Стебель.
В типичных случаях это - осевой полисимметричный орган неограниченного роста, несущий листья и почки; увеличение в длину происходит путем верхушечного и вставочного роста, ветвление и из наружных тканей (экзогенно).
Стебель обеспечивает связь между листьями и корнями, обусловливает образование мощной ассимиляционной поверхности листьев и наилучшее размещение их по отношению к свету, служит вместилищем запасных продуктов. Стебли (как и корни) древесных растений могут достигать возраста 4 - 6 тыс. лет (мамонтово и драконово деревья). У некоторых трав возраст стебля ограничен всего 30 - 45 днями (растения-эфемеры).
Макроскопическое строение.
Форма поперечного сечения стебля чаще всего бывает цилиндрической, но у травянистых растений встречаются стебли трехгранные (осоки), четырехгранные (яснотковые), крылатые (чина лесная), плоские (рдест).
Длина стеблей колеблется в больших пределах: от 280 - 300 м (лазящие стебли ротанговых пальм) до 1,5 мм (водное растение вольфия).
Микроскопическое строение.
Наземные условия обитания, более разнообразные и контрастные, чем почвенные, обусловили более сложное и многообразное строение стебля по сравнению с корнем.
Первичное строение . На верхушке стебля расположена первичная меристема (конус нарастания). На уровне зачаточных листьев закладывается прокамбий, формирующий первичную флоэму и ксилему. Наружу от прокамбия обособляется первичная кора, внутрь - сердцевина. Поверхностный слой клеток конуса нарастания дифференцируется в эпидерму. Так возникает первичное строение. При первичном строении ткани стебля, как и корня, делят на два комплекса: первичную кору, покрытую эпидермой, и центральный цилиндр.
Первичную кору составляют следующие ткани: механическая, расположенная под эпидермой; паренхима, значительная часть клеток которой содержит хлоропласта; эндодерма - внутренний слой первичной коры, клетки которого часто содержат крахмальные зерна, и тогда его называют крах мало поеным влагалищем.
Наружный слой центрального цилиндра называют перициклом. Он состоит из одного или нескольких рядов паренхимных клеток, из которых могут возникать вторичные меристемы - камбий и феллоген, придаточные корни и почки. Иногда перицикл наряду с паренхимой содержит и склеренхиму (перициклические волокна). Внутрь от перицикла располагаются проводящие ткани, возникающие из прокамбия. В центре расположена сердцевина, состоящая из крупноклеточной тонкостенной паренхимы, где могут откладываться запасные продукты.
У голосеменных и двудольных покрытосеменных прокамбий закладывается отдельными тяжами, расположенными по окружности. Следовательно, проводящие ткани при первичном строении также располагаются отдельными пучками по окружности и разделены участками паренхимы, образующими первичные сердцевинные лучи. У однодольных тяжи прокамбия, а также дифференцирующиеся из него сосудисто-волокнистые пучки располагаются произвольно по всей толще центрального цилиндра, включая сердцевину.
Вторичное строение . Как и у корня, оно связано с возникновением вторичной меристемы - камбия, поэтому бывает только у голосеменных и двудольных покрытосеменных. Камбий закладывается в центральном цилиндре между первичной флоэмой и первичной ксилемой. Он образуется из прокамбия и паренхимы первичных сердцевинных лучей. В центробежном направлении камбий дифференцируется во вторичную кору, состоящую из вторичной флоэмы (вторичного луба) с типичными для нее элементами: ситовидными трубками, сопровождающими клетками, лубяными волокнами, лубяной паренхимой, а также из паренхимы сердцевинных лучей. В центростремительном направлении камбий откладывает вторичную древесину, состоящую из сосудов, трахеид, древесинных волокон, древесинной паренхимы, а также паренхимы сердцевинных лучей. Элементов вторичной древесины обычно откладывается намного больше, чем элементов вторичной коры. В результате деятельности камбия стебель разрастается в толщину. При переходе во вторичное строение первичная кора стебля продолжает функционировать и отмирает не сразу, как у корня. Таким образом, при вторичном строении стебель состоит из эпидермы, или пробки, первичной и вторичной коры, камбия, вторичной и первичной древесины, сердцевины.
Структурное разнообразие вторичного строения стеблей обусловлено разнообразием первичной структуры, а также особенностями деятельности камбия. Наиболее широко распространены следующие типы вторичного строения стебля: непучковое, переходное, пучковое.
При непучковом строении прокамбий закладывается цилиндром и вскоре преобразуется в камбий. Следовательно, и при первичном, и при вторичном строении элементы флоэмы и ксилемы располагаются также сплошным цилиндром. Этот тип строения свойствен древесным растениям (хвойным и лиственным), а также некоторым травянистым (подмаренник, ипомея, лен и др.).
У сосны в центре стебля находится небольшой участок тонкостенных паренхимных клеток - сердцевина. К периферии от нее располагается древесина (ксилема), занимающая большую часть стебля. Она состоит из трахеид, образующих концентрические, слои — годичные кольца. Годичное кольцо возникает из-за периодичности функционирования камбия, который весной дифференцируется в тонкостенные трахеиды с большой полостью, выполняющие проводящую функцию, а летом и осенью - в толстостенные трахеиды с малой полостью, выполняющие в основном механическую функцию. В древесине повсюду, но преимущественно в осенних участках годичных колец, расположены смоляные ходы. Массив трахеид пересекают по радиусу сердцевинные лучи, состоящие из одного ряда живых паренхимных клеток. По ним осуществляется передвижение веществ в горизонтальном направлении.
Таким образом, древесина сосны, как и других хвойных, имеет достаточно однородную и поэтому примитивную организацию: ни сосудов, ни древесинных волокон нет, а древесинная паренхима представлена только клетками сердцевинных лучей и эпителиальными клетками смоляных ходов.
Между древесиной и вторичной корой расположен камбий. Вторичная кора состоит из вторичной и первичной флоэмы и перициклической зоны. Между ситовидными клетками находятся более крупные округлые клетки лубяной паренхимы. Сердцевинные лучи и во флоэме состоят из одного ряда клеток, однако более крупных, чем в ксилеме. Снаружи от вторичной коры располагаются крупные клетки паренхимы первичной коры, среди которых заметны большие смоляные ходы.
Пробку составляют слои клеток с тонкими опробковевающими стенками, чередующиеся со слоями клеток с толстыми одревесневающими стенками.
Стебель липы имеет типичное для древесных двудольных растений строение. В центре расположен небольшой участок сердцевины, состоящий из тонкостенной паренхимы. Сердцевина окружена толстым слоем древесины. На границе с сердцевиной древесина образует небольшие выступы. Это участки первичной древесины, состоящие в основном из кольчатых и спиральных сосудов. Вторичная древесина, как и у сосны, имеет годичные кольца, весенние участки которых состоят из сосудов преимущественно с большим диаметром, летне-осенниеиз сосудов малого диаметра с преобладанием трахеид и древесинных волокон.
Вокруг древесины находится камбий, за которым располагаются участки флоэмы в виде трапеций, состоящие из слоев ситовидных трубок с сопровождающими клетками и лубяной паренхимы, чередующихся со слоями лубяных волокон. Между участками флоэмы находятся широкие сердцевинные лучи, сужающиеся в древесине до одного ряда клеток. За флоэмой и сердцевинными лучами - перициклическая зона из чередующихся по кругу групп лубяных волокон (против участков флоэмы) и паренхимы (против сердцевинных лучей). Участки флоэмы, паренхима сердцевинных лучей и перициклическая зона составляют вместе вторичную кору.
Снаружи от вторичной коры начинается первичная кора. К перициклической зоне примыкает эндодерма, которая у древесных растений выражена слабо и почти не отличается от следующей за ней паренхимы, состоящей из крупных клеток, в которых нередко имеются друзы оксалата кальция. Снаружи от паренхимы расположены пластинчатая колленхима и перидерма.
У некоторых растений (дуб, тис и др.) с возрастом в более старой части древесины накапливаются продукты обмена веществ - дубильные соединения, смолы, камеди, соли, в связи с чем она приобретает темный цвет. Это так называемая ядровая древесина. Светлый же слой древесины, расположенный ближе к коре, называют заболонью.
У стебля льна на поверхности расположены крупные клетки эпидермы, покрытые кутикулой. За эпидермой лежит небольшой слой мелких клеток хлорофиллоносной паренхимы коры. Первичная кора заканчивается волнистым рядом более крупных клеток эндодермы. Внутрь от эндодермы находятся плотные группы толстостенных крупных клеток, округлых или многогранных. Это лубяные волокна перициклического происхождения, ради которых и возделывают лен. Далее к центру расположен тонкий слой флоэмы, а за ней - камбий. Вторичная ксилема состоит из крупных пористых сосудов, трахеид и древесинных волокон. На границе с сердцевиной расположены мелкие кольчатые и спиральные сосуды первичной ксилемы. Ксилему пересекают сердцевинные лучи из паренхимных клеток с одревесневающими стенками. Сердцевина состоит из крупноклеточной паренхимы, которая в центре разрушается, образуя полость.
При переходном строении прокамбий закладывается отдельными тяжами, первичное строение пучковое. Камбий образуется из прокамбия и паренхимы первичных сердцевинных лучей. Пучковый камбий дифференцируется в элементы вторичной флоэмы и ксилемы. Межпучковый камбий дифференцируется, так же как и пучковый, в элементы флоэмы и ксилемы и образует новые пучки, расположенные между прежними. Постепенно те и другие разрастаются и могут сливаться. В результате деятельности межпучкового камбия в более старой части стебля появляется сплошной слой древесины и луба. Такое строение имеют травянистые растения (подсолнечник, топинамбур, бодяк и др.).
У стебля подсолнечника снаружи расположена эпидерма с крупными многоклеточными волосками, под ней находится механическая ткань - колленхима, а под колленхимой - небольшой слой паренхимы первичной коры, заканчивающийся извилистым слоем эндодермы. В паренхиме имеются схизогенные смоляные ходы. Таким образом, первичная кора состоит из колленхимы, основной паренхимы, эндодермы.
Внутрь от первичной коры расположен центральный цилиндр. Он начинается перициклической зоной, состоящей из участков склеренхимы, чередующихся по кругу с тонкостенной паренхимой. Тяжи склеренхимы расположены не произвольно, а в комплексе с коллатеральными проводящими пучками, они прилегают к флоэмной части пучка. Пучки открытые, расположены равномерно по окружности стебля. Несколько вогнутая зона пучкового камбия, выходя за пределы пучка, формирует выпуклую дугу межпучкового камбия. Широкая зона камбия - свидетельство активной его деятельности. Действительно, за два месяца стебель подсолнечника утолщается в 8 - 10 раз. Межпучковый камбий возникает из паренхимы сердцевинных лучей после того, как из прокамбия сформируются проводящие пучки и начинается деятельность пучкового камбия. Межпучковый камбий образует элементы нового проводящего пучка: ксилему к центру стебля и флоэму к его периферии. Постепенно новые и старые пучки разрастаются и сливаются. В результате деятельности межпучкового камбия образуются сплошной слой ксилемы с острыми выступами, вдающимися в сердцевину, и сплошной слой флоэмы. Крупноклеточная паренхима сердцевины составляет основную массу стебля.
При пучковом строении различие заключается в деятельности камбия. Пучковый камбий преобразуется в элементы вторичных флоэмы и ксилемы, межпучковый - только в паренхиму, образующую сердцевинные лучи. Таким образом, и при вторичном строении сохраняется пучковое расположение проводящих тканей. Такое строение можно наблюдать у ряда травянистых растений (кирказон, тыква, чистотел и др.).
У стебля кирказона эпидерма покрыта слоем кутикулы. Под ней расположена колленхима, чаще пластинчатая, иногда уголковая. Паренхима состоит из крупных тонкостенных клеток. В некоторых из них имеются кристаллы оксалата кальция в виде друз. Заканчивается первичная кора эндодермой.
Клетки наружного слоя центрального цилиндра - склеренхимы перициклического происхождения - на поперечном разрезе многоугольные, плотно прилегают друг к другу, стенки их толстые, пронизаны простыми порами. Внутренняя граница кольца склеренхимы волнистая, над пучками она приподнимается, между пучками опускается.
Коллатеральные проводящие пучки расположены в один ряд по кругу. Флоэма отличается от окружающей ее паренхимы более мелкими клетками. Она состоит из ситовидных трубок, сопровождающих клеток и тонкостенной лубяной паренхимы. Первичная флоэма, расположенная в наружной части пучка, деформирована. Вторичная ксилема, образованная камбием, включает сосуды большого диаметра (сетчато-пористые), древесинные волокна и древесинную паренхиму. Первичная ксилема, расположенная на границе с сердцевиной, состоит из небольшого числа кольчатых и спиральных сосудов малого диаметра и трахеид.
В пучке между ксилемой и флоэмой лежит камбиальная зона. Пучки разделены первичными сердцевинными лучами. На более поздних фазах роста в паренхиме сердцевинных лучей также образуется камбий. Тяжи межпучкового камбия примыкают к пучковому камбию, образуя сплошной камбиальный цилиндр. Межпучковый камбий дифференцируется только в паренхиму сердцевинных лучей.
Сердцевина состоит из рыхло расположенных паренхимных клеток. В некоторых из них также есть друзы.
Структура стеблей у травянистых двудольных растений более разнообразная, чем у деревьев и кустарников, что служит показателем их высокой специализации. К особенностям строения стеблей травянистых растений в отличие от древесных надо отнести: отсутствие или слабое развитие феллогена, значительную паренхиматизацию, ослабление деятельности камбия, редукцию механических и отчасти проводящих тканей.
Особенности строения стебля однодольных покрытосеменных . Как и корень, стебель имеет лишь первичное строение. Тип строения пучковый. Сосудисто-волокнистые пучки закрытые. На поперечных срезах они как бы беспорядочно рассеяны по всей основной паренхиме. Отчетливая граница между первичной корой и центральным цилиндром часто отсутствует. Для обеспечения механической прочности стебля наряду со склеренхимой пучков служат утолщенные и одревесневающие стенки клеток эпидермы и паренхимы. Хотя у однодольных камбий не образуется, некоторые из них (в основном древесные лилейноцветные) имеют вторичное утолщение за счет возникшего из перицикла кольца утолщения.
У стебля ржи под эпидермой расположен слой механической ткани, прерываемый участками хлорофиллоносной паренхимы. Над ней в эпидерме можно заметить устьичные аппараты. В более старых участках стебля стенки клеток хлорофиллоносной паренхимы одревесневают, как и стенки клеток эпидермы. В механической ткани, ближе к границе с основной паренхимой, находятся небольшие проводящие пучки. В основной паренхиме более крупные закрытые коллатеральные проводящие пучки располагаются в шахматном порядке в два, реже в три ряда. Первичная кора не выражена. В центре стебля сердцевина не сохраняется. При увеличении толщины стебля за счет роста клеток она разрывается и образуется полость, свойственная стеблям большинства злаков. Такой стебель называют соломиной.
Стебель кукурузы не имеет полости. Он заполнен основной паренхимой, по всей толщине пронизанной проводящими пучками. Под эпидермой расположен тонкий слой механической ткани. Первичная кора, как и у ржи, не выражена. Проводящие пучки закрытые коллатеральные. Во флоэме нет лубяной паренхимы, ситовидные трубки и сопровождающие клетки на поперечном срезе имеют вид сеточки. Ксилема содержит 3 - 5 сосудов, из них два крупных. Под сосудами имеется полость. Ксилема полуобъемлет флоэму. Пучок окружен слоем склеренхимы.
Библиография:
Конспект лекций кандидата биологических наук Суркова Виктора Александровича.
ТКАНИ. КЛАССИФИКАЦИЯ ТКАНЕЙ.
В основе организации высших растений лежит принцип специализации клеток, который заключается в том, что каждая клетка организма выполняет не все присущие ей функции, а только некоторые, но зато более полно и совершенно.
Ткани - устойчивые, закономерно повторяющиеся комплексы клеток, сходные по происхождению, строению и приспособленные к выполнению одной или нескольких функций.
Существуют различные классификации тканей, но все они достаточно условны.
В зависимости от основной функции различают несколько групп растительных тканей.
1. Образовательные ткани, или меристемы, - обладают способностью к делению и формированию всех прочих тканей.
2. Покровные ткани:
Первичные;
Вторичные;
Третичные.
3. Основные ткани - составляют большую часть тела растения. Различают следующие основные ткани:
Ассимиляционные (хлорофиллоносные);
Запасающие;
Воздухоносные (аэренхима);
Водоносные.
4. Механические ткани (опорные, скелетные):
Колленхима;
Склеренхима.
5. Проводящие ткани:
Ксилема (древесина) – ткань восходящего тока;
Флоэма (луб) – ткань нисходящего тока.
6. Выделительные ткани:
Наружные:
Железистые волоски;
Гидатоды – водяные устьица;
Нектарники;
Внутренние:
Выделительные клетки с эфирными маслами, смолами, дубильными веществами;
Многоклеточные вместилища выделений, млечники.
По способности клеток к делению различают два типа тканей: образовательные, или меристемы, и постоянные - покровные, выделительные, основные, механические, проводящие.
Ткань называют простой, если все ее клетки одинаковы по форме и функциям (паренхима, склеренхима, колленхима). Сложные ткани состоят из клеток, неодинаковых по форме, строению и функциям, но связанных общим происхождением (например, ксилема, флоэма).
Существует также классификация тканей, основанная на их происхождении (онтогенетическая). Согласно этой классификации различают первичные и вторичные ткани. Из первичной меристемы, находящейся на верхушке побега и кончике корня, а также из зародыша семени формируются первичные постоянные ткани (эпидерма, колленхима, склеренхима, ассимиляционная ткань, эпиблема). Клетки постоянных тканей неспособны к дальнейшему делению. Из клеток специализированной меристемы – прокамбия - формируются первичные проводящие ткани (первичная ксилема, первичная флоэма).
Из вторичной меристемы – камбия - формируются вторичные ткани: вторичная ксилема, вторичная флоэма; из феллогена образуются пробка, феллодерма, чечевички, возникающие при утолщении стебля и корня. Вторичные ткани, как правило, встречаются у голосеменных и двудольных покрытосеменных растений. Мощное развитие вторичных тканей – древесины и луба характерно для древесных растений.
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТКАНИ
Образовательные ткани благодаря постоянному митотическому делению их клеток обеспечивают образование всех тканей растения, т.е. фактически формируют его тело. Любая клетка в своем развитии проходит три стадии: эмбриональную, роста и стадию дифференциации (то есть приобретения клеткой определенной функции). По мере дифференциации зародыша первичная меристема сохраняется только на верхушке будущего побега (в конусе нарастания) и на кончике корня – апикальные (верхушечные) меристемы. Зародыш любого растения состоит из клеток меристемы.
Цитологическая характеристика меристем. Типичные признаки наиболее отчетливо выражены в верхушечных меристемах. Эти меристемы составлены изодиаметрическими многогранными клетками, не разделенными межклетниками. Их оболочки тонки, содержат мало целлюлозы и способны растягиваться.
Полость каждой клетки заполнена густой цитоплазмой с относительно крупным ядром, занимающим центральное положение, и интенсивно делящейся митозом. В гиалоплазме много диффузно разбросанных рибосом, пропластид, митохондрий и диктиосом. Вакуолей немного, и они мелкие. Проводящие ткани образуются из меристемы, имеющей прозенхимную форму и крупные вакуоли, – прокамбия и камбия. Клетки прокамбия в поперечном сечении многоугольные, клетки камбия – прямоугольные.
Клетки, сохраняющие свои меристематические свойства, продолжают делиться, образуя все новые и новые клетки, называемые инициалями. Часть дочерних клеток дифференцируется, превращаясь в клетки различных тканей, их называют производными инициалей. Клетки инициалей могут делиться неопределенно много раз, а производные инициалей делятся один или несколько раз и превращаются в постоянные ткани.
По происхождению различают первичные и вторичные меристемы.
Первичные меристемы
Первичные меристемы происходят непосредственно из меристемы зародыша и обладают способностью к делению. По положению в растении первичные меристемы могут быть верхушечными (апикальными), вставочными (интеркалярными) и боковыми (латеральными).
Верхушечные (апикальные) меристемы - такие меристемы, которые располагаются у взрослых растений на верхушках стеблей и кончиках корней и обеспечивают рост тела в длину. У стеблей в конусе нарастания выделяют два меристематических слоя: тунику, из которой образуются покровная ткань и периферическая часть первичной коры, и корпус, из которого образуются внутренняя часть первичной коры и центральный осевой цилиндр (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Апикальные меристемы стебля: а - продольный срез: 1 – конус нарастания; 2 – зачаток листа; 3 – бугорок пазушной почки;
В кончике корня различают три слоя:
1) дерматоген, из которого образуется первичная покровно-всасывающая ткань – ризодерма;
2) периблему, из которой развиваются ткани первичной коры;
3) плером, образующий ткани центрального осевого цилиндра.
по происхождению могут быть первичными и вторичными, на поперечном срезе осевых органов имеют вид колец. Примером первичной боковой меристемы служат прокамбий и перицикл. Из прокамбия формируются камбий и первичные элементы сосудисто-волокнистых пучков (первичная флоэма и первичная ксилема), при этом клетки прокамбия непосредственно дифференцируются в клетки первичных проводящих тканей.
Боковые меристемы располагаются параллельно поверхности органа и обеспечивают рост осевых органов в толщину.
Вставочные (интеркалярные) меристемы чаще первичные и сохраняются в виде отдельных участков в зонах активного роста в различных частях растения (например, в основании черешков листьев, у оснований междоузлий). В основании междоузлий у злаков деятельность этой меристемы ведет к удлинению междоузлий, что обеспечивает рост стебля в длину.
Вторичные меристемы
К вторичным относят боковые и раневые меристемы.
Боковые (латеральные) меристемы представлены камбием и феллогеном. Они формируются из промеристем (прокамбия) или постоянных тканей путем их дедифференцировки. Клетки камбия делятся перегородками, параллельными поверхности органа (периклинально). Из клеток, отложенных камбием наружу, развиваются элементы вторичной флоэмы, а из клеток, отложенных внутрь, – вторичной ксилемы. Камбий, возникший из постоянных тканей путем дедифференцировки, называют добавочньм. По строению и функции он не отличается от камбия, возникшего из промеристем. Феллоген формируется из постоянных тканей, расположенных в субэпидермальных слоях (под эпидермой). Делясь периклинально, феллоген отделяет наружу будущие клетки пробки (феллемы), а внутрь – клетки феллодермы. Таким образом, феллоген формирует вторичную покровную ткань – перидерму. Боковые меристемы располагаются параллельно поверхности органа и обеспечивают рост осевых органов в толщину.
Раневые меристемы образуются при повреждении тканей и органов. Вокруг повреждения живые клетки дедифференцируются, начинают делиться и тем самым превращаются во вторичную меристему. Их задача – образовать плотную защитную ткань, состоящую из паренхимных клеток, – каллюс. Эта ткань беловатого или желтоватого цвета, ее клетки имеют крупные ядра и достаточно толстые клеточные стенки. Каллюс возникает при прививках, обеспечивая срастание привоя с подвоем, и в основании черенков. В нем могут закладываться придаточные корни и почки, поэтому его используют для получения культуры изолированных тканей.
ПОКРОВНЫЕ ТКАНИ
Первичная покровная ткань
К первичной покровной ткани относят эпидерму собственно эпидермальных, околоустьичных, замыкающих клеток устьица и трихом.
Пектиновые вещества и целлюлоза, входящие в клеточную стенку, могут подвергаться ослизнению с образованием слизей и камедей. Они представляют собой полимерные углеводы, родственные пектиновым веществам, и отличаются способностью к сильному набуханию при соприкосновении с водой. Камеди в набухшем состоянии клейкие и могут вытягиваться в нити, тогда как слизи сильно расплываются и в нити не вытягиваются. Пектиновые слизи встречаются у представителей семейств лилейных, крестоцветных, мальвовых, липовых, розоцветных, в отличие от целлюлозных слизей, встречающихся гораздо реже (например, у орхидных).
Устьица
представляют собой высокоспециализированные образования эпидермы, состоящие из двух замыкающих клеток бобовидной формы и устьичной щели (своеобразного межклетника между ними). Имеются главным образом в листьях, но встречаются и в стебле (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Строение устьица: а, б - кожица листа тимьяна (вид сверху и на поперечном срезе); в - кожица со стебля цереуса (семейство кактусовых); 1 – собственно эпидермальные клетки; 2 – замыкающие клетки устьица; 3 – устьичная щель; 4 – воздухоносная полость; 5 – клетки хлорофиллоносной паренхимы; А – кутикула; Б – кутикулярный слой – оболочка с суберином и воском; В – целлюлозный слой стенки; Г – ядро с ядрышком; Д – хлоропласты
Стенки замыкающих клеток утолщены неравномерно: стенки, направленные к щели (брюшные), значительно утолщены по сравнению со стенками, направленными от щели (спинными). Щель может расширяться и сужаться, регулируя транспирацию и газообмен. Под щелью расположена крупная дыхательная полость (межклетник), окруженная клетками мезофилла листа.
Замыкающие клетки окружены околоустьичными клетками, которые совместно образуют устьичный комплекс
(рис. 2.7). Различают следующие основные типы устьичных комплексов:
Рис. 2.7. Основные типы устьичного аппарата: 1 – аномоцитный (у всех высших растений, кроме хвощей); 2 – диацитный (у папоротников и цветковых); 3 – парацитный (у папоротников, хвощей, цветковых и гнетовых); 4 – анизоцитный (только у цветковых); 5 – тетрацитный (главным образом у однодольных); 6 – анциклоцитный (у папоротников, голосеменных и цветковых)
1) аномоцитный (беспорядочный) – замыкающие клетки не имеют ярко выраженных околоустьичных клеток; характерен для всех высших растений, исключая хвойные;
2) анизоцитный (неравноклеточный) – замыкающие клетки устьица окружены тремя околоустьичными клетками, одна из которых намного крупнее (или меньше) остальных;
3) парацитный (параллельно-клеточный) – одна околоустьичная клетка (или более) расположена параллельно замыкающим;
4) диацитный (перекрестно-клеточный) – две околоустьичные клетки расположены перпендикулярно замыкающим;
5) тетрацитный (от греч. tetra - четыре) – главным образом у однодольных;
Устьица расположены на нижней стороне листа, но у водных растений с плавающими листьями они находятся только на верхней стороне листа. По форме клеток эпидермы листа и расположению устьиц можно отличить однодольное растение от двудольного (рис. 2.8). Собственно эпидермальные клетки листа двудольных растений в очертаниях волнистые (рис. 2.9), а у однодольных они вытянутые, ромбической формы.
Рис. 2.8. Расположение устьиц на эпидерме (вид с поверхности): а - двудольные растения: 1 - буквица; 2 – арбуз; б - однодольные растения: 3 – кукуруза; 4 – ирис
Типы устьиц по уровню расположения относительно поверхности эпидермиса можно подразделить следующим образом.
1.7.1. Устьица, расположенные в одной плоскости с эпидермисом. Наиболее распространенный тип и обычно в описании микроскопии лекарственного растительного сырья не указывается, т.е. данный пункт опускается. Диагностическими признаками будут либо выступающие, либо погруженные устьица.
1.7.2. Выступающие устьица - устьица, расположенные над эпидермисом. Обычно при вращении микровинта микроскопа (при опускании объектива) сначала обнаруживаются такие устьица, а уже затем появляются клетки эпидермиса, поэтому на фотографии запечатлеть их с поверхности листа практически невозможно, равно как и изобразить на рисунке. В одной плоскости с эпидермисом такие устьица можно увидеть на поперечных срезах, но для этого срез должен пройти через устьице, что трудно получить при их редком расположении на листе. Такие устьица характерны, например, для листьев толокнянки.
1.7.3. Погруженные устьица - устьица, погруженные в эпидермис. При наблюдении под микроскопом при вращении микровинта (при опускании объектива) сначала четко обнаруживаются клетки эпидермиса, затем становится возможным более четко увидеть контуры устьиц. На фотографиях и рисунках препаратов с поверхности их также трудно отобразить. Встречаются в листьях ландыша, листьях вахты, листьях эвкалипта. Иногда углубления, в которых располагаются устьица, выстланы или прикрыты волосками и называются устьичными криптами.
1.8. Типы устьичных клеток
В литературе описывается 19 типов , нами выбраны только те, которые используются в анализе лекарственного растительного сырья**.
Рис. 63. Типы устьичных клеток. А – чечевицевидные; Б – сферовидные; В – колпачковидные; Г – ладьевидные
1.8.1. Чечевицевидные - 2 одинаковые клетки полулунной формы расположены симметрично. На фронтальной плоскости утолщение оболочки почти равномерное. Щель веретеновидная (рис. 63, А). Тип устьичных клеток характерен для большинства растений.
1.8.2. Сферовидные - две одинаковые, сильно кругообразноизогнутые клетки расположены симметрично. На фронтальной плоскости утолщение оболочки почти равномерное. Щель круглая (рис. 63, Б).
1.8.3. Колпачковидные - две одинаковые клетки полулунной формы в полярных частях имеют утолщения в виде колпачка. Щель веретеновидная (рис. 63, В). Встречаются у наперстянок.
1.8.4. Ладьевидные - внутренние стенки устьичных клеток утолщены. Щель веретеновидная (рис. 63, Г). Наблюдается в траве золототысячника, в листьях вахты.
Механизм работы устьиц обусловлен осмотическими свойствами клеток. При освещении поверхности листа солнцем в хлоропластах замыкающих клеток происходит активный процесс фотосинтеза. Насыщение клеток продуктами фотосинтеза, сахарами влечет за собой активное поступление в клетки ионов калия, вследствие чего концентрация клеточного сока в замыкающих клетках возрастает. Возникает разность концентрации клеточного сока околоустьичных и замыкающих клеток. В силу осмотических свойств клеток вода из околоустьичных клеток поступает в замыкающие, что ведет к увеличению объема последних и резкому возрастанию тургора. Утолщение «брюшных» стенок замыкающих клеток, обращенных к устьичной щели, обеспечивает неравномерное растяжение клеточной стенки; замыкающие клетки приобретают выраженную бобовидную форму, и устьичная щель открывается. При снижении интенсивности фотосинтеза (например, вечером) уменьшается образование сахаров в замыкающих клетках. Приток ионов калия прекращается. Концентрация клеточного сока в замыкающих клетках снижается по сравнению с околоустьичными. Вода путем осмоса уходит из замыкающих клеток, понижая их тургор, в результате ночью устьичная щель закрывается.
Клетки эпидермы плотно сомкнуты между собой, благодаря этому эпидерма выполняет целый ряд функций:
Препятствует проникновению болезнетворных организмов внутрь растения;
Защищает внутренние ткани от механических повреждений;
Регулирует газообмен и транспирацию;
Через нее выделяются вода, соли;
Может функционировать как всасывающая ткань;
принимает участие в синтезе различных веществ, восприятии раздражений и в движении листьев.
Трихомы - различные по форме, строению и функциям выросты клеток эпидермы: волоски, чешуйки, щетинки и т.п. Их подразделяют на кроющие и железистые. Железистые трихомы, в отличие от кроющих, имеют клетки, выделяющие секрет. Кроющие волоски, образуя на растении шерстистый, войлочный или иной покров, отражают часть солнечных лучей и тем самым уменьшают транспирацию. Иногда волоски находятся только там, где расположены устьица, например, на нижней стороне листа мать-и-мачехи. У некоторых растений живые волоски увеличивают общую испаряющую поверхность, что способствует ускорению транспирации.
Размеры трихом значительно варьируют. Наиболее длинные трихомы (до 5-6 см) покрывают семена хлопчатника. Кроющие трихомы имеют форму простых одно или многоклеточных, разветвленных или звездчатых волосков. Кроющие трихомы могут длительное время оставаться живыми или быстро отмирать, заполняясь воздухом.
От трихом, возникающих только при участии эпидермальных клеток, отличаются эмергенцы, в образовании которых участвуют и более глубоко расположенные ткани субэпидермальных слоев.
Анатомо-диагностические признаки, имеющие наибольшее значение и высокую вариабельность при определении лекарственного сырья. Волоски могут быть простые и головчатые, которые в свою очередь могут быть одноклеточными и многоклеточными. Многоклеточные волоски могут быть однорядными, двухрядными и ветвистыми.
1.9.1. Простые волоски.
А. Простые одноклеточные волоски
Рис. 68. Простые одноклеточные волоски. А – сосочковидный; Б – нитевидный; В – пузыревидные; Г – шиповидный; Д – крючковидный; Е – ретортовидный; Ж – тупонитевидный гофрированный; З – остроконусовидный; И – тупоконусовидный; К – двухконечный; Л – трехконечный; М, Н, О – многоконечный; П – бугристый; Р – булавовидный
1. Сосочковидные (рис. 68, А; рис. 69-74) – невысокие, но широкие выросты эпидермальных клеток. Чаще образуются на лепестках. Могут быть туповерхушечные и островерхушечные. Встречаются на листьях чабреца, цветках ландыша, цветках фиалки трехцветной, по краю листьев золототысячника, в траве горечавки бородатой и др.
2. Конусовидные (рис. 68, З, И; рис. 75-79) – прямые и наклоненные под углом к поверхности волоски, оканчивающиеся тупым (тупоконусовидные) или острым (остроконусовидные) концом. Наиболее широко распространенные волоски. Обычно бывают прямые. Наклоненные к поверхности волоски наблюдаются на листьях чабреца. Остроконусовидные волоски встречаются на листьях сенны, листьях брусники, в траве фиалки трехцветной (на листьях), в траве чабреца и др. Тупоконусовидные волоски имеются на эпидермисе плодов аниса, на лепестках цветков фиалки трехцветной.
3. Нитевидные (рис. 68, Б,Ж; рис. 80, 81) – тонкие и длинные волоски. Могут быть прямые и гофрированные. Прямые нитевидные волоски обнаруживаются на эпидермисе плодов боярышника и малины. Гофрированные тупонитевидные волоски наблюдаются на эпидермисе лепестков фиалки (рис. 82).
4. Ретортовидные (рис. 68, Е; рис. 83) – волоски с расширенным основанием и узким изогнутым или прямым окончанием. Встречаются в соплодиях хмеля, траве зубчатки.
5. Пузыревидные (рис. 68,В; рис. 84) – волоски в виде небольших пузырей. Их можно обнаружить, например, в цветках бессмертника.
6. Крючковидные (рис. 68,Д; рис. 85-87) – волоски, заостренные на верхушке и изогнутые в виде крючка. Эти волоски можно встретить у основания листьев толокнянки, на поверхности листьев брусники, сенны, плодов аниса.
7. Бахромчатые (рис. 88, 89) – длинные выросты эпидермальных клеток, расположенные по краю листа, лепестка или чашелистика. Такие волоски имеются, например, по краю лепестков ландыша и фиалки.
8. Шиповидные (рис. 68, Г; рис. 90) – волоски почти округлой формы с заостренным концом. Наблюдаются в траве фиалки трехцветной.
9. Булавовидные (рис. 68, Р; рис. 91) – волоски с расширенной конечной частью, напоминающие булаву. Имеются на лепестках чабреца, лепестках фиалки трехцветной.
10. Двухконечные (рис. 68, К) – волоски, разветвленные на два конца. Наблюдаются в траве пастушьей сумки.
11. Трехконечные (многоконечные) (рис. 68, Л-О) – волоски, разветвленные на три (и более) конца. Наблюдаются в траве пастушьей сумки.
12. Бугристые (рис. 68, П) – конусовидные волоски, имеющие выступы (бугры) на своей поверхности.
Б. Простые многоклеточные однорядные волоски
Контур многоклеточного волоска может совпадать с таковым одноклеточного волоска, но содержать две и более клеток и соответственно называться как аналогичный одноклеточный волосок с указанием количества клеток, например 2-клеточный ретортовидный волосок, 11- клеточный нитевидный волосок, 10-15-клеточный конусовидный волосок.
Рис. 92. Простые многоклеточные волоски. А – конусовидный; Б – пузыревидный; В – суставчатый; Г – бичевидный; Д – пе-ристый; Е – Т-образный; Ж – двухрядные; З – чешуйчатый; И – пучковый; Л – параллельный; М – вильчатый; К – щетинистые
1. Конусовидные (рис. 92, А; 93-96). Наиболее широко встречающиеся волоски. Бывают прямые и наклоненные к поверхности, последние встречаются редко (например, в траве тимьяна). Конусовидные волоски могут быть остро- и тупоконусовидные. Более распространены остроконусовидные волоски (в траве душицы, в листьях мяты, шалфея и др.). Тупоконусовидные встречаются в цветках календулы.
2. Ретортовидные - волоски с расширенным основанием и узким изогнутым или прямым окончанием.
3. Пузыревидные (рис. 92, Б; рис. 97) – волоски в виде небольших пузырей. Имеются на поверхности завязи бессмертника.
4. Нитевидные - тонкие и длинные многоклеточные волоски.
5. Крючковидные - волоски, заостренные на верхушке и изогнутые в виде крючка.
6. Гусеницевидные (рис. 98, 99) – волоски практически одинаковой толщины на всем своем протяжении, состоящие из почти одинаковых коротких клеток, с тупым концом и напоминающие гусеницу. Наблюдаются в траве фиалки трехцветной, в траве череды.
7. Бахромчатые (рис. 100) – длинные многоклеточные выросты эпидермальных клеток, расположенные по краю листа, лепестка или чашелистика. Встречаются в траве череды.
8. Бичевидные (рис. 92, Г; рис. 101-104) – волоски, имеющие многоклеточное основание, состоящее из цепи коротких клеток, и длинную нитевидную извилистую конечную клетку. В литературе такие волоски описывают как кнутовидные, шнуровидные, нитевидные, войлочные. Тип волосков характерный для семейства Asteraceae. Встречается в траве тысячелистника, цветках бессмертника, листьях мать-и-мачехи, цветках пижмы и др.
9. Суставчатые (рис. 92, В; рис. 105, 106) – волоски, имеющие расширенные основания клеток в местах их сочленения (напоминающие сустав). Подобные волоски обнаруживаются в траве пустырника, на лепестках душицы, редко в траве чабреца.
10. Бугристые - волоски, имеющие выступы (бугры) на своей поверхности. Двухклеточные бугристые волоки наблюдаются, например, в листве термопсиса.
В. Простые многоклеточные ветвистые волоски
1. Параллельные (рис. 92, Л; рис. 107, 108) – волоски, состоящие из двух длинных прямых клеток (волосков), сросшихся основаниями. Встречаются в цветках липы, редко в плодах шиповника и боярышника.
2. Вильчатые (рис. 92, М; рис. 109, 110) – волоски, состоящие из двух длинных извилистых клеток (волосков), сросшихся основаниями. Наблюдаются в цветках липы, очень редко в цветках и плодах боярышника.
3. Звездчатые (рис. 111) – волоски, состоящие из 3 и более длинных извилистых клеток (волосков), сросшихся основаниями. Обнаруживаются в цветках липы.
4. Чешуйчатые (рис. 92, З) – волоски, состоящие из многоклеточной пластинки (в виде розетки) и короткой ножки (ножка может отсутствовать). Такие волоски имеются в облепихе. (Данное название волосков приведено в соответствии с современной ботанической терминологией ; по другим данным эти волоски называют звездчатыми или щитковидными чешуйчатыми ).
5. Т-образные (рис. 92, Е) – двухконечный волосок, имеющий одно-, многоклеточную ножку. В литературе описываются также как рогообразные, коромыслообразные.
6. Перистые (рис. 92, Д) – многоклеточные волоски, напоминающие ветвящееся дерево. Обнаруживаются, например, в коровяке.
Г. Простые многоклеточные многорядные волоски
1. Двухрядные (рис. 92, Ж; рис. 112, 113) – волоски, клетки которых расположены в два ряда. Их можно наблюдать в цветках календулы, в траве сушеницы.
2. Пучковые (рис. 92, И) – волоски, состоящие из двух и более клеток, плотно сросшихся друг с другом, образуя пучок.
3. Щетинистые (рис. 92 К, рис. 114) – многоклеточные волоски, состоящие из сросшихся друг с другом волосков разной длины и имеющие свободные заостренные концы. Такие волоски обычно являются волосками летучки (семейство Asteraceae). В литературе их еще называют зазубренными сложными, шилообразными.
1.9.2. Головчатые волоски. Головчатые волоски называют также железистыми. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными.
Рис. 115. Головчатые волоски. А – с одноклеточной ножкой и одноклеточной головкой; Б – с двухрядной ножкой и одноклеточной головкой; В – с двухрядной ножкой и двурядной головкой; Г – с одноклеточной ножкой и многоклеточной головкой; Д – с многоклеточной ножкой и одноклеточной головкой; Ж – с многоклеточной ножкой и многоклеточной головкой; З – одноклеточный (жгучий); И – щитковидный
А. Одноклеточные головчатые волоски
Представители этого типа волосков могут быть конусовидными или ретортовидными, но всегда имеют на конце головку. Такие волоски есть, например, на листьях крапивы. Б. Многоклеточные головчатые (железистые) волоски
1. Волоски, имеющие многоклеточную головку и одноклеточную ножку (рис. 115, Г; рис. 116-120). Встречаются в траве пустырника, листьях толокнянки.
2. Волоски, имеющие одноклеточную головку и одноклеточную ножку (рис. 115, А; рис. 121-123). Встречаются в траве пустырника, листьях шалфея, цветках бузины, листьях мяты.
3. Волоски, имеющие одноклеточную головку и многоклеточную ножку (рис. 115, Д; рис. 124). Встречаются в траве пустырника, листьях шалфея, цветках календулы и цветоножках ромашки.
4. Волоски, имеющие многоклеточную головку и многоклеточную ножку (рис. 115, Ж; рис. 125). Встречаются в траве пустырника, листьях толокнянки, цветках липы, цветках календулы, траве фиалки.
5. Волоски, имеющие одноклеточную головку и двухрядную ножку (рис. 115, Б; рис. 126). Встречаются в цветках календулы и бессмертника.
6. Волоски, имеющие двухрядную головку и двухрядную ножку (рис. 115, В; рис. 127- 130). Встречаются в цветках календулы и бессмертника, в траве сушеницы топяной.
7. Булавовидные многоклеточные железистые волоски (рис. 131-133; см. рис. 155, Д) – волоски, имеющие контур с расширенной конечной частью, напоминающие булаву. Их можно наблюдать, например, в листьях брусники, траве фиалки.
8. Щитковидные многоклеточные железистые волоски (рис. 115, И; рис. 134) представляют собой щиток из многоугольных тонкостенных клеток, сидящий на одно-, двухклеточной короткой ножке. Кутикула щитка отодвигается от клеток выделяющимся под нее эфирным маслом. Они обнаружены в соплодиях хмеля.
1.10. Характер утолщенности клеточных стенок и покрывающей кутикулы волосков
А. Характер утолщенности клеточных стенок
1.10.1. Тонкостенные (рис. 135-137). Большинство волосков тонкостенные. Стенки клеток многоклеточных длинных тонкостенных волосков иногда спадаются, нарушая ровный контур волоска. Такие волоски, например, встречаются на нижнем эпидермисе листа какалии.
1.10.2. Толстостенные (рис. 138, 139). Встречаются в плодах шиповника, траве череды, траве лепедецы даурской и др.
1.10.3. Неравномерно утолщенные. Можно наблюдать в траве пустырника (рис. 140). К этой же категории относятся волоски шиповника с косопоперечными порами (рис. 141, 142).
Б. Характер покрывающей кутикулы волосков
1.10.4. Гладкая поверхность (рис. 143). Волоски с такой поверхностью наблюдаются, например, в листьях подорожника, траве чистотела и др.
1.10.5. Бородавчатая поверхность (см. рис. 1, Ж; рис. 144, 145) – эпидермис образует выступы в виде бугорков (бородавок). Имеются волоски, например, в траве фиалки, в траве чабреца, в траве пустырника, в листьях мяты, в листьях сенны и др. При этом поверхность волоска может быть слабобородавчатой, когда образуются небольшие выступы кутикулы, и грубобородавчатой, когда выступы образуются значительные. В первом случае в качестве примера можно привести волоски в траве фиалки, во втором – волоски листьев сенны и травы чабреца.
1.10.6. Крупнобугристая поверхность (см. рис. 68, П) – кутикула образует очень большие выступы, например волоски травы термопсиса ланцетного.
10.7. Морщинистая поверхность - складки или волны кутикулы волоска от основания к его вершине (рис. 146). Наблюдается чаще у сосочков, например, в траве золототысячника, цветках бузины. Однако морщинистая поверхность может быть и у обычных волосков, например, в траве череды. У основания морщинистую поверхность имеют волоски листьев мяты (рис. 147).
1.10.8. Штриховатая поверхность - эпидермис образует короткие выступы в виде штрихов (бугорков, бородавок). Редко встречается и является промежуточным вариантом между бородавчатой и морщинистой поверхностью. Наблюдается, например, на волосках цветков бузины (рис. 148).
1.11. Особенности мест присоединения волосков
1.11.1. Обычные места прикрепления (рис.149, 150) – волоски присоединяются к клетке или между клеток эпидермиса. Наиболее распространенный тип встречается, например, в листьях мать-и-мачехи, листьях мяты, листьях шалфея, траве пустырника, траве фиалки и др.
1.11.2. Выросты из клеток эпидермиса (см. рис. 68, А; 69-74). Наблюдаются в цветках бузины, в траве золототысячника, лепестках пустырника, в траве горечавки бородатой, эпидермисе плодов аниса и др.
1.11.3. У основания волоска образуется розетка из клеток эпидермиса (рис. 151, 152). Имеется в листьях сенны, листьях подорожника, в траве душицы и др.
1.11.4. Расширенное основание волоска (рис. 153). Встречается в листьях подорожника.
1.11.5. Расширенная часть основания волоска погружена в цоколь из субэпидермальных тканей – эмергенцы (см. рис. 115, 3). Можно наблюдать, например, в листьях крапивы.
1.11.6. Многоклеточное основание волосков (рис. 154). Можно наблюдать, например, в траве череды.
Нередко волоски обламываются, оставляя на эпидермисе места своего прикрепления, что также необходимо отмечать как анатомо-диагностический признак лекарственного растительного сырья.
ВТОРИЧНАЯ ПОКРОВНАЯ ТКАНЬ
Вторичную покровную ткань называют перидермой. Это сложная покровная ткань стеблей, корней и корневищ многолетних растений. Она сменяет эпидерму осевых органов, которая постепенно отмирает и слущивается. Перидерма образуется из феллогена (вторичной меристемы). Феллоген закладывается в эпидерме, субэпидермальном слое и даже в глубоких слоях осевых органов. Клетки феллогена делятся следующим образом наружу откладывают клетки пробки, а внутрь – живые паренхимные клетки феллодермы. В клетках феллодермы стеблей содержатся хлоропласты.
Пробка состоит из мертвых клеток, у которых клеточная стенка пропитана жироподобным веществом суберином. Клетки расположены ровными рядами, имеют прямоугольную форму (на поперечном срезе), плотно прилегают друг к другу, формируя многослойный футляр. Пробка охраняет внутренние живые ткани от потери влаги, резких температурных колебаний и проникновения микроорганизмов. Живые ткани, лежащие под пробкой, нуждаются в газообмене и удалении избытка влаги. Именно поэтому под устьицем вследствие деления субэпидермальных слоев (еще до появления перидермы), а в дальнейшем и феллогена откладываются живые, рыхло расположенные, со множеством межклетников паренхимные клетки, называемыевыполняющей тка
нью
, которая разрывает эпидерму и создает возможность газообмена и транспирации с внешней средой. Это структурное образование называют чечевичкой
(рис. 2.12).
Рис. 2.12. Строение перидермы с чечевичкой: 1 – выполняющая ткань чечевички; 2 – остатки эпидермы; 3 – пробка (феллема); 4 – феллоген; 5 – феллодерма
Чечевички, имеющие вид небольших бугорков, отчетливо выделяются на поверхности побегов деревьев и кустарников (рис. 2.13).
На стволах березы их остатки наблюдаются в виде характерных поперечных черных полосок, у осины они принимают форму ромбов.
Третичная покровная ткань
Корка (ритидом)
представляет собой третичную покровную ткань, которая образуется у многолетних растений в корне, стебле, корневище. Каждый год в более глубоких слоях закладывается новый слой феллогена и образуется перидерма. Наружный слой перидермы – пробка – изолирует все вышележащие ткани, в результате чего они отмирают. Таким образом, совокупность многочисленных перидерм с отмершими между ними тканями и есть корка (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Корка дуба: 1 – слои пробки; 2 – волокна; 3 – остатки первичной коры; 4 – друзы оксалата кальция
В типичных случаях стебель имеет цилиндрическую форму и радиальную симметрию. Стебель отличается высокой специализацией тканей, которые на поперечном разрезе располагаются кругами.В стебле различают первичное и вторичное строение. Первичное строение формируется в конусе нарастания. Все ткани стебля при этом являются производными первичной меристемы. Вторичное строение, если оно есть, складывается позже. Оно формируется за счёт деятельности вторичной боковой меристемы – камбия и феллогена.
У двудольных и голосеменных растений первичное строение наблюдается в молодых стеблях; впоследствии оно сменяется вторичным.В стеблях чётко выражены три зоны: эпидерма, первичная кора, центральный цилиндр (стела), занимающий всю остальную часть стебля. Эпидерма имеет типичное строение. Она дифференцируется раньше других тканей. Первичная кора сложена колленхимой и паренхимой. В первичной коре могут развиваться воздухоносные полости и вместилища выделений. Самый внутренний слой первичной коры состоит из плотно расположенных клеток, заполненных зёрнами крахмала. Центральный цилиндр состоит из перицикла, проводящей системы и сердцевины, которая может разрушаться и на её месте образуется воздухоносная полость. У большинства двудольных открытые проводящие пучки расположены кольцом вокруг сердцевины.Развитие вторичного строения стебля. Проводящие пучки растений способны к вторичному утолщению. Поэтому началом вторичных изменений в стебле является заложение межпучкового камбия. Он образуется в сердцевинных лучах путём деления клеток основной паренхимы. Затем камбий распространяется вглубь сердцевинного луча. Межпучковый и пучковый камбий образуют сплошное кольцо.Основные типы вторичного роста двудольных растений: Различают три основных типа вторичного роста: пучковый (кирказон), непучковый (подсолнечник) переходный (липа).
В первом случае первичные проводящие ткани образуют систему обособленных пучков, разделённых широкими сердцевинными лучами. Вторичные проводящие ткани образует пучковый камбий, а межпучковый камбий – лучевую паренхиму. Образующиеся вторичные ткани оттесняют первичные к периферии пучка, но первичный план строения сохраняется.
Во втором случае первичные проводящие ткани образуют систему обособленных пучков, но вторичные проводящие ткани формируются пучковым и межпучковым камбием, поэтому образуется сплошной цилиндр вторичных проводящих тканей.В третьем случае первичные проводящие ткани образуют почти непрерывный проводящий цилиндр, так как межпучковые лучи очень узкие. И вторичные проводящие ткани откладываются камбием таким же образом.У стебля, так же как и у корня, ниже конуса нарастания в зоне зачаточных листьев происходит дифференциация клеток первичной меристемы и образуется первичное строение. У голосеменных и большинства двудольных покрытосеменных вслед за этим появляется латеральная меристема – камбий, в виде сплошного камбиального цилиндра, образующий вторичные проводящие ткани и обуславливающий таким образом рост стебля в толщину.У древесных растений камбий образуется из сплошного кольца прокамбия и на всем протяжении дифференцируется в элементы флоэмы и ксилемы. Так возникает непучковое, или сплошное строение.
Происхождение камбия у травянистых двудольных растений может быть различным. У одних растений он возникает очень рано из сплошного кольца прокамбия, вслед за появлением первичных элементов ксилемы и флоэмы. В этом случае образуется непучковое строение стебля. У других растений прокамбий закладывается тяжами и камбий возникает не только из прокамбия, но и из паренхимы между уже сформировавшимися проводящими пучками. В этом случае образуется либо пучковое, либо переходное строение стебля.Пучковое строение будет в том случае, если межпучковой камбий дифференцируется только в паренхиму. Пучки располагаются на одинаковом расстоянии от поверхности стебля. Пучки у двудольных бывают частными и общими. Пока пучок следует вниз по стеблю, не сливаясь с другими пучками, его называют частным, или листовым следом. Эти пучки отделены от соседних пучков паренхимными тканями. Когда частные пучки соприкасаются друг с другом, то границы между ними исчезают, и образуется общий пучок.Переходное строение образуется в том случае, если межпучковой камбий, так же как и пучковой, образует гистологические элементы флоэмы и ксилемы. Лишь у немногих травянистых двудольных не образуется сплошной камбиальный цилиндр, а камбий находится только внутри пучков, между которыми расположена паренхима. У таких растений стебель не может сильно утолщаться. У травянистых двудольных растений выделяют первичную кору и видоизмененный центральный цилиндр (стела). Феллоген у них либо слабо развит, либо отсутствует. Первичная кора в процессе развития изменяется мало, только становится тоньше в результате растяжения. Центральный цилиндр включает ткани, возникающие из перицикла, остатки первичной флоэмы и вторичную флоэму, камбий, вторичную и остатки первичной ксилемы и сердцевину. Механические ткани редуцированы.
Вторичное строение стебля характерно для однолетних и многолетних травянистых, древесных двудольных, а также голосеменных растений. У двудольных растений первичное строение очень недолговечно, и с началом деятельности камбия образуется вторичная структура. В зависимости от закладки прокамбия формируется несколько типов вторичного строения стебля. Если тяжи прокамбия разделены широкими рядами паренхимы, то формируется пучковое строение, если они сближены так, что сливаются в цилиндр, - формируется непучковое строение.
Рис. 3.24. Пучковый тип строения стебля двудольного растения: А - клевер: 1 - эпидерма; 2 - хлоренхима; 3 - склеренхима перициклического происхождения; 4 - флоэма; 5 - пучковый камбий; 6 - ксилема; 7 - межпучковый камбий
Пучковое строение стебля встречается у таких растений, как клевер, горох, лютик, укроп (рис. 3.24). У них прокамбиальные тяжи закладываются в один круг по периферии центрального цилиндра. Каждый прокамбиальный тяж превращается в коллатеральный пучок, состоящий из первичной флоэмы и первичной ксилемы. В дальнейшем между флоэмой и ксилемой из прокамбия закладывается камбий, формирующий элементы вторичной флоэмы и вторичной ксилемы. К периферии органа откладывается флоэма, а к центру - ксилема, причем ксилемы откладывается больше. Первичные флоэма и ксилема остаются на периферии пучка, а вторичные элементы примыкают к камбию. Для стеблей двудольных растений характерно формирование открытых колла- теральных или биколлатеральных пучков (рис. 17, см. цв. вкл.).
Также для стеблей двудольных растений характерна дифференциация первичной коры, в состав которой входят: колленхима (уголковая (рис. 18, см. цв. вкл.) или пластинчатая), хлорофиллоносная паренхима и внутренний слой - эндодерма. В эндодерме накапливается крахмал; такое крахмалоносное влагалище играет важную роль в геотропической реакции стеблей. На границе первичной коры в центральном осевом цилиндре располагается перициклическая склеренхима - сплошным кольцом или участками в виде полудуг над флоэмой. Сердцевина стебля выражена и представлена паренхимой. Иногда часть сердцевины разрушается с образованием полости (см. рис. 3.24).
Непучковое строение характерно для древесных растений (липа) (рис. 19, см. цв. вкл.) и многих трав (лен). В конусе нарастания прокамбиальные тяжи сливаются и образуют сплошной цилиндр, видимый на поперечном срезе в виде кольца. Кольцо прокамбия кнаружи формирует кольцо первичной флоэмы, а внутрь - кольцо первичной ксилемы, между которыми закладывается кольцо камбия. Клетки камбия делятся (параллельно поверхности органа) и наружу откладывают кольцо вторичной флоэмы, а внутрь - кольцо вторичной ксилемы в соотношении 1:20. Непучковое строение рассмотрим на примере многолетнего древесного стебля липы (рис. 3.25).
Рис. 3.24. (продолжение) Б - тыква: I - покровная ткань; II - первичная кора; III - центральный осевой цилиндр; 1 - эпидерма; 2 - уголковая колленхима; 3 - хлоренхима; 4 - эндодерма; 5 - склеренхима; 6 - основная паренхима; 7 - биколлатеральный сосудисто-волокнистый пучок: 7а - флоэма; 7б - камбий; 7в - ксилема; 7г - внутренняя флоэма
Молодой побег липы, образовавшийся весной из почки, покрыт эпидермой. Все ткани, лежащие до камбия, называют корой. Кора бывает первичная и вторичная. Первичная кора представлена пластинчатой колленхимой, располагающейся сразу под эпидермой сплошным кольцом, хлорофиллоносной паренхимой и однорядным крахмалоносным влагалищем. В этом слое находятся зерна «оберегаемого» крахмала, которые растение не расходует. Считается, что этот крахмал участвует в поддержании растением равновесия.
Центральный осевой цилиндр у липы начинается с перициклической склеренхимы над участками флоэмы. В результате деятельности камбия возникает вторичная кора (от камбия до перидермы), пред- ставленная вторичной флоэмой, сердцевинными лучами и паренхимой вторичной коры. Кору с липы заготавливают, снимая до камбия, особенно легко это делать весной, когда клетки камбия активно делятся. Раньше кору липы (лыко) использовали для плетения лаптей, изготовления коробов, мочалок и др.
Трапециевидная флоэма разделена треугольными первичными сердцевинными лучами, пронизывающими древесину до сердцевины. Состав флоэмы у липы неоднороден. В ней имеются составляющие твердый луб одревесневшие лубяные волокна, а мягкий луб представлен ситовидными трубками с клетками-спутницами и лубяной паренхимой. Луб теряет способность проводить органические вещества обычно через год и обновляется новыми слоями за счет деятельности камбия.
Камбий образует и вторичные сердцевинные лучи, но они не доходят до сердцевины, теряясь во вторичной древесине. Сердцевинные лучи служат для продвижения воды и органических веществ в ра- диальном направлении. В паренхимных клетках сердцевинных лучей к осени откладываются запасные питательные вещества (крахмал, масла), расходуемые весной на рост молодых побегов.
Рис. 3.25. Поперечный разрез трехлетней ветви липы: 1 - остатки эпидермы; 2 - пробка; 3 - пластинчатая колленхима; 4 - хлоренхима; 5 - друзы; 6 - эндодерма; 7 - флоэма: 7а - твердый луб, (лубяные волокна); 7б - мягкий луб - (ситовидные трубки с клетками-спутницами и лубяная паренхима); 8а - первичный сердцевинный луч; 8б - вторичный сердцевинный луч; 9 - камбий; 10 - осенняя древесина; 11 - весенняя древесина; 12 - первичная ксилема; 13 - паренхима сердцевины
Уже летом под эпидермой закладывается феллоген и формируется вторичная покровная ткань - перидерма. К осени, с образованием перидермы, клетки эпидермы отмирают, но их остатки сохраняются в течение 2-3 лет. Наслоение многолетних перидерм формирует корку.
Слой ксилемы, образуемый камбием, у древесных растений значительно шире, чем слой флоэмы. Древесина функционирует в тече- ние нескольких лет. Отмершие же клетки древесины не участвуют в проведении веществ, но способны поддерживать колоссальную тяжесть кроны растения.
Состав древесины неоднороден, в нее входят: трахеиды (рис. 20, см. цв. вкл.), трахеи, древесинная паренхима и либриформ. Древесина характеризуется наличием годичных колец. Ранней весной, когда в расте- нии возникает активное сокодвижение, камбий в ксилеме формирует широкопросветные и тонкостенные проводящие элементы - сосуды и трахеиды, а с приближением осени, когда эти процессы замирают и деятельность камбия ослабевает, возникают узкопросветные толстостенные сосуды, трахеиды и древесинные волокна. Таким образом, образуется годичный прирост, или годичное кольцо (от одной весны до другой), хорошо различимое на поперечном срезе. По годичным кольцам можно определить возраст растения (см. рис. 3.25).
Особенности строения стебля двудольных:
1) рост стебля в толщину (за счет деятельности камбия);
2) хорошо дифференцированная первичная кора (колленхима, хлорофиллоносная паренхима, крахмалоносная эндодерма);
3) биколлатеральные и коллатеральные пучки только открытого типа (с камбием);
4) сосудисто-волокнистые пучки расположены по кольцу или сливаются (непучковое строение);
5) наличие сердцевины;
6) для древесных растений характерно наличие в ксилеме годичных колец.
Особенности строения корневищ двудольных. Покровной тканью корневищ двудольных может быть эпидерма, а у многолетних корневищ эпидерма сменяется перидермой. Первичная кора представлена запасающей паренхимой и эндодермой с пятнами Каспари. Причем ширина первичной коры приближается к ширине центрального цилиндра. Строение центрального осевого цилиндра, сосудисто-волокнистых пучков и их расположение в нем имеют те же особенности, что и для надземных стеблей.
Выделительными называются ткани, выделяющие вещества, исключенные из метаболизма. Секреторные ткани весьма разнообразны по морфологии и топографии в теле растения. Различают два типа выделительной ткани - внешней и внутренней секреции. К первому типу относят разнообразные железистые волоски и железки , нектарники и гидатоды. Второй тип выделительных тканей включает в себя смоляные каналы (смоляные ходы), вместилища выделений , млечники (млечные трубки).
Рис. 22. Железистые волоски и пельтатная (щитовидная) железка:
А - волосок пеларгонии (Pelargonium ) с экскретом, выделенным под кутикулу; Б - волосок розмарина (Rosmarinus officinalis ); В - волосок картофеля (Solanum tuberosum ); Г - пузырчатые волоски лебеды (Atriplex ) с водой и солями; Д - пельтатная железка с листа черной смородины (Ribes nigrum ).
Задание 2
1. Рассмотреть схизогенные смоляные ходы на постоянном микропрепарате поперечного среза древесины сосны обыкновенной (Pinus sylvestris ) (рис. 23).
При малом увеличении найти среди трахеид (окрашенных в красный цвет флороглюцином и соляной кислотой) резко выделяющиеся округлые группы неокрашенных клеток с межклеточным пространством в центре. При большом увеличении видно, что межклетник, заполненный смолой, окружен живыми клетками эпителия. Клетки эпителия заполнены густой цитоплазмой с ясно заметными ядрами.
Рис. 23. Схизогенный смоляной ход древесины сосны (Pinus sylvestris ):
1 - межклетная полость, 2 - эпителий, 3 - живые паренхимные клетки, 4 - тонкостенные мертвые раздавленные клетки, 5 - трахеиды.
Вопросы для самоконтроля
1. По каким проводящим тканям осуществляется передвижение органических веществ, а по каким - минеральных?
2. В чем сходство онтогенеза ситовидных трубок и сосудов?
3. Что такое сопровождающая клетка? Какие ее функции?
4. Какое значение имеют меристематические ткани прокамбия и камбий в образовании проводящих пучков?
5. Почему в одном пучке имеются сосуды различных типов?
6. Каково значение для растения веществ, накапливаемых в выделительных тканях?
7. Какие из выделительных тканей являются тканями внутренней секреции, а какие - внешней?
8. Каковы функции млечников?
РАЗДЕЛ 3. ВЕГЕТАТИВНЫЕ ОРГАНЫ
Программа по разделу «Вегетативные органы»
Общие закономерности строения. Формирование зародыша, проростка; развитие корня и побега семенного растения. Корень и корневая система. Классификация корневых систем по происхождению и строению. Анатомия корня. Первичное строение корня. Вторичное строение корня. Специализация и метаморфозы корней. Побег - основной орган высших растений. Система побегов. Классификация побегов. Органы второго порядка: стебель и листья. Почка - зачаточный побег. Строение и классификация почек. Лист - боковой орган, отходящий от стебля и обладающий ограниченным ростом, выполняет функции фотосинтеза, газообмена и транспирации. Симподиальное и моноподиальное нарастание побега. Акротонное, мезотонное и базитонное ветвление. Ортотропные и плагиотропные побеги. Стебель - ось побега. Анатомическое строение стебля однодольных и двудольных растений. Строение стебля травянистых двудольных растений: пучковое (клевер), непучковое (лен) и переходное (подсолнечник). Строение стебля двудольных и голосеменных древесных растений. Структура древесины. Возрастные изменения древесины и коры (ядровая древесина и заболонь).
Лабораторно – практическая работа № 8
Тема: Корень и корневая система. Классификация корневых систем по происхождению и строению
Орган - это часть тела растительного организма, выполняющая одну или несколько специфических для него функций, обеспечивающих главнейшие жизненные отправления организма. Функции органов неразрывно связаны с особенностями их внешнего и внутреннего строения. Каждый орган состоит из ряда тканей с более узкими функциями.
Основные вегетативные органы цветкового растения - корень и побег. Части побега (стебли, листья и почки) имеют единое происхождение и существовать отдельно друг от друга не могут.
Типичный корень представляет собой подземный орган, присущий всем высшим растениям (кроме мхов). Корень служит для закрепления растения в почве, поглощения из почвы воды с растворенными в ней солями, в корне часто откладываются запасные продукты, корень участвует в синтезе органических веществ, служит для вегетативного размножения. Корень никогда не несет на себе листьев, поэтому по сравнению с внутренней структурой стебля у корня она относительно проста.
Корневая система – это совокупность всех корней одной особи. В состав корневых систем могут входить корни различной морфологической природы. Среди них различают:
1) главный корень , развивающийся из зародышевого корешка;
2) боковые корни , всегда возникающие на корне и образующиеся обычно в зоне проведения из перицикла (т. е. они не мешают корню расти);
3) придаточные корни , возникающие на стеблях, листьях из меристем, сердцевинных лучей и других тканей. Образуются при черенковании, поранениях.
Выделяют такие типы коренных систем: аллоризная (стержневая), составленная из хорошо развитого главного и боковых корней. Такой тип корневой системы характерен для голосеменных и покрытосеменных двудольных растений; первично гоморизная (плауны, хвощи, папоротники), представленная только придаточными корнями; вторично гоморизная (мочковатая), при которой главный корень закладывается, но рано отмирает или вообще не развивается, а корневая система представлена придаточными корнями. Характерна для однодольных растений.
Рис. 24. Типы корневой системы растений: 1,2 - стержневая; 3 - мочковатая
Корень по длине можно разделить на несколько участков, имеющих различное строение и выполняющих различные функции. Эти участки называют зонами корня . Выделяют корневой чехлик и следующие зоны: деления, растяжения, всасывания и проведения .
Дифференциация тканей корня происходит в зоне всасывания . По происхождению это первичные ткани, так как они образуются из первичной меристемы конуса нарастания. Поэтому микроскопическое строение корня в зоне всасывания называют первичным . У однодольных растений первичное строение сохраняется и в зоне проведения. Здесь лишь отсутствует самый поверхностный слой с корневыми волосками - ризодерма (эпиблема). Защитную функцию выполняет ниже лежащая ткань - экзодерма .
Задание 1
1. Рассмотреть гербарные образцы растений и зарисовать типы корневых систем
Задание 2
1. Рассмотреть постоянный микропрепарат Кончик корня пшеницы (Triticum aestivum ) и изучить зоны молодого корня. Сделать рисунок (рис. 25).
Рис. 25. Строение корня проростка пшеницы (Triticum aestivum ):
А - схема строения корня; Б - дифференциация клеток ризодермы и экзодермы.
1 - зона проведения, 2 - зона всасывания, 3 - зона растяжения, 4 - зона деления, 5 - корневой волосок, 6 - корневой чехлик.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите основные органы семенных растений.
2. Какие функции выполняет корень?
3. Назовите и опишите строение зон молодого корня.
4. Каковы особенности апикального нарастания корня у однодольных и двудольных растений? Укажите гистогены корня и ткани, формируемые
Лабораторно – практическая работа № 9
Тема: Анатомия корня. Первичное строение корня. Вторичное строение корня. Специализация и метаморфозы корней
В первичном строении корня выделяют три части: ризодерму , первичную кору и осевой (центральный) цилиндр.
Строение ризодермы рассматривалось в теме «Покровные ткани». На первичную кору приходится основная масса первичных тканей корня. Ее клетки накапливают крахмал и другие вещества. Эта ткань содержит многочисленные межклетники, имеющие значение для аэрации клеток корня. Наружные клетки первичной коры, лежащие непосредственно под ризодермой, называются экзодермой . Основная масса коры (мезодерма ) образована паренхимными клетками. Самый внутренний слой носит название эндодермы . Это ряд плотно сомкнутых клеток (без межклетников).
Центральный или осевой цилиндр (стела ) состоит из проводящих тканей, окруженных одним или несколькими слоями клеток - перициклом. Внутренняя часть центрального цилиндра у большинства растений занимает сплошной тяж первичной ксилемы , дающий к перициклу выступы в виде ребер. Между ними размещаются тяжи первичной флоэмы .
У двудольных и голосеменных растений уже в раннем возрасте в центральном цилиндре корня между ксилемой и флоэмой появляется камбий , деятельность которого приводит к вторичным изменениям и в конечном итоге формируется вторичная структура корня. К центру камбий откладывает клетки вторичной ксилемы , а к периферии - клетки вторичной флоэмы . В результате деятельности камбия первичная флоэма оттесняется кнаружи, а первичная ксилема остается в центре корня. Так проявляется вторичное строение корня.
Вслед за изменениями в центральном цилиндре корня происходят изменения в коровой части. Клетки перицикла начинают делиться по всей окружности, в результате чего возникает слой клеток вторичной меристемы - феллогена (пробкового камбия). Феллоген, в свою очередь, делясь, откладывает наружу феллему , а внутрь - феллодерму . Образуется перидерма , пробковый слой которой изолирует первичную кору от центрального цилиндра. В результате вся первичная кора отмирает и постепенно сбрасывается; наружным слоем корня становится перидерма. Клетки феллодермы и остатки перицикла в дальнейшем разрастаются и составляют паренхимную зону, которую называют вторичной корой корня.
При развитии запасающей паренхимы главного корня происходит формирование запасающих корней или корнеплодов. Различают корнеплоды:
1. Монокамбиальные (редька, морковь) - закладывается только один слой камбия, а запасные вещества могут накапливаться либо в паренхиме ксилемы (ксилемный тип - редька), либо в паренхиме флоэмы (флоэмный тип - морковь);
2. Поликамбиальные - через определенные промежутки времени происходит заложение нового слоя камбия (свекла).
Задание 1
1. Изучить первичное строение корня на постоянном микропрепарате поперечного среза корня ириса (Iris germanica ) (рис. 26). Сделать рисунок.
Рис. 26. Поперечный срез корня ириса (Iris germanica ):
1 - ризодерма, 2 - экзодерма, 3 - основная паренхима (мезодерма), 4 - эндодерма, 5 - пропускная клетка эндодермы, 6 - перицикл, 7 - луч первичной ксилемы, 8 - участок первичной флоэмы (2-5 - первичная кора, 6-8 - центральный цилиндр).
Задание 2
1. Изучить вторичное строение на постоянном микропрепарате поперечного среза корня тыквы (Cucurbita pepo ) (рис. 27). Сделать схематичный рисунок.
Рис. 27. Вторичное строение корня тыквы (Cucurbita pepo ):
А - схема поперечного среза (слева - детальный рисунок, справа - схематичный); Б - фрагмент рисунка.
1 - первичная ксилема, 2 - вторичная ксилема, 3 - радиальный луч, 4 - камбий, 5 - первичная и вторичная флоэма, 6 - основная паренхима вторичной коры, 7 - перидерма (1-3 - ксилема, 5-7 - вторичная кора).
Вопросы для самоконтроля
1. Из каких зон состоит корень? Какую функцию выполняет каждая из них?
2. Что представляет собой корневой чехлик? Охарактеризовать его функции и особенности строения.
3. В какой зоне корня можно наблюдать первичное строение корня и почему его называют первичным?
4. Что представляют собой барьерные ткани корня? Каково их строение?
5. Какие комплексы тканей можно выделить при первичном строении корня?
6. Какова роль ризодермы (эпиблемы) и как долго она функционирует?
Лабораторно – практическая работа № 10
Тема: Почка - зачаточный побег. Строение и классификация почек. Стебель - ось побега. Симподиальное и моноподиальное нарастание побега
Побег – это основной орган семенных растений, выполняющий функцию воздушного питания. Состоит из оси (стебля) с расположенными на ней (нем) листьями и почками. В отличие от корня, побег расчленен на междоузлия и узлы с одним или несколькими листьями, прикрепленными к каждому узлу. Угол между стеблем и листом в месте его отхождения называют листовой пазухой . Междоузлия могут быть длинными, и тогда побег называют удлиненным; если же междоузлия короткие, побег называют укороченным . Побег, развивающийся из зародышевого стебелька, называют главным. В узлах расположены боковые почки, из которых формируются боковые побеги. Образуется система побегов. Ветвление необходимо растениям для увеличения площади соприкосновения со средой: водной, воздушной или почвенной. Оно возникло в ходе эволюции еще до появления органов. Уже древнейшие представители наземной флоры имели два принципиально разных способа ветвления: верхушечное (дихотомическое) и боковое (моно- и симподиальное). Верхушечное ветвление связано с расщеплением конуса нарастания, а боковое – с продолжительностью жизни растения.
Почка – это зачаточный, еще не развернувшийся побег. Внутри почки заключена меристематическая верхушка побега – его апекс (рис. 28). Апекс представляет собой активно работающий ростовой центр, который обеспечивает формирование всех органов и первичных тканей побега. Источником постоянного самообновления апекса являются инициальные клетки апикальной меристемы, сосредоточенные на кончике апекса. Вегетативный апекс побега, в отличие от всегда гладкого апекса корня, регулярно формирует на поверхности выступы, представляющие собой зачатки листьев. Гладким остается лишь самый кончик апекса, который называют конусом нарастания побега. Его форма сильно варьирует у разных растений и не всегда имеет вид конуса, вершинная часть апекса может быть низкой, полушаровидной, плоской или даже вогнутой.
Из вегетативных почек развиваются вегетативные побеги, состоящие из стебля, листьев и почек. Такая почка состоит из меристематической зачаточной оси, оканчивающейся конусом нарастания , и зачаточных листьев разного возраста. Нижние листовые зачатки вследствие неравномерного роста загибаются внутрь и прикрывают верхние, более молодые, зачатки листьев и конус нарастания. Узлы в почке сближены, так как междоузлия еще не успели вытянуться. В пазухах листовых зачатков в почке уже могут быть заложены зачатки пазушных почек следующего порядка (рис. 28). В вегетативно-генеративных почках заложен ряд вегетативных метамеров, а конус нарастания превращен в зачаточный цветок или соцветие. Генеративные , или цветочные почки заключают в себе только зачаток соцветия или одиночного цветка, в последнем случае почку называют бутоном .
Рис.28. Верхушечная почка побега элодеи: А – продольный срез; Б – конус нарастания (внешний вид и продольный срез); В – клетки апикальной меристемы; Г – паренхимная клетка сформировавшегося листа; 1 – конус нарастания; 2 – зачаток листа; 3 – зачаток пазушной почки.
Стебель – это осевая часть побега растений, состоящая из узлов и междоузлий и имеющая неограниченный рост. Рост стебля в длину осуществляется за счет деятельности верхушечных и вставочных меристем. Стебель несет на себе листья, почки, генеративные органы и выполняет главным образом опорную, проводящую, листонесущую функции. Иногда стебель функционирует как запасающий орган, служит для прикрепления к опоре, размножения и т. д.
По направлению и способу роста стебли чаще бывают прямостоячими, реже приподнимающимися (клевер луговой), ползучими (клевер ползучий,
костяника, земляника), стелющимися (огурец, кабачок), вьющимися (горец вьюнковый), цепляющимися (хмель, подмаренник цепкий), лазящими (горох) и т. д.
Рис.29. Строение побега
Задание 1
типы ветвления побегов
Рис. 30. Типы ветвления побега: А – дихотомическое (плаун); Б – моноподиальное (можжевельник); В – симподиальное по типу монохазия (черемуха); Г – симподиальное по типу дихазия (клен).
Задание 2
1. Рассмотреть гербарные образцы представленных растений и зарисовать типы побегов по положению в пространстве
Рис.31. Типы побегов по положению в пространстве : А – прямостоячий; Б – цепляющийся; В – вьющийся; Г – ползучий; Д – стелющийся.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие органы входят в состав побега, какие функции они выполняют?
2. Назовите основные типы ветвления побега. Почему симподиальный тип считается эволюционно продвинутым?
3. Каковы особенности апикального нарастания побега?
4. Каковы основные функции стебля?
5. Какие морфологические классификации типов стеблей вам известны?
Лабораторно – практическая работа № 11
Тема: Анатомическое строение стебля однодольных и двудольных растений. Строение стебля двудольных и голосеменных древесных растений. Структура древесины
На начальных этапах развития побега складывается первичная анатомическая структура стебля, сохраняющаяся у однодольных в течение всей жизни. У двудольных и голосеменных первичная структура довольно быстро нарушается в результате разного рода вторичных изменений и в итоге формируется так называемое вторичное строение стебля.
В результате деятельности прокамбия и остальной первичной меристемы конуса нарастания образуется первичное строение стебля . В первичном стебле обычно различают первичную кору и стелу (центральный цилиндр ). В отличие от корня первичная кора снаружи покрыта эпидермой .
Граница между стелой и корой в стеблях выражена гораздо менее четко, нежели в корнях, так как внутренний пограничный слой первичной коры - эндодерма - не имеет столь характерных признаков, как в корне. В состав первичной коры могут входить хлоренхима (ассимиляционная паренхима), неспециализированная паренхима, выделительные, механические (чаще колленхима), а также некоторые другие ткани.
Совокупность тканей стебля, расположенных внутрь от коры, называется центральным цилиндром (стелой) . Он занимает центральную часть стебля внутрь от эндодермы, с которой граничит самый наружный слой центрального цилиндра - перицикл . Под ним располагаются проводящие ткани, которые, в свою очередь, охватывают сердцевину . Вся система проводящих тканей в осевых органах, рассматриваемая как единое целое, является стелой. В состав стелы входят, кроме ксилемы и флоэмы, перицикл, сердцевинные лучи и сердцевина.
Самые ранние элементы первичной ксилемы и первичной флоэмы называют протоксилемой и протофлоэмой .
Сердцевина расположена в центре стебля и состоит преимущественно из паренхимы. Сердцевина многих растений частично разрушается, и тогда стебель становится полым. В стебле сердцевина сообщается с первичной корой при помощи паренхимной ткани, расположенной радиальными рядами и получившей название сердцевинных лучей . Наружная часть сердцевины может несколько отличаться от основной ее массы, напр., меньшими размерами клеток и более толстыми оболочками. Эта морфологически четко выделяющаяся зона называется перимедуллярной зоной.
В стебле большинства однодольных растений первичная кора и сердцевина не выражены, так как проводящие пучки располагаются по всему поперечному сечению стебля.
У голосеменных и большинства двудольных покрытосеменных рост стебля в толщину осуществляет камбий , образующий вторичные ткани . Он возникает в виде цилиндра между первичной ксилемой и первичной флоэмой и остается в относительно том же положении неопределенно долго, откладывая по направлению к центру оси вторичную ксилему (метаксилему) , а кнаружи - вторичную флоэму (метафлоэму) . Существует несколько способов заложения и деятельности камбия:
- непучковый тип - камбий закладывается в виде непрерывного кольца, откладывая сплошные слои вторичных проводящих тканей (стебель липы - Tilia cordata );
- переходный тип - закладывается как пучковый, так и межпучковый камбий. Межпучковый камбий образуется из паренхимы. Из него дифференцируются новые проводящие пучки, которые расположены между более крупными пучками (подсолнечник - Helianthus annuus );
- пучковый тип :
а) закладывается пучковый и межпучковый камбий. Межпучковый камбий дифференцируется в лучевую паренхиму или механические элементы (стебель кирказона - Aristolochia clematitis );
б) закладывается только пучковый камбий, т. е. камбий находится только внутри пучков. Пучки разделены основной паренхимой, которая даже в наиболее старых участках стебля не одревесневает.
При пучковом строении стебля у двудольных растений пучки расположены в один ряд по окружности, параллельно поверхности стебля (стебель лютика - Ranunculus repens ).
Вторичное утолщение происходит также в результате деятельности феллогена (пробкового камбия).
При любом типе вторичных изменений в центральном цилиндре первичная ксилема оттесняется к центру и остатки ее располагаются на границе с сердцевиной. Напротив, первичная флоэма оттесняется нарастающей вторичной флоэмой к периферии и в дальнейшем становится малозаметной.
В структуре стебля однолетнего травянистого двудольного растения выделяют видоизмененный центральный цилиндр, включающий ткани, возникшие из перицикла, остатки первичной и вторичную флоэму, камбий, вторичную и остатки первичной ксилемы и сердцевину. Видоизмененный центральный цилиндр окружен первичной корой.
У древесных и кустарниковых двудольных, а также у хвойных вторичные утолщения могут продолжаться многие годы. В итоге в стебле выделяют три основные части: кору, древесину и сердцевину . Граница коры и древесины проходит по камбию. Кора многолетнего стебля древесного растения включает перидерму, остатки первичной коры, группы механических элементов различного происхождения, располагающихся на границе остатков первичной коры и флоэмы, и всю массу флоэмы (вторичную флоэму - луб и остатки первичной). У ряда древесных растений с возрастом на смену перидерме формируется корка (ретидом ). Луб дифференцирован на мягкий луб , состоящий из проводящих и паренхимных элементов. Совокупность механических элементов вторичной флоэмы получила название твердого луба .
Вторичную ксилему с несколькими кольцами прироста называют древесиной. Она расположена внутрь от камбия и занимает большую часть стебля. Слой древесины, отложенный камбием за один вегетационный период, называется годичным кольцом . Как правило, в годичном кольце выделяют весеннюю и летне-осеннюю древесину .
Сердцевина представлена паренхимными клетками. В радиальном направлении стебель пронизан лубодревесинными (сердцевинными) лучами, первичными и вторичными, осуществляющими связь между всеми зонами стебля.
В стебле голосеменных растений имеются смоляные каналы. Проводящая система в древесине у них представлена только трахеидами с большим числом окаймленных пор. Ситовидные элементы флоэмы представлены ситовидными клетками, не сопровождающимися клетками-спутницами. Либриформ отсутствует.
Задание 1
1. Ознакомиться с первичной структурой стебля с хорошо выраженной первичной корой на постоянном микропрепарате поперечного среза стебля ириса (Iris germanica ) (рис. 32). Сделать рисунок.
Рис. 32. Поперечный срез стебля ириса (Iris germanica ) с хорошо выраженной корой (А) и его схема (Б):
1 - эпидерма, 2 - хлоренхима, 3 - эндодерма, (2-3 - первичная кора), 4 - склеренхима перицикла, 5 - основная паренхима, 6 - закрытый коллатеральный пучок (4-6 - центральный цилиндр).
Задание 2
1. Познакомиться с первичной структурой стебля ржи (Secale cereale ) с плохо выраженной первичной корой , беспорядочным расположением проводящих пучков и большой полостью в центре стебля (стебель соломина - рис. 33). Сделать рисунок.
Рис. 33. Поперечный срез стебля ржи (Secale cereale ) с плохо выраженной первичной корой (А) и его схема (Б):
1 - эпидерма, 2 - склеренхима, 3 - хлоренхима, 4 - закрытый коллатеральный пучок, 5 - основная паренхима, 6 - полость.
Задание 3
1.Рассмотреть постоянный микропрепарат поперечного среза стебля липы (Tilia cordata ), с непучковым типом заложения камбия (рис. 34). Сделать рисунок.
Рис. 34. Непучковый тип строения стебля липы (Tilia cordata ) в поперечном разрезе (I) и схема строения стебля на разных уровнях (II):
А - срез на уровне появления прокамбия; Б - на уровне появления камбия; В - на уровне сформированной структуры.
1 - прокамбий, 2 - остатки эпидермы, 3 - пробка, 4 - колленхима, 5 - паренхима коры, 6 - эндодерма (4-6 - первичная кора), 7 - перициклическая зона, 8 - первичная флоэма, 9 - твердый луб, 10 - мягкий луб (вторичная флоэма), 11 - сердцевинный луч (7-11 - вторичная кора), 12 - камбий, 13 - осенняя древесина, 14 - весенняя древесина (13-14 - годичное кольцо древесины), 15 - вторичная древесина, 16 - первичная древесина (15-16 - древесина), 17 - перимедуллярная зона, 18 - основная паренхима (17-18 - сердцевина, 7-18 - центральный цилиндр).
Вопросы для самоконтроля
1. Каковы особенности структуры флоэмы и ксилемы у хвойных?
2. По каким гистологическим элементам можно отличить стебель голосеменного растения от стебля древесного покрытосеменного?
3. Каковы особенности строения стебля однодольных растений? Почему стебель большинства однодольных не утолщается?
4. С чем связано вторичное утолщение стеблей? Каковы особенности строения стеблей с вторичным утолщением?
5. Какие известны основные типы заложения камбия в стеблях сосудистых растений?
6. Каковы различия в происхождении первичной и вторичной коры? Из каких гистологических элементов они состоят?
Лабораторно – практическая работа № 12
Тема: Лист. Классификация листьев. Анатомическое строение листьев двудольных и однодольных растений
Лист - боковой орган побега, приспособленный для ассимиляции, испарения и газообмена.
Рис. 35. Части листа (схема): 1 – черешковый лист; 2 – сидячий лист; 3 – лист с подушечкой в основании; 4 – влагалищные листья; 5 – лист со свободными прилистниками; 6 – лист с приросшими к черешку прилистниками; 7 – лист с пазушными прилистниками; Пл – пластинка; Ос – основание; Вл – влагалище; Пр – прилистники; Ч – черешок; ПП – пазушная почка; ИМ – интеркалярная (вставочная) меристема.
Главная часть ассимилирующего листа - его пластинка. Если у листа одна пластинка, его называют простым . У сложных листьев на одном черешке с общим основанием располагаются две, три или несколько обособленных пластинок, иногда с собственными черешочками . Отдельные пластинки носят название листочков сложного листа, а общую ось, несущую листочки, называют рахисом . В зависимости от расположения листочков на рахисе различают перисто - и пальчатосложные листья. У первых листочки располагаются двумя рядами по обе стороны рахиса, продолжающего черешок. У пальчатосложных листьев рахиса нет, и листочки отходят от верхушки черешка. Частный случай сложного листа – тройчатосложный (рис. 36).
Рис. 36. Сложные листья (схема): А – непарноперистосложный; Б – парноперистосложный; В – тройчатосложный; Г – пальчатосложный; Д – дважды парноперистосложный; Е – дважды непарноперистосложный; 1 – листочек; 2 – черешочек; 3 – рахис; 4 – черешок; 5 – прилистники; 6 – рахис второго порядка.
Процесс формирования сложного листа напоминает ветвление, которое может идти до второго-третьего порядка, и тогда образуются дважды и трижды перистосложные листья. Если рахис заканчивается непарным листочком, лист называется непарноперистосложным , если парой листочков – парноперистосложным .
Форма пластинок простых листьев и листочков сложных листьев очень разнообразна. По форме листьев можно различать виды и роды растений в природе.
Пластинка листа или листочка может быть цельной или расчлененной более или менее глубоко на лопасти , доли или сегменты , располагающиеся при этом перисто или пальчато . Различают перисто - и пальчатолопастные , перисто - и пальчатораздельные и перисто - и пальчаторассеченные листья (рис. 37). Встречаются дважды, трижды и многократно расчлененные листовые пластинки.
Рис. 37. Типы расчленения пластинки простого листа
Формы цельных листовых пластинок и расчлененных листьев в общем очертании выделяют в зависимости от двух параметров: соотношения между длиной и шириной и того, в какой части пластинки находится ее наибольшая ширина (рис. 38).
Рис. 38. Обобщенная схема форм листьев
В структуре листа преобладают анатомические элементы паренхимного типа. Главной тканью листа является мезофилл , в котором сосредоточены все хлоропласты и происходит фотосинтез. Эпидерма покрывает лист сплошным слоем, регулирует газообмен и транспирацию. Система разветвленных проводящих пучков снабжает лист водой, поддерживает в клетках мезофилла степень оводнения, необходимую для нормального хода фотосинтеза и осуществляет отток пластических веществ.
Арматурную функцию в листе выполняет колленхима и склеренхима . Они совместно с живыми тургесцентными клетками мезофилла и эпидермы образуют прочные механические конструкции.
Мезофилл занимает все пространство между верхней и нижней эпидермой листа, исключая проводящие пучки и арматурные ткани. Клетки мезофилла довольно однородны по форме и строению (округлые, слегка вытянутые, с отростками). Иногда стенки клеток образуют складки, вдающиеся внутрь (складчатый мезофилл), что увеличивает поверхность и позволяет разместить большое число хлоропластов в постенном слое цитоплазмы. Протопласт состоит из постенного слоя цитоплазмы с ядром и многочисленными хлоропластами. В центре клетки находится большая вакуоль. Мезофилл, чаще всего, дифференцирован на две ткани - палисадную (столбчатую ) и губчатую (рис. 39) . В палисадном мезофилле клетки вытянуты перпендикулярно поверхности листа, расположены в один или несколько слоев. Клетки губчатого мезофилла соединены более рыхло, и межклетные пространства в этой ткани могут быть очень большими по сравнению с объемом самих клеток. Выделяют несколько типов мезофилла:
- Дорсовентральный . Палисадная паренхима одно- или многорядная и расположена на верхней стороне листа, а губчатая - на нижней стороне.
- Изогубчатый . Весь мезофилл листа состоит из губчатых клеток.
- Изолатерально-палисадный . Мезофилл состоит из одного или нескольких рядов палисадных клеток, расположенных с обеих сторон губчатой паренхимы.
- Изопалисадный . Мезофилл образован только палисадными клетками.
- Центрический. Мезофилл с радиальной симметрией палисадной паренхимы и с центральной позицией главной жилки.
Проводящие пучки в листьях образуют непрерывную систему, связанную с проводящей системой стебля. В листьях обычно пучки закрытые (без камбия), коллатеральные , разветвленные в одной плоскости. Характерным признаком листа является то, что ксилема в нем повернута к морфологически верхней стороне, а флоэма - к морфологически нижней. При такой ориентации проводящие ткани листа естественно смыкаются с проводящими тканями стебля.
Мелкие проводящие пучки имеют упрощенное строение. Ксилема обычно включает один - два трахеальных элемента, а флоэма одну ситовидную трубку с сопровождающей клеткой. Проводящие элементы листа ограничены от клеток мезофилла плотно сомкнутыми обкладочными клетками. Проводящие пучки с окружающими их тканями называют жилками .
Арматурными тканями листа являются склеренхимные волокна, отдельные склереиды и тяжи колленхимы .
Волокна чаще всего сопровождают крупные проводящие пучки. Они окружают проводящие ткани со всех сторон или только сверху и снизу.
Колленхима часто присутствует в крупных жилках или по краю листа, предохраняя его от разрыва.
Рис. 39 Объемное изображение части листовой пластинки : В – волокна; ВЭ – верхняя эпидерма; ГМ – губчатый мезофилл; ЖВ – железистый волосок; КВ – кроющий волосок; Колл – колленхима; Кс – ксилема; НЭ – нижняя эпидерма; ОК – обкладочные клетки пучка; ПМ – палисадный мезофилл; У – устьице; Ф – флоэма.
Таблица 2 - Клеточное строение листа
| Часть листа | клетки | ткани | функции |
| Кожица листа (эпидермис) | Клетки прозрачные, плотно прилегают друг к другу Устьичный аппарат состоит из: А) парные замыкающие клетки бобовидной формы Б) устьичная щель между ними | покровная | Защита от физических воздействий Защита от бактерий и высыхания Пропускает солнечный свет Испарение Газообмен |
| Мякоть листа | 1)столбчатая (палисадная)ткань состоит из плотно прилегающих друг к другу зеленых клеток 2_ губчатая ткань состоит из рыхло расположенных клеток, между которыми есть межклетники | Основная, фотосинтезирующая | Фотосинтез Фотосинтез Газообмен транспирация |
| Жилки листа - это проводящие пучки | 1) Сосуды- это мертвые клетки 2) Ситовидные трубки- это живые клетки с отверстиями в виде сита 3) Волокна – это мертвые вытянутые клетки с острыми концами, с одревесневшими оболочками | Проводящая Проводящая механическая | Проводят воду и минеральные вещества снизу вверх Проводят органические вещества сверху вниз Придают листу гибкость и прочность, упругость |
Задание 1
1. Изучить строение листа с дорсовентральным типом мезофилла с использованием постоянного микропрепарата Лист камелии (Camelia japonica ) (рис. 40). Сделать рисунок.
Рис. 40. Строение листа камелии японской (Camelia japonica ) с дорсовентральным типом мезофилла:
1 - верхняя эпидерма, 2 - столбчатая паренхима, 3 - губчатая паренхима, 4 - клетка с друзой, 5 - склереида,
6 - проводящий пучок, 7 - нижняя эпидерма, 8 - устьице.
Задание 2
1. На постоянном микропрепарате поперечного среза хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris ) изучить строение листа с центрическим типом мезофилла (рис. 41). Сделать рисунок.
Рис. 41. Строение листа (хвои) сосны обыкновенной (Pinus sylvestris ) с центрическим типом мезофилла:
А - детальный рисунок; Б - схематичный.
1 - эпидерма, 2 - устьичный аппарат, 3 - гиподерма, 4 - складчатая паренхима, 5 - смоляной ход, 6 - эндодерма, 7 - ксилема,
8 - флоэма, 7-8 - проводящий пучок, 9 - склеренхима, 10 - паренхима.
Вопросы для самоконтроля
1. Назвать типы мезофилла.
2. Где располагаются устьица у дорсовентрального и изопалисадного мезофилла листьев?
3. В чем отличие между столбчатой и губчатой паренхимой листа? Чем обусловлено их расположение?
4. Каково строение проводящих пучков листа? В чем отличие крупных пучков от мелких?
5. Почему ксилема в проводящем пучке обращена к верхней стороне листа?
6. Какова функция клеток-обкладок?
7. В чем особенность строения мезофилла хвои?
РАЗДЕЛ 4. ГЕНЕРАТИВНЫЕ ОРГАНЫ
Программа по разделу «Генеративные органы»
Общая характеристика генеративных (репродуктивных) органов растений. Бесполое, вегетативное и половое размножение, их биологическое значение. Цветковые растения как высший этап эволюции наземных растений. Определение, строение, развитие цветка и его функции. Цветоложе – ось цветка. Расположение частей цветка. Типы симметрии. Диаграммы и формулы цветков. Андроцей. Гинецей. Мегаспорогенез и микроспорогенез. Опыление и оплодотворение у цветковых растений. Гипотезы происхождения цветка и направления его эволюции. Цветение и опыление. Характеристика соцветий, их классификация. Определение, образование, строение, классификация и биологическое значение плодов. Апокарпные, синакарпные, паракарпные и лизикарпные плоды. Строение семян. Распpостpанение плодов и семян.
Загрузка...
