Органы, ткани и функциональные системы высших растений

Тело высших растений состоит из двух главных частей – побега и корня, которые образуют главную ось растения.

Побег включает стебель, листья, вегетативные почки, цветки и плоды, корневая система — главный, боковые и придаточные корни.

Стебель выполняет опорную и проводящую функции. Он обладает также двигательной активностью (зона растяжения), часто служит местом отложения запасных веществ и в ряде случаев является органом вегетативного размножения (столоны, усы и т. д.). В связи с новыми функциями стебля, появив­шимися в ходе эволюции, возникли его многочисленные модификации. Например, подземные корневища, клубни, луко­вицы выполняют функции вегетативного размножения, хранения запасных веществ, перенесения неблагоприятных сезонных условий. Сочные фотосинтезирующие стебли суккулентов представляют собой приспособление к недостатку влаги. Функцию поддержания тела лазящих растений выполняют усики винограда и тыквенных, являющиеся модифицированными стеблями. Защитная функция свойственна колючкам стеблевого происхождения (у боярышника, гледичии).

Лист — специализированный орган воздушного питания, осуществляющий фотосинтез, газообмен и транспирацию. Видоизмененные листья могут выполнять функции запасающего органа (семядоли). У растений засушливых мест обитания листья сильно редуцируются или приобретают форму колючек (кактусы). У лазящих растений (горох, чина) листья становятся усиками, а у насекомоядных листовая пластинка превращена в ловчий аппарат.

Корень — специализированный орган почвенного питания, он поглощает воду и минеральные элементы, служит для закрепления в почве и обладает двигательной активностью (зона растяжения). Корень может также иметь запасные функции, приобретая форму корневых клубней (георгин), мясистых корней (орхидные). Выполнение новых функций приводит к возникновению корней-подпорок (баньян), ходульных корней (мангровые), дыхательных корней у болотных растений с сильным развитием аэренхимы, корней-прицепок (плющ), воздушных корней у эпифитных растений (орхидные) и других модификаций. В корне, как и в побеге, образуются специфические метаболиты, в том числе фитогормоны.

Вегетативные почки служат для нарастания побега и его ветвления.

Генеративные органы обеспечивают процесс полового размножения. Цветок представляет собой видоизмененный неразветвленный побег с ограниченным ростом, приспособленный для полового размножения с последующим образованием семян и плода. Органы цветка являются видоизмененными листьями: покровные листья формируют чашелистики и лепестки, а спорообразующие листья дают начало тычинкам и пестикам. Особенности строения цветка связаны со способами опыления. Сложная форма и яркая окраска венчика служат для перекрестного опыления насекомыми.

Каждый из перечисленных органов растительного организма построен из нескольких типов тканей, т. е. групп клеток, которые выполняют определенную физиологическую функцию и имеют сходное морфологическое строение, обеспечивающее реализацию этой функции. По функциональному значению в растениях различают следующие типы тканей:

· образовательные (меристемы),

· ассимиляционные (хлоренхима),

· запасающие,

· покровные,

· выделительные,

· механические (скелетные),

· проводящие

· аэренхиму.

Причем в каждом таком типе представлены ткани с более узкой специализацией. Например, к ассимиляционным тканям листа относятся столбчатая и губчатая паренхима, обкладка пучка. К покровным тканям — эпидермис, ризодерма, перидерма, эндодерма и др. У растений существует несколько единых для всего организма функциональных систем, каждая из которых состоит из нескольких типов тканей и специализированных клеток. Это системы автотрофного (листья) и почвенного питания (корни), сосудистая проводящая система, которую у растений можно рассматривать как внутренний орган, опорная система (механические и другие ткани), двигательная система (зоны растяжения и участки с обратимо изменяющимся тургором клеток), половая система. Сосудистая система у растений выполняет те же функции, что и кровеносная система животных, за исключением транспорта кислорода. Диффузный характер имеют дыхательная и выделительная системы. Дыхательный газообмен облегчается с помощью межклетников, аэренхимы, устьиц и чечевичек. У большинства растений отсутствуют дифференцированные органы чувств. Нет у растений и нервной системы. Передача электрических импульсов осуществляется по проводящим пучкам.

Все эти особенности растительного организма связаны с его способом питания. Растению нет необходимости передвигаться в поисках пищи, как животным, так как СО₂, вода, минеральные соли и свет есть в окружающей среде повсюду. Однако эти факторы присутствуют в «рассеянном» состоянии. Поэтому, чтобы максимально приблизиться к пище, растение должно удлинять осевые органы и развивать поверхности соприкосновения с окружающей средой. Это и определяет форму растительного организма, а также отсутствие у него специальных органов дыхания, так как растение дышит всей своей разветвленной и пластинчатой поверхностью. Медленно меняющиеся условия окружающей среды не требуют от растений быстрых двигательных реакций. Однако при необходи­мости в процессе эволюции у них развивается способность к быстрым движениям, как, например, у мимозы или у венериной мухоловки.

Основные функции растительного организма и их взаимосвязь можно представить в виде следующей схемы:

Автотрофный (фототрофный) тип питания — главная особенность растительного организма. Питание за счет фотосинтеза поддерживается корневым питанием — поглощением воды и минеральных солей. Однако все клетки и ткани растения способны питаться и гетеротрофно. Это происходит во время прорастания (используются запасные вещества семян, клубней и т. д.) и ночью, когда фотосинтез отсутствует. К гетеротрофному питанию способны все незеленые органы. Отсюда понятно существование растений-паразитов и насекомоядных растений.

На схеме видно, что центральное место в обмене веществ целого растения занимает транспорт веществ. Этот транспорт может осуществляться по нескольким непрерывным фазам в теле растительного организма, клетки которого соединены друг с другом клеточными стенками и плазмодесмами: по апопласту (в фазе клеточных стенок и по межклетникам), по симпласту (синцитию протопластов) и, возможно, по эндопласту (т. е. по непрерывным цистернам ЭР). Однако основным путем дальнего транспорта веществ по растению является проводящая (сосудистая) система, состоящая из ксилемы и флоэмы. Питательные вещества, поступающие по транспортным системам, пронизывающим все тело растения, при участии дыхания используются для синтеза специфических метаболитов и структур растущих и функционирующих клеток. При этом часть веществ выделяется наружу или в вакуоль. На основе деления, роста и дифференцировки клеток осуществляется морфогенез растения, а также процессы размножения. Во многих явлениях жизнедеятельности существенную роль играют двигательные реакции растений. Защитные функции растений реализуются за счет синтеза защитных веществ, часть из которых может выделяться наружу, а также благодаря формированию специальных анатомических и морфологических структур. Для всех этих процессов необходима энергия, освобождаемая при дыхании.

Таким образом, высшее растение — сложнейшая биологическая система, функциональную активность которой обеспечивают 10—15 органов, 3 — 4 десятка различных специализированных тканей, несколько десятков специализированных групп клеток. У покрытосеменных насчитывается до 80 различных типов клеток. Для сравнения отметим, что тело гидр состоит из двух тканей (эктодермы и эндодермы), в состав ее тела входят 10 различных типов клеток. У червей насчитывается до 10—12 специализированных тканей.

Строение растительного организма определяется способом его питания. Высшие растения как фототрофные организмы имеют органы воздушного (листья) и почвенного (корни) питания, а также другие физиологические системы: транспорта веществ, размножения, движения и т. д. Растительная клетка содержит все органоиды, характерные для эукариотических клеток, но в связи с фототрофным способом питания обладает присущей только ей пластидной системой, а также полисахаридной клеточной стенкой, двумя типами микротел (пероксисомы и глиоксисомы) и вакуолярной системой, поддерживающей тургор.