Хотя отдельные виды растений уникальны, все они имеют общую структуру: растительное тело, состоящее из стеблей, корней и листьев. Эти органы транспортируют воду, минералы и сахара, полученные в результате фотосинтеза, через тело растения. Все виды растений также реагируют на внешние факторы окружающей среды, такие как свет, гравитация, конкуренция, температура и хищничество.
Тело человека включает в себя системы органов, состоящие из отдельных органов, которые работают вместе, чтобы выполнять определенные функции. Эти органы, в свою очередь, состоят из различных видов тканей, которые представляют собой группы клеток, работающих сообща. Например, ваш желудок состоит из мышечной ткани, облегчающей движение пищи, и железистой ткани, выделяющей ферменты для расщепления молекул пищи. Ткани, в свою очередь, состоят из клеток, специализированных по форме, размеру и компонентам органелл.
Растения тоже состоят из органов, которые, в свою очередь, состоят из тканей. Растительные ткани, как и наши, состоят из специализированных клеток, содержащих специфические органеллы. Именно эти клетки, ткани и органы поддерживают жизнь растений.
Клетки растений
Растительные клетки во многом напоминают другие эукариотические клетки. Например, они заключены в плазматическую мембрану и имеют ядро и другие мембраносвязанные органеллы. Типичная растительная клетка представлена диаграммой на рисунки ниже.
Структуры, которые есть в растительных клетках, но нет в клетках животных, включают большую центральную вакуоль, клеточную стенку и пластиды, такие как хлоропласты.
- Большая центральная вакуоль окружена собственной мембраной и содержит воду и растворенные вещества. Ее основная роль заключается в поддержании давления на внутреннюю часть клеточной стенки, придавая клетке форму и помогая поддерживать растение.
- Клеточная стенка расположена вне клеточной мембраны. Она состоит в основном из целлюлозы и может также содержать лигнин, что придает ей жесткости. Клеточная стенка формирует, поддерживает и защищает клетку. Она предотвращает поглощение клеткой слишком большого количества воды и ее разрыв, а также защищает от больших молекул вне клетки.
- Пластиды — это мембраносвязанные органеллы с собственной ДНК. Примерами являются хлоропласты и хромопласты. Хлоропласты содержат зеленый пигмент хлорофилл и осуществляют фотосинтез. Хромопласты производят и хранят другие пигменты. Они придают лепесткам цветов их яркие цвета.
Типы растительных клеток
У большинства растений есть три основных типа клеток. Эти клетки составляют основные ткани, с которыми мы ознакомимся ниже. Различные виды растительных клеток отличаются по своей структуре и функциям.
Таблица. Особенности основных клеток растений
| Тип | Структура | Функции | Где встречаются? |
|---|---|---|---|
| Паренхима | кубическая форма свободно упакованные тонкостенные относительно неспециализированные содержат хлоропласты | фотосинтез клеточное дыхание место для хранения пищи | Заполняют внутреннее пространство растительных органов между другими типами тканей: клубни, корнеплоды, корни, плоды, луковицы, семена, стебли и листья |
| Колленхима | вытянутая или округлая форма неравномерно утолщенные стенки | поддержка сопротивление ветру | Черешки, растущие части стебля, листовые жилки и плодоножки |
| Склеренхима | очень толстые клеточные стенки, содержащие лигнин | поддержка прочность | Присутствуют во всех органах почти всех наземных растений |
Ткани растений
Растения — многоклеточные эукариоты с тканевыми системами, состоящими из различных типов клеток, которые выполняют определенные функции. Системы растительных тканей делятся на два основных типа: меристематические (образовательные) и постоянные (основные) ткани. Клетки меристематической ткани находятся в меристемах, которые представляют собой области непрерывного клеточного деления и роста. Меристематические клетки ткани либо недифференцированы, либо не полностью дифференцированы, и они продолжают делиться и вносить свой вклад в рост растения. Напротив, постоянная ткань состоит из клеток, которые больше активно не делятся.
Меристематические ткани бывают трех типов, в зависимости от их расположения в растении. Апикальные (верхушечные) меристемы расположенны на кончиках стеблей и корней и позволяют растению увеличиваться в длину. Латеральные (боковые) меристемы способствуют росту в толщину. Интеркалярные (вставочные) меристемы встречаются только у однодольных, у оснований листовых пластинок и в узлах (областях, где листья прикрепляются к стеблю). Эта ткань позволяет листовой пластинке увеличиваться в длину от основания листа; например, она обеспечивает повторное отрастание листьев газонной травы даже после многократного скашивания.
Меристемы производят клетки, которые быстро дифференцируются или специализируются и становятся постоянной тканью. Такие клетки берут на себя определенные функции и теряют способность к дальнейшему делению. Они подразделяются на три основных типа: покровные, механические и проводящие ткани. Покровная ткань покрывает и защищает растение, а проводящая ткань транспортирует воду, минералы и сахара в различные части растения. Механическая ткань служит местом для фотосинтеза, обеспечивает поддерживающую матрицу для сосудистой ткани и помогает накапливать воду и сахара.
Вторичные ткани бывают либо простыми (состоящими из одинаковых типов клеток), либо сложными (состоящими из разных типов клеток). Эпидерма, например, представляет собой простую ткань, которая покрывает внешнюю поверхность растения и контролирует газообмен. Проводящая ткань является примером сложной ткани и состоит из двух специализированных проводящих тканей: ксилемы и флоэмы. Ткань ксилемы транспортирует воду и питательные вещества от корней к различным частям растения и включает в себя сосуды, трахеиды, волокна ксилемы и паренхиму ксилемы. Ткань флоэмы, которая транспортирует органические соединения от места фотосинтеза к другим частям растения, состоит из четырех различных типов клеток: волокна флоэмы, ситовидные трубки, паренхиму флоэмы и клетки-компаньоны. В отличие от ксилемных проводящих клеток, флоэмные остаются живы в зрелости.
Покровная ткань
Покровная ткань стебля состоит в основном из эпидермиса, одного слоя клеток, покрывающих и защищающих другие ткани. Древесные растения имеют жесткий, водонепроницаемый внешний слой пробковых клеток, широко известный как кора, которая дополнительно защищает растение от повреждений. Эпидермальные клетки — самые многочисленные и наименее дифференцированные из клеток эпидермиса. Эпидермис листа также содержит отверстия, известные как устьица, через которые происходит обмен газами. Две защитные клетки, окружают каждую листовую стому, контролируя ее открытие и закрытие и, таким образом, регулируя поглощение углекислого газа и выделение кислорода и водяного пара. Трихомы — это волоскоподобные структуры на поверхности эпидермиса. Они помогают замедлять транспирацию (потерю воды надземными частями растений), повышать солнечную отражающую способность и накапливать соединения, которые защищают листья от травоядных животных.
Проводящая ткань
Ксилема и флоэма, составляющие сосудистую ткань стебля, расположены в виде отдельных нитей, называемых сосудистыми пучками, которые проходят вверх и вниз по длине стебля. При осмотре стебля в поперечном сечении сосудистые пучки двудольных стеблей располагаются кольцом. У растений со стеблями, которые живут более одного года, отдельные пучки растут вместе и образуют характерные кольца роста. В стеблях однодольных сосудистые пучки беспорядочно разбросаны по всей механической ткани.
Ткань ксилемы имеет три типа клеток: паренхиму ксилемы, трахеиды и сосудистые элементы. Трахеиды — это ксилемные клетки с толстыми вторичными клеточными стенками, которые одревесневают. Вода движется от одной трахеиды к другой через области на боковых стенках, известные как ямы, где вторичные стенки отсутствуют. Сосудистые элементы представляют собой клетки ксилемы с более тонкими стенками; они короче трахеид. Каждый элемент сосуда соединен со следующим посредством перфорационной пластины на торцевых стенках элемента. Вода движется через перфорационные пластины вверх по растению.
Ткань флоэмы состоит из волокна флоэмы, ситовидные трубки, паренхиму флоэмы и клетки-компаньоны. Ряд клеток ситовидных трубок расположены вплотную друг к другу, образуя длинную трубку, по которой транспортируются органические вещества, такие как сахара и аминокислоты. Сахара перетекают из одной клетки ситовидной трубки в другую через перфорированные решетчатые пластины, которые находятся в концевых соединениях между двумя клетками. В зрелом возрасте, ядро и другие структуры клеток ситовидных трубок распадаются. Клетки-компаньоны находятся рядом с клетками ситовидных трубок, обеспечивая им метаболическую поддержку. Клетки-компаньоны содержат больше рибосом и митохондрий, чем клетки ситовидных трубок, в которых отсутствуют некоторые органеллы.
Механическая ткань
Механическая ткань в основном состоит из клеток паренхимы, но может также содержать клетки колленхимы и склеренхимы, которые помогают поддерживать стебель. Основная ткань в направлении внутренней части сосудистой ткани в стебле или корне известна как сердцевина, в то время как слой ткани между сосудистой тканью и эпидермисом известен как кора.
Органы растений
Как и животные, растения содержат клетки с органеллами, в которых происходит специфическая метаболическая деятельность. Однако, в отличие от животных, растения используют энергию солнечного света для образования сахаров в процессе фотосинтеза. Кроме того, растительные клетки имеют клеточные стенки, пластиды и большую центральную вакуоль, которые не встречаются в клетках животных. Каждая из этих клеточных структур играет определенную роль в строении и функционировании растений.
У растений, как и у животных, сходные клетки, работая вместе, образуют ткань. Когда различные типы тканей работают сообща, чтобы выполнять уникальную функцию, они образуют орган; органы, работающие вместе, формируют системы органов. Сосудистые растения имеют две различные системы органов: побеговую и корневую. Побеговая система состоит из двух частей: вегетативных (не репродуктивных) частей растения, таких как листья и стебли, и репродуктивных частей растения, которые включают цветы и плоды. Побеговая система обычно находится над землей, где она поглощает свет, необходимый для фотосинтеза. Корневая система, которая поддерживает растения и поглощает воду и минералы из почвы, обычно расположена под землей.
Стебель
Стебли являются частью побеговой системы растения. Они могут варьироваться в длину от нескольких миллиметров до сотен метров, а также отличатся в диаметре, в зависимости от типа растения. Стебли обычно находятся над землей, хотя стебли некоторых растений растут под землей. Стебли могут быть травянистыми (мягкими) или древесными. Их основная функция — это поддержание растения, удерживая листья, цветы, плоды и почки; в некоторых случаях стебли также хранят пищу для растения. Стебель может быть неразветвленным, как у пальмы, или сильно разветвленным, как у магнолии. Стебель соединяет корни с листьями, помогая транспортировать поглощенную воду и минералы в различные части растения. Он также помогает транспортировать продукты фотосинтеза, а именно сахара, от листьев к остальной части растения.
Стебли растений, как надземные, так и подземные, характеризуются наличием узлов и междоузлий. Узлы — это точки прикрепления листьев, воздушных корней и цветов. Область стебля между двумя узлами называется междоузлием. Стебель, который простирается от основного стебля до основания листа, называется черешком. Пазушная почка обычно находится в пазухе — области между основанием листа и стеблем — где она может дать начало ветке или цветку. Верхушка (кончик) побега содержит апикальную меристему внутри апикальной почки.
Листья
Листья являются основными органами для осуществления фотосинтеза — процесса, посредством которого растения синтезируют пищу. Большинство листьев обычно зеленые, из-за присутствия хлорофилла в их клетках. Однако некоторые листья могут иметь разные цвета, вызванные другими растительными пигментами, которые маскируют зеленый хлорофилл.
Толщина, форма и размер листьев адаптированы к окружающей среде. Каждая вариация помогает растению максимизировать свои шансы на выживание в определенной среде обитания. Обычно листья растений, растущих в тропических лесах, имеют большую площадь поверхности, чем листья растений, растущих в пустынях или очень холодных условиях, которые имеют меньшую площадь поверхности, чтобы минимизировать потерю воды.
Корни
Корни семенных растений выполняют три основные функции: закрепляют растение в почве, поглощают воду и минералы и транспортируют их вверх, а также хранят продукты фотосинтеза. Некоторые корни модифицированы для поглощения влаги и обмена газов. Большинство корней находятся под землей. Некоторые растения, однако, также имеют придаточные корни, которые появляются над землей из побега.
Корневые системы в основном бывают двух типов (пример на рисунке выше). Двудольные имеют стержневую корневую систему, а однодольные — мочковатую. Стержневая корневая система имеет главный корень, который растет вертикально вниз, и из которого возникает много меньших боковых корней. Хорошим примером являются одуванчики; их стержневые корни обычно обрываются при попытке вырвать эти сорняки, и они могут отрастить еще один побег из оставшегося корня). Стержневая корневая система глубоко проникает в почву. Напротив, мочковатая корневая система расположена ближе к поверхности почвы и образует плотную сеть корней, которая также помогает предотвратить эрозию почвы (хорошим примером являются газонные травы, а также пшеница, рис и кукуруза). Некоторые растения имеют сочетание стержневых и волокнистых корней. Растения, растущие в засушливых районах, часто обладают глубокой корневой системой, в то время как растения, произрастающие в районах с обильным количеством воды, как правило, имеют более мелкие корневые системы.
