Жизнедеятельность растений (питание, дыхание, фотосинтез, листопад)

Питание - процесс жизнедеятельности, благодаря которому на нашей планете происходит круговорот веществ и энергии, связывающий мир минеральный и мир живой. Главное звено в круговороте составляют зеленые растения, способные создавать органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии. По способу питания все организмы, населяющие нашу планету, делят на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы (от греч. autos - "сам", trophe - "пища") - организмы, образующие органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии Солнца или энергии, которая освобождается в химических реакциях. Автотрофами являются растения - водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные, а также некоторые бактерии, которые получают энергию вследствие окисления неорганических соединений. Все остальные живые существа не способны использовать солнечную энергию и синтезировать органические вещества из неорганических. Они относятся к гетеротрофам (от греч. heteros - "другой", trophe - "пища"). Это животные, грибы, большинство бактерий. Они получают энергию за счет окисления органических соединений.

Питание растений - процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие - из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание.

Почвенное питание растений. Почвенной питание у папоротников и семенных растений осуществляется с помощью корня, у мхов - с помощью нитевидных выростов - ризоидов. Водоросли - простоорганизованные растения, не имеющие тканей и живущие в водной среде, поглощают воду и минеральные вещества непосредственно из окружающей среды каждой клеткой.

Транспирация - это физиологический процесс испарения воды растением. Основным органом транспирации является лист. Известно, что растение имеет очень большую листовую поверхность, что облегчает поглощение СО2, улавливание света и это же создает огромную поверхность испарения. Вода испаряется с поверхности листьев и через устьица. Устьица - щели, ограниченные двумя замыкающими клетками. С помощью замыкающих клеток устьица то открываются, то закрываются.

Фотосинтез

Фотосинтез (воздушное питание) - процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) в хлоропластах с использованием энергии света. Функцию воздушного питания выполняет в основном лист, расположенные в его клетках хлоропласты. У некоторых растений воздушное питание происходит в клетках стебля, в которых также имеются хлоропласты, например у кактуса, спаржи. У водорослей, которые не имеют органов, фотосинтез происходит во всех клетках. Лист, как главный орган, где происходит фотосинтез, у большинства растений имеет форму широкой пластинки, что обеспечивает наибольшее соприкосновение с воздушной средой.

Листья так располагаются на стебле, что они почти не затеняют друг друга и хорошо освещаются солнечными лучами. Подобное расположение листьев называют листовой мозаикой. Листовая пластинка у многих растений располагается перпендикулярно к лучам света, что еще более улучшает ее освещение. Внутреннее строение листа также хорошо приспособлено к использованию света. Важнейшая ткань листа, где осуществляется фотосинтез - мезофилл (ассимиляционная ткань). Ее клетки содержат хлоропласты, в которых и происходит фотосинтез. Хлоропласты - важнейшие органоиды растительной клетки. У одних растений они имеют овальную, у других - сильно вытянутую форму, их размеры не превышают 10 мкм. Их число в клетках разных водорослей и высших растений варьирует от 1 до 40 на клетку. Внутреннее строение хлоропластов сложное, при большом увеличении в микроскоп видно множество пластинок, расположенных стопками. Это граны. В гранах хлоропласта расположены ферменты, а также зеленый пигмент хлорофилл. Этот пигмент и обусловливает зеленый цвет растения.

Хлорофилл играет большую роль в фотосинтезе: именно он поглощает солнечный свет и использует его энергию на образование органических веществ. Свет - источник энергии, за счет которой из простых, бедных энергией неорганических веществ образуются сложные, богатые энергией органические вещества. Без хлорофилла фотосинтез в растении не идет, но и без света фотосинтез невозможен, так как нет источника энергии.

В листе находятся жилки, которые представлены сосудисто-волокнистыми пучками. Вверху сосудисто-волокнистого пучка находится ксилема, а снизу флоэма. Внутри пучка расположена механическая ткань, выполняющая опорную функцию. Система разветвленных проводящих пучков обеспечивает снабжение листа водой, минеральными и некоторыми органическими веществами, а также отток образующихся в процессе фотосинтеза веществ в другие органы растения. Устьица эпидермиса, сеть межклетников в мезофилле, тонкие оболочки клеток способствуют проникновению в них, а затем и в хлоропласты СО2. Покрывающий лист эпидермис, клетки которого, за исключением замыкающих клеток устьиц, бесцветные, не содержат хлоропластов, свободно пропускает свет в мезофилл, где происходит фотосинтез.Таким образом, в процессе исторического развития у растений во внешнем и внутреннем строении возникли приспособления, способствующие повышению интенсивности фотосинтеза.

Механизм фотосинтеза и его значение

Первую группу реакций называют световой, вторую - темновой. Соответственно выделяют и две фазы фотосинтеза.

В световую фазу под действием света (фотонов) один из подвижных электронов молекулы хлорофилла переходит на более высокий энергетический уровень или покидает молекулу, которая превращается в сложный ион. Через тысячные доли секунды электрон возвращается обратно. Но за это время в хлоропластах за счет энергии электронов, покинувших под действием света молекулы хлорофилла, происходит синтез АТФ, а также расщепление воды на водород, который захватывается пиридиннуклеотидом НАДФ, переносчиком водорода, и кислород, выделяющийся в атмосферу. Эти процессы и составляют сущность световой фазы фотосинтеза.

В темповую фазу дальнейшие процессы фотосинтеза протекают без непосредственного участия световой энергии: они могут осуществляться как на свету, так и в темноте. В этой фазе используются продукты световой стадии - АТФ и восстановленный переносчик водорода (НАДФ•Н2). Центральное место среди ферментативных реакций темновой фазы занимает реакция восстановления углекислого газа водородом до углеводов. СО2 диффундирует в лист из атмосферы и включается в состав одного из промежуточных соединений. В итоге образуются углеводы - сначала моносахариды, затем дисахариды и полисахариды.

Таким образом, в световую фазу фотосинтеза (она длится 0,00001 сек) световая энергия Солнца преобразуется и запасается в энергии химических связей НАДФ•Н2 и АТФ, а в темновую фазу энергия этих веществ расходуется на синтез углеводов (см. схему "Фазы фотосинтеза").

Фотосинтез - единственный процесс на Земле, идущий в грандиозных масштабах и связанный с превращением энергии солнечного света в энергию химических связей. Эта космическая энергия, запасенная зелеными растениями, составляет основу для жизнедеятельности всех других гетеротрофных организмов на Земле от бактерий до человека.

Дыхание - важнейший физиологический процесс, в результате которого происходит выделение энергии, необходимой для жизнедеятельности растительного организма. При дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ. Установлено, что дыхание животных и растений протекает однотипно, несмотря на отсутствие у растений специальных органов дыхания.

Наиболее простой механизм обмена газами у водорослей, которые не имеют тканей и органов, а воздух непосредственно проникает в каждую клетку. У мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных воздух проходит более сложный путь. Через устьица он поступает в межклетники, которые пронизывают все растения, а оттуда - в клетки. У наземных растений устьица, как правило, расположены на нижней стороне листа, а у живущих в воде - на верхней, так как нижней стороной он лежит на поверхности воды. Поступление воздуха в листья регулируется периодическим открыванием и закрыванием устьиц.

Листопад – это биологическое явление, обусловленное жизнедеятельностью растений и их развитием. Листопаду предшествует старение листа, при котором замедляются важные процессы. Питательные минеральные и органические вещества оттекают из листа с наступлением листопада, старые листья опадают. У многих деревьев листопад сопровождается изменением окраски листьев. Это доказывает, что в листе наряду с хлорофиллом есть пигменты желтого цвета – ксантофилл. Листопад – это приспособление растений к условиям существования, когда уменьшается световой день, понижается температура воздуха и почвы. Опадание листьев до наступления зимы предотвращает у растений физиологическую засуху, так как оставшиеся листья испаряли бы воду, которая не может в достаточном количестве поступить в корни. На месте опавшего листа остается листовой рубец, который защищает ткани стебля. Различают листопадные( каждый год опадают) и вечнозеленые растения( тоже ест ь листопад, но на месте опавшего образуется новый зеленый лист).

9. Способы размножения растений.

Одно из обязательных свойств живых организмов – воспроизведение потомства ( размножение). Размножение связано с последующим расселением растений. Формы размножения растений можно разделить на 2 вида: половое и бесполое. Бесполое размножение осуществляется с помощью специализированных клеток- спор. Они образуются в органах бесполого размножения – спорангиях в результате митотического деления. Спора при своем прорастании воспроизводит новую особь, сходную с материнской , за исключением спор семенных растений. Бесполое размножение осуществляется без участия половых клеток, с помощью спор, которые формируются в специальных органах – спорангиях или зооспорангиях. Внутри спорангия происходит редукционное деление, и наружу высыпаются одноклеточные споры, или зооспоры( со жгутиками). Большинство низших растение размножаются спорами ( водоросли), из высших споровых- моховидные, плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные. Размножение растений с помощью вегетативных органов( частью побега, листом и корнем) или делением одноклеточных водорослей пополам называется вегетативным. Оно широко используется в сельском хозяйстве, особенно при размножении сортового материала, где необходимо сохранить материнские признаки сорта. Так многие культуры хорошо размножаются с помощью одревесневших и зеленых черенков(облепиха); другие плодовые( яблоня); прививкой сортовых черенков в крону дикорастущих сеянцев. Луковичные растения размножаются с помощью луковиц(тюльпан),корневищами(ландыш),корнеклубнями ( георгины). Половое размножение осуществляется специальными половыми клетками – гаметами. Гаметы образуются в результате мейоза, они бывают мужскими и женскими. В результате их слияния появляется зигота, из которой в дальнейшем развивается новый организм. Растения различаются типами гамет. Если мужские и женские гаметы морфологически сходны-это изогаметы(пол процесс-изогамия).Если женская гамета несколько крупнее и менее подвижна, то это гетерогаметы (пол процесс-гетерогамия).Если женские гаметы довольно крупные и не подвижные, а мужские мелкие и активные, то женские – яйцеклетки, а гаметангий, в котором образуется яйцеклетка у низших растений – оогоний, а у высших – архегонием. Мужские гаметы – сперматозоиды-обладают жгутиками. Если утратили жгутики, то это спермии. Там где образуются мужские гаметы называется антеридиями. Большинство растений обладают всеми способами размножения, для многих характерно чередование бесполого и полового типа размножений. На бесполом поколении в спорофите , или диплобионите(2n), в результате созревания спор, а затем деления образуются споры(n) , а на половом поколении - гаметофите - женские и мужские гаметы(n)образуют зиготу(2n). Из неё опять вырастет спорофит.

Чередование фаз развития. Наиболее примитивный цикл развития у мхов. Только у них среди высших растений можно видеть самостоятельный гаметофит. У плаунов, хвощей и папоротников преобладает спорофит, а гаметофит представлен заростком(слоевищем). Специфика жизненного цикла голосеменных выражена в строении семязачатка и превращение его в семя. Мегаспора этих растений полностью утратила функцию зачатка размножения. Мужской гаметофит(пыльца) в условиях отсутствия водной среды приобретает новое значение: с помощью пыльцевой трубки доставляет гаметы к яйцеклетке. Смена поколений спорофита и гаметофита у голосеменных оч отличается, так как половое поколение- мужской гаметофит( пыльцевое зерно) и женский гаметофит(первичный эндосперм)- заключен в тканях спорофита и полностью зависят от него.

Жизненный цикл у покрытосеменных существенно отличается. Женский гаметофит сильнее редуцирован, чем гаметофит голосеменных. Это зародышевой мешок. Архегонии отсутствуют. Оплодотворение двойное . Эндосперм триплоидный. Таким образом, у покрытосеменных мужской и женский гаметофит редуцированы ещё больше – до нескольких клеток, находящихся в тканях цветка.

10.Цветок. Строение цветка и его функции. Формулы и диаграммы.

Цветок – высшее достижение эволюции полового размножения в мире растений. Его производные - семя и плод. Цветок – это целая система органов .Функции цветка разнообразны. На разных стадиях развития в нём образуются микро - и мегоспоры, происходят опыление, сложный процесс оплодотворения , формирование зародыша и образование плода.

Части цветка: Цветок заканчивает побег или боковые побеги. Часть стебля под цветком – цветоножка. Она может быть укороченной или совсем отсутствует и тогда цветок называют сидячим. Цветоножка переходит в цветоложе. Форма цветоложа разнообразна: удлиненная(гравилат), выпуклая( лютик ядовитый), плоская( ромашка), вогнутая( шиповник). В узлах цветоложа расположены все части цветка: стерильные( чашелистики и лепестки) и спороносные( андроцей и генецей).Андроцей – это совокупность мужских органов цветка(тычинок), гинецей - совокупность женских органов цветка(плодолистиков).

Чашелистики и лепестки вместе составляют околоцветник. Чашелистики защищают цветок ещё в бутоне, цвет их чаще всего зеленый. Совокупность чашелистиков составляют чашечку. Иногда чашелистики срастаются и образуют сростнолистную чашечку. Лепестки играют иную роль, чем чашелистики. Они привлекают опылителей и содействуют успешному опылению. Они происходят от тычинок( кувшинка).

Совокупности лепестков составляет венчик.( К.Линней). У некоторых цветковых растений венчик недоразвит или отсутствует, что связано с приспособлением к самоопыление или ветроопылению. Лепестки могут срастаться, образуя сростнолепестный венчик (пасленовые) и раздельнолепестный венчик(лук, капуста). Окраска лепестков зависит от хромопластов ( у лютиков) или пигментов клеточного сока. Белые лепестки у вишни, яблони, кувшинки обусловлен отсутствием пигментов и наличием пузырьков воздуха под покровной тканью. Важное значение для характеристики и определения видов имеет взаиморасположение лепестков. Если в цветке есть и чашечка и венчик, то околоцветник называют двойным( вишня,колокольчик). Простой чашечковидный околоцветник чаще зеленого цвета(щавель). Простой венчиковидный околоцветник имеет ярко окрашенные лепестки. Иногда околоцветник совсем отсутствует, цветки называются голыми( ива). Андроцей цветка представлен тычинками. Тычинки – мужские половые органы – образуют большое количество микроспор- пыльцу. Тычинка имеет тычиночную нить, пыльник, состоящий из 2 половинок. В каждой половинке находиться по 2 микроспорангия, которые называют пыльцевыми мешками. Совокупность тычинок в цветке называют андроцеем. Форма тычинок разнообразна. Длина их даже у одного вида растений может быть разной.

Гинецей – это совокупность плодолистиков, производящих семязачатки. Плодолистики, срастаясь, образуют один или несколько пестиков. Пестик состоит из завязи – вместилища семязачатков и развивающихся из них семян, столбика и рыльца, где удавливается и прорастает пыльца. Пестик, образовавшийся из одного плодолистика, называют простым, из 2 и более –сложным. Гинецей, состоящий из одного простого пестика , называют монокарпным. Апокарпный гинецей состоит из 2 и более простых пестиков. Плодолистики могут срастаться, в результате гинецей- ценокарпный. Верхняя завязь лежит свободно на цветоложе( лютик), но может быть погружена в цветоложе(шиповник). Цветок с верхней завязью называют подпестичным. Нижняя завязь срастается с другими частями цветка. Цветки называются надпестичными. ГИПАНТИЙ – особая бокальчатая структура,образованная в результате срастания нижних частей покрова и андроцея. В цветках однодольных и двудольных растений имеются особые желёзки – нектаринки, выделяющие сахаристую жидкость – нектар.

Цветки бывают обоеполые и раздельнополые. Цветки, имеющие только тычинки называют тычиночными( мужскими), а цветки, имеющие только пестики- пестичными(женскими). Различают растения, у которых на одном экземпляре развиваются отдельно тычиночные или пестичные цветки – однодомные(кукуруза, береза, дуб). У Двудомных пестичные и тычиночные цветки находятся на разных экземплярах( конопля). Если на растение развиваются и такие и другие, то их называют полигамными. У многих цветковых растений цветок актиноморфный( правильный), так как через его полость можно провести более одной симметрии(гвоздика, тюльпан). Через плоскость зигоморфных( неправильных) цветков можно провести только одну ось симметрии( бобовые). Существуют ещё асимметричные цветки( конский каштан).

Строение цветка можно выразить формулой, с помощью буквенных обозначений. Так формула включает следующие знаки: Ca — чашечка (calyx); Co — венчик (corolla); P — простой околоцветник (perigonium), * - актиноморфный , - зигоморфный ; A — тычинки (андроцей) (androceum); G — пестик, плодолистики (гинецей)

В начале формулы может быть указан знак пола цветка:

· — цветок мужской (содержит только тычинки);

· — цветок женский (содержит только плодолистики);

· — цветок обоеполый.

Далее указывается знак симметрии цветка:

· — у цветка есть несколько плоскостей симметрии (правильный, или актиноморфный цветок);

· — у цветка есть только одна плоскость симметрии (неправильный, или зигоморфный цветок);

В формуле отражается и положение завязи: Нижняя завязь – над цифрой, указывающий кол-во завязей. Верхняя – под цифрой.

Ещё более полное представление о цветке дает диаграмма, которая представляет собой проекцию цветка на плоскость, т.е расположение цветка.

Пример:

( Яблоня)

Поиск по сайту: