Механические ткани растений

 
Рис.4. Схемы верхушек побегов в  продольном разрезе:

1 - двудольное с туникой и корпусом (горох Pisum); 2 - голосеменное с периклинально делящимся инициальным слоем и зоной центральных материнских клеток (сосна Pinus); дт - двуслойная туника; к - корпус; иск - инициальный слой корпуса; лп - листовой зачаток; см - стержневая меристема; по - периферическая область; ис - инициальный слой; цмк - центральные меристематические клетки; пз - переходная зола. Обе схемы иллюстрируют соотношение промеристемы с ее производными областями. Стрелки указывают направление, в котором клетки отходят от слоев апикальной меристемы. 

Филлокладии отличаются от типичных стеблевых органов не только ранней дифференцировкой верхушечной меристемы в постоянные ткани, но и тем, что обладают только двумя плоскостями симметрии.

Мы рассмотрим здесь строение типичного  надземного стебля. Типичный стебель  выполняет две основные функции: поддерживание ответвлений с  листвой, цветками и плодами и  транспортирование веществ восходящим и нисходящим токами.

При развитии стеблей травянистых  и в первый год жизни древесных  растений наблюдается так называемая первичная анатомическая структура  стебля. Основными элементами стебля являются: 1) кожица (эпидермис); 2) первичная кора; 3) внутренняя часть стебля - центральный, или осевой, цилиндр, называемый также стелью, в который входят перицикл, проводящие ткани и сердцевина, если таковая имеется.

2.1.Анатомия стебля.

Основные функции стебля — проведение воды и питательных веществ. Дополнительными функциями могут быть фотосинтез, обычно происходящий в молодых стеблях растений, и отложение запасных питательных веществ в многолетних стеблях.

Анатомическое строение стебля растений обусловлено его главными функциями. Для него характерно развитие механической и проводящей тканей растений. Кроме того, для стебля характерна сложная система меристем — верхушечные, боковые и вставочные, определяющие нарастание его в течение длительного времени и возникновение новых органов.

Стебель растения возникает из апикальной меристемы, из которой дифференцируются три слоя тканей: покровная, проводящая, основная. Сначала эти ткани представлены так называемой первичной меристемой (промеристемой), состоящей из протодермы, прокамбия и основной меристемы.

Первичные проводящие ткани развиваются  из прокамбия. Первые элементы флоэмы дифференцируются из наружных, расположенных  к периферии клеток прокамбия. Первичная  флоэма представлена тонкостенными  недолговечными удлиненными клетками и носит название протофлоэмы, а наружные клетки ее могут быть представлены механическими волокнами.

Первичные элементы ксилемы — трахеиды, реже сосуды с кольчатыми и спиральными утолщениями стенок — возникают позже из внутренних клеток прокамбия и определяются в целом как протоксилема. В ее состав помимо проводящих элементов входят паренхимные клетки.

Позже внутрь от протофлоэмы дифференцируется имеющая более или менее типичное для флоэмы строение. Наружу от протоксилемы формируется метаксилема, состоящая из трахеид или трахей с более утолщенными одревесневшими стенками.

Таким образом, за счет деятельности прокамбия и остальной меристемы  апекса возникает первичное строение стебля растения. У однодольных растений весь прокамбий дифференцируется в  элементы первичных проводящих тканей. Стебли однодольных, особенно травянистых (злаков), по сравнению со стеблями двудольных растений имеют более простое  строение, для них характерно в  основном первичное строение.

У двудольных растений в средней  части прокамбиального тяжа происходит образование камбия и начинается образование вторичных проводящих тканей (метафлоэмы и метаксилемы), объем которых увеличивается за счет деления клеток камбия.

Пучки, состоящие только из первичных  тканей, как у однодольных,- закрытые, пучки с камбием, характерные для двудольных, — открытые.

Для травянистых однодольных растений характерно диффузное распределение  проводящих пучков. Проводящие пучки  закрытые, коллатеральные, реже концентрические. Из механических тканей наиболее развита  склеренхима, колленхима встречается  у немногих растений. Вторичного утолщения  у травянистых однодольных нет.

Первичное строение стебля однодольных можно рассмотреть на примере кукурузы. С поверхности стебель покрыт однослойной эпидермой со слоем кутикулы. Под эпидермой расположен слой паренхимы в виде сплошного кольца. Клетки паренхимы непосредственно под эпидермой склерифицированы, к центру крупные, тонкостенные. В молодых стеблях под эпидермой размещается хлорофиллоносная паренхима. С возрастом утолщается склерифицированное кольцо, стенки клеток древеснеют и образуется резкая граница между этими клетками и клетками обычной паренхимы.

Клетки паренхимы крупные, с  тонкими стенками, между ними —  межклетники. К концу вегетации  большая часть клеток паренхимы  заполняется воздухом, сердцевина становится белой, мягкой. В паренхимной ткани беспорядочно разбросаны закрытые сосудисто-волокнистые пучки коллатерального типа.

На поперечных срезах пучков флоэма имеет вид сеточки, крупные ячеи ее соответствуют поперечному сечению  ситовидных трубок. В узлах сеточки  расположены мелкие квадратные или  прямоугольные сопровождающие клетки. Во взрослых стеблях функционирует  только метафлоэма. Протофлоэма, занимающая в пучке периферическое положение, обычно сжата и деформирована. Ксилема представлена 3-5 сосудами. Внутрь от метафлоэмы находятся два очень крупных пористых сосуда метаксилемы, соединенных механическими элементами. Между сосудами метаксилемы расположены узкопросветные сосуды протоксилемы с кольчатыми и спиральными утолщениями оболочек. При развитии пучка некоторые элементы протоксилемы разрушаются, на их месте возникает воздушная полость, ограниченная паренхимными клетками.

2.2. Морфология стебля.

Стебель более разнообразен по внешнему строению, чем корень. Это связано, прежде всего, с разнообразием мест обитания растений. Морфологически стебель  можно определить как член растения, имеющий радиальное строение, верхушечный  рост и образующий в определенном порядке листья и почки. Основные функции типичных надземных стеблей: обеспечение увеличения поверхности  растений путем роста и ветвления; образование листьев и формирование листовой мозаики; обеспечение связи  между корнями и листьями; образование  цветков, посредством которых идет половое размножение растений. Часто  в стеблях древесных растений и в стеблях подземных откладываются  запасные питательные вещества.

Морфологическое разнообразие стеблей  связано с их формой, размерами, окраской, наличием и особенностью опушения. У древесных стеблей добавляется характер поверхности, наличие, форма, количество чечевичек. У травянистых - положение в пространстве.

Форма стебля у большинства растений цилиндрическая, но бывает трехгранная, четырехгранная, многогранная, ребристая, сплюснутая или плоская, крылатая, бочонковидная и т.д.

Размер стебля у отдельных видов  является наследственно закрепленным признаком, колебания которого возможны в пределах нормы реакции. Максимальной для растений высоты достигают эвкалипты - 145-150 м. Из наших деревьев: ель достигает 50 м высоты, сосна - 40-50 м, дуб - 40 м, береза - 30 м. Если говорить о длине стебля, то рекорд принадлежит тропическим  лазающим пальмам-ратангам, длина стеблей у которых достигает 300 м. Толщина стеблей может достигать 10-12 м у баобаба и секвой. Наименьшими размерами характеризуется стебель ряски, вольфии, бульбофиллиума. Так, у вольфии он равен 1-1,5 мм, у бульбофиллиума - 2 мм, у ряски до 10 мм.

Окраска стебля травянистых растений обычно зеленая. Это связано с  наличием в клетках коры этих растений хлоропластов. Довольно обычным явлением считается наличие пятен на поверхности  травянистых стеблей. К концу  вегетации стебель становится желтым, бурым, коричневым. Встречаются у  травянистых растений и альбиносы. У древесных растений окраска  молодых стеблей определяется наличием хлоропластов в клетках коры. В  дальнейшем она связана с окраской пробки, покрывающей стебель. А окраска пробки варьирует от почти белой у березы до темнокоричневой.

Стебли травянистых растений могут  быть голые, гладкие, а могут быть опушенные и даже покрыты шипами (розы). Опушение стеблей характеризуется интенсивностью опушения (слабо опушенные, сильно опушенные), длиной волосков (коротко опушенные, длинно опушенные); положением волосков (прижато опушенные, опушенные оттопыренными волосками); видом трихом (опушение железистое, опушение из простых волосков, опушение из звездчатых волосков, опушение из двураздельных волосков и т.д.). Стебли древесных растений бывают гладкие, чешуйчатые, ребристые, морщинистые.

Неотъемлемым элементом покровной  ткани древесных растений являются чечевички, через которые осуществляется газообмен. Чечевичек может быть много или мало. Бывают они круглыми, овальными или вытянутыми.

Положение стебля в пространстве есть адаптивный морфологический признак. Различают стебли прямостоячие, приподнимающиеся, стелющиеся, вьющиеся, цепляющиеся.

Кроме того, при исследовании растений, можно обнаружить еще много важных черт морфологического строения стебля. Это и лиственные рубцы со своими пучковыми рубцами, группы терминальных рубцов почечных чешуй у древесных  растений; различного рода железки  у травянистых растений и т.д.

Различные взгляды на понятие «ветвление», «клубни», «корневища», приводят к тому, что морфология этих структур рассматривается  на уровне стеблей или на уровне побегов. Мы считаем, что логичнее этот материал рассматривать при описании побега.

3.Бесполое размножение растений.

  Размножение – это увеличение  количества особей вида посредством  воспроизведения. Способность к  размножению, или самовоспроизведению,  является одним из обязательных  и важнейших свойств живых  организмов. Размножение поддерживает  длительное существование вида, обеспечивает преемственность между  родителями и их потомством  в ряду многих поколений. Оно  приводит к увеличению численности  особей вида и способствует  его расселению. У растений, подавляющее  большинство которых ведет прикрепленный  образ жизни, расселение в процессе  размножения - единственный способ  занять большую территорию обитания. У большинства многоклеточных организмов часть клеток специализировалась на выполнении функции размножения, возникли репродуктивные органы. В них образуются клетки, способные дать начало новому организму. Если новый организм возникает из половых клеток, то говорят о половом размножении. Если же образование нового организма связано с соматическими клетками, то такой способ размножения называют бесполым.

Бесполое размножение характеризуется  тем, что в нем участвует одна особь. Бесполого размножения нет  у первичнополостных червей, моллюсков и редко отмечается в типах членистоногих и редко отмечается в типах членистоногих и хордовых. В некоторых случаях для воспроизводства потомства образуются специализированные клетки - споры, каждая из которых прорастает и дает начало новому организму. Спорообразование встречается у простейших (малярийный плазмодий), грибов, водорослей и лишайников.

Формы бесполого размножения:

Бесполое размножение широко распространено в природе. Наиболее распространено оно у одноклеточных, но часто встречается и у многоклеточных. Характерны следующие особенности: в размножении принимает участие только одна особь; осуществляется без участия половых клеток; в основе размножения лежит митоз; потомки идентичны и являются точными генетическими копиями материнской особи. Преимущество бесполого размножения - быстрое увеличение численности. Наиболее распространенными видами бесполого размножения являются следующие:

1.Бинарное деление – митотическое  деление, при котором образуются  две равноценные дочерние клетки (например, у амебы);

2.Множественное деление, или  шизогония. Материнская клетка  распадается на большое количество  более или менее одинаковых  дочерних клеток (малярийный плазмодий);

3.Споруляция. Размножение посредством  спор - специализированных клеток  грибов и растений. Если споры  имеют жгутик и подвижны, то  их называют зооспорами (хламидомонада). Интересно, что если споры образуются  с помощью митоза, то они имеют  одинаковый генетический материал, если же они образуются с помощью мейоза, то они имеют генетический материал только одного организма, но генетически такие споры неравноценны;

4.Почкование. На материнской особи  происходит образование выроста  - почки, из которого развивается  новая особь (дрожжи, гидра);

5.Фрагментация - разделение особи  на две или несколько частей, каждая из которых развивается  в новую особь. У растений (спирогира), и у животных (кольчатые черви). В основе фрагментации лежит  свойство регенерации;

6.Вегетативное размножение. Характерно  для многих групп растений. При  вегетативном размножении новая  особь развивается либо из  части материнской, либо из  особых структур (луковица, клубень  и т.д.), специально предназначенных  для вегетативного размножения;

7.Клонирование. Искусственный способ  бесполого размножения. В естественных  условиях  встречается редко.  Клон - генетически идентичное потомство,  полученное от одной особи  в результате того или иного  способа бесполого размножения.

В задание надо рассмотреть только две формы, как спорообразование и вегетативное размножение.

3.1.Спорообразование.

Спора - это одноклеточная репродуктивная единица обычно микроскопических размеров, состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра. Образование спор наблюдается у бактерий, простейших, у представителей всех групп зеленых  растений и всех групп грибов. Споры  могут быть различными по своему типу и функции и часто образуются в специальных структурах. Нередко  споры образуются в больших количествах  и имеют ничтожный вес, что  облегчает их распространение ветром, а также животными, главным образом  насекомыми. Вследствие малых размеров спора обычно содержит лишь минимальные  запасы питательных веществ; из-за того, что многие споры не попадают в  подходящее место для прорастания, потери спор очень велики. Главное  достоинство таких спор-возможность  быстрого размножения и расселения видов, в особенности грибов. Споры  бактерий служат, строго говоря, не для  размножения, а для того, чтобы  выжить при неблагоприятных условиях, поскольку каждая бактерия образует только одну спору. Бактериальные споры  относятся к числу наиболее устойчивых: так, например, они нередко выдерживают обработку сильными дезинфицирующими веществами и кипячение в воде.