Ботаника: морфология и анатомия растений
В статье поговорим об анатомии растений. Мы подробно рассмотрим эту тему и попытаемся разобраться в вопросе. Растения окружают нас с самого рождения, поэтому полезно узнать о них что-то новое.
О чём идёт речь?
Анатомия растений — это такой раздел ботаники, который занимается изучением внутреннего и внешнего строения растений. Главным объектом этой науки являются сосудистые растения, у которых есть специальная проводящая ткань, она же ксилема. В эту группу относят хвощи, голосеменные и цветковые растения и плауны.
История
Впервые анатомия растений была затронута в трудах Теофраста еще в V веке до нашей эры. Он уже тогда описывал важные структурные части, а именно стебель, ветви, цветки, корни и плоды. Этот автор считал, что корень, сердцевина и древесина являются основными растительными тканями. В принципе, можно сказать, что такие представления сохранились и до нашего времени.
Средние века
В Средние века и после них исследования анатомии растений продолжались. Так, в 1665 году Р. Гук благодаря микроскопу открыл клетку. Это стало большим прорывом и позволило исследовать новые горизонты в данном вопросе. Н. Грю 1682 году написал труд, в котором подробно описал микроскопическое строение многих растительных структур. В своей работе он все факты проиллюстрировал. Осветил некоторые сложные моменты касательно переплетения тканей. В 1831 году Х. фон Моль исследовал проводящие пучки в корнях, стебле, листьях. Спустя два года К. Санио смог выяснить происхождение камбиев. Таким образом, он показал, что ежегодно появляются новые цилиндры флоэмы и ксилемы. Отметим, что флоэма — это ткань, которая может транспортировать в растениях органические вещества. В 1877 году Антон де Бари опубликовал свою работу под названием «Сравнительная анатомия вегетативных органов явнобрачных и папоротников». Это был классический труд по анатомии растений. Но здесь он упорядочил весь собранный к тому времени материал и подробно его изложил.
В прошлом веке развитие анатомии и морфологии растений шло очень быстро наряду с другими отраслями. Оно было тесно связано с большим прогрессом во всех биологических науках, который был обусловлен созданием новейших и универсальных методов исследований.
Анатомия
Что такое анатомия растений? Ботаники считают, что это подраздел их науки. Изучает она строение растений не в целом, а только на уровне клеток и тканей, а также развитие и расположение тканей в определенных органах. Также сюда входит понятие гистологии растений, которое подразумевает изучения строения, развития и функционирования их тканей.
Анатомия в целом является составной частью морфологии, но в узком смысле она концентрируется на изучении строения и образования растений на макроскопическом уровне. Эта дисциплина очень тесно переплетается с физиологией растений — разделом ботаники, который отвечает за закономерности процессов, протекающих в живых организмах.
Заметим, что конкретно изучение клеток растений позже выделилось в самостоятельную науку — цитологию.
Изначально анатомия растений была тем же, что и морфология. Однако в середине прошлого века произошли серьезные открытия, которые позволили анатомии выделится в отдельную отрасль знаний. Информацию из этой сферы активно используют в растениеводстве и систематике.
Морфология
Морфология является разделом ботаники, который изучает законы строения и формообразования растений. При этом организмы рассматриваются в двух областях: эволюционно-исторической и индивидуальной (онтогенез).
Важная задача этого направления состоит в том, чтобы описать и назвать все органы и ткани растения. Ещё одна задача морфологии кроется в изучении отдельных процессов для установления особенностей морфогенеза.
Морфологию условно делят на микро- и макроуровень. К микроморфологии относят те области знаний, которые изучают организмы при помощи микроскопа (цитология, эмбриология, анатомия, гистология). Макроморфология включает разделы, занимающиеся изучением внешнего строения растений в целом. В этом случае методы микроскопии совершенно не основные.
Анатомия листа растения
Лист состоит из эпидермы, жилки и мезофилла. Эпидермис — это такой слой клеток, который защищает растение от различного неблагоприятного воздействия и чрезмерного испарения воды. Иногда слой эпидермиса дополнительно покрыт кутикулой. Мезофилл — это внутренняя ткань, суть которой заключается в фотосинтезе. Сеть жилок образовывается благодаря проводящей ткани. Она состоит из ситовидных трубок и сосудов, которые нужны для перемещения солей, механических элементов и сахаров.
Устьица — это группа клеток, которая располагается на нижней поверхности листков. Благодаря им происходит газообмен и испарение лишней воды.
Мы рассмотрели анатомию высших растений, а теперь уделим внимание морфологии. Листья состоят из черешка, прилистников и лопасти. Кстати, место, где стебель примыкает к черешку, называют влагалищем растения.
Основные типы листьев
Рассмотрев анатомию и морфологию высших растений, остановимся на отдельных видах листков. Они бывают папоротниковые, хвойные, покрытосеменные, плауновидные и обвёрточные. Таким образом, мы понимаем, что листья классифицируют по типу растения, у которого они проявлены ярче всего.
Стебель
Заканчивая изучать анатомию органов растений, поговорим о стебле. Он представляет собой осевую часть, на которой расположены листья и репродуктивные органы. Для надземных образований стебель является опорой, которая обеспечивает поступление не только воды, но и органических веществ в разные зоны растения. Если стебли зеленые, как у кактусов, значит, они способны к фотосинтезу. Важная задача этого органа в том, что он способен накапливать в себе полезные вещества, которые некоторым растениям необходимы для вегетативного размножения.
Как мы говорили выше, верхняя часть стебля прикрыта специальным мешочком. Он состоит из множества делящихся клеток, которые нарастают друг на друге. Занимательно, что здесь же формируются зачатки листьев. Они накладываются друг на друга, а после растягиваются и превращаются в междоузлия. Заметим, что этот «колпачок» стебля, или его апикальная меристема, изучена максимально подробно, в отличие от других зон. От стелы отходят сосудистые пучки, которые называют листовыми следами. Кстати, между ними флоэма и ксилема не формируются. Замечено, что, эволюционируя, растения удлиняют высоту листовых следов, таким образом превращая листовую стелу в цилиндр, опутанный сосудистыми пучками.
Мы рассмотрели объекты изучения экологической анатомии растений и поняли, как сложно растение, на первый взгляд кажущееся таким примитивным. Анатомия и морфология необходимы не только для теории ботаники, но и для практических целей. Так, зная в совершенстве эту тему, можно с лёгкостью собирать и правильно готовить целебные травы.
Клетка
Заметим, что при том, что внешнее разнообразие растений очень велико и необъятно, их клетки во многом схожи. Для того чтобы целостно рассмотреть внутреннее строение организма, сначала нужно узнать об организации клеток и их типах. Итак, что же такое клетка? Известно, что она состоит из протоплазмы, которая окружена жесткой оболочкой, а именно клеточной стенкой. Она образуется из целлюлозы и пектиновых веществ, которые секретирует протоплазма. Многие клетки после того, как перестают расти, откладывают на своей внутренней стороне, то есть на первичной стенке клетки, вторичную стенку.
А что же такое протоплазма? Это обычная смесь сахаров, жиров, воды, кислот, белков, солей и ещё множества других веществ. Именно благодаря разумному распределению их всех по частям клетки растение может выполнять какие-то жизненные функции. Если рассматривать протоплазму под микроскопом, то можно заметить, что она делится на ядро и цитоплазму. В последней находятся пластиды. Ядро представляет собой округлое тело, которое окружено двойной мембраной. В нём содержится генетический материал. Ядро контролирует химические процессы в клетке и оказывает на них влияние. Цитоплазмой называют такое вещество, которое содержит в себе огромное число запутанных структур, свойственных только растениям. Отметим, что бесцветные пластиды, или лейкопласты, а также питательные вещества необходимы для обеспечения жизнедеятельности растения. В зеленых пластидах, или хлоропластах, происходит фотосинтез сахаров. Стоит сказать, что старые клетки имеют немного другое строение. Так, их центральная часть, которая окружена мембраной, примыкает к клеточной стенке. Заметим, что происхождение любых типов клетки растения идёт именно от тех, которые мы рассмотрели подробно выше.
Ткани
Анатомию и морфологию растений можно рассматривать в разрезе тканей. Растительные организмы делятся на некоторые зоны, особенности которых во многом определяются типом и расположением клеток. Такие участки и называют тканями. Если опираться на классическое определение, то можно понять, что ткани классифицируются по структуре, происхождению, функциям. Отметим, что функции могут иногда совпадать. Они могут быть ограничены друг от друга и не всегда однородны. Из-за этого классифицировать ткани очень трудно, поэтому в современном мире, когда речь заходит об этом, говорят о конкретно названных растениях. Можно сказать, что в таком случае растения рассматриваются в топографическом смысле.
При рассмотрении его при поперечном срезе корня и стебля от периферии к центру обычно выделяют такие важные зоны, как эпидермис, проводящий цилиндр, корень и центральная сердцевина.
Корень
Рассмотрение анатомии корня растения начнем с определения. Итак, это часть растения, у которой нет листвы. Она поглощает из почвы или какой-либо другой среды воду и питательные вещества. Корень может удерживать влагу и органические вещества в субстрате. При этом для некоторых растений он является основным запасающим органом. Такое наблюдается у свеклы, моркови.
Если рассматривать корень, то в нём четко отличаются такие зоны, как стела и кора. Они растут и развиваются благодаря делению и разнообразию клеток верхушечной меристемы. Так называют некоторые группы клеток, которые сохраняют способность к делению и могут воспроизводить неделящиеся клетки. Благодаря этой системе укрепляется корневой чехлик, который фиксирует конец корня, защищая его таким образом от различных повреждений во время погружения в почву. Отметим, что рост, деление и дифференцирование клеток — это естественный процесс, благодаря которому по вертикали можно отметить зоны созревания и растяжения. На этом уровне можно довольно подробно проследить стадии развития эпидермиса, стелы и коры. Над зоной растяжения, кстати, есть продолговатые выросты в форме цилиндра, которые называют корневыми волосками. Благодаря им всасывающие способности значительно увеличиваются.
Стела
Действительно, удивительная наука ботаника. Морфология и анатомия растений открывают совершенно иной взгляд на весь известный нам растительный мир. Как мы уже знаем, составляющие стелы — это ксилема и флоэма. Первая располагается ближе всего к центру. Отметим также, что чаще всего сердцевина в корнях отсутствует, но даже если она встречается, то это происходит у однодольных растений чаще, чем у двудольных. Боковые стебли формируются в перицикле и таким образом пробивают себе путь сквозь кору. Если корень может расти вширь, то между флоэмой и ксилемой образуется вторичный слой — камбий. Если отмечается усиленный рост в толщину, то кора и эпидермис чаще всего отмирают. Одновременно с этим в перицикле формируется пробковый камбий, который является защитный слоем для корня, то есть «пробкой».