Морфология растений

Метаморфоз побега. У некоторых видов растений побег помимо основных выполняет ряд дополнительных функций: вегетативного размножения (размножение частями основных органов: стебля, корня и листа), защиты, опоры, накопления питательных веществ. Под влиянием этих функций сильно меняется внешний вид органа и возникают его метаморфозы в виде плетей, усов, корневищ, клубней и др.

Плети — стелющиеся по земле побеги с длинными междоузлиями, легко образующие придаточные корни. Усы — более тонкие стелющиеся побеги с очень длинными междоузлиями (у земляники). Укореняясь в узлах, они образуют новые особи, со временем отделяющиеся от материнского растения. Так размножаются лютик ползучий, земляника, костяника (рис. 3,1), Корневище — подземный стебель, выполняющий функции размножения, перезимовывания и накопления запаса питательных веществ. Корневища растут в верхних слоях почвы и по внешнему виду больше похожи на корни (рис. 3, 2), но имеющиеся на корневищах редуцированные (слаборазвитые) листья, пазушные и верхушечная почки указывают на их стеблевое происхождение. Из лесных растений такие корневища имеют ландыши, майник, вороний глаз, из сорняков — пырей. Иногда корневища слабо растут в длину, мало ветвятся, но достигают значительной толщины (например, корневища папоротника). Запас питательных веществ, откладывающихся в отдельных участках корневища, приводит к сильному утолщению таких участков и образованию клубней с глазками-почками (например, у картофеля, рис. 3,5).

Колючки — орган защиты растений. У одних видов растений (дикая груша, крушина слабительная) в колючки превращаются только концы побегов, у других весь побег превращается в колючку — у боярышника такие колючки достигают 2— 5 см длины, у гледичии 7—10 см и ветвятся. Доказательством стеблевого происхождения этих колючек служит то, что развиваются они из пазушных почек — у основания такой колючки всегда имеется лист или листовой рубец. Усики — орган опоры. У растений со слабым главным стеблем из некоторых боковых почек развиваются тонкие побеги — усики, которые обвиваются вокруг любой опоры и поддерживают стебель. У основания такого усика всегда имеется лист или листовой рубец (у винограда).

У некоторых видов стебель выполняет функцию листьев — фотосинтез. Такие стебли имеют зеленую окраску и сильно измененный внешний вид. Редуцированные листья у них превращаются в колючки, пленки, чешуйки (кактусы, рускус).

Рис. 3. Метаморфоз побега:

1–– усы; 2 — корневища; 3 — клубни; 4 — колючки; 5 — луковица; 6 — донце

Луковица — орган перезимовывания, размножения и отложения запаса питательных веществ также является метаморфозом побега. На продольном разрезе луковицы хорошо виден укороченный стебель — донце, в верхней части которого находится точка роста (рис. 3). К донцу прикреплены многочисленные утолщенные листья с запасом питательных веществ, видоизмененные наружные листья-чешуи защищают их от неблагоприятных внешних условий. На нижней части донца образуются многочисленные придаточные корни (у лука, лилии).

§ 2. Морфология корня

Корень выполняет две основные функции: поглощает воду и питательные растворы из почвы; укрепляет растения в почве. Под влиянием этих функций и своеобразной почвенной среды, в которой развиваются корни, в процессе длительной эволюции выработались характерные для этого органа признаки.

1. Корень прорастающего семени растет вертикально вниз, в землю. Если проросток повернуть так, что корешок его будет направлен вверх или вбок, через некоторое время о  изогнется и будет продолжать расти вниз. Это свойство корня называется положительным геотропизмом   и  объясняется  влиянием земного притяжения. Боковые корни этим свойством не обладают.
2. Рост корня происходит в результате деления клеток точки роста,   находящейся   на конце   корня.    В   противоположность стеблю точка роста корня прикрыта не почкой, а корневым чехликом. При росте корня кончик его продвигается в глубь почвы, и корневой чехлик защищает нежные клетки точки роста от механических повреждений. Корневой чехлик состоит из нескольких слоев живых клеток. Клетки наружных слоев повреждаются, отмирают, стираются, а образующиеся в точке роста новые клетки наслаиваются изнутри, поэтому толщина корневого чехлика остается постоянной (рис. 4,1).
3. Корню свойственно ветвление, благодаря чему увеличивается его поглощающая поверхность. Боковые корни закладываются в центральной, внутренней части корня и, выходя на его поверхность, разрывают покрывающие их ткани. Такое образование боковых корней называется внутренним, или эндогенным.
4. Каждый   корень   имеет   три   хорошо   различимые  зоны (рис. 4): растущую, всасывающую и проводящую. Растущая зона   находится  на  самом  кончике  корня   (от 2 до   10  мм в длину)  и непосредственно соприкасается с корневым чехликом. В нижней части этой зоны, в точке роста, происходит многократное деление клеток, увеличивается их число. В верхней части зоны деление клеток прекращается и они, разрастаясь, увеличиваются в размерах. Следовательно, рост любого корня в длину происходит только в этом небольшом участке, находящемся на конце корня.

В той части корня, где клетки прекращают рост, начинается всасывающая зона. Вся поверхность ее густо покрыта мелкими корневыми волосками, которые являются выростами живых клеток, покрывающих корень на протяжении всей всасывающей зоны. Они всегда одноклеточные, не ветвятся, имеют цитоплазму, ядро и очень тонкую, нежную оболочку, через которую легко поглощают воду и минеральные растворы почвы.

Корневые волоски недолговечны, их деятельность продолжается всего несколько дней. Отмирают они в верхней части зоны, а одновременно у нижней границы ее возникают новые, поэтому всасывающая зона растущего корня все время продвигается по корню за его растущим концом. В результате этого молодые корневые волоски соприкасаются с новыми участками почвы, с неиспользованными запасами минеральных растворов и влаги. Корневые волоски в среднем достигают 2,5—3 мм длины, но на 1 мм2 всасывающей зоны их образуется 200 — 300 шт., благодаря чему поглощающая поверхность корней сильно увеличивается.

Третья зона корня — проводящая. По ней идет ток воды с растворами минеральных солей. Эта зона занимает наибольшую часть корня по длине — от всасывающей зоны до места перехода корня в стебель — до корневой шейки. Поверхность проводящей зоны покрыта в нижней части тонким слоем мертвых клеток, у более старых корней — корой и коркой.

В зародыше семени всегда имеется зачаток корня. При прорастании семени этот корешок первым прорывает кожуру семени, выходит наружу и, разрастаясь, образует главный корень растения. Он обладает положительным геотропизмом и быстро углубляется в почву. Корни, образующиеся на главном, называются б о к о в ы м и корнями первого порядка, на них образуются боковые корни второго порядка и т. д. Боковые корни не обладают ярко выраженным положительным геотропизмом и могут расти горизонтально или под разными углами по отношению к главному корню.

У некоторых растений корни могут образовываться и на стеблях, например, на побегах тополя, ивы, на корневищах (у пырея) и даже на листьях (у бегонии и сердечника). Такие корни называются придаточными.

Совокупность корней растения называется корневой системой. По внешнему виду различают стержневую и мочковатую корневые системы (рис. 4). У растений со стержневой корневой системой (дуба, пастушьей сумки, сурепки) главный корень сильно отличается по длине и толщине от боковых корней. При мочковатой корневой системе рост главного корня рано приостанавливается, поэтому у растений образуется масса сравнительно тонких, одинаково развитых боковых и придаточных корней (мочка). Придаточные корни обильно образуются на корневой шейке. Мочковатая корневая система характерна для злаков, лука, ландыша.

Рис. 4. Типы корневых систем:

а — мочковатая— молодой корень пшеницы (слева— схема строения, справа — периферические клетки отдельных зон, сильно увеличенные): / — корневой чехлик; 2 — точка роста; 3 — корневые волоски; э. р. — растущая зона; з. в.—всасывающая зона; з.п.— проводящая зона; б — стержневая; в — мочковатая

Каждый вид растений имеет определенный тип корневой системы, но интенсивность развития и распределение корней в почве сильно зависят и от внешних условий, главным образом от влажности и плодородия почвы. Корневые системы растений достигают больших размеров по длине и диаметру. У сеянцев корневая система обычно развивается быстрее надземной части, что хорошо заметно у древесных растений; например, у однолетнего сеянца дуба корень достигает 1 м длины, а стебель всего 15 — 20 см. У взрослых деревьев корневая система в зависимости от грунта уходит на несколько метров в глубину, а диаметр ее превышает диаметр кроны, достигая 15 — 20 м.

Рис. 5. Метаморфоз корня:

а — корнеплод; б — корневые клубни; в — воздушные корни

Метаморфоз корня. Корень у некоторых растений помимо основных функций выполняет и дополнительные: накопление питательных веществ, перезимовывание, вегетативное размножение, Под влиянием этих функций возникли метаморфозы корней: корнеплоды, клубни, присоски, -воздушные и дыхательные корни.

Корнеплоды — главный корень становится органом, запасающим питательные вещества. При этом он разрастается и утолщается: например, у свеклы, моркови. В образовании корнеплодов участвуют корневая шейка и сильно укороченный побег, листья на котором расположены пучком (рис. 5, а). Если запас питательных веществ у растения откладывается не в главном, а в боковых корнях, они сильно утолщаются и образуют корневые клубни, например у георгин (рис. 5,6). У растений-паразитов (омелы, заразихи) корни превращаются в присоски, которые врастают в стебель или корень растения-хозяина и высасывают из него питательные вещества.

У эпифитов — травянистых растений, растущих на коре ветвей деревьев, но не являющихся паразитами, развиваются многочисленные, свисающие с ветвей, тонкие придаточные корни, покрытые слоем мертвых клеток, энергично поглощающих влагу атмосферных осадков. Такие корни называются воздушными, они образуются у многих видов тропических орхидных.

У тропических деревьев, растущих на сильно заболоченных почвах, обедненных кислородом, на корнях появляются особые ответвления, выступающие над поверхностью почвы. Эти корни называются дыхательными, они имеют тонкую кору, их анатомическое строение способствует свободному газообмену. Такие корни образуются у американского болотного кипариса, мангровых деревьев. Сходные корни развиваются и у ивы ломкой, растущей по берегам болотистых рек.

У луковичных растений (лука, чеснока, лилий) и у некоторых корневищных (поповник) образуются втягивающие корни, способные сокращаться по длине. Благодаря их укорачиванию, луковицы и корневища таких растений осенью плотнее прижимаются к почве, а иногда частично даже погружаются в нее, что обеспечивает лучшее их перезимовывание.

Особые корни у некоторых растений служат для вегетативного размножения. Эти корни слабо или совсем не ветвятся и в виде тонких тяжей растут на небольшой глубине в -почве. Они легко образуют придаточные почки, из которых развиваются надземные побеги — корневые отпрыски (например, у осины, акации белой, ольхи серой, иван-чая, ежевики, малины).

Микоризы и клубеньки на корнях. Многие лесные растения вступают в своеобразное сожительство — симбиоз с некоторыми видами грибов. Грибы образуют в почве сильно разветвленные нити — гифы, выполняющие роль корней. Они энергично поглощают из почвы воду и питательные вещества. Кончики корней некоторых лесных растений густо оплетаются гифами, как войлочным футляром. Корни при этом не образуют корневых волосков, слегка утолщаются и сильно ветвятся. Грибы снабжают зеленые растения водой и минеральными солями, выполняя функцию корневых волосков. От зеленых растений грибы получают органические вещества, которые сами создавать не могут.

Такое соединение корня с гифами гриба называется микоризой, или грибокорнем (подробнее см. с. 141). У некоторых видов (дуба, липы, ели, сосны и др.) нити гриба плотно оплетают кончики корней снаружи и проникают между клетками. Такая микориза называется наружной, или эктотрофной. У других растений (брусники, черники, вереска и др.) нити гриба проникают даже в отдельные клетки, образуя внутреннюю, или эндотрофную, микоризу.

На корнях травянистых (горох, клевер) и древесных (белая и желтая акации) растений из семейства бобовых образуются клубеньки под влиянием особых бактерий, проникающих из почвы и вызывающих разрастание ткани. Они обладают способностью связывать азот воздуха и этим улучшают азотистое питание растений. Большинство растений этой способностью не обладает.

§ 3. Морфология листа

Лист выполняет две основные функции: фотосинтез и транспирацию. Фотосинтез — процесс образования органических веществ (углеводов) из неорганических (углекислого газа и воды). Происходит этот процесс в. зеленых клетках листа при наличии солнечного света, обеспечивающего растение необходимой для этого энергией. В процессе фотосинтеза лист поглощает

из воздуха углекислый газ, выделяет освобождающийся кислород и связывает солнечную энергию.

Транспирация — испарение растением воды — происходит главным образом через листья. Для листьев характерны следующие признаки:

1. Зачатки листьев закладываются только в почках, происхождение их экзогенное, развиваются они только на стеблях.
2. Лист только первое время растет вершиной, а затем основанием, поэтому самой молодой частью взрослого листа является его основание.
3. В отличие от стебля и корня лист растет несколько дней, затем рост его прекращается (даже при благоприятных условиях).
4. Продолжительность жизни листьев невелика: у однолетних растений и многолетних с опадающей листвой — всего один вегетационный период (от начала роста весной и до отмирания осенью). У вечнозеленых растений   продолжительность   жизни листьев достигает нескольких лет: у сосны 2—3 года, у ели 7—10 лет, у брусники 3—4 года. Смена листьев происходит постепенно.
5. В отличие от корня и стебля лист плоский. Такая форма листа  обусловлена  его функциями,  особенно  фотосинтезом, и средой, так как обеспечивает большую поверхность для улавливания света и поглощения СО2.

Лист — орган пластичный, его размеры, опушение, окраска очень разнообразны, но форма для каждого вида растений — признак стойкий, постоянный. Распознают и определяют виды растений в основном по листьям, поэтому морфологию листьев необходимо изучить более подробно.