Органы цветкового растения

Водоросль живёт в воде: со всех сторон её окружает раствор, из которого можно прямо через оболочку взять и воду, и соли, а свет достаёт до каждой клетки. Тело такой водоросли не поделено на части — это слоевище, и никаких органов в нём нет.

На суше всё иначе, и именно из этого выводится устройство цветкового растения. Вода и минеральные соли остались внизу, в почве. Свет и углекислый газ — наверху, в воздухе. Значит, одному и тому же организму нужно одновременно работать в двух средах, которые разнесены на метры. Отсюда три следствия.

Первое: нужна часть, уходящая в почву и вытягивающая оттуда раствор, — корень. Второе: нужна часть, поднятая к свету и подставляющая ему как можно большую поверхность, — побег с листьями. Третье: между ними нужен транспорт, ведь то, что добыл корень, требуется листу, а то, что создал лист, нужно корню. Внутри стебля и корня тянутся проводящие пути, и они работают в обе стороны.

К этому добавляется четвёртая задача — оставить потомство. На суше нельзя просто выпустить половые клетки в воду, как делают водоросли: они высохнут. Поэтому у цветкового растения появились органы, где оплодотворение проходит внутри защищённой ткани, а потомство расселяется уже в готовом, укрытом виде, — цветок, плод и семя.

Так и получается деление, с которого начинается любая задача по ботанике: вегетативные органы поддерживают жизнь самого растения, генеративные обеспечивают размножение. Запомнить его стоит не как список из двух пунктов, а как ответ на два разных вопроса: «чем растение живёт» и «чем оно продолжается».

Корень кажется однородным — просто белый отросток. На самом деле на нём есть пять зон, идущих одна за другой, и порядок их строго определён: каждая следующая зона образуется из предыдущей. Идём от кончика вверх, потому что именно так растёт корень.

На самом кончике — корневой чехлик. Это колпачок из отмирающих клеток, который раздвигает почву и стирается о её частицы, как наконечник. Изнутри он всё время нарастает заново. Без чехлика нежная верхушка была бы содрана в первые же сутки.

Под чехликом — зона деления. Здесь лежит образовательная ткань: мелкие клетки с крупным ядром, которые постоянно делятся. Зона деления короткая, около миллиметра, но именно она поставляет все новые клетки для остального корня.

Выше — зона роста (растяжения). Клетки уже не делятся, а вытягиваются в длину: внутри них наливается вакуоль и растягивает оболочку. Корень продвигается в почву именно за счёт этой зоны — то есть кончик не «ввинчивается», а выталкивается снизу растущим участком.

Дальше — зона всасывания, и это главная зона для экзамена. Клетки её кожицы вытянуты в корневые волоски: каждый волосок — вырост одной клетки длиной до нескольких миллиметров. Волосков миллионы, и они увеличивают всасывающую поверхность в десятки раз. Через них в растение входит вода с растворёнными минеральными солями, и больше никакой путь для воды в растении не существует.

Из этого выводится практическое правило, которое спрашивают в заданиях про пересадку: рассаду пересаживают с комом земли. Если отряхнуть корни, корневые волоски обрываются, всасывание прекращается, и растение вянет, хотя воды в почве достаточно.

Наконец, зона проведения. Волосков здесь уже нет, зато есть сосуды, по которым добытый раствор идёт вверх, к стеблю. От этой зоны отходят боковые корни.

Корней у растения много, и вместе они образуют корневую систему. Систем всего две, и различают их по одному признаку: виден ли главный корень.

Стержневая система — главный корень заметно толще и длиннее остальных, от него отходят боковые. Так устроены фасоль, одуванчик, морковь, дуб. Главный корень растёт из зародышевого корешка семени и уходит вглубь — иногда на несколько метров, добираясь до глубоких вод.

Мочковатая система — главный корень рано отмирает или неразличим, а от основания стебля пучком отходят придаточные корни примерно одинаковой толщины. Так устроены пшеница, рожь, лук, подорожник. Такая система работает в верхнем слое почвы и быстро подхватывает дождевую воду.

Различие это не случайное: стержневая система характерна для двудольных, мочковатая — для однодольных, и в заданиях на соответствие эти пары идут вместе с типом жилкования и числом семядолей.

Отдельно спрашивают видоизменения корня — случаи, когда корень взял на себя дополнительную работу. Корнеплод (морковь, свёкла, репа) — утолщённый главный корень вместе с основанием стебля, запасающий питательные вещества на вторую зиму. Корневые клубни (георгин, батат) — утолщённые боковые или придаточные корни. Корни-прицепки у плюща удерживают побег на стене, дыхательные корни болотных растений торчат из ила вверх и берут кислород прямо из воздуха, корни-присоски паразитов вроде повилики врастают в стебель хозяина.

Ловушка здесь всегда одна и та же: клубень картофеля корнем не является. У него есть почки-глазки, а почки бывают только на побеге, — значит, это видоизменённый подземный побег. Тот же довод отличает луковицу (укороченный стебель-донце с сочными чешуями-листьями) от настоящего корня.

Побег — это стебель с расположенными на нём листьями и почками, и в определение входят все три части сразу. Место, где лист прикрепляется к стеблю, называют узлом, участок между двумя узлами — междоузлием. Угол между листом и стеблем над узлом — пазуха листа, и в ней сидит пазушная почка.

Почка — это зачаточный побег, то есть будущий побег в свёрнутом виде, прикрытый плотными чешуями. Разрежьте почку вдоль — увидите крошечный стебелёк с зачаточными листьями. Почки бывают вегетативные (внутри только зачаточные листья) и генеративные, или цветочные (внутри зачаточный бутон); цветочные почки обычно крупнее и круглее, по этому признаку садовод отличает их зимой. По положению почки делят на верхушечную (на конце побега, даёт рост в длину) и боковые пазушные (дают ветвление).

Стебель внутри устроен слоями, и каждый слой понадобится дальше. Снаружи кора: её наружная часть — пробка, защищающая от высыхания, внутренняя — луб с ситовидными трубками. Под корой — тонкое кольцо камбия, образовательной ткани; он делится и даёт рост стебля в толщину, откладывая наружу клетки луба, внутрь — клетки древесины. Из-за того, что весной камбий работает быстрее, а осенью медленнее, на срезе видны годичные кольца, и по ним считают возраст дерева. Дальше идёт древесина с сосудами, а в середине — рыхлая сердцевина, где запасаются вещества.

Отсюда сразу следует направление двух потоков. Вода и минеральные соли поднимаются вверх по сосудам древесины — это восходящий ток. Органические вещества от листьев расходятся вниз и в стороны по ситовидным трубкам луба — это нисходящий ток. Классический опыт: если снять с ветки кольцо коры, над кольцом появится наплыв — органика дошла сверху и дальше идти не смогла; лист при этом не завял, значит, вода по древесине поднимается по-прежнему.

Лист решает три задачи сразу — фотосинтез, испарение и газообмен, — и его срез читается как ответ на них.

Сверху и снизу лист покрыт кожицей из прозрачных клеток без хлоропластов: она пропускает свет внутрь и не даёт листу высохнуть, потому что снаружи покрыта восковым налётом. Сразу под верхней кожицей лежит столбчатая ткань: вытянутые клетки, плотно поставленные стоймя и битком набитые хлоропластами. Здесь идёт основной фотосинтез, и располагается эта ткань наверху именно потому, что там больше света.

Ниже — губчатая ткань: округлые клетки, между которыми оставлены крупные межклетники, заполненные воздухом. Хлоропластов в ней меньше, зато через эти воздушные ходы к каждой клетке доходит углекислый газ, а обратно уходит кислород и пар.

В нижней кожице сидят устьица: щель между двумя замыкающими клетками, у которых, в отличие от остальных клеток кожицы, есть хлоропласты. Замыкающие клетки набухают от воды и раздвигаются — устьице открывается; теряют воду и смыкаются — закрывается. Так растение регулирует испарение: в жару и засуху устьица закрываются, и вода экономится.

Почему устьиц больше на нижней стороне? Нижняя сторона листа не нагревается прямым солнцем, и через неё вода теряется медленнее. У плавающих листьев кувшинки всё наоборот: устьица на верхней стороне, потому что нижняя лежит на воде и газообмен через неё невозможен. Это любимый пример заданий на связь строения со средой обитания.

Через лист проходят жилки — проводящие пучки, продолжение сосудов стебля; они же служат листу скелетом. Жилкование бывает сетчатым (двудольные) и параллельным или дуговым (однодольные), и это ещё один признак, который спрашивают в паре с корневой системой и числом семядолей.

Цветок — это видоизменённый укороченный побег, и все его части соответствуют частям обычного побега. Цветоножка — стебель, цветоложе — расширенная верхушка стебля, а чашелистики, лепестки, тычинки и пестики — видоизменённые листья.

Снаружи — чашечка из зелёных чашелистиков: она защищала бутон, пока он не раскрылся. Внутри — венчик из лепестков; у насекомоопыляемых растений он яркий и часто пахнет, потому что его работа — привлечь опылителя. Ещё внутрь — тычинки, каждая из тычиночной нити и пыльника, в котором созревает пыльца. В самом центре — пестик: рыльце (липкая площадка, ловящая пыльцу), столбик и завязь с семязачатками внутри.

Дальше идёт цепочка, которую надо уметь рассказать по порядку. Опыление — перенос пыльцы с пыльника на рыльце. Оно бывает самоопылением (пыльца попадает на рыльце того же цветка — горох, пшеница) и перекрёстным — ветром, насекомыми, реже водой. На рыльце пыльцевое зерно прорастает пыльцевой трубкой вниз по столбику к семязачатку.

Затем — двойное оплодотворение, открытое С. Г. Навашиным в 1898 году, и оно потому и «двойное», что спермиев два. Один спермий сливается с яйцеклеткой — получается зародыш. Второй сливается с центральной клеткой — получается эндосперм, запасающая ткань, которой зародыш будет питаться при прорастании.

И наконец — что во что превращается; это спрашивают чаще всего и почти всегда на соответствие. Из семязачатка развивается семя, из завязи — плод, из стенок завязи — околоплодник. Остальные части цветка после оплодотворения обычно засыхают и опадают.

По устройству цветка отличают и способ опыления. У ветроопыляемых (берёза, рожь, орешник) цветки невзрачные, без запаха и нектара, зато пыльцы очень много и она сухая и лёгкая, а рыльца крупные, часто перистые; цветут такие растения нередко до распускания листьев, чтобы листва не задерживала пыльцу. У насекомоопыляемых всё обратное: яркий венчик, запах, нектар, пыльца крупная и липкая.

Семя — это зародыш с запасом питательных веществ под кожурой. Зародыш состоит из зародышевого корешка, стебелька, почечки и семядолей. Семядоли — первые листья зародыша; по их числу и названы два класса: двудольные (фасоль, тыква, яблоня) и однодольные (пшеница, кукуруза, лук).

Запас откладывается либо в эндосперме (пшеница, ясень, лук), либо прямо в семядолях (фасоль, горох, тыква) — во втором случае эндосперм расходуется ещё при созревании, и семядоли становятся толстыми и мясистыми. Состав запаса легко показать: разрезанное семя пшеницы синеет от капли иода — значит, там крахмал; семечко подсолнечника оставляет на бумаге жирное пятно.

Для прорастания семени нужны три условия одновременно: вода, тепло и воздух. Каждое объяснимо. Вода нужна, чтобы запасные вещества перешли в раствор — только растворённые вещества могут передвигаться и использоваться. Тепло нужно, потому что работа ферментов зависит от температуры: на холоде они почти не действуют. Воздух нужен для дыхания: прорастающее семя усиленно дышит, поглощая кислород и выделяя углекислый газ и тепло.

Именно из третьего условия строится самый частый опыт задания 23. Семена в стакане полностью залиты водой — воды в избытке, тепла хватает, а семена не проросли. Причина не в воде, а в её отсутствующем спутнике: вытеснен воздух, семенам нечем дышать. Тот же опыт в обратную сторону: банку с прорастающими семенами закрывают на сутки, потом опускают в неё горящую свечу — свеча гаснет, потому что кислород израсходован на дыхание, а накопился углекислый газ. И банка при этом нагревается: при дыхании выделяется тепло.

Глубина посева тоже объясняется запасом: мелкие семена (мак, репа) сеют неглубоко, потому что их маленького запаса не хватит, чтобы пробиться к свету с большой глубины; крупные (фасоль, горох) заделывают глубже. И на тяжёлой глинистой почве сеют мельче, чем на лёгкой песчаной: в плотной почве меньше воздуха.