Поглощение воды и минеральных веществ корнем

Эта функция возникла у растений в связи с выходом на сушу.

Поглощение воды и минеральных веществ растением происходит независимо друг от друга, так как эти процессы основаны на различных механизмах действия. Вода проходит в клетки корня пассивно, а минеральные вещества поступают в клетки корня в основном в результате активного транспорта, идущего с затратами энергии.

Рис. 1. Горизонтальный транспорт воды:

1 — корневой волосок; 2 — апопластный путь; 3 — симпластный путь; 4 — эпиблема (ризодерма); 5 — эндодерма; 6 — перицикл; 7 — сосуды ксилемы; 8 — первичная кора; 9 — плазмодесмы; 10 — пояски Каспари.

Вода поступает в растение в основном по закону осмоса. Корневые волоски имеют огромную вакуоль с концентрированным клеточным соком, обладающую большим осмотическим потенциалом, который обеспечивает поступление воды из почвенного раствора в корневой волосок.

Горизонтальный транспорт веществ

Вода попадает в тело растения через ризодерму, поверхность которой сильно увеличена благодаря наличию корневых волосков.

В этой зоне в проводящем цилиндре корня формируется проводящая система корня — сосуды ксилемы, необходимая для обеспечения восходящего тока воды и минеральных веществ.

Вода с минеральными солями поглощается корневыми волосками. Эндодерма перекачивает эти вещества в проводящий цилиндр, создавая корневое давление и не позволяя воде выходить назад. Вода с солями поступает в сосуды проводящего цилиндра и поднимается транспирационным током по стеблю к листьям.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ

Корни осуществляют проведение воды и минеральных веществ к наземным органам растения.

Вертикальное перемещение воды происходит по мёртвым клеткам ксилемы, которые не способны толкать воду к листьям. Это движение поддерживается транспирационной функцией листьев.

Определение

Корневое давление — сила, с которой корень нагнетает воду в стебель.

Корень активно перекачивает минеральные и органические вещества в сосуды ксилемы; в результате возникает повышенное осмотическое давление в сосудах корня относительно с давлением почвенного раствора. Величина корневого давления может достигать 3 атм. Доказательством наличия корневого давления служит, например, гуттация (выделение капелек воды листьями).

ОСМОС И ТУРГОР

Поступление воды из почвы в корень и продвижение её по стеблю обусловлено разностью осмотического давления.

Давление раствора клеточного сока, оказываемое на цитоплазму и стенки клетки, называется осмотическим.

Поскольку концентрация органических и минеральных веществ внутри корневого волоска выше, чем в почве, окружающая среда по отношению к клеточному соку корневых волосков представляет гипотонический раствор. Всасывая воду, клетка волоска разбавляет концентрацию клеточного сока. Постепенно клеточный сок волосков становится гипотоническим по отношению к глубже расположенным клеткам коры. И вода, поступая в них из корневых волосков, также снижает концентрацию веществ в соке. Теперь, в следующих группах клеток, концентрация сока будет выше, чем в предыдущих. По мере всасывания воды концентрация сока от клеток коры к сосудам ксилемы будет повышаться. Однако в связи с тем, что вода уходит из корневого волоска, концентрация органических веществ в нём снова увеличивается, что обеспечивает дальнейшее поглощение воды из почвы. Наружная мембрана клеток кожицы корня и корневого волоска представляет собой полупроницаемую перепонку, проницаемую для почвенного раствора и почти не проницаемую для растворённых в клеточном соке веществ.

Одностороннее прохождение растворов через полупроницаемые мембраны, отделяющие растворы разных концентраций, называется осмосом.

Осмотическому давлению противопоставляется давление растянувшейся клеточной стенки — тургорное. Интенсивность поглощения воды наружными клетками корня зависит от сосущей силы, с которой вода проникает внутрь вакуоли клетки.

Определение

Сосущая сила — это разность между осмотическим и тургорным давлениями.

Всасывающая сила всех корневых волосков корня создает корневое давление, благодаря которому вода поступает в сосуды и поднимается вверх. Сила, с которой вода поступает из корня в стебель, называется корневым давлением.

Таким образом, продвижению воды и растворённых в ней солей способствует сосущая сила корневых волосков, корневое давление, сила сцепления между молекулами воды и стенками сосудов, а также сосущая сила листьев, которые, постоянно испаряя воду, притягивают её из корней.

В живых клетках корня происходит первый отбор веществ, допускаемых внутрь растения. Участие живых клеток в принятии веществ обусловливает избирательную способность растения, благодаря которой различные вещества поглощаются в разных количествах. Так как поступление в сильной степени зависит от потребления, растение принимает на различных стадиях развития то одни соли, то другие. Чем сильнее развита корневая система, тем активнее идёт поглощение воды и солей.

Часто возникают ситуации, когда корни растений выполняют некоторые дополнительные функции или одна из основных функций требует большего развития. В таких случаях образуются видоизменения корней (см. Видоизменения органов растения).

 

Строение цветка

Сложность статьи узнать больше, чем в школепобедить в олимпиаде

Цветок — генеративный орган цветкового растения.

Цветок — это укороченный побег, обладающий ограниченным ростом.

Функции цветка:

• половое размножение;
• образование гамет;
• защита семязачатков;
• защита зародыша;
• привлечение насекомых-опылителей.

Цветонос — побег, на котором формируются цветки.

Строение цветка

Рис. 1. Строение цветка

Стеблевая часть цветка фотосинтезирующая.

В стеблевую часть цветка входит (рис. 1):

• цветоножка;

Сидячие цветки — цветки, не имеющие цветоножки.

• цветоложе — разросшийся участок стебля, к которому прикрепляются все элементы цветка;
• чашелистики — небольшие зелёные листочки на цветоложе с центральной жилкой.
  Функция чашелистиков: защита бутона.

У некоторых растений крупные, ярко окрашенные чашелистики выполняют функцию привлечения насекомых-опылителей (рис. 2).

Рис. 2. Чашелистики живокости

Чашелистики образуют чашечку цветка.

• свободнолепестная чашечка образована свободными чашелистиками;
• сростнолепестная чашечка образована сросшимися чашелистиками.

Прицветник — лист, в пазухе которого развивается цветок.

Прицветники чаще всего бывают мельче обычных листьев, но у некоторых цветков крупные, ярко окрашенные прицветники выполняют функцию венчика, привлекая насекомых (рис. 3).

Рис. 3. Прицветники пуансеттии

Околоцветник — совокупность всех лепестков и чашелистиков.

• простой околоцветник — состоит из лепестков (чашелистиков нет); характерен для однодольных растений (рис. 4);
• двойной (сложный) околоцветник — состоит из лепестков и чашелистиков; характерен для двудольных растений (рис. 5).

Рис. 4. Простой околоцветник Рис. 5. Сложный околоцветник

Лепестки — внутренние видоизмененные листья околоцветника. У большинства растений лепестки крупные и ярко окрашенные.

Венчик — совокупность всех лепестков цветка.

Функции венчика: привлечение насекомых опылителей.

У ветроопыляемых растений околоцветник обычно небольшой, бледно окрашенный или вообще отсутствует (рис. 6, 7).

Рис. 6. Цветок пшеницы Рис. 7. Цветки дуба

По расположению лепестков (рис. 8):

• актиноморфные цветки: имеют несколько осей симметрии;
• зигоморфные цветки: имеют двустороннюю симметрию.

Рис. 8. Цветки: А — актиноморфный, Б — зигоморфный

Тычинка — мужской репродуктивный орган цветковых растений.

Тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника (рис. 9).

Пыльник состоит из двух половин (тек), соединённых связником, который является продолжением тычиночной нити. Каждая половинка содержит два пыльцевых гнезда (микроспорангия), в которых образуется пыльца (пыльцевые зерна).

Рис. 9. Строение тычинки (А) и поперечный разрез пыльника (Б):

1 — тычиночная нить; 2 — пыльник; 3 — связник; 4 — надсвязник; 5 — гнездо пыльника (микроспорангий); 6 — раскрывающаяся половинка пыльника с высыпающимися пыльцевыми зернами; 7 — стенка пыльника.

В самом центре цветка находится один или несколько пестиков.

Пестик состоит из завязи (нижняя расширенная часть), столбика и рыльца (рис. 10).

Рис. 10. Строение пестика: 1 — рыльце; 2 — столбик; 3 — завязь; 4 — семязачаток; 5 — зародышевый мешок; 6 — плацента.

Рыльце служит для улавливания пыльцы.

Столбик приподнимает рыльце над завязью, что облегчает улавливание пыльцы.

Внутри завязи находится полость, в которой расположены семязачатки (семяпочки), где образуются яйцеклетки. Стенки завязи защищают семязачатки.

Если столбик отсутствует, рыльце размещается на завязи и называется сидячим (рис. 11).

Рис. 11. Сидячее рыльце пестика мака

Выделяют:

1. обоеполые цветки — цветки, имеющие тычинки и пестики. Например, у картофеля, тюльпана, лютика, яблони, груши;
2. однополые, или раздельнополые, цветки (например, у ивы, кукурузы, огурца):

• тычиночные (мужские) цветки — цветки, имеющие только тычинки (рис. 12);
• пестичные (женские) цветки — цветки, имеющие только пестики (рис. 13).

Рис. 12. Тычиночный цветок кукурузы Рис. 13. Пестичный цветок кукурузы ("кукурузные рыльца")

Растения с раздельнополыми цветками могут быть однодомными и двудомными.

Однодомные растения — растения, у которых мужские и женские цветки размещаются на одном и том же растении: например, у кукурузы (рис. 14), тыквы, огурца.

Рис. 14. Однодомное растение кукурузы с раздельнополыми цветками

Двудомные растения — растения, у которых мужские и женские цветки развиваются на разных особях: например, у облепихи, ивы, тополя, конопли, крапивы двудомной.

Соцветие — группа цветков, развивающихся на одном цветоносе (оси соцветия).

В цветке покрытосеменных различают:

гинецей — совокупность плодолистиков,

андроцей — совокупность тычинок.

Плодолистик (карпелла) покрытосеменных — производное мегаспорофилла, несущего семязачатки, края которого сомкнулись, и семязачатки оказались внутри. Изначально они прикреплялись к краям мегаспорофилла. Производными плодолистиков является пестик или пестики. Пестик может быть образован как одним плодолистиком, так и срастанием нескольких.

На примере боба гороха хорошо видно, что этот плод образован одним плодолистиком. Он напоминает лист, сложенный по средней жилке, к краям которого прикреплены семязачатки. Вскрывается он по средней жилке (она в случае плодолистика называется спинным швом, а сомкнутые края семязачатков — брюшным).

На срезе ягоды томата видно, что этот плод образован срастанием двух плодолистиков (хотя у культурных томатов их число может быть увеличено до 3-4).

Важным этапом эволюции плодолистиков является формирование рыльца пестика— специализированной структуры, которая выделяет клейкий секрет, улавливающий пыльцу. Ткани рыльца становятся рыхлыми, что облегчает прорастание пыльцевой трубки.

Пестик

Эволюция плодолистиков.

Тычинки — производные микроспорофиллов

Гинецей покрытосеменных

Выделяют три основных вида гинецея, тесно связанных с типами образующихся плодов:

1) Апокарпный гинецей — состоит из множества самостоятельных плодолистиков, отличается краевой плацентацией (прикреплением) семязачатков.

Частным случаем апокарпного является монокарпный гинецей, состоящий из 1 плодолистика.

2) Ценокарпный гинецей — состоит из нескольких сросшихся плодолистиков, образующих единый пестик. Выделяют три разновидности ценокарпного гинецея:

а) Синкарпный — несколько сросшихся стенками плодолистиков, плацентация центрально-угловая.

б) Паракарпный — то же, но стенки плодолистиков не сохранились. Плацентацияпостенная.
в) Лизикарпный — отличается от паракарпного колончатой (центральной) плацентацией.

Возможная эволюция гинецеев

Апокарпный гинецей

Апокарпные плоды состоят из отдельных плодиков, каждый из которых образуется из отдельного плодолистика.
Примером такого плода являются:

1. Mноголистовка (магнолии, купальницы, калужницы, пиона),

Многолистовка считается эволюционно древним, примитивным типом плода. Листовки в многолистовке могут быть расположены спирально, как у магнолии, или мутовчато, как у калужницы и толстянковых.

2. Многоорешек (лютик, гравилат)

Отдельной разновидностью многоорешка является цинарродий шиповника и земляничина.

В первом случае орешки располагаются внутри разросшегося бокаловидного цветоложа — гипантия, а во втором — на его поверхности.

3. Многокостянка (малина).

1 - сухая многолистовка пиона (Paeonia),

2 - сухая многолистовка калужницы — (Caltha),

3 - многоорешек ветреницы (Anemone), лютика (Ranunculus) и других представителей сем. лютиковых,

4 - сочная многокостянка малины, ежевики и других представителей рода рубус (Rubus),

5 - земляничина — многоорешек с разросшимся сочным цветоложем земляники (Fragaria),

6 - сочнаямноголистовка с удлиненным цветоложем лимонника (Schisandra).

7 - цинародий - многоорешек с разросшимся сочным гипантием шиповника - Rosa.

2) Монокарпный гинецей — состоит из единственного плодолистика скраевойплацентацией (считается частным случаем апокарпного гинецея).

Наиболее обычны следующие морфологические типы монокарпиев:

1. Боб (бобовые, например, горох),

2. Однолистовка (консолида из сем.Лютиковых),

3. Зерновка (злаки),

4. Однокостянки сухая (миндаль) и сочная (вишня).

Все апокарпии и монокарпии развиваются из верхней завязи.

Ценокарпный гинецей

Ценокарпный гинецей — состоит из нескольких сросшихся плодолистиков, образующих единый пестик. Выделяют три разновидности ценокарпного гинецея:

а) Синкарпный — несколько сросшихся стенками плодолистиков, плацентация центрально-угловая.

б) Паракарпный — то же, но стенки плодолистиков не сохранились. Плацентацияпостенная.
в) Лизикарпный — отличается от паракарпного колончатой (центральной) плацентацией.

Ценокарпные плоды в соответствии с положением завязи могут быть верхними или нижними. Во всех подтипах ценокарпных плодов встречаются одноимённые группы: верхние и нижние коробочки, ягоды, но наряду с ними имеются и специализированные виды плодов, свойственные только одному подтипу гинецея.

Примеры верхнихсинкарпиев — гесперидий, или померанец (плод цитрусовых), ценобий (плод губоцветных, бурачниковых, вербеновых), двукрылатка клёна.

Примеры нижних синкарпиев — яблоко, гранат, вислоплодник зонтичных, жёлудь.

Специализированные паракарпные плоды — стручок и стручочеккрестоцветных, тыквина тыквенных (тыква, кабачок, огурец). Стручки и стручочки образованы срастанием 2 плодолистиков, между ними имеется перегородка, к которой прикрепляются семязачатки.

Тыквина образована срастанием 3 плодолистиков, что хорошо видно на примере огурца.

4) Кроме того, иногда выделяют ещё один вид гинецея — псевдомонокарпный: это сильно редуцированный синкарпный или паракарпный гинецей, в котором фертилен и полностью развит лишь один плодолистик. Примеры псевдомонокарпиев — жёлудь дуба, орех лещины.

Соцветия

Определение

Соцветие — система цветоносных побегов, расположенных на общей оси соцветия, обособленная от вегетативной части растения.

Рис. 1. Строение соцветия: 1 — ось соцветия; 2 — боковая ось; 3 — узлы; 4 — междоузлия; 5 — прицветники (брактеи) — видоизмененные листья в соцветии; 6 — цветоножки; 7 — цветки

Отцом современной классификации соцветий считается немецкий ботаник В. Тролль (1964 г.).

По морфологическому (внешнему) строению соцветия очень разнообразны, поэтому возникает необходимость их классификации. Для классификации используют следующие признаки: типы ветвления и степень разветвленности осей соцветия, последовательность распускания цветков и т. д.

По расположению на растении соцветия могут быть:

• верхушечные (терминальные) — на верхушках главных побегов (люпин, подсолнечник (рис. 2), рогоз);
• пазушные — на концах боковых побегов (сирень (рис. 3), береза, тополь);
• интеркалярные — состоят из чередующихся стерильных (вегетативных) и фертильных (цветоносных) участков (погремок, шандра, большинство миртовых (рис. 4)). К этому типу часто относят соцветия, развивающиеся на междоузлия из придаточных или пазушных почек.

Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4

По степени олиственности, связанной с особенностью прицветных листьев:

• фрондозные — прицветники хорошо развиты и фотосинтезируют, часто ярко окрашенные (Иван-да-Марья (рис. 5), фуксия, фиалка трехцветная);
• брактеозные — прицветники в виде чешуй (ландыш (рис. 6), сирень, вишня);
• голые — без прицветников (большинство крестоцветных) (рис. 7).

Рис. 5 Рис. 6 Рис. 7

По наличию цветка, заканчивающего главную ось:

• открытые — главная ось соцветия не заканчивается цветком, т. е. сохраняет способность к росту;
• закрытые — главная ось заканчивается цветком, т. е. не растет в длину.

По степени разветвления:

• простые соцветия — боковые оси не ветвятся и являются цветоножками (ландыш, тимофеевка, незабудка);
• сложные соцветия — боковые оси ветвятся (сирень, полынь, рябина).

Типы соцветий (Рис. 8)

Рис. 8

• кисть — ландыш, черемуха, акация, пастушья сумка;
• зонтик — примула, женьшень;
• початок — кукуруза, рогоз, калла и другие ароидные;
• головка — клевер, люцерна;
• колос — подорожник, ятрышник;
• щиток — боярышник, калина, вишня;
• корзинка — ромашка, одуванчик, василек и другие сложноцветные;
• сложный зонтик — укроп, анис, борщевик, морковь и другие зонтичные;
• сложный колос — рожь, пшеница.лисохвост и другие злаки.

По типу ветвления и раскрывания цветков:

• цимозные (верхоцветные) — симподиальное ветвление (рис. 9, 3); верхушечный рост главной оси заканчивается образованием первого цветка. Число цветков ограничено — определенные соцветия;
• ботрические (ботриоидные, рацемозные, бокоцветные) — моноподиальное ветвление (рис. 9, 2); первым закладывается и распускается самый нижний цветок. Число цветков неограниченно — неопределенные соцветия.

Встречаются промежуточные типы соцветий.

Рис. 9. Типы ветвления: 1 — дихотомическое (а — изотомия, б — анизотомия); 2 — моноподиальное; 3 — симподиальное.

Рис. 14 Рис. 15 Рис. 16

Соцветия могут срастаться с кроющими листьями (липа (рис. 17), ароидные), цветки между собой (жимолость (рис. 18), ананас (рис. 19), монстера), образуя соплодия. У некоторых растений главная ось соцветий сохраняется несколько лет, образуя соцветия (восковой плющ).

Рис. 17 Рис. 18 Рис. 19

Значение соцветий

Биологический смысл возникновения соцветий.

• Увеличение вероятности опыления цветков как анемофильных (ветроопыляемых), так и энтомофильных (насекомоопыляемых) растений. Насекомое за единицу времени посетит гораздо больше цветков, если они собраны в соцветия. Соцветия более заметны среди зелени листьев, нежели одиночные цветки. Многие поникающие соцветия легко раскачиваются под влиянием движения воздуха, способствуя тем самым рассеиванию пыльцы.
• Любое повреждение или невозможность опыления одиночного цветка ведет к бесплодию всего растения. При наличии соцветий данный риск сведен к минимуму.
• Увеличивается общий период цветения, следовательно, и вероятность опыления.