Органы, ткани и функциональные системы высших растений

 

 

Главная особенность живых организмов заключается в том‚ что они представляют собой открытые системы‚ которые обмениваются с окружающей средой энергией‚ веществом и информацией (рис. 4).

Тело высших растений состоит из двух главных частей — побега и корня, которые образуют главную ось растения. Побег включает стебель, листья, вегетативные почки (апикальную и боковые), 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).

Рис. 4. Растение – открытая система

 

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 и 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.

 

«Система (от греч. systema - целое‚ составленное из частей) – множество элементов‚ находящихся в отношениях и связанных друг с другом‚ образующих определенную целостность‚ единство».

Советский энциклопедический словарь

 

РЕГУЛЯТОРНЫЕ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ

 

Сложное строение растительного организма, дифференцированного на большое количество специализированных органоидов, клеток, тканей и органов, требует и совершенных систем управления. Целостность всякого, в том числе и растительного, организма обеспечивается системами регуляции. Регуляция обеспечивает гомеостаз организма, т. е. сохранение постоянства параметров внутренней среды, а также создает условия для его развития (эпигенеза).

В ходе эволюции сначала должны были возникнуть внутриклеточные системы регуляции. К ним относятся регуляция на уровне ферментов, генетическая и мембранная регуляции. Все эти системы регуляции тесно связаны между собой. Например, свойства мембран зависят от генной активности, а дифференциальная активность самих генов находится под контролем мембран. Больше того, в основе всех форм внутриклеточной регуляции лежит единый первичный принцип, который можно назвать рецепторно-конформационным. Во всех случаях белковая молекула — будь то фермент, рецептор или регуляторный белок — «узнает» специфический для нее фактор и, взаимодействуя с ним, изменяет свою конфигурацию.

С появлением многоклеточных организмов развиваются и совершенствуются межклеточные системы регуляции. Они включают в себя трофическую, электрофизиологическую системы и гормональную.