Появление тканей и органов растений. Появление тканей и органов в эволюции растений было связано с выходом на сушу. У водорослей отсутствуют органы и специализированные ткани, так как все их клетки находятся в одинаковых условиях (температурный режим, освещённость, минеральное питание, газообмен). Каждая клетка водоросли обычно содержит хлоропласты и способна к фотосинтезу.
Однако, выйдя на сушу, предки современных высших растений попали в совершенно иные условия: кислород, необходимый для дыхания, и углекислый газ, используемый для фотосинтеза, растения должны были получать из воздуха, а воду – из почвы. Новая среда обитания не была однородной. Возникли проблемы, которые надо было решать: защита от высыхания, поглощение воды из почвы, создание механической опоры, сохранение спор. Существование растений на границе двух сред – почвы и воздуха – привело к возникновению полярности: нижняя часть растения, погружаясь в почву, поглощала воду с растворёнными в ней минеральными веществами, верхняя часть, оставаясь на поверхности, активно фотосинтезировала и обеспечивала всё растение органическими веществами. Так появились два основных вегетативных органа современных высших растений – корень и побег.
Такое расчленение тела растений на отдельные органы, усложнение их структуры и функций происходило постепенно в процессе длительной эволюции растительного мира и сопровождалось усложнением тканевой организации.
Первой появилась покровная ткань, обеспечившая защиту растения от высыхания и повреждений. Подземная и наземная части растения должны были иметь возможность обмениваться различными веществами. Вода с растворёнными в ней минеральными солями поднималась вверх из почвы, а органические вещества перемещались вниз, к подземным частям растения, не способным к фотосинтезу. Это требовало развития проводящих тканей – ксилемы и флоэмы. В воздушной среде надо было противостоять силам гравитации, выдерживать порывы ветра – это потребовало развития механической ткани.
У высших растений различают вегетативные и генеративные (репродуктивные) органы. Вегетативными органами высших растений являются корень и побег, состоящий из стебля, листьев и почек. Вегетативные органы обеспечивают фотосинтез и дыхание, рост и развитие, поглощение и проведение в теле растения воды и растворённых в ней минеральных солей, транспорт органических веществ, а также участвуют в вегетативном размножении.
Генеративные органы – это спорангии, спороносные колоски, шишки и цветки, образующие плоды и семена. Они появляются в определённые периоды жизни и выполняют функции, связанные с размножением растений.
Появление тканевого строения
Основные пути эволюции низших растений.
План лекции
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ, ОСНОВНЫЕ И ПОКРОВНЫЕ РАСТИТЕЛЬНЫЕ
ПОЯВЛЕНИЕ ТКАНЕВОГО СТРОЕНИЯ У РАСТЕНИЙ.
Появление первых растений на Земле
Возраст Земли, как и всей Солнечной системы, составляет примерно
4,6 млрд лет. Около 3,8 млрд лет назад на Земле появились живые организ-
мы. Первыми обитателями нашей планеты были прокариотические организ-
мы, похожие на современных бактерий. Они являлись гетеротрофами (пита-
лись готовыми органическими и неорганическими веществами) и анаэроба-
ми (развивались в бескислородной среде), т. к. свободного кислорода в атмо-
сфере еще не было. В связи с увеличением числа гетеротрофов в окружаю-
щей среде постепенно снижались запасы органики, поэтому преимущество
получили организмы, способные сами синтезировать органические вещества
из неорганических. В качестве источника энергии они использовали энергию Солнца. Первыми фотосинтетиками были организмы, использующие в качестве источника Н+ не воду, а сероводород (Н2S). Жизнь тогда была представ-
лена тонкой бактериальной пленкой на дне водоемов или во влажных местах
Около 3,2 млрд лет назад появились синезеленые водоросли, вырабо-
тавшие современный механизм фотосинтеза с расщеплением воды под дей-
ствием света. Кислород при этом начал выделяться в атмосферу, которая по-
степенно приобрела азотно-кислородный характер. Часть кислорода в верх-
них слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превращалась
в озон. Озоновый слой стал поглощать ультрафиолет, губительный для всего
живого, и организмы получили возможность поселяться на поверхности во-
доемов и на суше. Кроме того, примерно в то же время у некоторых орга-
низмов появляется кислородное дыхание, в процессе которого происходит
расщепление и окисление богатых энергией углеродсодержащих молекул,
полученных в процессе фотосинтеза.
Около 1,5 млрд лет назад на Земле появились первые эукариотические
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите отличительные особенности растений.
2. Каково положение растений в различных системах органического
3. Какое значение имеют растения в природе и для человека?
4. Назовите основные разделы ботаники.
5. Каковы основные исторические вехи развития ботаники?
1. Основные пути эволюции низших растений. Появление тканевого
2. Ткани и принципы их классификации.
В царстве растений выделяют две большие группы: низшие и высшие
растения. К низшим относят первично водные организмы – водоросли. У
данной группы тело представлено либо одной клеткой (хлорелла, эвглена),
либо цепочкой клеток (нитчатые водоросли), либо слоевищем или талломом.
Самыми древними водорослями, давшими начало всем остальным группам,
явились одноклеточные прокариотические организмы – цианобактерии (си-
Поскольку элементы питания растений (CО2, О2, Н2О) равномерно рас-
пределены в окружающей среде, то в ходе эволюции растения потеряли под-
вижность и перешли к прикрепленному образу жизни. Как известно, растения поглощают и выделяют вещества через клеточную стенку. Следовательно, для увеличения скорости обмена требуется увеличение площади поверх-
ности соприкосновения со средой. Поэтому в процессе эволюции наблюдается тенденция к увеличению площади поверхности тела растений. Это может быть достигнуто следующими путями:
1) увеличением размеров одноклеточного организма;
2) увеличением размеров организма за счет образования большого ко-
личества ядер и других органелл. Такие организмы могут иметь достаточно
большие размеры. Например, водоросль каулерпа имеет длину 10–50 см, являясь одноклеточным многоядерным организмом. Такой тип организации
Читайте также: Чем заменить бульки для изготовления цветов из ткани
является эволюционным тупиком, т. к. неклеточное строение не способствует дифференциации отдельных участков тела; кроме того, при поранении
будет страдать все содержимое клетки;
3) многоклеточность – наиболее удачный путь, получивший дальнейшее эволюционное развитие. Только благодаря ей стала возможной дифференциация отдельных участков тела, а также приспособление их к выполнению определенных функций.
Многоклеточные водоросли могут иметь нитчатую, разнонитчатую,
пластинчатую форму. Однако их вегетативное тело еще не дифференцировано на ткани. Водоросли живут в относительно стабильных и благоприятных условиях: элементы, необходимые для их питания и развития, находятся
непосредственно в воде и окружают их со всех сторон. Самый сложный уровень организации характерен для бурых водорослей, имеющих клетки, сходные с ситовидными элементами высших растений. Тип организации вегетативного тела, характерный для водорослей, называется талломом.
Важным событием в морфологической эволюции растительного мира
был выход растений на сушу, т. е. приспособление крупных многоклеточных форм к жизни в воздушно-почвенной среде, что означало возникновение высших растений. Предполагается, что толчком к выходу растений на сушу
послужило достаточное накопление в атмосфере свободного кислорода, а также усиление конкуренции в морях между организмами за источники питания и свободное место. Кроме того, немаловажное значение имело появление озонового слоя, предохраняющего наземные растения от губительных
С какими же трудностями сталкивается растение при переходе к наземному образу жизни? Главное – это проблема обезвоживания. Представьте, что произойдет с водорослью, если ее вынести из воды. Поэтому у высших растений появляются покровные ткани и кутикула, препятствующие излишнему испарению воды и защищающие от механических воздействий. Если в водной среде растение всасывало воду всей поверхностью, то на суше
появилась необходимость образования корнеподобных структур для извлечения воды из почвы и прикрепления к субстрату. Полученную из влажной
почвы воду и растворенные в ней минеральные вещества нужно поднять на
высоту растения, поэтому появляются проводящие ткани.
Так как в воздушной среде резко возрастают механические нагрузки,
то возникает потребность образования механических тканей для поддержания тела растения. Необходимость газообмена, которая в наземных условиях
происходит с воздушной средой, а не с раствором, привела к образованию
устьиц, расположенных в эпидермисе. Для обеспечения процесса фотосинтеза потребовалось образование ассимиляционной ткани. Таким образом, наземные растения выработали различные ткани, а клетки, слагающие их, подверглись сильной дифференциации, в результате чего стали выполнять более
узкие функции лучше, чем недифференцированные клетки водорослей.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Ткани растений
Хлопковые, льняные, синтетические — это ткани, из которых люди шьют себе одежду. Она нужна им для красоты, защиты от холода и удобства. Из тканей, выполняющих разные задачи, «сшиты» и сложные существа, в том числе и преобладающая часть растений. У одноклеточных организмов всю работу делает одна клетка. У многоклеточных есть разные типы клеток: разной формы, лежащие близко друг к другу или расположенные рыхло, с большим количеством хлоропластов или совсем без органоидов, с омертвевшими утолщёнными оболочками. Из них и собраны ткани. Сегодня нам предстоит выяснить, что такое ткани растений, зачем они им нужны, какие виды тканей бывают и как они появились в результате эволюции.
Как появились ткани у растений? Понятие о ткани
С появлением в истории Земли многоклеточных существ появилась возможность дифференциации их клеток. Первые признаки их различий наблюдаются у колониальных протист, например у вольвокса, похожего на шар. Его наружные клетки, снабжённые жгутиками, решают необходимые для жизни проблемы: питания, фотосинтеза, движения и др. Другие клетки вольвокса способны к размножению и основанию новых колоний.
Тело многоклеточных зелёных, не прикреплённых к субстрату водорослей построено из цепочки однотипных клеток. У прикреплённых водорослей нижняя часть клеток лишилась хроматофор с хлорофиллом и стала ризоидами (нити для прикрепления к субстрату), клетки верхней части осуществляют функции получения питания и размножения. Продвинутые бурые водоросли имеют специальные группы клеток, осуществляющие функции опоры и защиты. В их талломе есть фотосинтезирующие, проводящие и запасающие клетки. Но водоросли ещё не имеют настоящих тканей и органов.
Рис. 1. Фотосинтезирующая ткань
Разнообразные сложные группы специализированных клеток появляются у высших наземных растений. Примитивные ткани имеют мхи, папоротники. Особенно развиты в этом плане цветковые растения. С выходом из воды им пришлось приспособиться ко многим вещам. Для сохранения влаги у них появилась кожица, для проведения веществ клетки объединились в трубки, в качестве защиты от ветра они приобрели опорные ткани. Став строго специализированными, многие клетки потеряли способность делиться. Поэтому у растений есть такие участки, где расположены молодые клетки, делящиеся и образующие новые ткани. От них зависит рост растения.
Ткани растений и всех живых организмов вообще — это комплексы из одинаковых или нескольких разных типов клеток, отвечающих за определённые функции. Если ткань состоит только из одинаковых клеток, то она называется простой, если она построена из нескольких разных клеток, то она именуется сложной. Как и ткани нашей одежды — одни защищают от холода, другие от дождя, третьи согревают, четвёртые смягчают прикосновения, так и у растений одна группа клеток защищает, другая проводит вещества, третья придаёт им прочность и др.
Какие основные типы тканей встречаются у растений?
Учёные-гистологи разделили все ткани по следующим признакам:
- особенности строения клеток,
- происхождение из той или иной образовательной ткани,
- работа, которую они осуществляют.
Опираясь на эти признаки, они выделили у растений 6 видов тканей: основные, выделительные, покровные, образовательные, проводящие и механические.
Читайте также: Ткань для обтяжки дивана как называется
Образовательные растительные ткани
Их ещё называют меристемами. Они состоят из тонкостенных, мелких клеток с крупным ядром, содержат митохондрии, пропластиды и мелкие вакуоли. Их клетки делятся митотически и обеспечивают развитие и рост растений. Когда клетка удваивается, одна из них сохраняет способность к делению и остаётся меристематической, другая изменяется и становится частью какой-либо ткани. Меристемы подразделяют на две группы:
- первичные, или основные — происходящие из образовательных тканей зародыша, которые изначально способны к дифференцировке и делению. К ним относятся: верхушечные (апикальные), вставочныемеристемы и прокамбий;
- вторичные – появляющиеся из первичных образовательных или из других тканей, клетки которых по какой-то причине снова получают возможность делиться. К ним относят: камбий, образующийся из прокамбия или из почти не изменённой основной ткани, феллоген, или пробковый камбий, появляющийся из дифференцированных клеток паренхимы или эпидермы, раневые меристемы, которые восстанавливают повреждённые участки растений и развиваются из клеток, расположенных рядом с нарушенным участком.
Меристемы у растений находятся в определённых участках тела. По этой причине их делят на несколько групп:
- интеркалярные, или вставочные меристемы. Находятся в нижнем участке междоузлия стебля злаков (кукурузы, пшеницы и др.) или в точке опоры молодых листьев. Когда эти органы вырастают до предельного размера, клетки меристемы перестают делиться и становятся частью какой-либо ткани;
- апикальные,или верхушечные меристемы. Располагаются на верхушках (апексах) стебля и корня. Они обеспечивают рост осевых органов в длину. При ветвлении стебли и корни образуют боковые части, на которых появляются свои апикальные меристемы;
- латеральные,илибоковые меристемы. За счёт их деления стебель и побеги становятся толще. У голосеменных и двудольных растений боковая меристема — это камбий, у многих, но не у всех голосеменных и цветковых — феллоген, или пробковый камбий, из которого появляется феллема, или пробка.
Образовательные ткани растений
Покровные ткани растений
Находятся снаружи, отграничивают внутреннюю часть растения от внешней среды, выполняя роль барьера. Главные функции покровной ткани:
— предохранять органы растения от солнечных ожогов, перегрева и высыхания, от повреждений и попадания микробов;
— участвовать в обмене веществ между внешней средой и организмом (всасывание, газообмен и испарение).
Среди покровных тканей выделяют первичные и вторичные:
- К первичным покровным тканям причисляют эпидерму и эпиблему.
- Эпиблема, или ризодерма — наружная ткань всасывающего участка корня. Состоит из клеток с густой цитоплазмой и тонкими стенками. Клетки ризодермы образуют выросты — корневые волоски, основная задача которых — всасывание из почвы воды с растворёнными минеральными веществами. Корневые волоски живут недолго, всего до 15 дней.
- Эпидерма, или кожица появляется из верхушечных меристем и защищает молодые растущие листья и стебли. Её клетки живые, плоские, прозрачные, расположенные плотно друг к другу и, как правило, лежащие в один слой. Их наружные стенки более толстые, чем все остальные. Эпидерма наземных растений снаружи покрыта кутикулой, состоящей из воскоподобного вещества — кутина. Кутикула защищает растение от переиспарения воды. У осоки, хвоща, злаков и др. кутикула содержит кремнезём.
Эпидерма — сложная ткань, помимо основных клеток в ней есть и другие. Одни из них составляют трихомы, или волоски. Встречаются одноклеточные, многоклеточные, реже чешуйчатые или ветвящиеся трихомы. Волоски снижают испарение, помогают растению цепляться за опоры, защищают от перегрева. Железистые трихомы накапливают и выделяют различные вещества.
Особенности строения покровной ткани в том, что в эпидерме растений есть группа специализированных клеток, образующих устьица. Через них происходит испарение воды и газообмен растений.
- Вторичная покровная ткань, илипробка. Уже к концу первого года жизни на поверхности стеблей растений эпидерма заменяется другой покровной тканью — феллемой, или пробковым камбием. Внешне это заметно по изменению окраски веток, они становятся буроватыми. Вторичные покровные ткани появляются в результате работы феллодермы, или пробкового камбия. Вначале их клетки живые, позже они покрываются слоем жироподобного вещества — суберина, препятствующего поступлению газов и жидкостей. Постепенно протопласт клетки отмирает, и полость заполняется белым порошком (у берёзы) или воздухом (у других деревьев). Пробка есть и на корнях, клубнях и корневищах. Газообмен перидермы осуществляется через чечевички, образующиеся из устьиц эпидермы. Чечевички берёзы похожи на чёрточки, у осины они имеют форму ромбов.
Типы покровных тканей растений
Паренхима, или основная ткань растений
Паренхима заполняет пространство внутри органов растения, располагаясь между другими тканями. Клетки основной ткани крупные, тонкостенные, живые, чаще округлые. В зависимости от того, какую работу они выполняют, существует несколько видов основных тканей.
- Ассимиляционная паренхима. Чаще всего встречается в молодых стеблях и листьях сразу под кожицей. В её тонкостенных клетках содержится много хлоропластов, поэтому её ещё называют хлоренхимой. Главная работа этого вида основных тканей — фотосинтез. Расположенную между двумя эпидермами листовой пластинки, хлоренхиму называют мезофиллом, она делится на столбчатый и губчатый мезофилл.
- Запасающая паренхима. Содержится в стеблях, клубнях, корнях, корнеплодах, плодах, луковицах и семенах растений. Её клетки крупные, округлые или многоугольные, запасают в вакуолях органические вещества.
- Водоносная паренхима. Клетки этого вида основной ткани организма накапливают в вакуолях воду. Водоносная паренхима есть у растений, запасающих воду впрок — у суккулентов, обитающих в засушливых местах. Кактусы копят влагу в стебле, алоэ — в листьях.
- Аэренхима (воздухоносная паренхима). Основной структурной единицей этой ткани являются межклетники. Они связаны с внешней средой при помощи чечевичек и устьиц. Аэренхима образует воздухоносные ходы и полости, при помощи которых доставляется воздух к тем частям растения, которые больше никак не могут сообщаться с атмосферой. Богаты аэренхимой корни и стебли водных растений.
Читайте также: Как обработать край ткани руками
Основные ткани
Механические (опорные) ткани
Благодаря давлению наполненных вакуолей большинство растительных клеток уже имеет опору. Это очень важно для молодых растений. Но по мере роста у наземных видов возникает необходимость в развитии более прочной «арматуры». Им нужен надёжный «скелет», удерживающий их в воздушной среде. В качестве такой «арматуры» выступают специализированные механические ткани, состоящие из клеток с толстыми стенками. В корне механическая ткань располагается по большей части в центре, обеспечивая прочность при растяжении. В стеблях трав — ближе к эпидерме, способствуя упругости и гибкости органа.
В зависимости от способа нарастания стенок клеток и их формы различают два типа механической ткани: склеренхиму и колленхиму.
- Склеренхима. Состоит из мёртвых клеток: коротких (склереид) и длинных, с толстыми одревесневшими оболочками (волокон). Типичные волокна склеренхимы имеются в составе перицикла стеблей. Находятся они и в проводящих тканях: в лубе (флоэме) — лубяные волокна, в древесине (ксилеме) — древесные волокна, или либриформ. Волокна некоторых растений (конопля, лён) используются в текстильной промышленности, их оболочки не одревесневают и состоят из чистой целлюлозы. Склереиды (каменистые клетки) — это округлые или ветвистые ячейки с сильно утолщёнными древесными оболочками. Они придают ткани механические свойства. Из них состоит скорлупа орехов, косточки абрикоса, сливы и др.
- Колленхима. Первая по времени образования, состоит из живых клеток, вытянутых или округлых. Стенки клеток механической ткани собраны из целлюлозы или пектина, в местах соединений утолщены неодинаково. Колленхима способна обеспечивать упругость органов растения только при наличии в клетках достаточного количества воды. Встречается она в черешках, в растущих частях стебля, в листовых жилках и плодоножках. Имеет вид сплошного цилиндра или отдельных тяжей.
Механические ткани
Выделительные ткани растений
Всем клеткам нужно удалять вредные и лишние вещества. У животных они выводятся наружу, у растений чаще накапливаются внутри в вакуолях, в полостях межклетников или в мёртвых клетках. У животных есть разные типы выделительной системы: трубочки, почки и др. У растений существуют только отдельные структуры для выделения веществ, они бывают внутренние и наружные. Основные свойства этих тканей — удаление и выведение веществ.
- Ткани наружной секреции — это гидатоды, выделительные и простые волоски, солевые железы, нектарники и пищеварительные желёзки. Железистые волоски появляются из клеток кожицы. Их строение очень разное. Они накапливают эфирные масла с растворёнными в них смолами. Нектарники выделяют сладкую жидкость (нектар) для привлечения животных-опылителей. Они чаще встречаются в цветках, но бывают и в других частях растения. Гидатоды удаляют лишнюю воду, если условия таковы, что другим способом убрать её не получается. Они есть у растений, живущих в условиях высокой влажности. Пищеварительные желёзки есть у хищных растений. Они выводят пищеварительные ферменты и кислоты, необходимые для переваривания жертвы. Солевые железы находятся в листьях растений, живущих на солончаках и солонцах. Они выводят на листья соли, которые потом смываются дождём. Солевые волоски сначала накапливают соли в одной из двух своих клеток, а потом удаляют вместе с клеткой.
- Ткани внутренней секреции. Накапливают вредные вещества, а не выводят их. Вокруг клеток, удерживающих яды, образуются отложения суберина, чтобы изолировать токсин от содержимого клетки. В зависимости от строения и происхождения различают несколько типов внутренних выделительных структур: млечники, идиобласты, лизигенные и схизогенные вместилища.
Ткани наружной секреции растений
Проводящие ткани растений
Водоросли впитывают минералы и воду всеми клетками тела. Наземным растениям нужна «водопроводная» система, чтобы переправлять органические вещества из листьев ко всем клеткам организма и воду с растворёнными химическими элементами вверх от корня. Такая система появилась у них с выходом на сушу — это проводящие ткани. Существует два вида проводящих тканей растений: древесина (ксилема) и луб (флоэма). По ксилеме осуществляется ток вверх от корня, по флоэме — от листьев.
- Ксилема (древесина) — это сложная ткань, состоящая как из специальных проводящих элементов: трахей, или сосудов и трахеид, так и клеток, запасающей и механической тканей.
- Трахеиды — мёртвые вытянутые клетки проводящей ткани с одревесневшими стенками. Входят в состав ксилемы голосеменных растений и папоротников. Движение воды с минералами идёт по ним медленно потому, что она фильтруется сквозь мелкие поры.
- Сосуды (трахеи) — более развитые элементы, присущие цветковым растениям. Они похожи на трубку, состоят из цепи мёртвых клеток, сообщающихся между собой крупными отверстиями. Благодаря перфорации вода быстро движется из корня к остальным частям растения.
- Ситовидные трубки — это трубки из цепи живых клеток, поперечные перегородки которых имеют сквозные отверстия. Они похожи на сито. В клетках флоэмы нет ядер и рибосом, а их питание и другие жизненные процессы осуществляют клетки-спутницы.
Проводящие ткани растений
В растении проводящие ткани (ксилема и флоэма) образуют особые структуры — проводящие пучки.
- Агафонова И. Б. Биология растений, грибов, лишайников, 10-11 класс: уч. пособ. М: Дрофа, 2008.
- Яковлев Г. П., Аверьянов Л. В. Ботаника для учителя. В 2-х частях, Ч1. М.: Просвещение АО «Учеб. лит.», 1996.
- И.И. Андреева, И. И. Родман. Ботаника. М.: КолосС, 2002.