Вопросы и задания для самоконтроля

1. Нарисуйте схему растительной клетки. Обозначьте ее органеллы. Почему растительная клетка является эукариотной?

2. Объясните, в чем заключаются отличительные признаки растительной и животной клетки?

3. Сравните прокариотические и эукариотические клетки.

4. Как классифицируются ткани растений? Приведите примеры покровных тканей растений.

5. В каких органах растений располагаются механические ткани. Какие функции у механических тканей?

6. Сравните функции проводящих и покровных тканей.

7. Почему растениям необходимы запасающие ткани? В каких органах растений расположены запасающие ткани?

8. Почему флоэма называется сложной тканью?

9. Напишите эссе на тему «Растительная клетка».

Тема 2. Корень и корневые системы

Корень в процессе эволюции возник как орган, выполняющий функции почвенного питания. В связи с этим поглощение минеральных веществ и воды из почвы является основной функцией корня. Но корень - орган многофункциональный. Он укрепляет, заякоривает растение в почве. В корнях происходит синтез ряда органических веществ, которые затем используются в надземных органах. Иногда корни служат местом отложения запасных питательных веществ (морковь, свекла, репа). У некоторых растений корни служат для вегетативного размножения (георгин, малина).

Зоны корня. Различные участки корня отличаются по возрасту, строению и функциям. В связи с этим в корне выделяют следующие зоны, начиная от его кончика: зона деления, зона растяжения, зона всасывания, зона проведения питательных веществ.

Зона деления клеток располагается на кончике корня. Размеры ее около 1 мм. В этой зоне в результате деления клеток увеличивается их число. На самом кончике корня есть инициальные клетки, которые делятся в течение всей жизни корня и дают начало как всем клеткам корня, так и клеткам корневого чехлика. Корневой чехлик прикрывает зону деления снаружи, защищает ее, кроме того, способствует продвижению корня в почве. За зоной деления располагается зона растяжения, в которой клетки уже почти не делятся, а сильно увеличиваются в размерах. Далее идет зона всасывания. Поверхность зоны всасывания покрыта корневыми волосками. Основная часть воды и минеральных солей поглощается именно этой зоной корней. В зоне всасывания клетки уже специализированы в постоянные ткани. За зоной всасывания располагается зона ветвления корня и проведения питательных веществ. Её поверхность уже не имеет корневых волосков, а оболочки клеток покровной ткани подвергаются опробковению. Поэтому вода и минеральные вещества в корень уже не поступают. В этой зоне происходит образование боковых корней.

Поступление воды и минеральных веществ в корень может происходить в зонах деления, растяжения и всасывания. Но основная масса питательных веществ и воды, которая подается в наземную часть растения, поглощается в зоне всасывания. Протяженность её может достигать нескольких сантиметров. Поверхность зоны всасывания покрыта корневыми волосками, которые являются выростами клеток покровной ткани – эпиблемы. На один квадратный миллиметр поверхности эпиблемы приходится до нескольких сот корневых волосков, что сильно увеличивает всасывающую поверхность корня. В зоне всасывания в корне появляется ксилема, по которой вода и минеральные элементы передвигаются от корня в наземные органы. Зона поглощения корня непрерывно передвигается в почве. Это связано с нарастанием корня. Корневые волоски отмирают на стареющих клетках покровной ткани (при переходе в зону проведения) и появляются на более молодых клетках (со стороны зоны роста). Это позволяет растению брать питательные вещества из новых участков почвы. Минеральные элементы поглощаются корнем в виде ионов. Поглощение их избирательно. Из почвы растения берут также макроэлементы N,P,S, K,Ca,Mg,Fe, которые поглощаются растениями в значительном количестве. Кроме того, из почвы поглощаются и микроэлементы – B, Mn, Zn,Cu,Mo и др.

Внутреннее строение корня. В меристеме корня уже можно обнаружить слои, которые впоследствии дадут начало эпиблеме, коре и центральному цилиндру. На поперечном срезе, сделанном в зоне всасывания, можно наблюдать первичное строение корня. При первичном строении корень снаружи покрыт эпиблемой. Основная функция – поглощение из почвы воды и минеральных веществ. Под эпиблемой располагается первичная кора корня, которая состоит из живых паренхимных клеток. Эти клетки участвуют в поглощении питательных веществ и воды и проведении их к центральному цилиндру. В коре корня происходит синтез веществ, важных для жизни всего растения, могут откладываться запасные вещества и т. д. Внутренний слой коры – эндодерма – на радиальных и поперечных стенках имеет так называемые пояски Каспари – опробковевшие и одревесневшие узкие полоски. Благодаря пояскам Каспари эндодерма является своеобразным физиологическим барьером, препятствующим передвижению воды и минеральных веществ по клеточным оболочкам. В клетках эндодермы эти вещества вынуждены пройти через цитоплазму, обладающей избирательной проницаемостью. Но в эндодерме остаются так называемые пропускные клетки, не имеющие в оболочках поясков Каспари. В центре корня находится центральный цилиндр (стела). Основную часть его составляют проводящие ткани. При этом первичная ксилема образует звезду, между лучами которой располагаются участки флоэмы. Проводящие ткани окружены обычно однослойным перициклом. Живые тонкостенные клетки перицикла долго сохраняют способность к меристематической деятельности, в частности, они дают начало боковым корням.

Первичное строение имеют корни всех растений в зоне всасывания. У папоротникообразных и у однодольных растений такое строение корня сохраняется в течение всей жизни. У голосеменных и двудольных происходят вторичные изменения корней и корни утолщаются. Изменения начинаются с возникновением камбия, который появляется в результате деления паренхимных клеток, находящихся между проводящими элементами флоэмы и ксилемы. Вначале камбий возникает в виде отдельных дужек, которые затем соединяются с камбиальными клетками, возникшими в результате деления перицикла. Возникает непрерывный камбиальный слой. Но камбиальный слой неоднороден. Его клетки, возникшие из перицикла, откладывают паренхимные клетки сердцевинных лучей, а остальные камбиальные клетки внутрь откладывают элементы вторичной ксилемы, а к периферии - элементы вторичной флоэмы. В результате деятельности камбия центральный цилиндр увеличивается в диаметре. При значительном его разрастании первичная кора растрескивается и слущивается. Но к этому моменту корень снаружи защищен пробкой, которая образуется феллогеном (пробковым камбием) возникшем из перицикла.

Виды корней. Цветковые растения имеют боковой тип ветвления корней. У них различают главный боковые и придаточные корни. Главный корень развивается из зародышевого корешка семени. Это корень первого порядка. Боковые корни появляются в результате ветвления корней и могут возникнуть на главном, придаточном и боковом корне. Закладываются они на некотором расстоянии от кончика корня (в зоне ветвления) вследствие деления клеток перицикла. Зачаток бокового корня проходит через первичную кору материнского корня и появляется наружу. Боковые корни могут быть корнями второго порядка, на них появляются корни третьего порядка, на которых могут возникнуть корни четвертого порядка. Придаточные корни возникают на различных органах растений – на стеблях (стеблеродные), листьях и на старых участках корней. Придаточные корни возникают в результате деления клеток перицикла, камбия, а иногда даже феллогена.

Типы корневых систем. Совокупность всех корней растения называется корневой системой. Корневые системы делятся по происхождению и по форме. По происхождению различают системы главного корня, системы придаточных корней и смешанные корневые системы. Корневая система главного корня состоит из главного корня и боковых корней. Такая корневая система характерна для многих однолетних трав из класса двудольных. Корневая система придаточных корней состоит только из придаточных стеблеродных корней, которые могут ветвиться, образуя боковые корни. У семенных растений с таким типом корневой системы главный корень обычно развивается слабо, быстро отмирает и заменяется придаточными корнями. Смешанная корневая система включает систему главного корня и возникающие затем на стебле придаточные корни. Формированию придаточных корней, а следовательно, и смешанной корневой системы способствует окучивание растений (капуста, томаты).

Форма корневых систем может быть очень разнообразной. Но чаще всего по форме корневые системы делят на стержневые и мочковатые. В стержневых корневых системах всегда имеется мощно развитый главный корень, который хорошо выделяется среди других корней. Такие корневые системы характерны для одуванчика, люпина, люцерны, дуба. В мочковатой корневой системе главный корень или незаметен среди придаточных корней, или его вообще нет. Мочковатые корневые системы характерны для злаков, луковичных и многих других однодольных. Встречается такой тип корневой системы и у некоторых двудольных, особенно при вегетативном размножении. Между этими корневыми системами есть переходные формы.

Влияние экологических факторов на рост и размещение корневых систем может быть разнообразным. Строение корневой системы и ее размеры зависят как от видовых особенностей растений, так и от среды обитания. Но, как правило, общая поверхность корней в десять раз превышает поверхность наземных органов. Наибольшее количество корней обычно развивается в верхних горизонтах почвы. Корни растений могут проникать в почве на большую глубину. Так, у люцерны в фазе двух – трех листьев корни уходят на глубину свыше 1 м, а у взрослых растений до 15 – 20 м. У некоторых растений корни сильно разрастаются в радиальном направлении. Так, у арбуза и тыквы ширина корневой системы в диаметре может достигать до 5 м. У плодовых деревьев обычно длина горизонтально расположенных корней в 2 – 5 раз превышает ширину кроны.

Размеры корневых систем, глубина их проникновения, степень ветвления во многом зависят от экологических факторов. И даже у различных растений, произрастающих в сходных местообитаниях, нередко наблюдаются сходные признаки корневых систем. Так, у водных растений и растений болот в корнях сильно развита аэренхима – ткань, выполняющая вентиляционную функцию. Обычно корни этих растений не имеют корневых волосков. У растений других экологических групп грунтовые воды вызывают отмирание корней или прекращение их роста над уровнем грунтовых вод. Поэтому корневые системы растений, произрастающих на почвах с близким уровнем грунтовых вод, – поверхностные. Так, сосна на песчаных почвах имеет хорошо развитый вертикальный стержневой корень, а на заболоченных почвах ее корневая система состоит из сильно разветвленных горизонтальных корней, залегающих в поверхностных слоях. Поверхностные корневые системы имеют деревья и кустарники на почвах, где имеется вечная мерзлота: в зоне тундры, лесотундры, северной части сибирской тайги. Основная масса корней этих растений расположена выше уровня вечной мерзлоты. Корневые системы горных растений также поверхностные, широко простирающиеся. Боковые их корни обычно растут по склону. У растений пустынь, где ограничивающим фактором является вода, характер корневых систем определяется условиями водоснабжения. В местах, где на какой-то глубине залегают грунтовые воды, преобладают растения с глубоко идущей корневой системой до 15 – 20 м. Если грунтовых вод на сравнительно близком расстоянии нет, преобладают растения с поверхностной корневой системой. Так, очень поверхностную корневую систему, но далеко распространяющуюся в радиальном направлении, имеют кактусы. При исследовании корневых систем растений пустыни Каракум было установлено, что у некоторых деревьев (черный саксаул, песчаная акация) корневая система имеет 2 зоны ветвления – подповерхностную и глубинную, расположенную у уровня грунтовых вод. Такое размещение корней позволяет растениям использовать как весеннюю влагу скудных дождей, так и влагу грунтовых вод. Одной из особенностей корневых систем растений сухих местообитаний (степи, пустыни) является образование эфемерных придаточных корней в верхних частях корневой системы. Они появляются при увлажнении почвы и отмирают при ее пересыхании.

Видоизменения корней. В связи с изменением функций корни могут видоизменяться. При запасающей функции они обычно утолщены. Запасные вещества могут откладываться в придаточных корнях (корневые шишки георгина, чистяка) и в главном корне (корнеплоды моркови, редьки). Причем верхняя часть корнеплода – видоизмененное основание главного побега, а ниже -видоизмененный главный корень. Запасные вещества откладываются в паренхимной ткани, которая у моркови, петрушки сильно развита в лубе, а репы, редьки в древесине. В корнеплоде свеклы видны кольца. Это объясняется работой поочередно заложенных нескольких камбиальных колец, каждое из которых образует проводящие ткани и запасающую паренхиму. У тропических древесных растений есть столбовидные корни – подпорки. У деревьев мангровых зарослей – ходульные корни, которые создают лыжный эффект (т.е. распределяют массу на большую площадь опоры). У растений тропиков, растущих на болотистой почве, есть дыхательные корни – пневматофоры. Дыхательные корни иногда образуются и у наших ив, растущих по берегам водоемов.

Корни растений способны к сожительству с бактериями и с грибами. В прикорневой зоне почвы количество микроорганизмов в сотни раз больше, чем в остальной почве. Это объясняется тем, что микроорганизмы здесь находят источники питания (корневые выделения, отмершие ткани). Но и микроорганизмы полезны для растения. Они минерализуют органические вещества и переводят элементы питания в доступную для растений форму. Эта прикорневая зона называется ризосферой. На корнях некоторых растений поселяются клубеньковые бактерии. Особенно они характерны для растений семейства бобовых. Клубеньковые бактерии, поселяясь в корне, вызывают разрастание тканей, что приводит к образованию клубеньков. Взаимоотношения растений и клубеньковых бактерий обычно носят симбиотический характер, т.е. взаимно полезны. Клубеньковые бактерии способны усваивать азот воздуха и снабжать им растение – хозяина. Растение же обеспечивает бактерии углеводами. Развитие клубеньковых бактерий на корнях бобовых очень важно для практики сельского хозяйства.

В природе широко распространена микоризность корней. Микориза – это симбиоз высших растений с грибами. И высшее растение, и гриб из такого сожительства извлекают взаимную пользу. Гриб способствует поступлению в растение воды, минеральных веществ, кроме того, гриб снабжает растение витаминами группы «В». Растение же снабжает гриб углеводами и другими веществами. Микориза встречается у древесных, кустарниковых и травянистых растений. Очень часто микоризный гриб может поселяться на корнях только определенного растения. Поэтому известна приуроченность определенных грибов к определенным видам деревьев (подберезовики, подосиновики, маслята).