Видоизмененные органы. Ботаника. Метаморфозы корней, листа. Видоизменение листьев: причины и примеры в природе. Общие представления о размножении высших растений. Сравнительная характеристика разных типов размножения, их биологическое значение для высших
1. Простые листья имеют одну листовую пластинку, которая может быть разных форм: сердечком, как у сирени, овально-фигурную, как у дуба, вытянутую с острыми уголками, как у черемухи.
2. Сложные листья имеют несколько листовых пластинок. Они крепятся к общему черешку - рахису. Такие листья сформировались у ясеня, каштана, боярышника, малины, рябины. Сложные листья бывают трех типов:
· тройчатосложные - состоящие из трех пластинок, как у той же малины, клевера или кислицы;
· пальчатосложные - состоят из нескольких пластинок, расходящихся от единого центра, напоминают ладонь, хотя количество «пальцев» может быть разным: каштан, люпин.
· перистосложные листья - листочки симметричными парами расположены по обе стороны рахиса, как у акации, грецкого ореха. Если сложный лист заканчивается одним непарным листиком на вершине - это непарноперистосложный тип листа (рябина, ясень). Если же на конце «лишнего» листа нет, перед нами парноперистосложный тип (горох, шиповник).
Разнообразие листовых пластинок
Природа создала огромное разнообразие форм листа. Виды растений в пределах одного рода могут иметь лист совершенно разной формы, как, например, у фикусов: сравните инжир и фикус Бенджамина. Давайте рассмотрим примеры разных форм листа по двум признакам - какова общая форма листовой пластинки и какой абрис имеет ее край.
Форма пластинок
1. Округлые (сенполия, кувшинка, осина).
2. Яйцевидные (крапива, граб, жасмин, кофейное дерево).
3. Линейные (пырей, осока, пшеница, амариллис, гладиолус).
4. Широколанцетные (ландыш, антуриум, хоста, аспидистра).
Форма края листовой пластинки
1. Цельный край (сирень, подорожник).
2. Зубчатый (яблоня, манжетка).
3. Пильчатый (крапива, рябина, осина, сныть).
4. Выемчатый (монстера, клен).
5. Городчатый (будра, дуб).
Жилкование листовой пластинки
Причудливые линии на поверхности листа - иногда тонкие, прихотливо запутанные, иногда толстые и немногочисленные - это жилки. По жилкам идет как восходящий, так и нисходящий ток воды и микроэлементов. Отчетливо разглядеть жилкование можно на так называемых скелетизированных листьях: они продаются в отделах сухих цветов, в живой природе встречаются поздней осенью, а можно их сделать и самостоятельно, удалив верхние слои листа. Жилкование бывает разных типов.
1. Перистое или сетчатое - по центру листа идет одна главная плотная жилка, вся листовая пластинка покрыта тонкими переплетенными жилками (дуб, крапива, осина).
2. Пальчатое - несколько центральных жилок расходятся веером, от них уже отходят мелкие (клен остролистый, манжетка). Два первых типа жилкования наблюдаются у двудольных растений.
3. Параллельное - крупные прямые жилки идут от основания листа к его кончику (просо, пшеница, ирис).
4. Дуговое - жилки изогнуты дугами, кроме прямой центральной (ландыш, подорожник). Третий и четвертый тип жилкования наблюдается у однодольных растений.
Видоизменения листьев
В процессе эволюции лист пережил множество экспериментов природы, меняя свой внешний вид, приспосабливаясь к окружающим условиям. То разнообразие, которое мы сейчас наблюдаем - результат естественного отбора. Перечислим основные видоизменения.
1. Колючки - у кактусов занимаются конденсацией влаги.
2. Усики - у гороха и чины позволяют растению «ползти», цепляясь за любую опору.
3. Ловчие приспособления насекомоядных растений, например, генлисеи и росянки.
4. Филлодии - имеют разросшийся плоский черешок с функцией фотосинтеза, листовая пластинка редуцирована (австралийские акации).
5. Чешуйки - мелкие, недоразвитые листья, как у ландыша, гороха, а также на корневище пырея.
6. Кроющие чешуи почек - в зимующих почках большинства растений.
7. Кроющие чешуи луковиц и клубнелуковиц (лилия, чеснок, крокус, безвременник).
8. Сочные чешуи луковиц (лилия, тюльпан).
9. Мясистый сочный лист (алоэ, агава).
Главными функциями листьев можно назвать фотосинтез и испарение воды. Чтобы выполнять эти функции наиболее эффективно, лист должен иметь форму пластинки, т. е. обладать большой поверхностью и быть тонким. Таковыми и являются листья большинства растений. Однако у некоторых растений листья в процессе эволюции видоизменились (претерпели изменения) и стали непохожими на обычные листья. Причина данного явления заключается в том, что листья начали выполнять другие функции, не связанные с фотосинтезом и испарением.
Листья ряда растений засушливых мест обитания видоизменились в колючки . Такие листья, с одной стороны, почти не испаряют воду, с другой стороны, защищают растения от поедания животными. Примером растений пустынных мест с колючками являются различные кактусы. Фотосинтез у них протекает в расположенных ближе к поверхности клетках толстого стебля. Также в стебле запасается вода. Таким образом, видоизмененные в колючки листья утратили обе свои главные функции (фотосинтез и испарение), но в замен стали выполнять защитную функцию.
Листья-колючки можно наблюдать не только у растений пустынь и полупустынь. Колючки есть у барбариса, кустов розы, шиповника и др. Однако у этих растений не все листья видоизменены в колючки, а только некоторые. При этом функция колючек здесь такая же как у кактусов - защита от поедания животными.
На фото видны колючки - видоизмененные листья шиповника
Листья других растений засушливых мест обитания приспособились к недостатку влаги иным способом. Так у алоэ и агавы листья видоизменились в толстые и сочные образования, в которых запасается вода . А чтобы уменьшить испарение такие листья покрыты восковым налетом, волосками, имеют меньше устьиц. В данном случае листья видоизменились так, что не утратили свои основные функции, при этом приобрели дополнительную - запасание воды.
Есть растения, у которых листья видоизменены в усики . Этими усиками растение цепляется за опору и удерживается в вертикальном положении. Примером растениями с усиками являются горох, чина, вика и другие бобовые. У гороха в усики превращены верхние части листьев.
В природе существуют насекомоядные растения. Их листья видоизменены в своеобразные ловчие аппараты . Когда насекомое садится на лист растения росянки, то приклеивается к нему, т. к. лист покрыт волосками, выделяющими вязкую массу. После этого волоски и сам лист сворачиваются. Внутри образовавшейся полости насекомое переваривается за счет выделяемых листом ферментов. Из насекомого росянка усваивает богатые азотом органические вещества. Именно из-за нехватки азота и других микроэлементов в местах своего обитания листья росянки приобрели столь специфическую функцию.
Еще одним видоизменением листьев являются чешуи . При этом чешуи бывают разными, т. к. выполняют различные функции. Например, у лука в луковице листья превращены в сочные чешуи, в которых откладывается запас питательных веществ. Другие чешуи покрывают почки. В этом случае они выполняют защитную функцию.
Органы растений кроме основных могут выполнять и некоторые другие функции. Часто в таких случаях образуются видоизмененные органы. Рассмотрим прежде всего видоизменения побегов (рис. 1).
Значение видоизмененных побегов
видоизмененные подземные побеги
Корневище (пырей, сныть, папоротники) - подземный побег с чешуевидными листьями, прикрывающими пазушные почки (рис. 1). Верхушечная почка обеспечивает рост корневища, а пазушные - его ветвление. И те, и другие могут давать начало надземным листьям и побегам.
Клубни (картофель, топинамбур) - разрастание на конце длинного подземного побега, называемого столоном . На столоне обычно нет пазушных почек, а на клубне они образуют так называемые глазки , из которых могут в дальнейшем развиться новые растения. Основная функция клубня - запас питательных веществ (крахмала и т. п.) (рис. 1).
Луковица (лук, тюльпан)- подземный побег с укороченным стеблем и сочными листьями для запаса воды и питательных веществ (рис. 1). Основание луковицы - донце - это уплощенный стебель. От него в средней части отходят листья, называемые сочными чешуями. В них запасаются питательные вещества. В центре донца находится верхушечная почка, а в пазухах чешуй - пазушные почки. Они могут давать начало надземным органам или новым растениям. Снаружи луковица покрыта сухими чешуями, также представляющими собой видоизмененные листья (лук, лилии, гиацинты).
Клубнелуковица (гладиолус) - разросшийся стебель, снаружи покрытый сухими чешуями (гладиолус). Функция: запас питательных веществ (рис. 1).
Видоизмененные надземные побеги
Приспосабливаясь к условиям среды, у растений видоизменяются наземные побеги. Часто модификации подвергается не целый побег, а один из его органов.
Филлокладии (иглица, спаржа) - уплощенные листовидные стебли, выполняющие функцию фотосинтеза. Часто такие стебли полностью заменяют листья. В связи с этим клетки наружных слоев коры, находящиеся непосредственно под прозрачной эпидермой, зеленеют, так как содержат хлоропласты. Филлокладии отличаются от листьев наличием на них почек, а иногда даже цветков и плодов (рис. 4).
Колючки (боярышник) и усики (виноград) - видоизмененные боковые побеги (рис. 6). Образуются в пазухе листа, а если лист отмирает - над листовым рубцом.
Усы (земляника) - длинные ползучие побеги без листьев, которые служат для вегетативного размножения (рис. 1).
К видоизмененным побегам относятся также:
почка - зачаточный вегетативный или генеративный побег;
кочан - сильно разросшаяся почка;
цветок - укороченный генеративный побег с ограниченным ростом, предназначенный для семенного размножения растений;
шишка - видоизмененный укороченный побег хвойных, предназначенный для семенного размножения растений.
Видоизменения листьев
Часто наблюдаются видоизменения листьев.
Значение видоизмененных листьев
Листовые колючки служат для защиты растения от поедания либо механических повреждений животными. Подобные колючки у барбариса являются видоизмененными одревесневшими жилками бывшей листовой пластины. У белой акации и караганы парные колючки образуются на месте прилистников и находятся в основании листьев.
У кактуса опунции кроме жестких «классических» колючек есть маленькие зазубренные очень хрупкие колючки - глохидии , которые легко отделяются от побега и вызывают болезненные ощущения (рис. 12).
Колючки кактусов - это видоизмененные почечные чешуи, служащие в первую очередь для сокращения транспирации (испарения воды листьями) в засушливых условиях. Но кроме острых шипов листья кактусов могут модифицироваться в перистые «волоски», опутывающие все растение. Основная их функция - защита кактуса от прямых солнечных лучей и улавливание росы (рис. 13). Чаще всего колючки лишены хлоропластов и не способны фотосинтезировать.
Рис. 12 Рис. 13
Усики листового происхождения характерны для представителей семейства бобовых. Основная их функция - фиксация растения на опоре.
В ряде случаев листья берут на себя запасающую функцию. В этом случае происходит разрастание мезофилла, внутренние его слои не получают света и не фотосинтезируют, но в них могут накапливаться питательные вещества или вода (сем. толстянковые) (рис. 14).
Листовое происхождение имеют сочные запасающие чешуи луковиц лилейных (рис. 1).
Тропическая лиана дисхидия имеет необычные мешковидные листья , образующиеся при срастании краев листовой пластины. Листья служат для хранения дождевой воды. Через верхнее отверстие в лист попадает не только вода, но и придаточные корни лианы, поглощающие воду (рис. 9, 10).
видоизменения корней
Видоизменения корней часто бывают вызваны усилением одной из основных их функций. В отличие от клубней стеблевого происхождения, они не имеют почек.
Значение видоизмененных корней
Запасающая функция (корнеплоды, корневые клубни (корневые шишки)).
Корнеплоды (морковь, репа, свекла) - разрастание верхней части корня, в который затягивается нижняя часть стебля или весь укороченный побег (рис. 15).
Корневые клубни, или корневые шишки, (георгин, батат) - разрастание боковых корней (рис. 16).
Воздушные корни эпифитных растений (рис. 17) служат для поглощения воздушной влаги, т. к. не имеют возможности получать питательные вещества из почвы.
У орхидей такие корни покрыты несколькими слоями мертвых клеток, образующих губчатую поверхность. Такие корни могут впитывать воду во время дождя и росы, а также поглощать ее из воздуха в виде водяных паров. Находясь на свету, их клетки часто содержат хлоропласты и берут на себя функцию фотосинтеза.
Опорные корни, или корни-ходули, (баньян, кукуруза(рис. 18)) - придаточные корни у ряда крупных деревьев в тропиках образуются на боковых ветвях высоко над землей. Они поддерживают тяжелые боковые ветви, а также служат им источником минерального питания.
Рис. 18 Рис. 19
Дыхательные корни - это боковые корни, которые растут не вниз, как положено корням, а вверх (рис. 19). Образуются на заболоченных почвах, где корням для нормального функционирования часто не хватает кислорода. Достигая незатопляемой поверхности, они образуют на концах открытые в воздух отверстия. Внутри таких корней формируется воздухоносная паренхима с большими соединенными по всей длине корня межклетниками. По ним кислород диффундирует вглубь корневой системы, обеспечивая клеткам корней возможность получать достаточное количество энергии.
Лист - один из самых пластичных органов растения. В процессе приспособления к условиям среды обитания у всего листа или его части может произойти смена главной функции. Это приводит к качественным изменениям во внешнем облике и внутреннем строении листа, то есть возникают видоизменения или метаморфозы листа (рис. 32).
Колючки
Это видоизменение характерно для растений, обитающих в сухом и жарком климате, хотя нередко они возникают и у растений других климатических зон. Колючки уменьшают транспирацию и защищают растения от поедания животными.Метаморфоз всего листа в колючку характерен для кактусов. У многих астрагалов, эспарцетов в колючку превращается рахис сложного листа, у белой акации - прилистники.
Это нитевидные образования, чувствительные к прикосновению и приспособленные для лазания. У вики, чечевицы, гороха в усик преобразуются верхняя часть рахиса и несколько верхних листочков. У чины безлистной все листочки редуцируются, а рахис представляет собой единственный усик (функцию фотосинтеза берут на себя прилистники.
Ловчие аппараты
Встречаются у растений, произрастающих на болотистых, торфяных, бедных минеральными веществами почвах. При помощи ловчих аппаратов росянка в средней полосе, венерина мухоловка в Северной Америке, непентес в тропической Азии используют богатую азотом и фосфором органическую пищу, переваривая животных. Строение ловчих аппаратов различно (кувшинчики непентесов, ловушки венериной мухоловки, листья росянки), но все они способны улавливать и переваривать насекомых и других мелких животных с помощью ферментов, выделяемых особыми пищеварительными железками.
Рис. 32. Видоизменения листа:
1 - усик чины безлистной; 2 - колючка молочая блестящего; 3 - ловчий аппарат непентеса.
Листопад
При достижении листьями предельных размеров в них начинаются процессы старения, приводящие к гибели листа. По мере старения в листьях снижается интенсивность фотосинтеза и дыхания, уменьшается содержание в тканях белкового азота и РНК. Начинают преобладать процессы распада, а не синтеза. Органические вещества оттекают из старых тканей листа. Одновременно с этим в листьях накапливаются некоторые соли, например кристаллы оксалата кальция.
Верным признаком старения листа является изменение его окраски. Листья теряют зеленую окраску в результате деградации хлоропластов. Пожелтение и покраснение листьев связано с накоплением в них каротиноидов и антоциана.
У однодольных и травянистых двудольных листья постепенно отмирают и разрушаются, оставаясь на стеблях. У деревьев и кустарников
л
Рис. 33. Образование
отделительного слоя: 1 -
древесина; 2 - сердцевина; 3 - луб; 4 -
перидерма; 5 - отделительный слой; 6 -
проводящий пучок; 7 - черешок листа.
Листопад - важное приспособление растений к уменьшению испарения влаги. Также он предохраняет растения от механических повреждений в зимний период.
| Видоизменения органов растений- побегов, листьев, корней |
||
| Видоизменения подземных побегов |
||
| Клубень | Утолщенный мясистый побег – образуется на концах столонов. Глазки - почки | Картофель, топинамбур |
| Столон | Тонкий обесцвеченный подземный побег, на конце которого образуются клубни | Картофель |
| Луковица | Надземный или подземный укороченный побег с листоподобными сухими или сочными листьями и укороченным стеблем – донцем. | Лук, чеснок, тюльпан |
| Клубнелуковица | Внешне напоминает луковицу, но ее чешуевидные листья не являются запасающими; они сухие и пленчатые, а запасные вещества откладываются в утолщенной стеблевой части | Шафран, гладиолус |
| Корневище | Подземный побег многолетних растений, который внешне похож на корень. Корневище имеет узлы и междоузлия. В пазухах чешуевидных листьев – спящие почки | Пырей, ландыш, ирис, крапива |
| Видоизменения надземных побегов |
||
| Колючки | Твердые острые побеги без листьев или с недоразвитыми листьями. | Боярышник, яблоня, облепиха |
| Столоны | (бытовое название – «усы») горизонтальные ползучие побеги, способствующие размножению растения. На каждом столоне расположены розетки с придаточными корнями | Земляника, живучка ползучая |
| Усики | Тонкий цепкий побег, который выходит из пазухи листа. | Виноград, огурец |
| Суккулентные побеги | Толстый мясистый побег, приспособленный для накопления и сохранения большого количества воды. | Кактусы, молочай |
| Видоизменения листьев |
||
| Колючка (в её пазухе находятся почка или побег) | Защита | Кактус, барбарис |
| Ловчие аппараты насекомоядных растений | Захват и переваривание насекомых | Росянка, венерина мухоловка, непентес |
| Суккулентные листья - сочные, мясистые водозапасающие листья | Запас
воды
- листья имеют плотную восковую кутикулу и специальные влагозапасающие клетки | Очитки, агавы, алоэ |
| Усик (находится на месте листа) | Прикрепление к опоре | Горошки, чины |
| Чешуи - листья, лишенные хлорофилла тонкие | Репчатый лук |
|
| Чешуи сочные | Запасание питательных веществ | Репчатый лук |
| Видоизменения корней |
||
| Запасающие корни | Откладывание запасных веществ в главном корне приводит к образованию корнеплодов, а в боковых и дополнительных корнях - корневых клубней ; корнеплоды и корневые клубни служат вместилищем питательных веществ | У моркови, редиса, свеклы (корнеплоды), георгины(корневые клубни) |
| Воздушные корни | Развиваются на надземных органах растений и обеспечивают поглощение дождевой воды или впитывают воду с очень влажной атмосферы | У тропических эпифитов(орхидеевых, бромелиевых) |
| Дыхательные корни | Между клетками корня находятся воздушные полости, корни растут вверх, поднимаются над поверхностью почвы и обеспечивают приток воздуха подземным частям растения | У тропических растений, растущих на заболоченных почвах (например, болотный кипарис) |
| Корни - присоски | На конце переходят в присоски - проникают в проводящие ткани другого растения и высасывают из него питательные вещества | |
| Корни - прицепки | Дополнительные мелкие корни, которые развиваются на нижней стороне стебля и обеспечивают прикрепление растения к другим растениям, стенам и скалам | У лазящих лиан, фикусов, плющей |
| Опорные корни | Дополнительные ходульные корни, которые растут из стеблей вниз и закрепляются в почве. Боковые доскоподобные корни, которые прилегают к стволу и помогают ему поддерживать крону | У фикусов (баньяна), некоторых пальм, кукурузы. У тропических деревьев, слабо выражены у бука, вяза |
Гомологичные и аналогичные органы.
У растений различают гомологичные и аналогичные органы.
Гомологичные органы имеют одинаковое происхождение, но могут различаться формой и выполняемыми функциями, например луковица и корневище .
Аналогичные органы , наоборот, внешне сходны, выполняют одинаковые функции, но имеют разное происхождение, например колючки барбариса и боярышника .
корнеплоды
Примеры аналогичных органов
Морфология растений представляет много примеров аналогичных органов , т . е . таких образований , происхождение которых различно , но функции одинаковы . Так , корни аналогичны ризоидам , колючки - шипам , семена - спорам .
У растений гомологичными органами являются заросток папоротника, первичный эндосперм семязачатка сосны, зародышевый мешок цветкового растения. Все они образуются из спор , имеют гаплоидный набор хромосом и несут женскую гамету - яйцеклетку. Но заросток папоротника - автотрофное растение с архегониями. Первичный эндосперм сосны входит в состав семязачатка, а затем - семени в качестве запасающей ткани. Сформированный зародышевый мешок имеет восемь клеток, и лишь три из них принимают участие в развитии семени, остальные отмирают. Гомологичные органы свидетельствуют о том, что в ходе приспособительной эволюции признаки претерпевают глубокие изменения, которые приводят к образованию новых видов, родов и более крупных систематических групп животных и растений.
Гомологичными органами называются такие, которые имеют одинаковое происхождение, но строение и функции их различны (например, лепестки цветка и усики гороха произошли из листа, а внешнее строение и функции их различны).
КактусБарбарис
Дикая яблоня
Дикая груша
Облепиха
Боярышник
Примечание:
Колючки не следует смешивать с шипами, имеющимися на стеблях шиповника, крыжовника, малины. Шипы отличаются от колючек меньшими размерами, это выросты поверхностных тканей стебля, а не видоизменения какого либо органа.
Корневище обычно не несет зеленых листьев, но, будучи побегом, сохраняет метамерную структуру. Узлы выделяются либо по листовым рубцам и остаткам сухих листьев, либо по живым чешуевидным листьям, также в узлах располагаются пазушные почки. По этим признакам корневище легко отличить от корня. Как правило, на корневище формируются придаточные корни; из почек вырастают боковые ответвления корневища и надземные побеги
