Растение состоит из корня, стебля, листьев, соцветий и плодов. Стебли, почки и листья образуют вегетативный орган - побег. Видоизменения побегов растений способствуют запасу питательных веществ, размножению, защите.
Что это такое?
Стремление к выживанию в определённых условиях меняло строение побегов. Усик, клубень, колючка - результат таких изменений. Примеры эволюции побегов хорошо наблюдаются у сельскохозяйственных растений. Выделяют подземные и надземные побеги.
Надземные
Видоизменения надземных побегов проявляются в виде уплотнения, одеревенения, значительного расширения всего побега или отдельных его частей. Ниже кратко описаны виды и функции преобразований надземных побегов.
- Колючки . Одеревеневшие боковые побеги, не имеющие листьев. Острый конец обеспечивает защиту от поедания. Колючки отличаются от шипов, встречающихся у некоторых представителей семейства Розовые (шиповник, малина, роза). Шип - это вырост покровной ткани стебля, не привязанный к определённой части побега. Колючки же развиваются в пазухах листьев или из спящих почек. Иногда это видоизменённые листья. Могут быть простыми или разветвлёнными. Примеры - боярышник, жёлтая акация, барбарис.
Рис. 1. Колючки акации.
- Усики . Длинный боковой побег, не имеющий листьев. Может закручиваться в спираль на конце или ветвиться. Усики выполняют опорную функцию: растение цепляется за предметы, приподнимаясь от земли. Присущи растениям семейства Тыквенные (огурцу, арбузу, тыкве), винограду и страстоцвету голубому.
- Надземные столоны
.
Называются усами (не путать с усиками). Часто образуются весной и являются органами размножения. Отходят от основания стебля и стелятся по земле. Из верхушки уса вырастает новое растение. От нижней части отходят корни, а от верхней - побеги с короткими междоузлиями, образовывая розетки. За год столоны отмирают, а молодое растение пускает собственные усы. Типичными представителями являются земляника, клубника, живучка ползучая.
- Кладодий . Это боковой широкий, зачастую мясистый побег, напоминающий лист. Содержит хлорофилл и выполняет функцию фотосинтеза. Способен к продолжительному росту. У некоторых растений из почек кладодия развиваются колючки. Примерами являются кактус-декабрист, опунция, кармихеля южная, мюленбекия плоскоцветочная.
- Филлокладий . По происхождению и функции напоминает кладодий, но имеет ограниченный рост. Располагается в пазухах чешуйчатых листьев. В некоторых случаях внешне сложно отличить филлокладий от обычных листьев. Примеры - филлантус, иглица, некоторые растения рода Спаржа.
- Псевдобульба . Также называется наземным клубнем. Развивается у представителей семейства Орхидные и кольраби. Представляет собой уплотнение над поверхностью земли. Может давать побеги.
Рис. 2. Опунция.
У гороха в усики видоизменяются листья, а не целые побеги.
Подземные
Подземные видоизменения побегов играют роль хранилища питательных веществ на случай неблагоприятных условий, а также являются органами вегетативного размножения. Особенности строения подземных побегов приведены в таблице.
|
Вид побега |
Особенности строения |
Примеры растений |
|
Корневище |
Вытянутая уплотнённая форма. Имеет чешуйчатые листья, почки, придаточные корни. Может ветвиться. |
Ирис, ландыш майский, пырей ползучий, мать-и-мачеха |
|
Округлая форма. На поверхности находятся «бровки» (рубцы от отмерших листовых чешуек) и «глазки» (почки). |
Картофель, топинамбур, хохлатка |
|
|
Луковица |
Стебель преобразуется в донце, из которого развивается мочковатые корни. От почек донца отходят мясистые чешуйки, прикрывающие внутренний побег, растущий вверх. |
Тюльпан, лук, нарцисс, лилия |
Органы растений кроме основных могут выполнять и некоторые другие функции. Часто в таких случаях образуются видоизмененные органы. Рассмотрим прежде всего видоизменения побегов (рис. 1).
Значение видоизмененных побегов
видоизмененные подземные побеги
Корневище (пырей, сныть, папоротники) - подземный побег с чешуевидными листьями, прикрывающими пазушные почки (рис. 1). Верхушечная почка обеспечивает рост корневища, а пазушные - его ветвление. И те, и другие могут давать начало надземным листьям и побегам.
Клубни (картофель, топинамбур) - разрастание на конце длинного подземного побега, называемого столоном . На столоне обычно нет пазушных почек, а на клубне они образуют так называемые глазки , из которых могут в дальнейшем развиться новые растения. Основная функция клубня - запас питательных веществ (крахмала и т. п.) (рис. 1).
Луковица (лук, тюльпан)- подземный побег с укороченным стеблем и сочными листьями для запаса воды и питательных веществ (рис. 1). Основание луковицы - донце - это уплощенный стебель. От него в средней части отходят листья, называемые сочными чешуями. В них запасаются питательные вещества. В центре донца находится верхушечная почка, а в пазухах чешуй - пазушные почки. Они могут давать начало надземным органам или новым растениям. Снаружи луковица покрыта сухими чешуями, также представляющими собой видоизмененные листья (лук, лилии, гиацинты).
Клубнелуковица (гладиолус) - разросшийся стебель, снаружи покрытый сухими чешуями (гладиолус). Функция: запас питательных веществ (рис. 1).
Видоизмененные надземные побеги
Приспосабливаясь к условиям среды, у растений видоизменяются наземные побеги. Часто модификации подвергается не целый побег, а один из его органов.
Филлокладии (иглица, спаржа) - уплощенные листовидные стебли, выполняющие функцию фотосинтеза. Часто такие стебли полностью заменяют листья. В связи с этим клетки наружных слоев коры, находящиеся непосредственно под прозрачной эпидермой, зеленеют, так как содержат хлоропласты. Филлокладии отличаются от листьев наличием на них почек, а иногда даже цветков и плодов (рис. 4).
Колючки (боярышник) и усики (виноград) - видоизмененные боковые побеги (рис. 6). Образуются в пазухе листа, а если лист отмирает - над листовым рубцом.
Усы (земляника) - длинные ползучие побеги без листьев, которые служат для вегетативного размножения (рис. 1).
К видоизмененным побегам относятся также:
почка - зачаточный вегетативный или генеративный побег;
кочан - сильно разросшаяся почка;
цветок - укороченный генеративный побег с ограниченным ростом, предназначенный для семенного размножения растений;
шишка - видоизмененный укороченный побег хвойных, предназначенный для семенного размножения растений.
Видоизменения листьев
Часто наблюдаются видоизменения листьев.
Значение видоизмененных листьев
Листовые колючки служат для защиты растения от поедания либо механических повреждений животными. Подобные колючки у барбариса являются видоизмененными одревесневшими жилками бывшей листовой пластины. У белой акации и караганы парные колючки образуются на месте прилистников и находятся в основании листьев.
У кактуса опунции кроме жестких «классических» колючек есть маленькие зазубренные очень хрупкие колючки - глохидии , которые легко отделяются от побега и вызывают болезненные ощущения (рис. 12).
Колючки кактусов - это видоизмененные почечные чешуи, служащие в первую очередь для сокращения транспирации (испарения воды листьями) в засушливых условиях. Но кроме острых шипов листья кактусов могут модифицироваться в перистые «волоски», опутывающие все растение. Основная их функция - защита кактуса от прямых солнечных лучей и улавливание росы (рис. 13). Чаще всего колючки лишены хлоропластов и не способны фотосинтезировать.
Рис. 12 Рис. 13
Усики листового происхождения характерны для представителей семейства бобовых. Основная их функция - фиксация растения на опоре.
В ряде случаев листья берут на себя запасающую функцию. В этом случае происходит разрастание мезофилла, внутренние его слои не получают света и не фотосинтезируют, но в них могут накапливаться питательные вещества или вода (сем. толстянковые) (рис. 14).
Листовое происхождение имеют сочные запасающие чешуи луковиц лилейных (рис. 1).
Тропическая лиана дисхидия имеет необычные мешковидные листья , образующиеся при срастании краев листовой пластины. Листья служат для хранения дождевой воды. Через верхнее отверстие в лист попадает не только вода, но и придаточные корни лианы, поглощающие воду (рис. 9, 10).
видоизменения корней
Видоизменения корней часто бывают вызваны усилением одной из основных их функций. В отличие от клубней стеблевого происхождения, они не имеют почек.
Значение видоизмененных корней
Запасающая функция (корнеплоды, корневые клубни (корневые шишки)).
Корнеплоды (морковь, репа, свекла) - разрастание верхней части корня, в который затягивается нижняя часть стебля или весь укороченный побег (рис. 15).
Корневые клубни, или корневые шишки, (георгин, батат) - разрастание боковых корней (рис. 16).
Воздушные корни эпифитных растений (рис. 17) служат для поглощения воздушной влаги, т. к. не имеют возможности получать питательные вещества из почвы.
У орхидей такие корни покрыты несколькими слоями мертвых клеток, образующих губчатую поверхность. Такие корни могут впитывать воду во время дождя и росы, а также поглощать ее из воздуха в виде водяных паров. Находясь на свету, их клетки часто содержат хлоропласты и берут на себя функцию фотосинтеза.
Опорные корни, или корни-ходули, (баньян, кукуруза(рис. 18)) - придаточные корни у ряда крупных деревьев в тропиках образуются на боковых ветвях высоко над землей. Они поддерживают тяжелые боковые ветви, а также служат им источником минерального питания.
Рис. 18 Рис. 19
Дыхательные корни - это боковые корни, которые растут не вниз, как положено корням, а вверх (рис. 19). Образуются на заболоченных почвах, где корням для нормального функционирования часто не хватает кислорода. Достигая незатопляемой поверхности, они образуют на концах открытые в воздух отверстия. Внутри таких корней формируется воздухоносная паренхима с большими соединенными по всей длине корня межклетниками. По ним кислород диффундирует вглубь корневой системы, обеспечивая клеткам корней возможность получать достаточное количество энергии.
Обычно лист выполняет три функции:
- фотосинтез (органическое питание);
- транспирация (испарение воды);
- газообмен с окружающей средой.
Но бывают случаи, когда лист берет на себя дополнительные, не свойственные ему функции. Тогда его строение резко меняется, и мы вновь говорим о видоизменениях
.
1. Если стебель растения слабый, то лист может выполнять опорную функцию, цепляясь за окружающие предметы. Например, усики у гороха.
2. У кактусов листья видоизменяются в колючки. такая форма листа позволяет резко сократить испарение воды и защищает от поедания животными.
Колючки барбариса - тоже видоизмененные листья
3. Листья-ловушки характерны для "хищных" растений. пожалуй, это наиболее интересное и экзотическое видоизменение. Как ни странно, в "ловушки" листья видоизменяются не из-за того, что растение жаждет крови жертв, а из-за того, что произрастает на крайне бедных минеральными веществами почвах. Например, наша "землячка" Росянка живет на торфяных болотах, где и почвы-то никакой нет.
Вот и приходится получать необходимые для жизни минеральные вещества из тел различных насекомых. А фотосинтез у таких растений никто не отменял. Поэтому и тип питания у них можно назвать миксотрофным.
У Венериной мухоловки половинки листа, покрытые шипами, могут двигаться и поворачиваться. когда на такой лист садится насекомое, половинки захлопываются, и жертва оказывается в западне, где и переваривается под действием пищеварительных соков, выделяемых железками листа.
У Кувшиночника (непентес) листья имеют форму кувшинчика с крышкой. По краям такого кувшина приманка в виде нектара, а на дне - пищеварительный сок. Стенки кувшинчика очень скользкие, и упавшее туда насекомое наружу выбраться уже не сможет.
Видеосюжет о плотоядных растениях:
4. Иногда листья, окружающие цветки и целые соцветия, – яркие, бросающиеся в глаза, как, например, белые или красные покрывала початков у аронниковых (калла, антуриум) или красные, белые и розовые верхушечные листья у пуансеттии. Их легко принять за лепестки, тогда как настоящие цветки таких видов могут быть сравнительно мелкими и невзрачными.
Распространенными видоизменениями побегов покрытосеменных растений являются корневища, луковицы и клубни. Обычно они образуются у многолетних травянистых растений как органы, в которых откладываются запасные питательные вещества. У таких растений на зиму отмирают зеленые надземные части, однако в почве остаются видоизмененные побеги. Весной за счет содержащихся в них питательных веществ у растений вновь развиваются обычные надземные побеги.
Кроме запасания питательных веществ, видоизмененные побеги выполняют и другую функцию. С их помощью растения могут вегетативно размножаться.
Корневище
Видоизмененный побег корневище встречается у многих многолетних растений (крапивы, ландыша, пырея и др.). Корневище находится в верхних слоях почвы, напоминает корень, но стелится горизонтально.
Корневище - это побег, так как оно имеет верхушечную и пазушные почки, а также листья, которые видоизменены в чешуйки. Сходство с корнем корневищу придают придаточные корни, которые отрастают от него по всей длине.
За вегетационный период растением в корневище откладываются запасные питательные вещества. За их счет на следующий год из почек корневища вырастают новые молодые побеги.
С помощью частей корневища, содержащих почки и корни, возможно вегетативное размножение растений.
Луковица
Видоизмененный побег луковица характерен для лука, тюльпана, лилии и других растений. На дне луковицы имеется уплощенный стебель, который называется донцем . От донца отрастают видоизмененные в чешуи листья двух типов. Наружные листья изменены в сухие чешуи, которые выполняют защитную функцию. Внутренние толстые и сочные чешуи содержат запасные питательные вещества (в луковицах среди прочих веществ содержится много различных сахаров) и воду. У луковиц от донца также растут почки.
В благоприятных условиях снизу от донца луковицы отрастают придаточные корни, в результате чего формируется мочковатая корневая система. Из почек может вырасти побег, но они также могут развиться в так называемые луковички-детки. Каждая такая луковичка может дать начало отдельному новому растению. Таким образом, осуществляется вегетативное размножение с помощью луковиц.
Клубень
Видоизмененный побег клубень можно наблюдать у таких растений как картофель и топинамбур, а также некоторых других.
Клубень формируется на верхушке другого видоизмененного побега - столона . Столоны отрастают от нижних частей надземных побегов и уходят в почву. Органические вещества, синтезируемые зелеными частями растения в процессе фотосинтеза, перемещаются по столонам в их верхушки, и таким образом здесь образуются клубни. В клубнях накапливается много крахмала.
Клубень - это хоть видоизмененный, но побег. Он имеет короткие, но разросшиеся в толщину междоузлия и множество почек, которые называются глазками . Листья у клубней редуцированы. Глазки находятся в углублениях клубня, причем в каждом таком углублении может быть несколько глазков-почек.
Та часть клубня, которая соединена со столоном, называется основанием клубня. С противоположной стороны от основания находится верхушка клубня. Глазков больше ближе к верхушке. Чаще всего верхушечный глазок-почка развивается в молодой зеленый побег.
Каждая часть растения выполняет свои основные функции исходя из особенностей ее строения. А вот видоизменение листьев, как и других необходимых органов, позволяет им приобрести еще и дополнительные. Чаще всего они зависят от климата и условий произрастания.
Видоизменение листьев тропиков
Растения узнать очень просто - по характерной форме и размерам их листовых пластинок. В тропическом климатическом поясе их древесные формы занимают господствующее положение, давая возможность для жизни только теневыносливым кустарникам и травам. Листовые пластинки таких растений необычайно крупные и широкие. Как объяснить подобное строение? Все дело в том, что одной из функций этой части является осуществление транспирации. Это процесс испарения воды с поверхности листа. Чем больше площадь пластинки, тем интенсивнее происходит газообмен с окружающей средой. А в условиях повышенной влажности это просто необходимо для предотвращения процессов гниения.
Колючки
Колючки - это также видоизменения листьев растений. Они характерны для тех из них, которые произрастают в засушливых и пустынных условиях. Все видели колючки кактуса. Это и есть его листья. В условиях недостатка влаги, когда процесс транспирации должен быть сведен к минимуму, это идеальное приспособление. С такой маленькой поверхности листовой пластинки и воды испарится совсем немного.
Однако колючки кактуса и акации - это различное видоизменение листьев. В чем отличие? У белой акации, боярышника, терна, барбариса и других подобных растений колючки представляют собой видоизмененные прилистники, а не сами пластинки. Их основной функцией является защита ароматных цветков и сладких плодов от поедания различными животными.
Хвоинки
Видоизменением листьев является и хвоя всех представителей отдела голосеменных растений. Все помнят детскую загадку о елочке - "зимой и летом одним цветом". И вечнозелеными все во многом являются именно благодаря характерным видоизменениям листьев. На поперечном срезе они имеют округлую или ребристую форму. Такие листья имеют небольшую площадь, подобно колючкам кактусов. Их устьица, через которые происходит газообмен, погружены в покровную и основную часть листа. Это уменьшает уровень испарения воды. В зимнее время года эти образования и вовсе запечатываются воском, что сводит транспирацию практически к нулю. Поэтому в то время, когда все покрытосеменные сбрасывают листву на зиму, хвойные деревья и кустарники могут похвастаться пышным зеленым убранством.
Листья пустынных растений
Выжить в засушливых условиях растениям непросто. Чем обусловлены видоизменения листьев у этих растений? Им необходимо обладать такими особенностями строения, которые позволят выжить при резких перепадах температуры и недостатке влаги. Поэтому листья у них часто покрыты густым слоем волосков, или восковым налетом. Они защищают растения от чрезмерной потери влаги. Есть и другое приспособление. Многие виды засушливых экосистем накапливают запас воды в утолщенных, мясистых листьях. Примером такого видоизменения может служить алоэ, который часто разводят как комнатное растение, имеющее целебные свойства.
Усики
Чтобы рассмотреть особенности следующих органов, давайте вспомним, какие видоизменения листа встречаются у семейства бобовых. Побеги большинства из них длинные и тонкие, а плоды при созревании приобретают массу, которая не позволяет им удерживаться в вертикальном положении. А ведь оно является наиболее выгодным для продуктивного осуществления фотосинтеза. Какие видоизменения листа встречаются у гороха? Конечно же, это усики. Так видоизменяются отдельные пластинки из При их помощи растение цепляется за опору, и в результате слабый и тонкий стебель располагается в необходимом положении.
Чешуйки
Чтобы понять, почему почечные чешуи являются видоизменением листа, необходимо разобраться со Рассмотрим его на примере обычного порея. Его луковица, несмотря на то что располагается под землей, является видоизменением надземной части растения - побега. Это легко доказать. Побег состоит из стебля, листьев и почек. Те же части есть и у луковицы. Ее плоский стебель называется донце. Вниз от него отходит пучок придаточных корней. Сверху располагаются несколько Молодые имеют зеленый цвет и вырастают из почек, расположенных на донце. Сочные и мясистые листья приобретают такой вид для того, чтобы запасать влагу. С ее помощью растения, у которых формируется луковица, под землей переносят засуху, низкие температуры и другие неблагоприятные явления. А от механических повреждений защищают внутреннее содержимое луковицы сухие чешуи, которые также являются видоизменением листьев.
Хищные листья
Видоизменение листьев бывает и очень опасным для других живых существ. Существует целая группа насекомоядных растений. Они способны и к осуществлению т. е. являются автотрофами. Но если условий для его протекания нет, то они переходят к гетеротрофному способу питания. При помощи видоизмененных листьев они улавливают насекомых и переваривают их. Например, у тропического растения саррацении листья представляют собой воронку, окаймляющую ароматные нектарники. Они и привлекают насекомых. Приблизившись, жертва начинает скользить по краям воронки и оказывается в ловушке. Кроме того, листья также выделяют особые наркотические вещества, обездвиживающие насекомое любых размеров. Сверху воронки лист закручен в виде капюшона. Эта складка не позволяет дождю попадать внутрь, смешиваясь с пищеварительными ферментами.
К видоизменениям листьев относятся и подвижные щупальца росянки, на концах которых располагается липкая жидкость. Она привлекает насекомых, которые приземляются полакомиться и оказываются в ловушке.
Листовые почки
Все листья являются вегетативными органами. С их помощью осуществляется процесс бесполого размножения. Например, если отделить листочек узамбарской фиалки от взрослого растения и поместить в емкость с водой, через некоторое время он образует корень. Но у ряда растений процесс размножения происходит иначе. Так, у комнатного каланхоэ по краю листовой пластинки находятся почки, из которых самостоятельно развиваются молодые побеги. Они практически полностью сформированы: имеют небольшой корешок и листочки. Опадая, они прорастают в той же емкости, что и взрослое растение. Подобный процесс еще называют саморазмножением.
Значение видоизменений листьев растений велико. Эти приспособления повышают жизнеспособность и облегчают процесс адаптации. Благодаря видоизменениям листьев наземные растения смогли освоить различные климатические пояса, отличающиеся уровнем увлажненности, температурным режимом и свойствами почвы. Кроме фотосинтеза, транспирации и клеточного дыхания, видоизменения листьев позволяют им выполнять и другие важные функции: это защита от хищников и механических повреждений, регуляция газообмена и уровня испарения воды и гетеротрофное питание.