Царство растений. Строение (ткани, клетки, органы), жизнедеятельность и размножение растительного организма (на примере покрытосеменных растений). Распознавание (на рисунках) органов растений
Царство — одна из высших ступеней биологической систематики. Растения, как таксон, этого высокого уровня объединяет 400 тыс. видов организмов — от микроскопических водорослей до гигантской секвойи, высота которой достигает 100 м. Общее свойство растений — фотоавтотрофный способ питания.
Царство растений
Растения — объект изучения науки ботаники. Основы одной из старейших отраслей научного знания заложил Теофраст — ученик древнегреческого ученого и философа Аристотеля. Современная ботаника представляет собой комплекс наук. Крупнейшие отрасли: морфология, физиология, систематика, происхождение растений. Отдельные крупные группы внутри биологического царства изучают частные ботанические науки. Например, предмет альгологии — водоросли.
Сходство строения клеток, механизмов обмена веществ и роста позволяют объединить растения с животными и грибами в группу эукариот.
Отличительные признаки растительного организма:
- Автотрофное питание.
- Пластиды в клетках;
- Целлюлозная клеточная стенка.
- Способность к постоянному росту.
- Характер ответа на внешние изменения.
- Относительная неподвижность.
- Связь с субстратом.
- Разветвленное тело.
Фотосинтез осуществляется в клетках, обладающих зелеными пластидами. Растения в экосистемах являются продуцентами, так как сами для себя создают органические вещества. Выделяемый при фотосинтезе кислород используют для аэробного дыхания другие живые организмы. Молекулы О2 образуют защитный озоновый экран в атмосфере (Рис. 1).
Царство растений (научное название Plantae) объединяет 12 отделов, из которых 4 — водоросли, 2 — мхи. В состав биологического царства также входят плауны, папоротники, хвойные и цветковые. Другие отделы представлены малым числом семейств, родов и видов.
Тело водорослей — талом (слоевище) — состоит из сходных по строению и функциям клеток. Вода обеспечивает водоросли (Algae) углекислым газом и кислородом, поддерживает тело, поэтому нет необходимости в механических тканях.
Высшие растения отличаются наличием тканей и органов. Сформированы многоклеточные органы полового и бесполого размножения. К высшим относятся споровые и семенные растения.
Как установили палеонтологи, низшие растения появились около 2 млрд. лет назад. Древние псилофиты вышли из воды на сушу. Это уже были высшие растения, лишенные корней, но имеющие сосуды — группы клеток для проведения воды к фотосинтезирующим клеткам. Сформировались защитные и механические ткани.
Выходу растений на сушу способствовали ароморфозы:
- возникновение эукариотической клетки;
- появление фотосинтеза;
- многоклеточность, дифференциация клеток;
- мейоз и оплодотворение;
- обособление гаплоидного и диплоидного поколений, их чередование в цикле развития;
- появление семени у древних папоротников;
- формирование цветка.
Покрытосеменные, или цветковые, заняли господствующее положение в царстве растений после голосеменных. Многие виды и более крупные систематические группы низших растений исчезли полностью или угасают.
Строение (ткани, клетки, органы растительного организма)
Растительные клетки содержат ядро, являются эукариотическими (хотя бы на одном из этапов развития). Органоиды в цитоплазме сходны у растений и животных (Рис. 2).
Черты отличия клеточного строения растений от животных:
- есть пластиды, хлорофилл;
- над плазматической мембраной сформирована целлюлозная клеточная стенка;
- имеется крупная центральная вакуоль, наполненная клеточным соком;
- крахмал содержится в цитоплазме в виде зерен.
Ткани — группы клеток, сходных по происхождению, строению и функциям (Табл. 1). Всего у растений насчитывается от 20 до 30 типов таких скоплений клеток.
Описание тканей цветковых растений
Локализация
Верхушка побега, кончик корня, основания листьев, междоузлия.
Образование других типов тканей; верхушечный и другие типы роста; регенерация повреждений.
Кора, кожица листа, стебля, корневые волоски.
Защита; газообмен с внешней средой; испарение.
Фотосинтез; газообмен с окружающей средой; запасание воды; накопление продуктов обмена веществ.
Лубяные и древесные волокна, каменистые клетки.
Образование наружного и внутреннего каркасов для опоры и защиты.
Сосуды древесины, ситовидные трубки.
Транспортировка воды и минеральных веществ к листьям; проведение органических веществ от листьев к другим органам.
Железистые клетки, волоски, нектарники, млечники.
Образование млечного сока, влаги, нектара; накопление продуктов обмена.
Через устьица происходит испарение воды, газообмен. Специальные образования состоят из щели и замыкающих клеток. Последние имеют относительно толстые внутренние стенки, способные изменять форму и открывать устьица.
Органы цветковых растений
Орган — часть тела живого организма, состоящая из одного типа тканей, выполняющая определенные функции. Органы растений образуют две группы — вегетативные и генеративные. Вегетативные — корень и побег, состоящий из стебля, листьев и почек. Вместе они обеспечивают обмен веществ и рост. Генеративные органы у цветковых — цветок, семя и плод — участвуют в половом размножении (Рис. 3).
- закрепление растения;
- снабжение водой и минеральными веществами;
- запасание питательных веществ;
- вегетативное размножение.
Читайте также: Ткань крепунт что это за материал
Клетки и ткани корня образуют четыре зоны: роста, всасывания, проведения и корневой чехлик. Последний защищает зону роста, облегчает движение между частицами почвы. Клетки корневых волосков в зоне всасывания поглощают воду с растворенными в ней минеральными веществами.
Зона проведения выполняет функцию транспортирования веществ из корня в стебель, листья. Также, в этой зоне у растений возможно закладывание почек, запасание питательных веществ.
Все корни растения образуют его корневую систему. Выделяют главный, боковые и придаточные корни. У двудольных растений стрежневая корневая система с хорошо развитым главным корнем. Однодольные растения имеют мочковатую корневую систему. Главный корень неотличим от придаточных.
Различия в функциях корней:
- воздушные позволяют эпифитам поглощать воду из воздуха, как происходит у филлокактусов, орхидей;
- дыхательные отрастают у видов, обитающих на мелководьях, на чрезмерно влажной почве;
- ходульные помогают выживать растениями в приливной зоне, на зыбкой почве;
- корнеплоды и корневые клубни запасают питательные вещества;
- цепляющиеся помогают закреплению стебля на опоре;
- опорные поддерживают развесистую крону.
Корни бобовых формируют симбиоз с азотфиксирующими бактериями. Деревья образуют симбиоз с грибами, что позволяет получать больше воды из почвы. Грибы взамен получают органические вещества, созданные растением.
Побег — стебель с листьями и почками. Они могут быть расположены поочередно, супротивно (напротив друг друга), мутовками (группами), спирально. В строении побегов различают места прикрепления листьев — узлы. Участок побега между соседними узлами — междоузлие. Побег выполняет разные функции: дыхания, фотосинтеза, транспорта веществ.
По продолжительности жизни и степени одревеснения выделяют следующие жизненные формы растений: деревья, кустарники, травы. Последние еще делят на одно-, дву- и многолетние. Первые завершают жизненный цикл в течение 1 года. Двулетние в первый год образуют только вегетативные органы, на второй — цветут и образуют семена. Многолетники живут и цветут в течение продолжительного периода времени.
Почка — зачаточный побег. Различают вегетативные и генеративные почки. Вторые обычно более крупные, округлой формы. Внутри находится зачаток цветка.
Стебель — вегетативный орган растения, выполняющий функции опоры, проведения и запасания веществ. Для стебля характерны рост и ветвление. Орган принимает участие в вегетативном размножении. По характеру роста различают прямостоячие, ползучие, лазающие, цепляющиеся и вьющиеся стебли. К видоизменениям органа относят корневища, луковицы и клубни.
Лист обеспечивает фотосинтез, транспирацию (испарение воды), газообмен с внешней средой. Фотосинтез происходит в паренхиме листа. В строении органа выделяют листовую пластинку и черешок. В зависимости от количества этих составных частей различают простые и сложные листья. Форма и расположение на стебле, характер жилкования — важные систематические признаки.
Видоизменения листьев — приспособление к среде обитания:
Листья отличаются по размеру. У ряски, вольфии бескорневой они крошечные, у тропических пальм достигают нескольких метров в длину.
Цветок — это видоизмененный генеративный побег, который развивается из генеративной почки (Рис. 4). Строение цветка — важнейший систематический признак.
Тычинка состоит из пыльника с пыльцой и тычиночной нити. В строении пестика различают верхнюю часть — рыльце и столбик, нижнее образование — завязь. Внутри находится семяпочка, из которой после оплодотворения развивается семя. Стенки завязи разрастаются и образуют плод.
Если в цветке имеются пестики и тычинки, то он относится к обоеполым. Однополые содержат только тычинки или только пестики. На однодомном растении расположены и тычиночные, и пестичные цветки. На двудомных развиваются или тычиночные, или пестичные цветки.
Упорядоченное расположение частей цветка отражают в формуле — условной записи строения с помощью обозначений (условных знаков). Например:
- ⚥ — символ обоеполого,
- ♀ — пестичного,
- ♂ — тычиночного цветка.
Семя — генеративный орган, который служит для распространения семенных растений, содержит запас питательных веществ для зародыша. Последний имеет все вегетативные органы в зачаточном состоянии.
Плод развивается из завязи цветка, служит для защиты и распространения семени. В зависимости от консистенции околоплодника, возникающего из стенок завязи, различают сухие и сочные плоды. Они могут быть одно- или многосемянными.
Жизнедеятельность растительного организма
Растение — живой организм, для которого характерны особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, раздражимость, развитие и воспроизведение. Основные метаболические процессы — фотосинтез, кислородное дыхание, корневое питание, водный обмен (Рис. 5).
Фотосинтез происходит в зеленых клетках. Суть процесса — преобразование энергии света в энергию химических связей органических соединений. В превращениях веществ и усвоении энергии велика роль зеленого пигмента хлорофилла. Конечные продукты — сахар и крахмал.
Читайте также: Коллатеральный отек околочелюстной ткани латынь
Почвенное питание — процесс поглощения корнем воды с растворенными минеральными веществами. Неорганические соединения необходимы растениям для синтеза углеводов и белков, нуклеиновых кислот, АТФ. Недостаток питательных веществ приводит к минеральному голоданию растительного организма.
Клеточное дыхание у растений — процесс окисления органических соединений до углекислого газа и воды. Кислород поступает во все органы на свету и в темноте. Фотосинтез протекает только в зеленых клетках на свету. Дыхание, фотосинтез и водный обмен тесно связаны. Недостаток света, кислорода, воды отрицательно сказывается на жизнедеятельности растительного организма.
Размножение растений
Покрытосеменные размножаются вегетативным и половым способами. Первый тип воспроизведения себе подобных происходит за счет отделения и самостоятельного развития вегетативных органов либо их частей. Вегетативное размножение в природе осуществляется с помощью корневищ, клубней, луковиц, отпрысков, усов, выводковых почек и черенков. В практике растениеводства получили широкое распространение такие способы как черенкование, прививка, деление корневища, клональное размножение.
В половом размножении участвуют половые клетки. Они формируются в разных частях цветка — пыльцевом зерне и внутри семязачатков. Слияние гамет — оплодотворение — происходит после опыления. Так называют процесс переноса пыльцы на рыльце пестика.
У растений происходит двойное оплодотворение. Из вегетативной клетки пыльцы после опыления образуется трубка, растущая внутри пестика. Она достигает семязачатка. По пыльцевой трубке двигаются два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, другой — с центральной клеткой. Образуются зигота и триплоидная клетка, обеспечивающая зародыш запасом питательных веществ. Созревшие семена и плоды распространяются ветром, животными, водой, человеком.
Процесс индивидуального развития, или онтогенез, делится у растений на эмбриональный, вегетативный, генеративный периоды и старение. Длительность каждого этапа онтогенеза зависит от видовой принадлежности растительного организма (Рис. 6).
Раздражимость — способность воспринимать и отвечать на воздействия окружающей среды. Растения реагируют на внешние изменения не так, как животные. Реакция сводится к перестройке метаболизма, ростовым движениям. При неблагоприятных воздействиях закрываются устьица, останавливаются рост и развитие.
Растения могут реагировать движениями на восход и заход солнца. При появлении светила к нему поворачиваются стебель с листьями и распускаются цветки. Ростовой изгиб в сторону света получил название «фототропизм». Изменение освещенности, осадки и другие изменения в природе вызывают открывание и закрывание устьиц, цветков, сворачивание листьев.
Растительный организм — целостная система, в которой каждый орган выполняет определенные функции в тесной связи с остальными. Сложные процессы регулируются с помощью биоэлектрических импульсов, фитогормонов.
Ткани растений
Отдел Покрытосеменные (цветковые)
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;
· максимальная редукция гаметофитов. Архегонии и антеридии не образуются;
· двойное оплодотворение, в результате которого формируется диплоидный зародыш и триплоидный (3n) эндосперм;
· расположение семяпочек в завязи пестика, развитие плода из завязи, а семян — внутри плода (откуда и их название — «покрытосеменные»);
· усложнение и дифференцировка вегетативных органов и тканей и проводящей системы (ксилема представлена трахеями);
· симподиальное ветвление, что обеспечивает большую поверхность для ассимиляции и испарения.
Ткани растений
Ткань – группа клеток, имеющих сходное строение, единое происхождение и выполняющих одинаковую функцию.
1. Образовательная ткань (меристема). Образовательными называются ткани, клетки которых сохраняют длительную способность к делению, обеспечивая рост растения и отдельных его органов. Представлена молодыми живыми тонкостенными клетками с крупным ядром и густой цитоплазмой. Активно делятся митозом.
С учетом положения в теле растения образовательные ткани делят на:
1. верхушечные (апикальные) — находится на конусах нарастания корня и побега – обеспечивают рост в длину
2. вставочные (интеркалярные) — свойственны побегу — находятся у основания стеблевых междоузлий между зонами дифференцированных тканей – обеспечивают рост растения в длину после прекращения верхушечного роста;
3. боковые (прокамбий, перицикл и камбий — представлены в корне и стебле голосеменных и двудольных покрытосемянных, обеспечивают рост стебля в толщину).
2. Основная ткань, или паренхима. Основные ткани состоят из живых паренхимных клеток, разнообразных по форме. Клетки обычно тонкостенные, с простыми порами, но иногда их оболочки утолщаются и одревесневают. Основная ткань в противоположность другим очень богата межклеточными пространствами.
Читайте также: Посттравматические изменения мягких тканей
Выделяют несколько видов основной ткани:
· Ассимиляционная паренхима (мякоть листа, зеленые стебли) осуществляет фотосинтез и состоит из тонкостенных живых клеток с большим количеством хлоропластов. Образует столбчатую и губчатую паренхимные ткани.
· Водоносная паренхима. Назначение этой ткани – запасание воды. Крупноклеточная тонкостенная водоносная паренхима имеется в стеблях и листьях растений – суккулентов (кактусы, агавы, алоэ) и растений засолённых местообитаний (солерос). Крупные водоносные клетки встречаются в листьях злаков. В вакуолях клеток водоносной паренхимы есть слизистые вещества, способствующие удержанию влаги.
· Воздухоносная паренхима (аэренхима). Паренхиму со значительно развитыми межклетниками называют аэренхимой. Она хорошо развита в разных органах водных и болотных растений, но встречается и у сухопутных видов. Назначение аэренхимы – снабжение тканей воздухом для обеспечения плавучести растений.
· Запасающая паренхима выполняет функцию хранения и запаса питательных веществ. Обычно сосредоточена в сердцевине многолетних стеблей, в луковицах, клубнях и корневищах, в плодах и семенах. В качестве запасных веществ, откладывающихся в тканях запасающей паренхимы, могут быть крахмал и другие сахара, белки и жиры.
3. Покровная ткань (эпидерма, пробка и корка). Покровные ткани предохраняют органы растения от высыхания, от температурных воздействий, механических повреждений, болезнетворных бактерий и вирусов и других неблагоприятных воздействий окружающей среды. Осуществляют всасывание и выделение воды и других веществ. Через покровные ткани стебля осуществляется газообмен. В эпидерме он происходит через устьица.
· Эпидермис (эпидерма) или кожица,— живая ткань. Представляет собой плотно сомкнутые живые клетки с утолщенными клеточными стенками. Клетки ее содержат цитоплазму, ядро, вакуоли, лейкопласты и нередко — хлоропласты. Эпидерма имеет ряд придаточных образований в виде кутикулы, воскового налета, различных волосков. Покрывает листья, зеленые стебли, части цветка.
· Пробка — вторичная покровная ткань — возникает на месте эпидермы, покрывает стебли и корни многолетних растений. Клетки ее мертвы, пропитаны жироподобным веществом и непроницаемы для воды и газов. Газообмен растения осуществляется через чечевички.
· Комплекс отмерших пробки и основной ткани образует корку (кору) — наружный слой ветвей, стволов и корней старых деревьев.
4. Проводящая ткань (ксилема и флоэма). Обеспечивает проведение ко всем частям растения воды, растворов минеральных солей и органических веществ.
Ксилема, по которой идёт восходящий ток воды и минеральных веществ от корней к стеблям и листьям, образована мёртвыми, разными по величине клетками. Цитоплазмы в них нет, стенки одревеснели и снабжены многочисленными порами. Представляют собой цепочки из прилегающих друг к другу длинных мёртвых водопроводящих клеток. В местах соприкосновения у них имеются поры (рис.4), по которым и передвигаются растворы из клетки в клетку по направлению к листьям. Поры часто окаймлены мембраной, в результате чего ток жидкости в них медленный. Так устроены трахеиды (рис.2). У большинства хвощевидных, плауновидных, папоротниковидных и голосеменных они являются единственными проводящими элементами ксилемы. Благодаря прочным стенкам трахеиды выполняют также механические функции.
У цветковых растений появляются и более совершенные проводящие ткани — сосуды (трахеи) (рис.1). В сосудах поперечные стенки клеток в большей или меньшей степени разрушаются, и представляют собой полые трубки. Таким образом, сосуды — это соединения многих мёртвых трубчатых клеток, называемых члениками. Располагаясь друг над другом, они образуют трубочку. По таким сосудам растворы передвигаются быстро.
Ситовидные трубки (элемент флоэмы (луба)) осуществляют нисходящий ток — передвижение органических веществ (продуктов ассимиляции) от листьев к корням, стеблям и цветкам. Это живые вытянутые клетки, содержащие цитоплазму и лишенные ядер. Их поперечные перегородки пронизаны отверстиями. Ситовидные трубки обычно расположены пучками и следуют параллельно сосудам
8 – клетки лубяной паренхимы.
5. Механические ткани. Основное назначение – обеспечить механическую прочность различным органам растения. Они очень хорошо развиты у растений, растущих в воздушной среде. Состоят из клеток с толстыми стенками, часто одревесневшими. Различают два вида механической ткани – колленхиму и склеренхиму.
· Колленхима, первичная механическая ткань, развита главным образом в растущих стеблях, черешках и листьях двудольных растений. Образована живыми, вытянутыми в длину клетками, часто содержащими хлоропласты. Клеточные стенки неравномерно утолщены.
· Склеренхима – наиболее важная механическая ткань высших растений. Образована клетками с равномерно утолщенными, часто одревесневшими стенками. Живое содержимое отмирает рано, и опорную функцию выполняют мертвые клетки, которые называют волокнами. Различают лубяные волокна (во вторичном приросте луба, или флоэмы) и древесинные волокна (во вторичной древесине, или ксилеме).
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом