Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Основные функции корня



§ Поглощение воды и минеральных веществ.Поступление почвенного раствора в корень происходит через корневые волоски. Волоски активно воздействуют на содержимое почвы, выделяя различные вещества, облегчающие избирательное поглощение ионов из почвы. Так как концентрация минеральных веществ в клеточном соке выше, чем в почвенном растворе, вода с растворенными в ней минеральными солями в виде ионов поступает в корневые волоски. Роль насоса в корневом волоске выполняют вакуоли, в которых создается более высокая концентрация солей, чем в почве. Поступление минеральных солей в корень происходит за счет активного транспорта анионов и катионов, которые входят в состав мембран с использованием энергии АТФ. При этом может происходить обмен ионами между почвой и корнями. Поскольку концентрация клеточного сока в вакуоли выше концентрации раствора почвы, то вода в процессе диффузии устремляется внутрь клетки. Из корневых волосков вода по такому же принципу передвигается в клетки паренхимы коры и через пропускные клетки эндодермы поступают в сосуды. Сила, движущая поток воды к сосудам и во все органы, называется корневым давлением. Согласно гидростатическим законам величина тургорного давления (Т) во всех частях клетки одинакова, поэтому всасывающая сила (S) больше в той части, где больше осмотическое давление (Р). Этот закон можно выразить в виде формулы:

S = Р - T, где S - всасывающая сила; Р - осмотическое давление; Т - тургорное давление.

Обратному току жидкости препятствуют клетки эндодермы с плотными оболочками, которые не пропускают назад в почву вещества, растворенные в воде, создавая высокую концентрацию клеточного сока в центральном цилиндре. Таким образом, продвижению воды и растворенных в ней солей способствует сосущая сила корневых волосков, корневое давление, сила сцепления между молекулами воды и стенками сосудов, а также сосущая сила листьев, которые, постоянно испаряя воду, притягивают ее из корней.

§ Второй главной функцией корня является укрепление растений в почве,которое происходит благодаря ветвлению главного корня. Разветвление главного корня называют боковыми корнями. Они закладываются (эндогенно) в перицикле и через первичную кору выходят наружу. По мере роста главного корня появляются боковые корни первого порядка, которые в дальнейшем разветвляются и образуют корни второго порядка, а из них формируются корни третьего порядка и т.д. Ветвление корня способствует укреплению растения в почве и увеличению поглощающей поверхности корня. Из других функций корня можно назвать следующие.

§ Синтез органических веществ.

§ Запас питательных веществ, такие корни сильно утолщаются и выполняю функцию запаса питательных веществ.

§ За счет корней происходит связь растений с бактериями и грибами.Корень выделяет в почву различные вещества и вступает в симбиоз с грибами и бактериями.

§ С помощью корней осуществляется вегетативное размножение.

Дыхание корня имеет большое значение для нормального функционирования растения. Совокупность процессов, обеспечивающих поступление в растение кислорода и удаление диоксида углерода, а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности растения, составляет дыхание. Энергия дыхания необходима для поступления, транспорта и синтеза веществ. Из органических соединений, поступающих из листьев и минеральных солей из почвы, в клетках корня синтезируются многие жизненно важные вещества: аминокислоты, ферменты и фитогормоны и т.д. Образующаяся при дыхании углекислота участвует в обмене и поступлении веществ в корень. Корни многих дикорастущих растений способны переносить анаэробные (бескислородные) условия. Большинство культурных растений - аэробы и дыханию у них предшествует гидролиз (превращение полимеров в мономеры) и окисление органических веществ. Дыхание - многоступенчатый процесс. При дыхании в клетках происходит окисление кислородом ряда веществ (главным образом углеводов) и освобождается энергия, необходимая растениям для роста, движения протоплазмы, передвижения веществ. Дыхание – процесс, противоположный фотосинтезу. При фотосинтезе растение поглощает углекислоту и воду и образует сахара. При дыхании сахара окисляются, и образуется углекислота и вода:

фотосинтез

6(СО22О) С6Н12О6+6О2

дыхание

При окислении одной грамм-молекулы сахара в процессе дыхания освобождается 674 ккал энергии. Освободившаяся энергия расходуется на разнообразные биохимические и физические процессы: синтез органических веществ, передвижение и поглощение растворов, рост и движение органов. Часть освободившейся при дыхании энергии растение выделяет в виде тепла. Особенно энергично дыхание идет в точках роста корня. Увеличение количества кислорода в воздухе, так же, как некоторое уменьшение содержания его, на интенсивности дыхания не отражается, и лишь уменьшение содержания кислорода в воздухе в 10-20 раз против нормального ослабляет дыхание. Корень осуществляет свои функции по обеспечению растения питательными веществами только при достаточном количестве воздуха в почве. Поэтому, выращивая растения, надо следить, чтобы к корням постоянно поступал свежий воздух. Для этого почву регулярно рыхлят культиваторами или мотыгами. Рыхление почвы, кроме того, помогает сохранить влагу на сухих участках. При подсыхании почвы на ее поверхности образуется корка: она способствует быстрому испарению воды. Во время рыхления корка разрушается и в поверхностном слое сохраняется влага. Вода перестает испаряться из более глубоких слоев почвы. Недаром рыхление иногда называют «сухой поливкой». Говорят так: «Лучше один раз хорошо взрыхлить, чем два раза плохо полить». У ряда тропических болотных растений (мангровый лес) в процессе эволюции развиваются дыхательные корни. Они поднимаются вертикально вверх, на их поверхности имеются отверстия, через которые воздух поступает в корни, а затем в части растения, погруженные в болотистую почву.

Почва - это материнская (почвообразующая) порода, обработанная совместным действием климата, растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способная давать урожай растений. Основным свойством почвы является плодородность - способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле для их нормальной жизнедеятельности и создания урожая. Почва отличается от горных пород, песка или глины наличием гумуса. Плодородие почвы зависит главным образом от структуры почвы и запасов гумуса. Способность почвы образовывать комочки различной величины и формы называют структурностью почвы, а сами комочки - структурой. В зависимости от наличия структурных элементов почвы бывают структурные и бесструктурные. Хорошо оструктуренная почва обеспечивает благоприятные водно-воздушные ее свойства. В состав почвы входят песок, глина и другие нерастворимые минеральные вещества, а также и растворимые минеральные вещества и перегной. В почве содержатся также воздух и вода.

Гумус (перегной) - сложный комплекс органических веществ, образующийся в почве при разложении растительных и животных остатков. Чем толще верхний слой почвы, содержащий гумус, тем она плодороднее. Наиболее плодородными являются богатые гумусом черноземы и темные луговые почвы пойм рек. Подзолистые, глинистые и песчаные почвы не обладают структурой и бедны гумусом, поэтому менее плодородны.

В зависимости от содержания в почве мелких (глинистых) или более крупных (песчаных) частиц, почвы делятся на легкие песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые.

От плодородия почвы зависит урожайность возделываемых культур. Обрабатываемые земли - результат сложных естественных процессов труда многих поколений людей. Одни воздействия человека на почву приводят к повышению их плодородия, другие - к ухудшению, деградации и гибели. К особо опасным последствиям влияния человека на почву следует отнести эрозию, загрязнение чужеродными химическими веществами, засоление, заболачивание, изъятие почв под различные сооружения (транспортные магистрали, водохранилища). Уменьшение площадей плодородных почв происходит во много раз быстрее, чем их образование. Охрана почв должна носить природоохранительный, ресурсосберегающий характер и предусматривать их сохранение. Для обеспечения рационального использования земель в России ведётся Государственный земельный кадастр, который содержит информацию о землях всех категорий. Кадастр принят в 2001 году, он осуществляет следующие основные мероприятия:

1) осуществляет контроль за использованием и охраной земель;

2) ведёт мониторинг земель;

3) выявляет загрязнённые и деградированные земли, подготавливает предложения по их восстановлению и консервации.

Большое значение имеет внедрение почвозащитной бесплужной обработки, которая замедляет нитрофикационные процессы в почве, уменьшает пестицидную нагрузку, уменьшает содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции, а также ускоряет восстановительные процессы гумификации органического вещества.

Мониторинг земель – система наблюдений за состоянием земельного фонда для своевременного выявления и оценки изменений, предупреждения и устранения последствий негативных процессов. Мониторинг земель утверждён в 1992 году и является составной частью мониторинга окружающей среды.

В нашей стране принят Закон о земле. Он предусматривает меры по повышению плодородия почвы и ее охране. Неправильное использование почвы, несоблюдение правил выращивания сельскохозяйственных культур может привести к разрушению структуры почвы, эрозии почвы, засолению и заболачиванию ее. Все это ухудшает плодородие почвы, снижает урожай. Вот почему важно проводить мелиорацию (улучшение) земель.

Удобрения.Растительные организмы состоят из органических и неорганических веществ, в состав которых входят различные химические элементы. Для нормального развития растения корни должны доставлять из почвы воду и минеральные соли, макроэлементы (Р, N, K, Ca, Mg, Fe) и микроэлементы
(B, Cu, Mn, Zn, Mo). Известно, что азот входит в состав аминокислот, белков, АТФ, АДФ, витаминов, ферментов. Недостаток его задерживает рост растений. Фосфор входит в состав АТФ и АДФ, аминокислот, ферментов; калий оказывает влияние на состояние цитоплазмы, осмотическое давление клеточного сока, а также влияет на рост растений. Большое значение для жизни растений имеют макро- и микроэлементы. Каждый из элементов имеет индивидуальное значение и не может быть заменен другим. При недостатке или избытке в почве любого минерального элемента происходят различные нарушения процессов жизнедеятельности у растений. Так, при фосфорном голодании у растений наблюдается подавление синтеза и распад ранее образовавшихся белков. Отсутствие калия прекращает рост растений, так как нарушается обмен белков и углеводов. На недостаток железа указывает бледно-зеленый или бледно-желтый цвет, обусловленный недостаточным образованием хлорофилла. Минеральные соли, содержащие как макро-, так и микроэлементы образуются в почве после минерализации органических веществ, растворения минералов, поглощения почвой некоторых элементов из атмосферы. Макро- и микроэлементы находятся в плодородном слое почвы в составе различных соединений. Все вышеперечисленные элементы есть в почве, но иногда в недостаточном количестве. Ежегодно растения выносят из почвы питательные вещества, почва истощается, что снижает урожайность сельскохозяйственных растений. Для улучшения минерального питания в почву вносятся удобрения. Применяя удобрения, человек активно вмешивается в круговорот веществ в природе, создает баланс питательных веществ в почве. Удобрения вносят в почву в определенных дозах, в определенные сроки, что улучшает качество почвы и питание растений.

Различают органические, минеральные, смешанные, зеленые, бактериальные удобрения.

Органические удобрения (навоз, торф, птичий помет, навозная жижа, сапропель и др.). Они содержат питательные вещества в форме органических соединений растительного и животного происхождения. Органические удобрения вносят в почву заблаговременно, обычно осенью, так как они разлагаются медленно и длительное время могут обеспечивать растения элементами минерального питания. Органические удобрения являются полными, они содержат как макро-, так и микроэлементы. Кроме того, они улучшают физические свойства почвы: повышают ее структурность, увеличивают водопроницаемость, водоудерживающую способность, улучшают аэрацию, тепловой режим, активизируют деятельность населяющих почву микроорганизмов.

Минеральные удобрения чаще всего содержат один или два элемента питания, реже - больше, тогда их называют комплексными. Минеральные удобрения легче и быстрее, чем органические, разлагаются в почве.

В зависимости от содержания минеральных веществ различают азотные, фосфорные и калийные минеральные удобрения.

К азотным удобрениям относятся: нитраты - калиевая, кальциевая и натриевая селитры (азот в форме NO аммоний).

К калийным удобрениям относятся: калийные соли (сильвинит, каинит, карналлит); концентрированные калийные удобрения (хлористый калий, сульфат калия и др.).

Фосфорные удобрения - суперфосфат, фосфоритная мука, томасшлак. К смешанным удобрениям относятся органоминеральные - гуматы, гумоаммофосы, нитрогуматы, смеси органических и минеральных удобрений, часто компостированные или изготовленные в виде гранул. В основном это продукты химической обработки органических веществ (торф), аммиаком, азотной или фосфорной кислотой.

Минеральные удобрения вносятся в почву в строго определенной дозе и в определенные сроки. Каждое минеральное удобрение имеет свои специфические особенности. Поэтому весной в период роста растению необходим азот, так как он способствует накоплению вегетативной массы, увеличению хлорофилла и фотосинтезу. К моменту бутонизации и цветения возрастает потребность в фосфоре и калии, так как фосфор, калий и магний влияют на построение новых клеток в эмбриональных тканях (семя). На образование семян и плодов особенно благоприятно влияет калий. Учитывая различную потребность растений в элементах минерального питания в различные фазы развития, удобрения вносят не только перед посевом, но и в период вегетации в виде подкормок, иногда при посеве в рядки. В последнее время распространяется метод внекорневой подкормки, когда жидкие удобрения разбрызгивают непосредственно на растения, часто с самолетов. Растворенные питательные вещества поглощаются листьями. Особенно удобен этот метод для применения микроэлементов, так как достигается равномерное попадание растворов на листья растений и более экономичное использование дефицитных удобрений.

Зеленые удобрения. На площадях, требующих органических удобрений, выращивают такие культуры, как люпин, сераделла, люцерна, горох, клевер, гречиха, горчица и др. В период наибольшей зеленой массы их запахивают. При разложении растений в почве образуются органические вещества.

Бактериальные удобрения. К ним относится нитрагин. Его вносят при посеве семян бобовых растений. Для разных культур используют специфические формы нитрагина, так как расы клубеньковых бактерий, которые развиваются на корнях одного вида, не могут жить на корнях других видов. Азотобактерин, содержащий культуру азотобактера, - специфический для отдельных видов культурных растений. Фосфоробактерин - препарат, содержащий бактерии, которые минерализуют органические соединения фосфорной кислоты. В качестве микроудобрений применяют борные, медные, марганцевые, молибденовые, цинковые и кобальтовые соединения.

Дозы внесения органических и минеральных удобрений зависят от содержания питательных веществ в почве и индивидуальных потребностей растения. Излишнее количество удобрения в почве так же вредно, как и недостаток. Нерациональное применение удобрений наносит серьезный вред не только растениям, но и почве и в конечном счете может привести к повышению кислотности, засолению, а следовательно, и к потере плодородия. Избыточно внесенные удобрения накапливаются в сельскохозяйственной продукции и оказывают вредное действие на организм человека.

Значение обработки почвы. Обработка почвы – это механическое воздействие на почву рабочими органами машин или орудий, обеспечивающими создание наилучших условий для возделывания культур.

Основными задачами обработки почвы являются:

§ Изменение строения пахотного слоя почвы и ее структурного состояния для создания благоприятных водно-воздушного и теплового режимов.

§ Усиление круговорота питательных веществ путем извлечения их из более глубоких горизонтов почвы и воздействия в необходимом направлении на микробиологические процессы.

§ Уничтожение сорных растений путем провоцирования их прорастания, уничтожения всходов, подрезания отпрысков и выворачивания корневищ на поверхность.

§ Заделка жнивья и удобрений.

§ Уничтожение вредителей и возбудителей болезней культурных растений, гнездящихся в растительных остатках или в верхних слоях почвы.

§ Коренное улучшение подзолистых и солонцеватых почв глубокой обработкой.

§ Борьба с водной и ветровой эрозией.

§ Подготовка почв к посеву и уход за растениями: выравнивание и уплотнение поверхности почвы или, наоборот, создание гребнистой поверхности, окучивание растений и т.п.

§ Уничтожение многолетней растительности при обработке целинных и залежных земель, а также пласта сеяных многолетних трав.

Корни многих дикорастущих растений способны переносить анаэробные (бескислородные) условия. Большинство культурных растений – аэробы, и дыханию у них предшествует гидролиз (превращение полимеров в мономеры) и бескислородное окисление органических веществ. Перед посевом культурных растений производят обязательно вспашку на глубину 22-25 см или перекопку. Вспашка – прием обработки почвы, обеспечивающий оборачивание и рыхление обрабатываемого слоя почвы, а также подрезание подземной части растений, заделку удобрений и пожнивных остатков. Это агротехническое мероприятие проводят осенью или ранней весной, перед посевом производят боронование, культивацию (глубокое рыхление) с целью улучшения газообмена в почве. После появления всходов и на протяжении всего вегетационного периода уход за растениями заключается в рыхлении почвы (культивация), внесении удобрений (подкормка) и поливе. Рыхление обеспечивает доступ к корням и микрофлоре почвы кислорода; удобрения, особенно органические, улучшают структуру почвы и почвенное питание. Полив восполняет недостаток воды в жизни растений. Вода, испаряясь, предотвращает перегревание растений, обеспечивает передвижение по растению веществ, поддерживает тургор. При недостатке воды тургор у растений падает и происходит увядание. Поэтому в зоне недостаточного увлажнения проводят полив растений. После полива обязательно необходимо провести рыхление, так как вода вытесняет кислород из почвы. При повышении температуры воздуха на почве образуется корка и происходит сильное испарение воды в результате капиллярности почвы. Чтобы уменьшить испарение, необходимо нарушить капиллярность. Это достигается только рыхлением. Рыхление называют сухим поливом.

Корнеплоды и их использование человеком.В результате длительного процесса эволюции в связи с выполнением специализированных функций типичный главный корень видоизменился в корнеплод. Корнеплод формируется из главного корня благодаря отложению в нем большого количества запасных питательных веществ. Корнеплод представляет собой утолщенный, сочный, мясистый главный корень. У корнеплода различают три составные части: головку, шейку и собственно корень. Головкой корнеплода называют верхнюю часть, которая несет листья и листовые почки. С морфологической точки зрения, головка корнеплода - это укороченный стебель, на нем развивается большое количество листьев. Под головкой расположена шейка корнеплода, она гладкая, не несет на себе ни листьев, ни корней. Головка и шейка - это разросшееся подсемядольное колено (т.е. оно тоже стеблевого происхождения). И только нижняя часть корнеплода является собственно корнем. Корнеплоды образуются у двулетних растений (свекла, морковь, брюква, репа, редька и т.д.). В первый год жизни накапливаются питательные вещества, весной 2-го года корнеплоды высаживают в почву, и они образуют репродуктивные органы - цветки и плоды. Корнеплоды сахарной свеклы являются техническим сырьем для сахарной промышленности, так как они содержат 14-20% углеводов. Корнеплоды брюквы, репы, редьки, моркови, столовой свеклы являются необходимыми продуктами питания и используются как лекарственные растения. Корнеплоды кормовой свеклы используются на корм скоту.

Корневые клубни или корневые шишки представляют мясистые утолщения боковых корней, а также придаточных корней. В корнеклубнях могут накапливаться запасные вещества, преимущественно углеводы, крахмал, инулин. Корнеклубни образуются у орхидей, чистяка, георгины, земляной груши.

ПОБЕГ

Побег - орган высших растений, состоящий из стебля с расположенными на нем листьями и почками. Главная функция побега – фотосинтез. В процессе развития побег формируется как единый орган из почечки семени, а затем из образовательной ткани конуса нарастания. Характерная особенность побега метамерность, т.е. расчленение его оси на сходные участки - узлы с листом и почкой или почками и лежащими под ними междоузлиями. Узлы и междоузлия, стебель, листья, почки - структурные элементы побега.

Рис. 17. Стебель:

а, б – платана восточного (а – удлиненный, б – укороченный); в – многолетний укороченный побег яблони (кольчатка); 1 – междоузлие; 2 – годичные приросты.

 

Почка. Почка представляет собой зачаточный еще неразвившийся побег, все части которого сильно сближены. Почка состоит из зачаточного стебелька, окруженного зачатками листьев, а в пазухах зачаточных листьев заложены зачаточные боковые почки в виде бугорков. Почки покрыты чешуйками (видоизмененными листьями), которые предохраняют их от низких зимних температур. Чешуи почек часто бывают покрыты волосками, слоем кутикулы, а иногда и смолистыми выделениями, которые плотно склеивают почечные чешуи и тем самым предохраняют почки от вымерзания и высыхания. Почки обеспечивают длительное нарастание побега и его ветвление. Вершина стебелька, находящаяся в почке называется конусом нарастания. Состоит она из меримастической ткани, клетки которой, делясь, образуют ряд слоев однородных клеток. Различают почки боковые и верхушечные. Верхушечные почки располагаются на верхушках стебля и его боковых ответвлениях. Боковые почки могут быть пазушными и придаточными. Пазушные почки располагаются по одной в пазухе листа. У некоторых растений возникает не одна, а несколько почек. Они могут располагаться одна над другой или находиться рядом. Верхушечная и боковые пазушные почки образуются из меристемы конуса нарастания и различаются лишь по местоположению. У деревьев и кустарников пазушные почки бывают ростовыми (вегетативными) с зачатками листьев и стебля и цветочными с зачатками цветков или соцветий. Некоторые пазушные почки могут оставаться в состоянии покоя неопределенно долго. Это "спящие почки". Они начинают функционировать при повреждении верхушечной почки и других повреждениях стебля.

Придаточные почки – могут располагаться в любом месте междоузлия стебля. Они образуются из камбия в нижних частях стеблей, из поверхностных слоев паренхимы в верхней части стебля.

Развитие побега.Рост стебля в высоту обеспечивает верхушечная почка, или почка зародыша семени. Клетки образовательной ткани конуса нарастания постоянно делятся. В процессе деления образуются новые зачатки листьев и почек. За делением следует рост клеток, что влечет за собой удлинение междоузлий и в целом стебля. В развитии побега различают два периода: почечный - закладка элементов будущего побега, и внепочечный - развертывание и рост заложенных в почке структур будущего побега.

По мере удаления от конуса нарастания способность клеток к делению падает, и начинается их дифференцировка с образованием тканей. Возможен другой способ роста стебля: вставочный или интеркалярный. В этом случае образовательная ткань разделена участками неделящихся клеток. Располагается она обычно у основания междоузлий. Такой рост характерен для злаковых.

Рост побега весной начинается с увеличения размеров почек и заложенных в них зачатков стебля и листьев. Почечные чешуйки раздвигаются, опадают, и появляется молодой побег. На самой верхушке конуса нарастания находится верхушечная меристема, которая обеспечивает постоянный рост побега в длину и формирование всех его частей и тканей. Завершается рост побега образованием цветка, соцветия или верхушечной почки.

Стебель - представляет собой осевую часть побега, обладает неограниченным ростом - растет в течение всей жизни растения. Функции стебля:

1) стебель обеспечивает передвижение воды с минеральными веществами от корня вверх и органических веществ от листьев ко всем органам;

2) стебель принимает участие в формировании кроны;

3) является местом отложения запасных питательных веществ;

4) служит для вегетативного размножения;

5) выполняет защитную функцию.

На стебле формируются составные части побега. Узлом называется место прикрепления листа к стеблю. Стеблевой узел обычно имеет некоторое утолщение, особенно хорошо это заметно у злаков (пшеница, бамбук). Участки стебля между двумя соседними узлами называются междоузлиями. Длина междоузлий бывает неодинаковой, как у различных растений, так и на стебле одного растения в зависимости от места расположения. У многих травянистых растений стеблевые междоузлия имеются под землей (одуванчик, маргаритка). Такие растения развивают большое количество густо расположенных листьев, которые образуют на поверхности почвы прикорневую розетку (одуванчик, подорожник). Угол, который образован стеблем и отходящим от него листом называется пазухой листа.

Ветвление стебля (побега). Очень немногие растения имеют неветвящийся стебель. У большинства растений стебель ветвится, в результате чего увеличивается поверхность растения, а следовательно, и его листовая масса. Существует 4 типа ветвления стеблей растений: дихотомическое, моноподиальное, симподиальное и ложнодихотомическое.

Дихотомическое ветвление - является основной первичной формой ветвления растений, от которой возникли остальные. Характеризуется тем, что на верхушке стебля формируются две почки, которые при разрастании образуют две одинаковые ветви в виде вилки. Каждая из этих ветвей продолжает ветвиться таким же способом. Такой тип ветвления характерен для мхов, плаунов, папоротников.

 

 

Рис. 18. Ветвление:

А – моноподиальное (а – схема, б – ветка сосны); Б – симподиальное (в – схема, г – ветка черёмухи); В – ложнодихотомическое (д – схема, е – ветка сирени);
1-4 – оси первого и последующих порядков.

 

Моноподиальное ветвление характеризуется неограниченным верхушечным ростом побега; свойственно растениям, у которых на верхушке побега находится одна почка. Эта почка служит для продолжения роста главного побега (оси), а боковые ветви первого порядка формируются за счет боковых почек, причем боковые ветви не перерастают главный побег (хвойные - ель, сосна, пихта и т.д.).

Симподильное ветвление отличается ранним прекращением верхушечного роста, при этом верхушечная почка отмирает. Вместо нее развивается боковая почка, которая отодвигает главную ось несколько в сторону, а сформировавшийся из этой почки побег дает продолжение основному стеблю. Характерно для древесных - яблоня, груша, персик и т.д., из травянистых - картофель, хлопчатник и др. Характер ветвления определяет внешний вид растения, его габитус.

При ложнодихотомическом ветвлении рост верхушки на главной оси прекращается, и под ней формируются две почки, из которых развиваются более или менее одинаковые ветви, а между ними заметна отмершая верхушечная почка (сирень, каштан). Оно возникает при супротивном расположении листьев, а следовательно, и почек.

Формирование кроны. У разветвленного растения главный стебель называют осью первого порядка, развившиеся из него пазушные почки боковых ветвей – есть оси второго порядка, из них образуются оси третьего порядка и т.д. На деревьях может быть до 20 таких осей. Разветвленная надземная часть дерева называется кроной.

Формирование кроны основано на знании закономерностей развития побега. Удаление конуса нарастания вызывает прекращение роста стебля в длину и усиленный рост боковых почек, т.е. ветвление. Это используют специалисты при озеленении городов и формировании кроны фруктовых деревьев. По форме кроны бывают шаровидные (клен остролистный), пирамидальные (тополь), колоновидные (кипарис) и др. Кроны плодовых и декоративных деревьев формируют обрезкой с учетом их природных особенностей. Овощеводы используют эти данные при выращивании овощей: на боковых побегах огурцов больше формируется женских цветков, чем на главных. При выращивании цветов (розы) удаление боковых цветочных побегов вызывает увеличение размеров главного побега и развивающегося на нем цветка.

Внутреннее строение древесного стебля в связи с его функциями. Рост стебля в толщину. Образование годичных колец.Для древесного стебля характерной особенностью является способность неопределенно долго расти в толщину, давая прирост каждый вегетационный период. Анатомические особенности заключаются в образовании на его поверхности перидермы (вторичной покровной ткани), которая сменяет эпидермис, и появления четко выраженных годичных колец в древесине. В древесном стебле обычно выделяют кору, камбий, древесину и сердцевину.

В состав коры входят все ткани, расположенные к поверхности от камбия. Наружные слои коры представлены перидермой, состоящей из пробки, пробкового камбия и феллодермы. Иногда на поверхности пробки сохраняются остатки эпидермиса. За перидермой расположены элементы первичной коры, возникающие в результате дифференциации первичной образовательной ткани конуса нарастания. К ней относится пластинчатая колленхима, клетки основной ткани, эндодерма, которая содержит крахмальные зерна. За эндодермой располагается перициклическая склеренхима - это одревесневшие склеренхимные волокна. За перициклической склеренхимой начинается флоэма или вторичная кора. В ней выделяют мягкий луб и твердый луб. Мягкий луб представлен ситовидными трубками с клетками-спутницами и флоэмной паренхимой, а твердый луб - вторичными склеренхимными волокнами. Они возникают в результате деятельности и дифференциации клеток камбия. Камбий откладывает попеременно то элементы мягкого, то элементы твердого луба. Волокна твердого луба представляют собой мертвые клетки с сильно утолщенными одревесневшими стенками - лубяные волокна. В зону флоэмы входят первичные сердцевинные лучи, расширяющиеся треугольниками от камбия. Они представлены клетками основной паренхимы и являются местом отложения запасных питательных веществ. Продолжаясь в виде узких полосок по ксилеме, первичные сердцевинные лучи доходят до сердцевины стебля. Имеются и вторичные сердцевинные лучи, которые кончаются в ксилеме не доходя до сердцевины, они значительно уже первичных лучей. Они также возникают из клеток камбия. Часть стебля от камбия до эндодермы называется вторичной корой. Вместе с первичной корой она образует коровую часть стебля.

Камбий состоит из делящихся прямоугольных тонкостенных клеток с живым содержимым. Когда он энергично функционирует, клетки его не успевают дифференцироваться, и камбий вместе с образовавшимися из него клетками хорошо различим.

Рис. 19. Строение ствола двудольного древесного растения:

1 - остатки эпидермы; 2 – перидерма; 3 – колленхима; 4 – паренхима первичной коры; 5 – склеренхима перициклического происхождения; 6 – флоэмная часть первичного сердцевинного луча; 7 – лубяные волокна; 8 – мягкий луб; 9 – камбий; 10 – весенняя древесина; 11 – осенняя древесина; 12 – ксилемная часть первичного сердцевинного луча; 13 – первичная ксилема; 14 – паренхима сердцевины; А – кора (а΄ - первичная; а΄΄ - вторичная); Б – древесина; (I-III – годичные приросты древесины); В – сердцевина.

 

Основная масса стебля древесного растения состоит из вторичной древесины (составляющей 9/10 объема ствола), которая идет от камбия к центру. Древесина (ксилема) включает трахеи (сосуды), трахеиды, древесную паренхиму и древесные волокна (склеренхиму). Общая особенность всех элементов ксилемы – одревеснение клеточных стенок. Вследствие неравномерной деятельности камбия образованные им клетки древесины имеют различные размеры. Самые крупные клетки образуются весной, когда деятельность камбия наиболее интенсивна. Постепенно деятельность камбия замедляется, и образуемые камбием клетки становятся более мелкими и толстостенными. К зиме камбий вступает в период покоя. Таким образом, за один вегетационный период образуется одно годичное кольцо древесины, в котором хорошо заметны весенние, летние и осенние клетки. После периода зимнего покоя деятельность камбия возобновляется, и формируется новое годичное кольцо, крупные весенние клетки которого непосредственно примыкают к мелким клеткам, образовавшимся осенью предыдущего года. Как правило, за год формируется только одно кольцо древесины. По ширине годичных колец можно узнать в каких условиях росло дерево в разные годы жизни. Узкие годичные кольца свидельствуют о недостатке влаги, о затенении дерева, о его плохом питании. По годичным кольцам можно определить и стороны света. Годичные кольца обычно шире с той стороны дерева, которая обращена к югу, и уже с той, которая обращена к северу. За вторичной древесиной к центру следуют элементы первичной древесины, которые состоят из небольшого числа спиральных и кольчатых сосудов.

В центре стебля находится сердцевина, состоящая из округлых паренхимных клеток. В них накапливаются разнообразные вещества. Рост стебля в толщину происходит за счет клеток вторичной образовательной ткани камбия. В сторону древесины откладывается примерно в четыре раза больше клеток, чем к коре, поэтому древесина толще коры.

Передвижение минеральных и органических веществ по стеблю происходит в двух направлениях. От корня к листьям и всем надземным органам по проводящим сосудам древесины (ксилемы) идет восходящий ток (воды и минеральных солей). Подъему воды на высоту стебля (а она может достигать около сотни метров) способствует присасывающее действие листьев, корневое давление, сила сцепления молекул воды друг с другом и со стенками сосудов. Благодаря сосущей силе листьев в стебле создается отрицательное гидростатическое давление. Об этом свидетельствуют наблюдения: при рубке дерева воздух с шипением всасывается в древесину. Благодаря силе сцепления между молекулами воды в проводящей системе образуется непрерывный столб жидкости, подтягиваемый сверху сосущей силой листьев и подталкиваемый снизу корневым давлением (восходящий ток).

Передвижение органических веществ происходит по ситовидным трубкам луба (флоэмы) из листьев в корень (нисходящий ток). Это не простое механическое явление, а физиологический процесс, идущий с затратой энергии, т.е. связанный с дыханием. Летом органические вещества поступают не только в корни, но и в цветки и плоды, которые часто располагаются выше листьев. Следовательно, органические вещества передвигаются и вниз и вверх. Кроме передвижения питательных веществ по вертикали, у растений происходит их движение в горизонтальном направлении от сердцевины ствола к периферии. Для этой цели служат сердцевинные лучи, которые состоят из основной ткани и тянутся от сердцевины через древесину к коре. Лучами они названы из-за формы: начинаются узкими полосками в сердцевине, немного расширяются в древесине и очень сильно в коре.

Отложение запасных веществ. Запасные или органические питательные вещества откладываются в специальных запасающих тканях сердцевины, сердцевинных лучах и в клетках основной ткани первичной коры в виде сахара, крахмала, аминокислот, белков, масел. Они могут накапливаться в растворенном (корнеплод свеклы), твердом (зерна крахмала, белка в клубнях картофеля, в плодах злаков, бобовых) или полужидком состояниях (капли масла в эндосперме клещевины). Особенно много веществ откладывается в видоизмененных побегах (корневищах, клубнях, луковицах), а также в семенах и плодах. Значение запасных веществ заключается не только в том, что растение при необходимости питается этими органическими веществами, но и в том, что они являются продуктом питания человека и животных, а также используется как сырье.

Видоизмененные побеги: корневище, клубень, луковица, их строение, биологическое и хозяйственное значение.

В связи с выполнением дополнительных функций стебель претерпевает различные видоизменения, как надземные (усики, колючки), так и подземные - корневища, клубни, луковицы, которые выполняют функции накопления запасных питательных веществ и вегетативного размножения.

Корневище - многолетний подземный побег с чешуйками и почками. Отличается от корня отсутствием корневого чехлика, наличием узлов и междоузлий, листьев (а после их отмирания листовых рубцов), наличием верхушечной и пазушных почек. По форме может быть длинным и тонким (длиннокорневищные растения - пырей) или коротким и толстым (короткокорневищные - щавель, ирис). Ежегодно из верхушки вырастает подземный побег. При повреждении корневища каждый кусочек с почкой дает новое растение, которое располагается параллельно почве.

Рис. 20. Метаморфозы подземных побегов:

а – корневище купены лекарственной: 1 – почка надземного побега будущего года; 2 - рубец от побега этого года; 3 – рубцы от побегов прошлых лет; 4 – стебель; 5 – рубцы редуцированных листьев; б – придаточные корни; 6 – надземные столоны у земляники; в – подземные столоны у стрелолиста, несущие клубни; г – зимующий клубень стрелолиста с почкой.


Клубень - утолщенная часть подземного побега, состоящая из одного или нескольких узлов и междоузлий с запасом питательных веществ. Снаружи клубень покрыт перидермой. Клубни бывают надземные (орхидея) и подземные (картофель). Подземные побеги, на верхушках которых развиваются клубни, отрастают от оснований надземных стеблей - они называются столонами. Клубни - это верхушечные утолщения столонов. Клубень имеет короткие междоузлия. На поверхности в углублениях расположены по 2-3 почки или глазки. Их больше на той части клубня, которую называют верхушкой. Противоположная сторона - основание - соединена со столоном. Из листьев картофеля через стебли в столоны постоянно идет отток органических веществ, которые в виде крахмала откладываются в верхушках. Верхушки столонов растут, утолщаются и превращаются в крупные клубни.

Луковица – специализированный орган вегетативного возобновления и размножения растений, служащий для перенесения неблагоприятного времени года. Луковица имеется у репчатого лука, лилий, тюльпана, в нижней ее части расположен почти плоский стебель - донце. На донце располагается видоизмененные листья - чешуи. На донце видны почки, расположенные в пазухах чешуй. На нижней поверхности донца расположены многочисленные придаточные корни, сменяющиеся ежегодно. Луковицы формируются у растений семейства лилейных.

Видоизмененные стебли имеют большое биологическое и хозяйственное значение, так как являясь видоизмененным стеблем, они служат для вегетативного размножения. Накапливая питательные вещества, они имеют большое хозяйственное и промышленное значение, являются сырьем для получения крахмала (клубни картофеля). Большое практическое значение имеют луковицы лука и чеснока как источник витаминов, фитонцидов. Корневища таких растений, как валериана, змеевик, кровохлебка, являются растительным лекарственным сырьем. Корневище пырея ползучего засоряет поля и приусадебные участки.

ЛИСТ

Лист – вегетативный орган растения, занимающий боковое положение на стебле – оси побега, выполняющий в основном функции фотосинтеза, транспирации и газообмена. В отличие от корня и стебля, лист цветковых растений обладает ограниченным ростом, положительным фототропизмом и, как правило, не производит никаких других органов. Лист имеет стеблевое происхождение. Исторически он возник в результате дифференциации и срастания боковых веток стебля в одной плоскости и приспособления к выполнению специфических функций. Поэтому лист, как правило, имеет дорсовентральное строение, т.е. плоскую форму, у которой хорошо различаются спинная - верхняя и брюшная - нижняя сторона. Кроме основных функций лист при видоизменениях выполняет у многих растений функции запасающего органа (капуста, луковицы и др.), органа защиты - колючки, органа вегетативного размножения (фикус, бегония). Типичный лист состоит из листовой пластинки, черешка и прилистников, но не у всех растений листья имеют эти части.

Наиболее существенной частью листа является листовая пластинка, как правило, она плоская, реже трубчатая (лук) или игольчатая (сосна, ель), в ней происходит фотосинтез. Форма листовой пластинки бывает самая разнообразная: округлая, сердцевидная, игольчатая, яйцевидная и др. В зависимости от характера края листовой пластинки листья бывают цельнокрайные и зазубренные. В зависимости от характера зазубренности лист бывает зубчатым - зубцы имеют более или менее ровные стороны; городчатым - зубцы округлые, выемчатым - между зубцами глубокие выемки и т.д.

Черешок – узкая стеблевая часть листа. Черешок амортизирует удары дождя, града, ветра по пластинке. Листья с черешками называют черешковыми, без черешка – сидячими.

Листья бывают простые и сложные. Простой лист во время листопада опадает целиком (сирень, липа). Сложным листом называется такой лист, у которого листовая пластинка состоит из нескольких листочков, прикрепленных к основному черешку листа при помощи укороченных черешков. В отличие от простого листа сложный лист во время листопада опадает обычно не весь сразу, а частями: сначала опадают отдельные листочки, а затем - черешок листа (каштан конский, люпин).

Рис. 21. Простые листья:

1 – игловидный, 2 – линейный, 3 – обратно-яйцевидный, 4 – почковидный, 5 – ромбический, 6 – продолговатый, 7 – стреловидный, 8 – округлый, 9 – лопатчатый, 10 – овальный,
11 – ланцетный, 12 – сердцевидный, 13 – копьевидный, 14 – яйцевидный.

 

Простые листья по степени расчленения пластинки подразделяются на цельные, лопастные, раздельные, рассеченные. У цельных листьев пластинка не расчлененная. Они могут быть цельнокрайными (сирень) или по краю зазубренными (береза). Лопастные листья имеют пластинку, расчлененную на лопасти, причем надрезы не более 1/4 ее ширины (дуб). У раздельных листьев пластинка расчленена на доли более глубокими надрезами, но не превышающими 2/3 ее ширины (герань). У рассеченных листьев надрезы доходят до главной жилки и расчленяют пластинку на сегменты, которые могут быть довольно широкими (картофель) или имеют более узкую, часто нитевидную форму (укроп, полынь). Сегменты рассеченного листа у разных видов растений располагаются различно и образуются в неодинаковом количестве. В связи с этим различают листья тройчато-рассеченные (лютик ползучий), перисто-рассеченные (валериана), пальчато-рассеченные (лютик едкий).

 

 

Сложные листья в зависимости от количества и расположения листочков бывают тройчатые (клевер, донник), пальчатые (люпин), перистые - парноперистые (горох), непарноперистые (рябина).

1 2 3 4

Рис. 22.

1 – тройчатосложный; 2 – парноперистосложный; 3 – непарноперистосложный; 4 – дважды перистосложный.

 

Для листьев характерно наличие жилкования. Жилки листа представляют собой проводящие пучки, которые пронизывают пластинку листа. Через середину листа проходит наиболее толстая главная жилка, которая проходит через черешок в стебель. Главная жилка разветвляется на большое количество боковых жилок. Различают жилкование параллельное - жилка проходит параллельно одна другой (злаки - пшеница, кукуруза); дуговое - жилки дугообразно изгибаясь, расположены почти параллельно краю пластинки (ландыш, подорожник); сетчатое, когда жилки образуют густую сеть. Сетчатое жилкование может быть перистое (яблоня, груша) и пальчатое, когда несколько одинаковых жилок выходят из одной точки у основания черешка. Характер жилкования листьев имеет большое значение в систематике растений. Например, параллельное и дуговое жилкование свойственно в основном однодольным растениям, пальчатое и перистое жилкование характерно чаще для двудольных растений.

Роль жилок заключается в проведении воды и растворенных в ней веществ из стебля в листья и из листьев в стебли. Кроме того, жилки создают опору листу и предохраняют его от разрыва под влиянием различных механических воздействий (дождь, ветер, град и т.д.).

 

 

Рис. 23 Жилкование листьев:

а – параллельное, б – перистое, в – дуговое, г – пальчатое, д – дихотомическое.

Листорасположение– порядок расположения листьев на стебле. Различают три основных типа листорасположения: очередное (спиральное), супротивное и мутовчатое. Очередное листорасположение свойственно тем растениям, у которых листья сидят одиночно, от каждого узла стебля отходит по одному листу, и расположены листья на стебле по спирали. Очередное листорасположение имеют большинство цветковых растений, как древесных (яблоня, вишня), так и травянистых (подсолнечник, тыква и др.). При супротивном листорасположении к одному узлу прикрепляются два листа, расположенных один против другого (гвоздика, сирень). При мутовчатомрасположении листьев к одному узлу прикрепляется три и более листьев (подмаренник, вороний глаз).

Рис. 24. Расположение листьев:

а – супротивное, б – очередное, в – мутовчатое.

 

Листья располагаются на побеге так, что не затеняют друг друга. Разная длина и изгибы черешков, неодинаковые размеры листьев, скручивание междоузлий приводят к образованию листовой мозаики. Такое расположение позволяет наилучшим образом использовать пространство и падающий свет. У растений с укороченным стеблем (подорожник, одуванчик) листья образуют прикорневую розетку.

Внутреннее строение листа. Анатомическое строение листа отражает его связь с функциями и условиями существования растения. Лист развивается из зачатка (бугорка). Сначала развивается верхняя часть листа, а затем - нижняя. Самым последним образуется черешок. Лист двудольного растения сверху и снизу покрыт эпидермисом. Для верхнего эпидермиса характерны небольшое количество устьиц и наличие бесструктурной прозрачной пленки - кутикулы. В нижнем эпидермисе сосредоточено большинство устьиц и, как правило, нет кутикулы, но имеется часто опушение. Такое строение эпидермиса листа предохраняет растение от потери влаги. Устьице осуществляет две важнейшие функции листа - газообмен и транспирацию. Между верхним и нижним эпидермисом заключена мякоть листа - мезофилл. Он состоит из основной ассимиляционной паренхимы и обычно подразделяется на два вида - столбчатую или палисадную ткань, примыкающую к верхнему эпидермису, и губчатую, граничащую с нижним эпидермисом. Клетки палисадной ткани имеют вытянутую форму, содержат большое количество хлоропластов и расположены плотно без межклетников. Чаще всего палисадная ткань состоит из двух рядов клеток. Основная ее функция - фотосинтез. Губчатая ткань представлена более или менее округлыми клетками, расположенными очень рыхло, с большими межклетниками. В клетках губчатой ткани содержится меньшее количество хлоропластов, чем в клетках столбчатой ткани, и фотосинтез здесь идет менее интенсивно. Помимо процесса фотосинтеза, в губчатой ткани осуществляется газообмен и транспирация, а также отток ассимилятов в проводящие пучки, которые пронизывают мезофилл. Проводящие пучки листа, называемые обычно жилками, коллатеральные, закрытые. Флоэма обращена в сторону губчатой ткани, ксилема - в сторону столбчатой ткани. У некоторых растений (злаки) проводящие пучки окружены специальными обкладочными клетками, которые выполняют функцию передачи питательных веществ из ассимиляционной ткани листа в ситовидные трубки флоэмы. Механическая ткань в листе представлена склеренхимой, сопровождающей проводящие пучки со стороны флоэмы и ксилемы. Под эпидермисом черешка часто встречается колленхима, а в мезофилле листьев - отдельные опорные клетки с утолщенными оболочками (идиобласты). Листья с такой структурой (палисадный мезофилл размещен на верхней стороне, а губчатый - на нижней) называются дорсовентральными. У некоторых растений листья характеризуются одинаковым анатомическим строением мезофилла как в верхней, так и в нижней стороне листовой пластинки. Такие листья называются изолатеральными.

Рис. 25. Анатомическое строение листа:

А. Дорсовентральный лист. 1 – палисадная ткань, 2 – губчатая ткань,
3 – проводящий пучок, 4 – кутикула, 5 – эпидермис;

Б. Изолатеральный лист. 1 – эпидермис, 2 – палисадная ткань, 3 – губчатая ткань, 4 – вместилища с эфирным маслом, 5 – друзы, 6 – кутикула.

Своеобразное строение имеют листья, произрастающие в засушливых местах обитания. К таким растениям относятся злаковые. Листья злаков не имеют дифференциации мезофилла на губчатую и столбчатую ткань, они состоят из одной ассимиляционной ткани - хлоренхимы. В верхнем эпидермисе находятся устьица, расположенные правильными рядами с замыкающими клетками своеобразной формы. Каждая замыкающая клетка имеет вытянутую форму; в ее расширенных концах, покрытых более тонкой оболочкой, содержатся хлоропласты. Остальная часть клетки толстостенная. При насыщении водой концы замыкающих клеток раздуваются, толстостенные участки их раздвигаются, и это обусловливает раскрывание устьичной щели. У многих злаков (пшеница, кукуруза и др.) некоторые клетки верхнего эпидермиса отличаются более крупными размерами, тонкой оболочкой и наличием большой центральной вакуоли. Их называют моторными или двигательными клетками. Обычно они расположены веерообразно и выполняют важную функцию, связанную с предохранением растения от избыточной транспирации. При недостатке влаги тонкостенные моторные клетки в первую очередь теряют воду и, спадаясь, вызывают свертывание пластинки. При насыщении водой они увеличиваются в объеме, и листовая пластинка снова распрямляется. У злаков, обитающих в засушливых условиях степей (ковыль, типчак), пластинка листа обычно свернута в трубку, нижний эпидермис, не имеющий устьиц, остается снаружи, а верхний - с устьицем, оказывается внутри трубки, что значительно понижает интенсивность испарения.

Видоизменение листьев. Кроме типичных листьев в процессе эволюции в связи с условиями обитания растений возникли видоизменения - метаморфозы в виде чешуек, усиков, колючек, филлодий и ловчих аппаратов. Чешуйки - это небольшие листья, иногда пленчатые (верхние сухие чешуйки лука), часто не зеленые (мясистые чешуйки лука), служат для накопления питательных веществ. Усики – нитевидные органы, приспособленные для лазания. В усик может быть превращен весь лист (чина безлистная) или в усики превращаются лишь некоторые листочки сложных листьев (горох, вика, чечевица).

Колючки, как и усики, могут быть не только стеблевого происхождения, но и листового. В колючки может видоизменяться или весь лист, или его часть. Колючки особенно характерны для растений сухих и жарких местообитаний, так как уменьшение листовой поверхности снижает потери воды. У кактусов листья целиком представлены колючками. У белой акации в колючки превращаются только прилистники. Интересным видоизменением листьев являются ловчие аппараты, которые встречаются у насекомоядных растений (росянка, венерина мухоловка и др.). Ловчие аппараты возникают как приспособление к жизни при недостатке азота. Насекомоядные растения – автотрофы, их листья сохраняют хлорофилл, но вместе с тем, благодаря ловчим аппаратам, они используют богатую азотом и фосфором органическую пищу, переваривая животных. Иногда встречаются видоизменения листьев, называемые филлодиями, при этом видоизменяются черешки листьев, принимая форму пластинки.

Фотосинтез. Одной из важнейших функций листа является фотосинтез. Сущность его заключается в преобразовании энергии света в химическую энергию органических соединений, или проще - образование на свету органического вещества из неорганических соединений, оксида углерода и воды.

На свету из простых неорганических веществ - воды и углекислого газа - в зеленых клетках растений образуются органическое вещество (глюкоза) и свободный кислород, выделяющийся затем в атмосферу. Поглощенная световая энергия в процессе фотосинтеза преобразуется в химическую энергию, которая накапливается в синтезируемых веществах. Ввиду того, что необходимый для создания органических веществ углекислый газ поступает в листья из воздуха, фотосинтез часто называют воздушным (или углеродным) питанием растений в отличие от почвенного (минерального) питания, при котором корни растений извлекают из почвы растворенные в воде минеральные соли. Суммарное уравнение фотосинтеза можно представить следующим образом:

световая энергия хлорофилл

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2.

Однако суммарное уравнение фотосинтеза совершенно не отражает всей сложности этого многоступенчатого процесса, представляющего собой длинную цепь окислительно-восстановительных реакций. Процесс фотосинтеза подразделяется на световую и темновую фазы. Фотосинтез начинается с возбуждения хлорофилла, обусловленного поглощением его молекулой квантов света. Возбужденный электрон хлорофилла переходит на энергетически более высокую орбиту, но вскоре вновь возвращается к исходному уровню. Возникающая при этом избыточная энергия возбуждения частично переходит в тепловую, но большая ее часть (до 75%) передается другим молекулам хлорофилла и различным химическим веществам клетки, вызывая их превращения. Затем происходит фотохимическое разложение (фотолиз) воды, а также осуществляется фотосинтетическое фосфорилирование, в результате которого синтезируются высокоэнергетические вещества аденозинтрифосфаты (АТФ) и никотин-
амидодинуклеотидфосфат (HАДФ) и образуется его восстановленная форма HАДФ.H2. Эта фаза фотосинтеза, итогом которой является образование свободного кислорода, АТФ - аккумулятора энергии и HАДФ.H2. Фотохимические реакции проходят в гранах хлоропласта.

Далее наступает темновая фаза, во время которой водород HАДФ.H2 и энергия АТФ используются для восстановления СО2 и синтеза углеводов. Все темновые реакции осуществляются в бесцветной строме хлоропласта. Образовавшаяся в конце темновой фазы глюкоза вскоре преобразуется в крахмал, который является первым видимым продуктом фотосинтеза. Последующие реакции обмена веществ приводят к синтезу аминокислот, белков, липидов, нуклеиновых кислот и других органических соединений, необходимых для жизнедеятельности растения и составляющих его тело.

Способность растений к фотосинтезу К.А. Тимирязев определил как "космическую роль" зеленых растений, имея ввиду исключительное значение этого процесса не только для жизни на нашей планете, но и для существования Земли в качестве космического тела. Фотосинтез является единственным источником органических веществ, необходимых для питания всех земных организмов. Таким образом, в основе всей современной жизни лежит фотосинтез. Он играет определяющую роль в энергетике биосферы, под его влиянием сложился современный климат. Hаконец, за счет фотосинтеза обеспечивается также потребность человечества в пище, топливе, кислороде.

Дыхание листьев. Растения дышат так же, как и животные. Наряду с фотосинтезом дыхание - важнейший процесс, протекающий в растениях. В процессе дыхания сложные органические соединения, взаимодействуя с кислородом, окисляются, разлагаясь до воды и углекислого газа. При этом освобождается заключенная в них энергия, которая используется организмами для их жизнедеятельности. Дыхание является неотъемлемой особенностью подавляющего большинства живых существ. Как и фотосинтез, дыхание представляет собой сложный биохимический процесс, который в общем виде может быть представлен следующей реакцией:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 2721 кДж.

При дыхании поглощается кислород, и выделяются углекислый газ и энергия, следовательно, дыхание является процессом, обратным фотосинтезу, в ходе которого происходит поглощение энергии и выделение кислорода. Создается впечатление, что один физиологический процесс (дыхание) уничтожает другой физиологический процесс (фотосинтез). Hа самом деле этого не происходит, так как фотосинтез идет в растениях значительно интенсивнее дыхания. При фотосинтезе выделяется кислорода в 10-30 раз больше, чем его поглощается при дыхании. Поэтому, несмотря на дыхание, на свету зеленые растения выделяют кислород и поглощают углекислоту. Дыхание растений осуществляется круглосуточно, но ночью оно протекает более интенсивно. Особенно энергично дыхание идет в цветущих частях растений, точках роста стебля, в распускающихся цветках. В листьях дыхание слабее. Интенсивность дыхания растений зависит от многих факторов. Так, повышение температуры усиливает дыхание. В листьях незначительное снижение влажности вызывает усиление дыхания, при дальнейшем снижении влажности дыхание ослабевает. Поэтому в жаркие засушливые дни при ослаблении фотосинтеза и усилении дыхания в листьях происходит интенсивный распад углеводов. В темноте интенсивность дыхания постепенно снижается по мере уменьшения количества сахаров. В молодых листьях дыхание идет более интенсивно, чем в старых. Листья в кроне одного дерева дышат по-разному: световые более энергично, теневые менее энергично, так же, как светолюбивые растения, что связано с интенсивностью накопления сахаров.

Транспирация(испарение воды листьями) имеет большое биологическое значение: предотвращает перегрев листьев, обеспечивает постоянный ток воды из почвы в атмосферу. С током воды в растения транспортируются питательные вещества, поглощаемые и синтезируемые корнем. При транспирации происходит переход воды из капельножидкого состояния в парообразное (вода испаряется), а минеральные вещества усваиваются растениями. При наличии транспирации движение воды по растению происходит беспрерывно. Таким образом, транспирация способствует поднятию воды вверх по стеблю. Процесс транспирации у растений - явление не физическое, а биологическое. Этот процесс регулируется живыми клетками устьиц и изменяется в зависимости от многих факторов. На ускорение транспирации влияют повышение температуры воздуха, скорость ветра и интенсивность света, увеличение влажности почвы и т.д. Ночью, когда устьица растения закрыты, испарение воды происходит менее интенсивно, чем днем. Формирование растением органических веществ тесно связано с транспирацией. При транспирации происходит непрерывное поступление воды из корневой системы растения к листьям. При этом осуществляется связь всех органов растений в единое целое. Транспирация оказывает влияние на передвижение растворимых минеральных веществ в растении. Чем активнее транспирация, тем быстрее происходит передвижение минеральных веществ.

Листопад - массовое опадение листьев, связанное с наступлением неблагоприятного периода или со старением листа. В умеренной зоне листопад связан с наступлением холодов, в тропиках - с засухой. Листопад - это фотопериодическая реакция листопадных деревьев и кустарников. Сигналом к нему служит изменение продолжительности дня. Короткие осенние дни с астрономической точностью предвещают холода. Происходит деградация хлоропластов, превращение их в хромопласты, разрушается хлорофилл, накапливаются каротиноиды и антоцианы. Листья краснеют и желтеют, затем опадают. Опадение листьев - это приспособление растений к защите от испарения в период, когда корни не могут обеспечить необходимое для транспирации количество воды. Кроме того, благодаря листопаду снижается опасность поломки ветвей с листьями под тяжестью снега, ненужные растению минеральные вещества (соединения Са, Si, C1) удаляются из него. Ценные вещества (азотистые, фосфорсодержащие, калий и др.) перед листопадом перемещаются из листьев в стебель, но некоторая часть их все же остается в опавших листьях.

У многолетних листопадных растений у основания черешка или у основания листовой пластинки (если лист сидячий) перед опаданием возникает отделительный слой. В сложных листьях он образуется также и у основания каждого листочка. К периоду листопада клетки отделительного слоя разъединяются. К этому времени пластинки ситовидных трубок закупориваются каллезой. В некоторых элементах ксилемы накапливаются камеди и слизи или возникают тиллы. В листе нарушается нормальная жизнедеятельность. Некоторое время он может удерживаться проводящим пучком, а затем под собственной тяжестью опадает. Влажная погода ускоряет этот процесс.

Образовавшаяся раневая поверхность подсыхает, под ней формируются опробковевшие клетки, защищающие растение от проникновения бактерий и гиф грибов. У одних видов пробковеют оболочки паренхимных клеток (груша), у других возникает перидерма (тополь, ива).

Процесс опадения листьев стимулируется специфическими гормонами. Он может быть вызван искусственно - прием дефолиации (лишения листьев), что облегчает уборку. Вводя в растение другие химические вещества, можно воспрепятствовать образованию отделительного слоя и задержать листопад.

У вечнозеленых растений листопад происходит после развертывания новых листьев. Он приурочен к началу интенсивного роста новых побегов. У внетропических хвойных хвоя отмирает и опадает весной.

Значение листьев в жизни растений колоссально: именно они обеспечивают все ткани и органы органическими веществами и поддерживают непрерывное передвижение в растении воды и питательных веществ. У некоторых растений листья выполняют запасающую функцию (толстянковые) и участвуют в размножении (бегония). Возникновение листа у древних вымерших цветковых растений явилось крупным ароморфозом, обеспечившим расселение высших растений на нашей планете.

Роль зеленых растений в природе. Здесь можно выделить энергетический (геологический), экологический, эволюционный и экономический аспекты. Вся энергетика биосферы связана с космосом через фотосинтез растений. Они - продуценты органических веществ, необходимых для гетеротрофных и аэробн

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.