Органы. 
Биология

Классификация органов высших растений представлена на рис. 8.26.

Рис. 8.26. Классификация органов растений

Общий план строения высших растений представлен на рис. 8.27.

Далее опишем органы, указанные на рис. 8.26.

Корень

Это осевой вегетативный орган, обладающий неограниченным верхушечным ростом, положительным гео-, аэро-, и хемотропизмом и имеющий радиальное строение.

Функции корня:

• • укрепление растения в почве;
• • поглощение минеральных веществ и воды из почвы;
• • синтез ряда специфических веществ (фитогормонов, алкалоидов и др.);
• • синтез некоторых азотсодержащих органических веществ (аминокислот и др.);
• • дыхание;
• • выделительная функция (слизь, органические кислоты);
• • депонирование питательных веществ;
• • установление биотических связей с другими организмами (бактериями, грибами и др.);
• • размножение (у кориеотпрысковых растений).

Корни растений образуют корневую систему.

Рис. 8.27. Общий план строения высших растений:

1 — главный корень; 2 — боковой корень; 3 — корневые волоски; 4 — пазушная почка; 5 — черешок листа; 6 — листовая пластинка; 7 — узел; 8 — междоузлие; 9 — цветочная почка; 10 — верхушечная почка; 11 — чашелистик; 12 — лепесток; 13 — пестик; 14 — тычинка; 15 — цветоножка; 16 — устьице; 17 — ассимиляционная ткань листа; 18 — ядро; 19 — клеточная стенка; 20 — хлоропласт; 21 — цитоплазма Структурные элементы корневой системы: главный корень, боковые корни (отрастают от главного корня), придаточные корни (отрастают от стебля).

Типы корневых систем: стержневая (главным образом у двудольных и голосеменных), мочковатая (главным образом у однодольных) (рис. 8.28).

Корни подвержены различным видоизменениям (рис. 8.29). Корни в результате видоизменений могут быть следующими:

• корнеплоды (мясистые, содержат большой запас питательных веществ; образуются у растений со стержневой корневой системой; примеры: морковь, свекла);

Рис. 8.28. Типы корневых систем:

а — стержневая; б — мочковатая; в — смешанная.

Рис. 8.29. Некоторые видоизменения корня:

а — корнеплод; б — корневые клубни; в — опорные корни.

• • корневые клубни (представляют собой утолщения придаточных корней, содержат запас питательных веществ; пример: георгин);
• • опорные (ходульные; примеры: кукуруза, растения тропических болот);
• • придаточные корни-прицепки (пример: плющ);
• • воздушные корни (боковые корни, берущие начало от надземной части растений; содержат большое количество воздухоносной ткани — аэренхимы и служат для снабжения растения кислородом и водой; характерны для многих тропических растений, произрастающих в условиях повышенной влажности);
• • дыхательные корни (представляют собой выросты боковых корней, растущие вверх; пористая структура их тканей обеспечивает свободный доступ кислорода к подземной части корневой системы; встречаются в основном у тропических деревьев, растущих в болотистых или илистых местах) (рис. 8.30).
• • водные корни (не имеют корневого чехлика; пример: тростник);
• • корни-присоски (характерны для растений-паразитов; внедряются в тело питающего их растения с последующим объединением проводящих систем обоих растений; примеры: повилика, омела).

Строение корня представлено на рис. 8.31. Существенные элементы: корневой чехлик, зона деления, зона роста и растяжения,.

Рис. 8.30. Дыхательные корни у деревьев в заболоченной местности

Рис. 8.31. Строение корня:

а — внешний вид; б — продольный разрез; I — зона корневого чехлика; II — зоны деления и роста; III — зона всасывания; IV — зона проведения; 1 — начало роста бокового корня; 2 — корневые волоски; 3 — эпидерма; 4 — первичная кора; 5 — эндодерма; 6 — перицикл; 7 — центральный цилиндр зона корневых волосков (зона всасывания; в данной зоне появляются элементы проводящей системы и закладывается камбий), начало зоны боковых корней.

Взаимная топография ксилемы и флоэмы: флоэма — снаружи, ксилема — внутри.

Факторы, обеспечивающие восходящий поток веществ:

• • разность осмотического давления клеточного сока клеток эпидермы (высокое содержание минеральных веществ в зоне корневых волосков) и почвенного раствора. По такому механизму (пассивному) осуществляется всасывание воды. Поглощение некоторых минеральных компонентов (фосфора, нитрат-иона и др.) происходит активно (с затратой энергии) с помощью специальных транспортных систем. Сосущая сила корней рассчитывается как разница между осмотическим и тургорным давлениями клеточного сока эпителиоцитов зоны корневых волосков;
• • корневое давление — активное выделение клетками корня воды, минеральных и органических веществ в сосуды;
• • капиллярные силы в элементах сосудистой системы;
• • испарение воды с поверхности листьев.

Результирующая скорость восходящего потока веществ составляет 1—2 м/ч.

Рассмотрим некоторые физиологические особенности корня.

Исследования последних лет показали, что кончик (кончики) молодых корней совершают в почве миграции, направленные на огибание препятствий (камни и др.) и поиск областей с оптимальными условиями для всасывания воды и солей. Ведущую роль в функционировании данного механизма играют особый белок, вырабатываемый клетками кончика корня, свободные радикалы, ионы Са²⁺.

Удалось идентифицировать ген, контролирующий рост корневых волосков и производство ими кислот и других химических агентов, расщепляющих скалистые минералы с образованием фосфори железосодержащих продуктов, легко усвояемых растениями. Известно, что именно дефицит этих элементов в почве является причиной «простоя» обширных территорий в Австралии, Китае и других странах. Обсуждаются перспективы интеграции вышеупомянутого гена в геном культурных растений с помощью методов генной инженерии.

В процессе длительной совместной эволюции высших растений и почвенных организмов сформировалась относительно автономная экосистема (ризосфера), включающая в себя корневую систему растений и определенную совокупность видов организмов, обитающих в почве (бактерии, грибы, водоросли, простейшие, круглые черви и др.). Концентрация последних в зоне корневой системы в 2—25 раз превышает таковую в почве за ее пределами. Между компонентами данного сообщества установились тесные пространственные, метаболические и другие связи. Некоторые из этих отношений носят симбиотический характер. В этом плане наибольший интерес представляют взаимоотношения между высшими растениями, с одной стороны, и грибами, клубеньковыми бактериями и бактериями рода Pseudomonas — с другой (подробнее см. с. 117).

Примечание. При нарушении целостности концевого отдела главного корня отмечается усиленное развитие боковых корней. Эта особенность физиологии корпя широко используется на практике для искусственного увеличения общей площади корневой системы. Процедура удаления верхушки корня называется прищипкой.

Это осевой вегетативный орган, обладающий верхушечным неограниченным ростом, положительным фототропизмом и имеющий радиальное строение. _ч

Рис. 832. Строение молодого побега:

Функции побега:

• • опорная;
• • несет листья;
• • проводящая (осуществляет связь между листьями и корнем);
• • депонирование питательных веществ;
• • фотосинтез (молодые зеленые побеги);
• • вегетативное размножение.
• 1 — верхушечная почка; 2 — боковые почки; 3 — последний годичный прирост; 4 — узлы (фрагмент побега, ограниченный узлами, — междоузлие)

Формы: прямостоячий (береза), стелющийся (огурец; без укоренения), вьющийся (вьюн), цепляющийся (плющ), ползучий (земляника; с укоренением), приподнимающийся (пырей ползучий).

Строение молодого побега представлено на рис. 8.32.

Структурные компоненты: главный побег (стебель) и почки — зачатки новых побегов, листьев, цветков. Кроме того, имеются спящие почки, прорастающие в случае гибели верхушечной почки. Путем искусственного удаления фрагмента побегов, содержащего верхушечную почку (данная процедура называется обрезкой), удается формировать крону деревьев и кустарников в соответствии с замыслами садово-паркового дизайнера.

Части побега: узлы, междоузлия. В побеге выделяют повторяющийся элемент — метамер, включающий междоузлие и узел с листом и почкой.

Строение зрелого побега представлено на рис. 8.33. На спиле ствола у древесных растений умеренных и холодных поясов отчетливо выявляются годичные кольца — зоны прироста древесины, образованные камбием в результате сезонной периодичности его активности. По их числу можно определить возраст дерева.

Структурные компоненты: кора (эпидермис, пробка, луб, в состав которого входят флоэма, паренхима, волокна), камбий, древесина (в основном ксилема), сердцевина (в основном паренхима)¹.

'Данный вопрос рассмотрен с авторской позиции, нс совпадающей с мнением научного сообщества, которая сводится к следующему. Первая (наружная часть стебля) в ботанике называется покровные ткани: эпидерма, перидерма, корка; вторая часть (под покровной) — первичная кора стебля: паренхима основной ткани — экзодерма, мезодерма, эндодерма); третья часть — центральный цилиндр (стела): нерицикл (обычно одревесневает), луб (флоэма и паренхима — мягкий луб), камбий (вторичная образовательная ткань), древесина (у покрытосеменных обычно ксилема); центральное положение занимает сердцевина (в основном паренхима).

Рис. 8.33. Строение зрелого стебля (на примере древесных):

1 — покровные ткани (снаружи внутрь: один слой эпидермиса, пробка, первичная кора); 2—5 — луб (2 — лубяные волокна; 3 — ситовидные трубки; 4 — клетки-спутники; 5 — клетки лубяной паренхимы); в — клетки камбия; 7— 9 — клетки древесины (7 — клетки сосудов; 8 — древесинные волокна; 9 — клетки древесинной паренхимы); 10 — клетки сердцевины Взаимная топография ксилемы и флоэмы: флоэма — снаружи, ксилема — внутри.

Способы роста: верхушечный (за счет деления клеток конуса нарастания), вставочный (за счет размножения клеток междоузлий; характерно для злаков).

Основные типы ветвления побегов изображены на рис. 8.34. Возможные видоизменения побега представлены на рис. 8.35.

Рис. 8.34. Типы ветвления побегов:

дихотомическое (а — схема; б — водоросль диктиота); моноподиальное (в — схема; г — ветка сосны); симподиальное (д, ж — схемы; е, з — ветви черемухи и сирени); 1—4 — оси первого и последующих порядков.

Рис. 8.35. Видоизменения стебля:

А — подземные; Б — надземные; а — подземный клубень (картофель); б, в — корневище (пырей, ирис); г — луковица (лук); д — надземный клубень (кольраби); е, ж — усы (земляника, виноград); 1 — столон; 2 — сухая чешуя; 3 — сочная чешуя; 4 —.

почка; 5 — донце К ним относятся следующие.

Корневище — многолетний подземный или надземный побег с горизонтальным и восходящим ростом. Имеет редуцированные почки и чешуевидные листья, разделен на узлы и междоузлия, образует придаточные корни. Функции: депонирующая, размножение (примеры: ландыш, черника). Те же функции выполняют все нижеперечисленные структуры.

Клубень — утолщенная часть главного стебля (надземный клубень — капуста кольраби) или бокового побега — столона (подземный клубень — картофель). Доказательствами стеблевого происхождения клубней картофеля являются: наличие недоразвитых листьев (бровки) и почек (глазки), сходство внутреннего строения со структурой стебля, возможность формирования придаточных корней.

Луковица — укороченный стебель (донце), имеющий придаточные корни и окруженный измененными листьями — мясистыми и сухими чешуями (пример: лук).

Другие видоизменения — колючки побеговой природы (гледичия, боярышник); надземные столоны — усы (земляника, золотой ус); усики генеративной природы (виноград); кочан (капуста).

Лист

Это боковой вегетативный орган, растущий от стебля, нарастающий основанием и имеющий двустороннюю симметрию. Функции листа:

• • фотосинтез (следует иметь в виду, что фотосинтез может происходить и в иелистовых органах — стеблях, колосьях, чашелистиках цветков, плодах, в которых также содержится некоторое количество хлоропластов);
• • транспирация (испарение) воды;
• • газообмен;
• • выделение воды в виде капель (гуттация).

Основные элементы листа: черенок, листовая пластинка, основание листа, прилистники.

Классификация листьев:

• • по способу прикрепления к стеблю: черенковые и сидячие;
• • по форме — см. рис. 8.36.

Рис. 8.36. Формы листьев:

а — простые листья (1 — нелопастной (цельный); 2 — перистолопастной; 3 — пальчатолопастной); б — сложные листья (4 — тройчатолопастной; 5 — перистосложный;

6 — пальчатосложный) Расположение листьев на стебле: очередное (береза, яблоня), супротивное (сирень, мята), мутовчатое (элодея) (рис. 8.37). При этом листья, как правило, расположены на побегах одного растения таким образом, что их пластинки не затеняют друг друга (листовая мозаика). Эго позволяет растению более рационально использовать падающий на него солнечный свет.

Рис. 837. Способы расположения листьев на стебле:

а — очередное (персик); 6 — супротивное (бирючина); в — мутовчатое (олеандр) Виды жилкования: параллельное (осока), дуговое (ландыш), сетчатое (дуб), перистое (крапива), пальчатое (клен) (рис. 8.38).

Рис. 8.38. Жилкование листьев:

а, 6 — дуговое; в — параллельное; г_уд — сетчатое У некоторых растений листья, располагающиеся на одном и том же побеге, могут заметно различаться по форме и размеру. Это явление наиболее отчетливо прослеживается у водных растений, где подводные листья бывают длинные, лентовидные (примеры: стрелолист, водяная звездочка).

Внутреннее строение листа представлено на рис. 8.39.

Взаимная топография ксилемы и флоэмы в проводящих пучках: ксилема обращена к верхней поверхности листа, флоэма — к нижней.

Примечание. Клетки верхнего эпидермиса благодаря своей форме способны фокусировать солнечный свет, увеличивая его интенсивность в 15—20 раз, что важно для эффективного протекания фотосинтеза. В этих клетках в условиях интенсивного освещения синтезируются особые пигменты — ан гоцианы и каротиноиды, защищающие ткани листа от повреждающего действия яркого света. Их биосинтез регулируется специальными фоторецепторными белками.

Рис. 8.39. Строение листа:

1 — эпидерма верхней поверхности; 2 — эпидерма нижней поверхности; 3 — столбчатая (палисадная) паренхима; 4 — губчатая паренхима; 5 — клетки устьица; 6 — кутикулярный слой (восковой налет); 7 — проводящий пучок Видоизменения листа:

• • чешуи (лук);
• • колючки (кактус);
• • усики (горох);
• • толстые и мясистые листья, служащие для запасания воды (алоэ);
• • семядоли (овес);
• • улавливающий аппарат насекомоядных растений. У одних растений он представлен листьями-ловушками, у которых половинки листьев с зубцами по краю плотно захлопываются (венерина мухоловка), у других — листьями-липучками, у которых волоски на листьях выделяют привлекающую насекомых липкую жидкость (росянка, жирянка), у третьих — листьями, имеющими форму кувшинчика с крышечкой, наполненного водой (непентес) (рис. 8.40).

Рис. 8.40. Насекомоядные растения:

а — венерина мухоловка; 6 — росянка; в — непентес К физиологическим особенностям листьев относятся нарастание основанием и сезонная смена. Пусковым сигналом к началу листопада является сокращение светового дня. Энергетически ценные продукты обмена веществ оттекают из листьев в запасающие органы. По мере разрушения хлорофилла становятся более видимыми присутствующие в листьях красные (антоцианы) и желтооранжевые (каротиноиды) пигменты. В основании листьев образуется отделительный слой, благодаря которому они отделяются от стебля, пробковый слой защищает рубец. Считается, что фактором, инициирующим осенний листопад, является повышенная продукция активных форм кислорода в черешке листа. Биологическое значение листопада: уменьшение испарения воды с поверхности листьев, удаление шлаковых продуктов метаболизма, удаление зимующих личинок насекомых, уменьшение вероятности поломки ветвей под тяжестью прилипшего снега и льда.

Цветок

Цветок — укороченный видоизмененный спороносный побег, предназначенный для размножения (созревание гамет, опыление, оплодотворение, образование семян и плодов).