Добавил:
chemist5734494@gmail.com Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Osnovy_botaniki

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
29.01.2024
Размер:
4.22 Mб
Скачать

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

центральной полости стелы и соединяющимися между собой в узлах. Она характерна для хвощей.

• Особым типом стелы является полициклическая сифоностела – она формируется у ряда папоротников (у орляка), когда с возрастом внутри одной стелы образуется вторая, третья и так далее. Это явление называется полициклия.

III. Завершающим звеном в эволюции стелы является атактостела (от греч. ataktos - беспорядочный). Ей присущи закрытые коллатеральные пучки, сложная картина прохождения пучков по стеблю (дугообразные индивидуальные листовые следы) с их разбросанным расположением по всему поперечному сечению стебля. Атактостела развилась в результате крайнего рассечения эвстелы и в эволюционном отношении представляет собой крайне специализированную форму центрального цилиндра. Атактостела характерна в основном для однодольных растений.

Некоторые авторы выделяют ещѐ стелу корня, которая возникла из гаплостелы, но эволюционно развивалась в другом направлении. Особенности корневой стелы объясняются приспособлением к почвенному питанию, тогда как актиностела побега дифференцирована при формировании фотосинтезирующего листостебельного органа. Смотрите рисунок 4.

Рисунок 4. – Эволюция и типы стелы:

1 – протостела, 2 – актиностела, 3 – плектостела, 4 – эктофлойная сифоностела, 5 – артростела, амфифлойная

сифоностела, 7 – диктиостела, 8 – эвстела, 9 – атактостела.

Полесский государственный университет

91

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

ТЕМА 10: ЛИСТ. ВИДОИЗМЕНЕНИЯ ПОБЕГОВ

ПЛАН:

10.1Морфологическое строение листа

10.2Разнообразие листьев и анатомическое строение

10.3Основные видоизменения побега

10.4Подземные видоизменения побега

10.1 Морфологическое строение листа

Лист (от лат. folium, от греч. phyllon) один из основных органов высших растений, занимающих боковое положение на стебле. Лист – орган ограниченного роста, нарастающий интеркалярно основанием.

Основные функции листа: фотосинтез, газообмен и транспирация. Все три функции связаны с образованием в листе органических веществ. Структура листа, сложившаяся в процессе эволюции, оптимально приспособлена для выполнения этих важнейших функций.

Лист может выполнять и дополнительные функции, такие как функции запаса веществ и воды, функция защиты и функция вегетативного размножения.

Первые листовые органы – семядоли – возникают в процессе дифференциации меристематического тела предзародыша еще до того, как оформится апекс верхушечной почки главного побега. Последующие листья возникают из экзогенных боковых выростов – примордий – их заложение определяет тип листорасположения.

Лист имеет плоскую форму, что способствует созданию максимальной фотосинтезирующей поверхности. Лист – дорсовентральный орган (от лат. dorsum – спина, venter - брюхо) – то есть он имеет бифациальную структуру (от лат. bis – два, facies - внешность) – имеет верхнюю и нижнюю стороны.

Если рассматривать структуру листа в онтогенезе, то верхнюю стороны можно назвать внутренней (брюшной, адаксиальной) – так как в почке эта сторона прилегает к оси зачаточного побега, а нижнюю – наружной (спинной, абаксиальной) – так как эта сторона в почке обращена наружу.

Часто в строении листа наблюдаются отклонения от дорсовентральности:

Эквифациальные листья (от лат. aeque - ровно) – имеющие с двух сторон одинаковое морфологическое строение. У растений засушливых мест обитания лист располагается «ребром» к солнцу – эвкалипт, саксаул.

Унифациальные (от лат. unicus – с одной поверхностью) – это либо круглые в сечении листья (у лука), либо уплощенные с боков (у ириса, гладиолуса).

Цилиндрические – листья с радиальной симметрией (у очитка едкого). Лист неспособен производить на себе другие органы (исключение

бегонии, бриофиллиум, росянки). Ограниченный рост листа обусловлен

Полесский государственный университет

92

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

ранней утратой способности к апикальному нарастанию (исключение – вельвичия удивительная – два листа растут всю жизнь до 8 м). Вайи папоротников длительное время растут верхушкой.

Размеры листьев варьируют, как у разных групп, так и у одного растения. Наиболее крупные листья имеют Victoria regia – в диаметре 1,5-2 м, африканская винная пальма – 15 м (черешок – 4,5 м). У растений умеренной зоны самые большие листья у кукурузы (до 1 м), крупные листья у зонтичных, кувшинок, кубышек. Размеры листьев связаны с видом растения и экологическими условиями. По размеру породы деревьев делят на широколиственные – липа, клен, ясень, дуб, граб, бук; и мелколиственные – береза, осина.

Возникновение листьев шло двумя эволюционными путями:

1.Лист – результат дифференциации, уплощения и срастания систем осей (теломов) ветвящегося вегетативного тела («лист-плосковетка») – это макрофилльная линия эволюции. Такие листья характерны для папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений.

2.Лист возник как поверхностный вырост на осевом органе (энации) – микрофилльная линия эволюции. Такие листья характерны для плаунов.

Исключением являются листья мхов (филлиды), образованные на половом поколении (гаметофите).

Морфологические части листа

Лист состоит из листовой пластинки, основания листа (листового подножия) и черешка (у двудольных).

Листья с черешком называются черешковыми, без черешка – сидячими. Черешок выполняет опорную, проводящую, амортизаторную функции, регулирует положение листовой пластинки.

Основание листа иногда почти незаметно, оно имеет вид подушечки на конце черешка. У большинства однодольных и некоторых двудольных (у зонтичных) основание листа разрастается, охватывает узел целиком и образует трубку – влагалище листа. Функция влагалища – защита стебля и почки, сидящей в пазухе листа. У злаковых на границе пластинки и влагалища имеют особые выросты – язычок и парные ушки.

Прилистники бывают свободные или приросшие к черешку (у рдеста на внутренней стороне листа есть пазушные прилистники). Функция прилистников – защита развивающихся листочков, у некоторых (у бобовых) функция фотосинтеза, у акации белой – защитная, так как прилистники видоизменены в колючки. Иногда прилистники срастаются образуя защитный орган – раструб (у гречихи, щавеля). Прилистники имеют 40 % древесных растений и 20 % травянистых. Иногда прилистники образуются на частях околоцветника, на тычиночных нитях (у лука, птицемлечника). Наличие прилистников – свидетельство более примитивной организации листа.

Классификация листьев

Единой классификации листьев нет, все они искусственные, так как не строятся филогенетически.

Полесский государственный университет

93

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

Простые листья – это листья, которые имеют одну листовую пластинку. Они классифицируются по ряду признаков.

Форма листовой пластинки определяется соотношением длины и ширины листа и расположения самой широкой части. Смотрите таблицу 1.

Таблица 1. – Типы листьев

 

Ширина

Длина >

Длина >

Длина >

 

равна

ширины в

ширины в

ширины

 

длине

1,5-2 раза

3-4 раза

более чем

 

 

 

 

в

 

 

 

 

5 раз

 

 

 

 

 

Наибольшая ширина находится ближе

Яйце-

Эллип-

Ланцетный

Линей-

к основанию листа

видный

тический

 

ный

Наибольшая ширина находится на

Округлый

Оваль-

Продол-

 

середине листа

 

ный

говатый

 

Наибольшая ширина находится ближе

Обратно-

Обратно-

Обратно-

Мечеви-

к верхушке листа

широко-

яйце-

ланцетный

дный

 

яйце-

видный

 

 

 

видный

 

 

 

 

 

 

 

 

В листовой пластинке выделяет основание, край и верхушку. Форма основания может быть:

Клиновидная

Округлая

Сердцевидная

Усеченная

Стреловидная

Копьевидная

Неравнобокая

Суженная

Верхушка листовой пластинки может быть:

Тупая

Усеченная

Острая

Заостренная

Остроконечная

Выемчатая

Край листа бывает:

Полесский государственный университет

94

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

Цельный

Зубчатый

Пильчатый

Двоякопильчатый

Городчатый

Выемчатый

Волнистый

Жилкование листовой пластинки может быть:

Дихотомическое (у гинкго)

Пальчатое (у двудольных - клен)

Перистое (у двудольных – липа)

Параллельное (у однодольных - злаковые)

Дуговое(у однодольных – ландыш)

Расчленение листовой пластинки

Пластинка может быть цельной и разделенной на лопасти, доли и сегменты. При этом тройчатой, пальчатой и перистой. Смотрите таблицу 2.

Таблица 2. – Типы листьев в зависимости от расчленеия листовой пластины

Расчленение листа

 

 

 

Тройчато-

Пальчато-

Перисто-

Лопастной

 

 

 

 

Тройчато-

Пальчато-

Перисто-

разделен менее чем до половины

лопастной

лопастной

лопастной

ширины полупластинки

 

 

 

 

 

Раздельный

 

 

 

 

Тройчато-

Пальчато-

Перисто-

с

долями

разделен

глубже

раздельный

раздельный

раздельный

половины ширины полупластинки

 

 

 

Рассеченный

 

 

 

 

Тройчато-

Пальчато-

Перисто-

с

сегментами,

разделен

до

рассеченный

рассеченный

рассеченный

основания

 

 

 

 

 

 

 

С филогенетической точки зрения более примитивные листья – простые. По мнению англ. ботаника Дж. Паркина (1953), амер. Ботаников Л. Дж. Хикки (1971), Дж. Л. Стебинса исходный тип листа – это овальный простой лист с перистым жилкованием.

Сложные листья – это листья, у которых на одном черешке с общим основанием располагается несколько обособленных пластинок, иногда с собственными черешочками. Общую ось сложного листа называют рахисом (от греч. rhachis – хребет, позвоночник).

Сложные листья подразделяются на:

Пальчатосложные, листочки которого располагаются на верхушке рахиса (у каштана конского);

Перистосложные – листочки располагаются по всей длине рахиса. Делятся на 1) непарноперистые - верхушка рахиса заканчивается непарным

Полесский государственный университет

95

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

одним листочком (у рябины), и 2)парноперистые – когда на верхушке рахиса два листочка, усика, шипика (у бобовых);

Тройчатосложные – имеют три листочка (соя, клевер, земляника). Сложные листья характерны более для деревьев и кустарников, имеется

много переходных форм. При листопаде листочки в сложных листьях облетают по одному. При раскрывании части сложного листа тоже это делают отдельно. У травянистых форм намечается переход от сложных к простым листьям. Некоторые ученые придерживаются мнения, что исходным был сложный лист (теория дуриана) – так как у эволюционно примитивных растений наблюдается наличие сложных листьев.

Онтогенез листа

На ранних этапах онтогенеза в периферической зоне апекса под протодермой начинается периклинальное деление и образуется листовой бугорок – примордия.

Внутрипочечная стадия. Начинается с заложения примордия до распускания почки. Сначала примордия делится равномерно, формируется протодерма, образуются трихомы. Листовой бугорок вытягивается в клиновидный вырост – ось листа. У двудольных с противоположных сторон от оси появляются зоны меристематической активности (маргинальные меристемы) – начинается формирование листовой пластинки. Рост зачаточного листа делится на апикальный (удлинение примордия, он непродолжительный, у двудольных до критической длины примордия) и маргинальный (боковое разрастание).

Примордий дорсовентрален: нижняя часть его формирует основание листа, а верхняя – пластинку и черешок, клиновидный вырост – область средней жилки. Прокамбиальный тяж проникает в листовой зачаток и образует систему жилок.

Развитие сложных и рассеченных листьев происходит за счет неравномерного роста верхней части листового бугорка. Прилистники опережают рост листовой пластинки.

У однодольных растений бугорки закладываются как изогнутые валики, которые разрастаясь, рано охватывают узел. В области главной жилки примордий растет более активно и приобретает колоколообразную форму. Иногда края зачаточного бугорка сливаются – образуется влагалище.

К концу внутрипочечной стадии листья очень плотно упакованы в почке. Способы листосложения – это видоспецифичный признак. Они бывают:

сдвоенные по средней жилке (шиповник,липа);

складываются вдоль всех жилок (клен, бук);

свертываются в трубку (вишня);

завертываются вверх или вниз края пластинок (тополь, клюква);

свертываются спирально и т.д.

Внепочечная фаза развития листа. Клетки листовых зачатков перед распусканием находятся в слабодифференцированном состоянии и способны делиться несколько раз и растягиваться – это происходит при распускании

Полесский государственный университет

96

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

почки. Такой рост называют поверхностным ростом или ростом натяжения. Иногда при этом идет увеличение листа в 100 и 1000 раз.

Долговечность листьев

У некоторых растений внутрипочечная стадия в 2-3 раза превышает внепочечную (у эфемероидов – 10 месяцев в почке и 1-1,5 месяца вне почки). У листопадных форм листья живут один вегетационный период, у вельвичии – 100 лет, у хвойных – 5-9 лет.

Продолжительность жизни листьев родственных видов увеличивается с продвижением на север и подъемом в горы.

Старение листьев. Листопад

В процессе старения меняется внешний облик листа – он желтеет или краснеет в связи с разрушением хлорофилла и накопления каротиноидов и антоцианов. Снижается интенсивность ассимиляции, дыхания, транспирации, разрушаются хлоропласты, митохондрии, накапливаются катаболиты. Из старых листьев идет отток органических веществ – «опустошение» листа.

Старые листья сбрасываются в процессе листопада. Опадают одновременно или постепенно. Листопад – выработанное в процессе эволюции приспособление к уменьшению в неблагоприятных условиях поверхности наземных органов, что сокращает потерю влаги и предотвращает поломку ветвей под тяжестью снега. Важный фактор для начала листопада – продолжительность светового дня.

У основания листа или черешка появляется отделительный слой, который состоит из легко отделяющихся клеток. Лист отделяется под воздействием собственной тяжести и физических воздействий (ветра, дождя). Листовой рубец покрывается слоем пробки. У травянистых растений листья разрушаются и сгнивают.

Значение опавших листьев: 1.листья слабо фотосинтезируют;

2.органические и минеральные вещества удобряют почву;

3.масса листьев утепляет поверхностно расположенные корни;

4.в подстилке происходит процесс стратификации многих древесных растений.

10.2 Разнообразие листьев и анатомическое строение

Листья очень разнообразны, даже в пределах одного растения на различных этапах онтогенеза.

Полесский государственный университет

97

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

Семядоли (cotyledonis) – формируются у зародыша. Возникают в результате дифференциации тела предзародыша в отличие от всех последующих листьев растения, которые закладываются в виде экзогенных бугорков. Семядоли по размерам и форме отличаются от листьев: имеют округлую или овальную форму, упрощенную анатомическую структуру, не несут прилистников. У многих растений (бобовые, крестоцветные) в семядолях запасаются питательные вещества. Семядоли при этом толстые, мясистые. Основные функции семядолей: первые органы фотосинтеза; запас питательных веществ (лещина, дуб). У некоторых растений (плюща, копытня) семядоли сохраняются несколько месяцев.

Листовые серии – ряд постепенно развивающихся до типичной структуры листьев (по И.Г. Серебрякову). Вслед за семядолями появляются первые молодые листья, но они тоже не сложные (земляника, фасоль, клевер) и затем настоящие ассимиляционные листья.

Формации листьев образуются в зависимости от расположения на растении. Выделяют три формации:

1.низовые листья – недоразвитые или видоизмененные, их функция защитная и запасающая, часто они с недоразвитыми пластинками или имеют вид чешуек – катофиллов (от греч. kata – низ, phyllon - лист), которые выполняют роль и почечных чешуй;

2.срединные листья – листья типичные для вида, их функции – фотосинтез, газообмен и транспирация;

3.верховые или прицветные листья – гипсофилы (от греч. hypso -

верхний) – недоразвитые листья, лишенные черешков (окрашенные или бесцветные); находятся в области соцветия, кроющие листья цветков или веточек соцветий (листовые обертки); они мельче и проще по очертаниям, иногда редуцированные до пленчатых чешуек – брактей (опадают после развертывания соцветия).

Гетерофиллия – это разнообразие листьев на одном и том же растении (разнолистность) – у шелковицы есть цельные и лопастные листья. Гетерофиллия может быть связана с возрастными изменениями (у эвкалипта),

свидом побега (цветоносный, вегетативный), с экологическими условиями (водные растения – водный лютик, стрелолист – имеют подводные листья – узколентовидные или нитевидные, а надводные – цельные или лопастные). Гетерофиллия имеет большое биологическое значение как адаптивное явление.

Анизофиллия (от греч. anisos - неравный) – различие по форме, величине и структуре листьев, сидящие на одном и том же узле побега (при супративном или мутовчатом листорасположении) – например, у клена, каштана.

Анатомическая структура листа

Анатомическая структура листа очень разнообразна. Микроскопическая структура листа определяется функцией фотосинтеза, поэтому основная ткань

– хлоренхима (мезофилл). Остальные ткани обеспечивают работу мезофилла.

Полесский государственный университет

98

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

Эпидермис – покрывает лист с обеих сторон и защищает его от высыхания, механического воздействия, от проникновения микроорганизмов. Защитную функцию усиливают кутикулярный слой, воск. У большинства эпидермис однослойный (многослойный и фикуса).

Верхний и нижний эпидермис различны. Нижний имеет больше устьиц. Верхний содержит мало устьиц или их вообще нет, лучше развита кутикула и восковой налет, трихомы, эмергенцы.

Амфистоматический лист имеет устьица на обеих сторонах листа; эпистоматический лист – устьица на верхней стороне листа;

гипостоматический – устьица внизу.

Уоднодольных растений устьица располагаются правильными рядами, у двудольных рассеянны по всей поверхности. У хвойных – рядами параллельными продольной оси листа. Устьица могут располагаться на одном уровне с клетками, выше (выступающие устьица), ниже (погруженные устьица). Некоторые устьица группируются по несколько в углублениях – устьичных ямках, криптах.

Хлоропласты в клетках эпидермиса чаще всего отсутствуют (исключения суккуленты, эфемеры). Часто в соке верхнего (реже нижнего) эпидермиса содержатся пигменты – антоцианы, окрашивающие лист (бегония, традесканция).

Унекоторых растений под эпидермисом образуется слой клеток, усиливающий прочность листа – гиподерма (подкожица) – стенки клеток еѐ утолщены и выполняют функции механическую, защиту от излишнего испарения (однослойная – у сосны обыкновенной, двух-, трехслойная – у сосны южной). У некоторых растений клетки гиподермы превращаются в водоносные (солянка древовидная).

Мезофилл – основная паренхима – клетки живые, с тонкими оболочками, округлой или слегка вытянутой формы (иногда с небольшими выростами), содержат много хлоропластов (мезофилл зеленого цвета - хлоренхима). Оболочки клеток иногда образуют складки внутри полости клеток (это увеличивает рабочую поверхность). У типичных дорсовентральных листьев мезофилл неоднороден и разделяется:

Столбчатую (полисадную) паренхиму – клетки еѐ плотно сомкнуты,

продолговатой формы и располагаются перпендикулярно к верхней стороне листа. Может быть однослойная, двухслойная и редко многослойная (у светолюбивых растений), клетки содержат 75 % хлоропластов, расположенных вдоль оболочек. Еѐ функция – ассимиляция.

Губчатая (рыхлая) паренхима – имеются округлые клетки с большими межклетниками. Клетки могут образовывать выросты. Через межклетники идет газообмен. Углекислый газ атмосферы через устьица нижнего эпидермиса попадает в межклетники губчатого мезофилла и разносится по всем тканям листа. Кислород образующийся при фотосинтезе выделяется в межклетники, а через устьица в атмосферу. Газообмен происходит и между клетками столбчатой хлоренхимы (небольшой).

Полесский государственный университет

99

ОСНОВЫ БОТАНИКИ

Расположение устьиц на нижней стороне имеет приспособительное значение: 1) уменьшает потерю воды при транспирации; 2) углекислый газ необходимый для фотосинтеза, выделяется в основном из почвы в результате жизнедеятельности многочисленных почвенных организмов.

Клетки губчатого мезофилла, граничащие с полисадной тканью, имеют обратноконусовидную форму – собирающие клетки (вещества переходят в полисадную ткань и обратно).

Листья, у которых дорсовентральность нарушена обладает однородным мезофиллом (нет двух видов паренхимы) – это эквифациальные листья или изолатеральные (ирисовые, осоковые, лилейные, некоторые злаки).

Проводящие пучки. Мезофилл листа пронизан проводящими пучками (жилками), которые связаны с проводящей системой стебля. У двудольных – от крупной жилки ответвляются мелкие (сетчатые) пучки, самая крупная жилка тянется вдоль оси листа. У однодольных – множество жилок примерно равного размера (параллельное жилкование). Параллельные пучки связаны сетью анастомоз (они видны под микроскопом). Проводящие пучки листьев закрытые, коллатеральные, разветвленные в одной плоскости. Ксилема повернута к морфологически верхней, а флоэма – к морфологически нижней стороне. Средние жилки (и другие крупные жилки) содержат камбий и способны к вторичному росту. Окончание жилок у двудольных часто состоят только из ксилемы.

Проводящие пучки, погруженные в мезофилл, называются мелкие жилки, выступающие на нижней стороне листа – крупные жилки. Участки мезофилла между ними – ареолы. Их функция отвод ассимилятов из ареол играют мелкие жилки, крупные жилки выполняют функцию транспорта.

Крупные жилки окружены паренхимой, содержат мало хлоропластов, а мелкие одним или более слоями плотно сомкнутых клеток – обкладка проводящего пучка (пучковое влагалище). Функция эндодермы – регулирование обмена веществ. Обкладка часто связана с верхним и нижнем эпидермисом – это продолжение обкладки. Они укрепляют лист механически, у двудольных подводят воду к клеткам покровной ткани. Характер прохождения жилок в листе называется жилкование, оно видоспецифично. Эволюция жилкования начинается от дихотомического к сетчатому, параллельному и дуговидному (продвинутые типы жилкования надежнее обеспечивают передвижение веществ в тканях листа).

Арматурные ткани обеспечивают прочность листа. Это свойство обеспечиваются также эпидермисом и гиподермой. Но главная арматура – склеренхимные волокна и тяжи колленхимы. Эти ткани противостоят растяжению, а раздавливанию противостоят клетки мезофилла (заполнители конструкции).

Волокна чаще входят в состав проводящих пучков, некоторые тянутся от боковых ответвлений цепочкой к верхнему и нижнему эпидермису – узелковые волокна. Их скрепляют покровные ткани листа.

Полесский государственный университет

100

Соседние файлы в предмете Ботаника