтеза, т. е. из воды и минеральных веществ, поглощенных корнями из почвы, а также из диоксида углерода (углекислого газа) атмосферного воздуха с помощью солнечной энергии, которую улавливают хлоропласта, содержащие зеленый пигмент - хлорофилл, образуются органические вещества: крахмал, сахар, белки, жиры. Эти вещества передвигаются по стеблю в другие части растений: корни, цветки, семена и плоды.
Рис. 3. Корневая система растений: А - стержневая; Б - мочковатая
Лист обычно состоит из листовой пластинки и черешка, но у листьев некоторых растений черешок отсутствует (например, растения сем. Мятликовых). Такие листья называют сидячими. У разных растений листья различаются по форме листовой пластинки (сердцевидные, ланцетовидные, овальные и т.д.), форме ее края (цельнокрайние, зубчатые и др.), расположению жилок (у листьев двудольных растений жилкование обычно перистое или пальчатое, у листьев однодольных - параллельное или дуговое). Различают также листья простые, имеющие одну листовую пластинку, опадающую осенью целиком, и сложные, распадающиеся после отмирания на отдельные части. Сложные листья бывают пальчато- и перисто-сложными.
Порядок прикрепления листьев на стебле называется листорасположением. При очередном листорасположении листья растут на стебле по одному, чередуясь друг с другом, при супротивном - по два друг против друга, при мутовчатом - прикрепляются к стеблю пучками, состоящими из нескольких листьев.
Стебель - осевой вегетативный орган растения, который соединяет два полюса питания растения - корни и листья, обеспечивая обмен между ними необходимыми питательными веществами. Он выносит листья к свету, служит опорой для генеративных органов, может запасать питательные вещества. Стебли различают по расположению в пространстве (прямостоячие, стелющиеся, вьющиеся, лазающие и т.д.), степени одревеснения (травянистые и деревянистые), продолжительности жизни, длине (до 300 м у некоторых тропических лиан).
Стебель с расположенными на нем листьями и почками называется побегом. Участки стебля, на которых развиваются листья, называются узлами, а участки стебля между двумя узлами - междоузлиями.
Побеги у некоторых видов растений, так же как корни, могут видоизменяться, приспосабливаясь к выполнению дополнительных, например, запасающих функций. Особенно важное значение имеют утолщенные подземные побеги, служащие для вегетативного размножения. К ним относятся корневище (пырей ползучий, сныть, ландыш), клубень (картофель), луковица (лук, чеснок).
Почка - это зачаточный побег, состоящий из укороченного стебля со сближенными зачаточными листьями. На верхушке укороченного стебля почки находится конус нарастания, состоящий из верхушечной образовательной ткани. За счет деления его клеток стебель растет в длину, образуются другие органы. Почки бывают вегетативными, генеративными {цветковыми) и смешанными.
Цветок - орган семенного размножения, укороченный видоизмененный побег, приспособленный для образования половых клеток (гамет), опыления, оплодотворения и формирования семян и плодов. Цветок включает следующие части: цветоножку, на которой могут быть прицветники (листья, сопровождающие цветки), расширенное цветоложе, чашечку, венчик, тычинки и пестик (рис. 4). Чашечка и венчик образуют околоцветник. У многих ветроопыляемых растений околоцветник мелкий, невзрачный, в то время как у растений, опыляемых насекомыми, он хорошо развит, белый или ярко окрашенный. Тычинки состоят из тычиночной нити и пыльника. В пыльнике образуется большое количество пыльцы (мужской гамето-фит). Пестик состоит из нижней расширенной части - завязи и верхней суженной - столбика и рыльца. Внутри завязи находится семяпочка (семязачаток), в которой формируется зародышевый мешок (женский гаметофит). Столбик выносит из цветка рыльце, что способствует лучшему улавливанию пыльцы.
Рис. 4. Схема строения цветка:
1 - завязь; 2 - столбик; 3 - рыльце; 4 - пыльцевые зерна, образующие пыльцевые трубки; 5 - тычиночная нить; 6 - поперечный разрез пыльника тычинки; 7 - продольный разрез пыльника; 8 - семяпочка
По строению различают растения с обоеполыми (картофель, рожь) и раздельнополыми цветками, в которых есть или только тычинки, или только пестики. Растения с раздельнополыми цветками могут быть однодомные, если на одном растении находятся мужские и женские цветки (кукуруза, огурец), и двудомные, если мужские цветки развиваются на одном растении, а женские - на другом (конопля, облепиха, тополь).
Соцветия. Цветки часто собраны в соцветия. У ветроопыляемых растений это позволяет эффективнее улавливать пыльцу. Соцветия насекомоопыляемых растений более заметны для насекомых, чем отдельные цветки. Соцветия бывают простыми и сложными (рис. 5). К простым относятся: кисть (капуста), простой колос (подорожник), початок (кукуруза), простой зонтик (лук, яблоня), головка (клевер), корзинка (подсолнечник), щиток (груша). К сложным соцветиям, имеющим ветвящуюся главную ось, относят метелку (овес), сложный колос (пшеница, рожь), сложный зонтик (укроп).
Семя - орган размножения цветковых растений, который образуется из семяпочки в результате двойного оплодотворения. Оно состоит из зародыша и кожуры. Зародыш - это зачаточное растение, имеющее корешок, стебелек, почку и семядоли (первые листья зародыша). У однодольных растений (зерновые хлеба) семядоля одна, у двудольных (зернобобовые) - две. Семя однодольных включает также специальную запасающую ткань - эндосперм (мятликовые, пасленовые, гречишные). У двудольных растений запас питательных веществ сосредоточен в семядолях.
Рис. 5. Схемы наиболее распространенных соцветий:
1 - кисть; 2 - метелка; 3 - простой колос; 4 - сложный колос; 5 - початок; 6 - простой зонтик; 7 - сложный зонтик; 8 - головка; 9 - корзинка
Плод - вместилище семян. Плоды состоят из околоплодника, который образуется в основном из стенок завязи и семян. Околоплодник одних плодов сочный, мясистый. Это сочные плоды. К ним относятся ягода (плоды винограда, томата, картофеля), костянка (плоды вишни, сливы, черемухи), яблоко (плоды яблони, груши), тыквина (арбуз, дыня). Другую группу составляют плоды с сухим околоплодником: боб (горох, бобы), стручок, стручочек (капуста, редька, ярутка), коробочка (мак, лен), орех (лещина, липа), зерновка (рожь, овес, пшеница), семянка (подсолнечник) (рис. 6). Встречаются и сложные {сборные) плоды, формирующиеся из цветка с несколькими пестиками (сборная костянка у малины, сборная семянка у земляники и т.д.). Распространению плодов и семян дикорастущих форм растений способствуют ветер, насекомые, животные.
Рис. 6. Разнообразие плодов растений:
1 - семянка; 2 - листовка; 3 - боб; 4 - стручок; 5 - стручочек; 6, 8, 9- коробочки; 7 - двусемянка; 10 - костянка.
ЦВЕТКОВЫЕ, покрытосеменные(Angiospermae), самый крупный отдел царства растений, характеризующийся специализированными органами размножения, образующими цветок. Цветковые растения известны с юрского периода (примерно 150 млн. лет назад): уже в то время они были достаточно высокоразвитыми и распространенными, поэтому первые их представители, несомненно, появились намного раньше, возможно, на землях, обнажившихся после отступления моря. Впоследствии цветковые растения завоевали всю планету, сильно потеснив прежних доминантов, в частности папоротниковидных и хвойных. Именно цветковые растения господствуют в листопадных лесах , занимавших некогда значительные пространства в Северной Америке, и в обширных тропических лесах Центральной и Южной Америки, Африки и Азии. К этому отделу относятся злаки , покрывающие американские прерии и пампасы, африканские саванны и евразиатские степи, а также кактусы и колючие кустарники пустынь, многие подводные и плавающие травы рек, озер и морей, напоминающие мох виды, стелящиеся по скалам и свисающие с ветвей деревьев. Наконец, именно цветковые растения человек разводит на полях, в огородах и плодовых садах, именно они - главное украшение оранжерей и парков.
СТРОЕНИЕ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ
Листья.
Основная часть питательных органических веществ на Земле образуется в листьях цветковых растений. В типичном случае лист состоит из плоской листовой пластинки на черешке, который прикреплен своим основанием к стеблю. У места прикрепления находится два листоподобных выроста - прилистники. Впрочем, каждая из этих структур может отсутствовать. Листовые пластинки некоторых цветковых растений, например многих губоцветных и крестоцветных, - сидячие, т.е. отходят непосредственно от стебля без черешка; у других видов от листьев остаются только их влагалища с редуцированными до нитевидных структур пластинками (это можно наблюдать у злаков). Внутри листа находятся относительно рыхло упакованные клетки, богатые зеленым пигментом - хлорофиллом. В них и происходит фотосинтез. У верхней поверхности листа эти клетки обычно удлиненные и расположены бок о бок перпендикулярно поверхности: они образуют т.н. палисадную паренхиму. Нижележащие клетки по форме менее однородны и разделены воздухоносными межклетниками - это т.н. губчатая паренхима. Воздухообмен внутренних тканей листа с окружающей средой идет через маленькие отверстия в покрывающей его однослойной кожице (эпидермисе): в результате фотосинтезирующие клетки получают углекислый газ, необходимый для образования органики, и избавляются от «отходов производства» - кислорода. Эпидермис обычно покрыт снаружи восковым налетом (кутикулой) и относительно непроницаем для воды и газов, а клетки его к фотосинтезу неспособны. К сожалению, лист теряет достаточно много воды через испарение, что иногда может поставить под угрозу существование всего растения. Он снабжается водой по системе внутренних жилок, обычно образующих густую разветвленную сеть. Жилки состоят из клеток сосудистых тканей, доставляющих к фотосинтезирующим участкам воду с растворенными в ней минеральными солями и разносящих оттуда органику по всем частям растения. Поскольку некоторые клетки этой проводящей системы толстостенные, жилки одновременно играют роль и скелета листа, поддерживающего его в расправленном состоянии и обеспечивающего нормальное снабжение всех его частей светом и воздухом.
Стебель.
По проводящим клеткам стебля вода с растворенными в ней минеральными солями поступает от корня в жилки листа, в которых имеются клетки того же типа. В молодом стебле эта водопроводящая система (ксилема) обычно образует начинающийся еще под землей цилиндр, служащий жесткой опорой для листьев, цветков и плодов и способный со временем сильно утолщаться и одревесневать, превращаясь в мощный многометровый ствол. Снаружи от ксилемы расположен аналогичный цилиндр - флоэма, состоящий из клеток, по которым идет транспорт органических веществ. Флоэма также заходит в жилки листа. Остальная часть стебля состоит из мягкой ткани, иногда фотосинтезирующей, в которой часто запасаются излишки питательных веществ. Центральная часть стебля - сердцевина - может разрушаться, и тогда в стебле на ее месте остается полость. Стебли с листьями (а также с цветками и плодами, которые, как считается, произошли от листьев) называются побегами.
Корень.
Корневая система закрепляет растение в субстрате. В корне также находятся проводящие ткани - ближе к центру ксилема, дальше от центра - флоэма. Здесь могут накапливаться и большие количества запасных веществ, поэтому некоторые корни очень крупные. Кроме опорной и запасающей, важнейшая функция корней - всасывание: вода с растворенными в ней солями должна поступать из почвы в побеги и возмещать расходы и потери растения. Всасывание осуществляется т.н. корневыми волосками - многочисленными выростами поверхностных клеток корня в относительно узкой зоне около его кончика. Именно корневые волоски, проникающие между мельчайшими частицами почвы, обеспечивают огромную суммарную поглощающую поверхность подземной части растения.
Покрытосеменные (Angiospermae), или цветковые (Magnoliophyta) – отдел наиболее совершенных высших растений, имеющих цветок. Ранее включались в отдел семенных растений вместе с голосеменными . В отличие от последних семязачатки цветковых заключены в завязь , образованную сросшимися плодолистиками.
Цветок является генеративным органом покрытосеменных растений. Он состоит из цветоножки и цветоложа. На последнем располагаются околоцветник (простой или двойной), андроцей (совокупность тычинок) и гинецей (совокупность плодолистиков). Каждая тычинка состоит из тонкой тычиночной нити и расширенного пыльника, в котором созревают спермии. Плодолистик цветковых растений представлен пестиком, который состоит из массивной завязи и длинного столбика, вершинная расширенная часть которого называется рыльце .
Покрытосеменные имеют вегетативные органы, обеспечивающие механическую опору, транспорт , фотосинтез , газообмен , а также запасание питательных веществ, и генеративные органы, участвующие в половом размножении. Внутреннее строение тканей наиболее сложно из всех растений; ситовидные элементы флоэмы окружены клетками-спутницами; почти все представители покрытосеменных имеют сосуды ксилемы .
Жизненный цикл растений
Содержащиеся внутри пыльцевых зёрен мужские гаметы попадают на рыльце и прорастают. Гаметофиты цветковых крайне упрощены и миниатюрны, что значительно сокращает длительность цикла размножения. Образуются они в результате минимального количества митозов (трёх у женского гаметофита и двух у мужского). Одна из особенностей полового размножения – двойное оплодотворение , когда один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а второй – с полярными ядрами, образуя эндосперм, служащий запасом питательных веществ. Семена цветковых растений заключены в плод (отсюда их второе название – покрытосеменные).
Подробнее о строении корней, листьев, стеблей и особенностях размножения покрытосеменных см. в главе 10 .
Первые цветковые растения появились в начале мелового периода около 135 миллионов лет назад (или даже в конце юрского периода). Вопрос о предке покрытосеменных в настоящее время остаётся открытым; наиболее близки к ним вымершие беннеттитовые , однако, более вероятно, что вместе с беннеттитами покрытосеменные обособились от одной из групп семенных папоротников . Первые цветковые растения были, по-видимому, вечнозелёными деревьями с примитивными цветками, лишёнными лепестков; ксилема у них всё не имела сосудов.
В середине мелового периода всего за несколько миллионов лет происходит завоевание покрытосеменными суши. Одним из важнейших условий быстрого распространения покрытосеменных была их необычайно высокая эволюционная пластичность. В результате адаптивной радиации , обусловленной экологическими и генетическими факторами (в частности, анеуполидией и полиплоидизацией), образовалось огромное количество различных видов покрытосеменных, входящих в самые разные экосистемы. К середине мелового периода образовалось большинство современных семейств. С цветковыми растениями тесно связана эволюция наземных млекопитающих, птиц и, особенно, насекомых. Последние играют исключительно важную роль в эволюции цветка, осуществляя опыление: яркая окраска, аромат, съедобная пыльца или нектар – всё это средства привлечения насекомых.
Цветковые растения распространены по всему миру, от Арктики до Антарктики. В основе их систематики лежит строение цветка и соцветия , пыльцевых зёрен, семени , анатомия ксилемы и флоэмы. Почти 250 тысяч видов покрытосеменных делятся на два класса: двудольные и однодольные , различающиеся, прежде всего, по количеству семядолей в зародышах, строению листа и цветка.
Цветковые растения являются одним из ключевых компонентов биосферы: они производят органические вещества, связывают углекислоту и выделяют в атмосферу молекулярный кислород, с них начинаются большинство пастбищных цепей питания. Многие цветковые растения используются человеком для приготовления пищи, строительства жилища, изготовления различных хозяйственных материалов, в медицинских целях.
Особую роль в эволюции органического мира играют цветковые растения. Органы цветковых растений достигли достаточно высокого уровня развития, обеспечив этой группе организмов господствующее положение на планете. Сегодня они встречаются практически на каждом материке. Для сравнения можно привести статистические данные, которые содержит раздел школьного курса ботаники "Органы цветковых растений" (6 класс). А именно: среди всех 850 видов приходится на представителей голосеменных, а 250 тысяч — цветковых растений.
Органы и функции цветкового растения
Покрытосеменными являются растения, которые образуют цветок и плод.
Все органы растений можно объединить в две группы. К вегетативным относятся побег, состоящий из стебля и листа, а также подземная часть — корень. Генеративными являются цветок, плод и семена. Ими обладают только цветковые растения. Органы цветковых растений в зависимости от особенностей строения выполняют определенные функции. Все они играют важную роль в функционировании организмов, обусловливая их жизнеспособность и адаптацию к условиям обитания.
Органы и функции цветкового растения взаимосвязаны. Рассмотрим строение каждого из них подробнее.
Корень
В учебнике биологии в теме "Органы цветковых растений" (6 класс) дается определение понятия "корень". Это подземный орган, обеспечивающий закрепление в почве, питание минеральными веществами, обеспечение водой, восходящий ток и вегетативное размножение.
Различные имеют цветковые растения. Органы цветковых растений многообразны. Различают главный корень, придаточные и боковые. Они объединяются особые структуры. Их название — корневые системы.
Типы корневых систем
Систематики выделяют стержневую и Первая образована единственным главным корнем и отходящими от него боковыми. Она характерна для представителей класса Двудольные.
Мочковатая растет пучком сразу от побега. Она характерна для всех представителей семейства Однодольных. Это, к примеру, Злаковые, Лилейные и Луковые. Каждая из систем обладает рядом преимуществ. Например, растения с длинным главным корнем без труда могут добыть влагу с большой глубины. А мочковатая система обеспечивает большую площадь всасывания.
Побег и его видоизменения
Большим разнообразием надземной части характеризуются именно цветковые растения. Органы цветковых растений иногда видоизменяются в зависимости от условий среды. В этом заключается приспособительная способность побега.
Его осевая часть называется стеблем. Участки, на которых развиваются листья, — узлами, а расстояния между ними — междоузлиями. Угол между пластинкой и стеблем образует пазуху листа.
Боковые части стебля также отличаются большим разнообразием. Листья с одной листовой пластинкой называются простыми, с несколькими — сложными. По-разному они могут располагаться и на растении. Например, листья березы и подсолнечника — поочередно по спирали, а у сирени и клена — напротив друг друга. Мутовчатым является листорасположение, при котором пластинки развиваются в количестве трех и более в одном узле.
Все вегетативные органы выполняют функции бесполого размножения, минерального питания, фотосинтеза и транспирации.
Органы семенного размножения цветковых растений
Особый орган цветкового растения, где формируются клетки полового размножения, — цветок. Его основными частями являются пестик и тычинка. В них происходит образование половых клеток. Результатом их слияния является семя. Оно состоит из зародыша, образованного корешком, стебельком, листочком и почечкой, и оболочки.
Процессу оплодотворения у цветковых растений предшествует опыление — перенос пыльцы с тычинки на пестик. Это происходит при помощи насекомых, человека или ветра. Далее при слиянии женской половой клетки и одного спермия образуется зародыш. Второй соединяется с центральной зародышевой клеткой, формируя эндосперм. Это запасное питательное вещество, которое зародыш использует для осуществления процессов роста и развития.
Семя, окруженное оболочками, называется плодом. Они также разнообразны. По строению околоплодника выделяют сухие и сочные, а по количеству семян — одно- и многосемянные. С помощью плодов происходит распространение и расселение растений. Человек, в свою очередь, использует их в качестве продукта питания. Также он контролирует количество растений, используемых для собственных целей.
Необычные растения
Органы цветковых растений часто впечатляют своей формой и размером.
Представитель голосеменных вельвичия удивительная визуально напоминает клубок змей. Именно так выглядят ее длинные широкие листья, достигающие в длину до двух метров. Растение произрастает на пустынных открытых ландшафтах, где сильные потоки ветра разрывают вдоль листья вельвичии. Это и создает эффект змеиного гнезда. А сам побег находится под землей.
Под опорными корнями фикуса-баньяна, количество которых насчитывается около 4 тысяч, может спокойно поместиться 5 000 человек.
Видоизмененные листья росянки и пузырчатки очень липкие, имеют специализированные пищеварительные железы или закрывающиеся ловушки. Все дело в том, что они являются растениями-хищниками, способными усваивать белки животного происхождения. Они могут питаться мелкими насекомыми, рачками и мальками рыб.
Вегетативные и цветковых растений имеют сложное строение, которое обусловливает выполнение функций и обеспечивает их преобладание на Земле.