Тема: ткани растений: образование, строение и функции, способность к регенерации

У большинства многоклеточных организмов во время их развития клетки начинают отличаться по строению и выполняемым функциям, то есть происходит их дифференциация. Вследствие этого формируются ткани. Ткань – это система подобных по строению клеток, связанных между собой структурно и функционально. Высшие растения и большинство многоклеточных животных имеют развитые ткани разных типов: у многоклеточных водорослей и грибов тканей нет или они слабо дифференцированы.

Ткани животных и растений отличаются между собой. У большинства многоклеточных животных разные типы тканей в процессе индивидуального развития формируются из определенных зародышевых листков – экто-, мезо- и эндодермы. В то же время у растений все типы тканей возникают из образовательной ткани. Кроме того, ткани животных построены не только из клеток, но и из межклеточного вещества, образованного и выделяемого самими клетками. В тканях растений межклеточного вещества почти нет. Между оболочками соседних клеток, входящих в состав определенной ткани, часто бывают промежутка – межклеточное вещество, разного размера. Клетки соединяются между собой через отверстия в их оболочках при помощи цитоплазматических мостиков. У отмерших клеток растений остаются только стенки, а содержимое разрушается.

Строение и функции тканей животных изучает наука гистология, а растений – анатомия растений.

Ткани растений делят на образовательные, покровные, проводящие, основные и механические.

Образовательные ткани, или меристема – состоят из клеток, способных к делению. Клетки этих тканей дают начало клеткам всех других типов. Они имеют большое ядро и тонкие растягивающиеся стенки с незначительным содержанием целлюлозы. По расположению в растении различают верхушечную, боковую и вставную образовательные ткани.

Верхушечная меристема расположена на верхушке побега или корня и обеспечивает рост этих органов в длину. Боковая меристема содержится в середине многолетних корней или побегов и охватывает их центральную часть в виде цилиндра. Она обеспечивает рост этих органов в толщину. Вставная меристема расположена в основе междоузлия стеблей некоторых растений, например, у злаков. Как и верхушечная, она обеспечивает рост побегов в длину, но такой рост называют вставным, поскольку он происходит вследствие удлинения междоузлий.

Покровные ткани расположены на поверхности органов растений. Они отделяют внутренние ткани от внешней среды и защищают их от неблагоприятных воздействий окружающей среды и повреждений. Покровные ткани могут состоять из живых или отмерших клеток. Различают два основных вида покровных тканей: эпидерму, или кожицу и корку, или кору.

Кожица, или эпидерма имеет вид тонкой прозрачной пленки, состоящей из одного или нескольких слоев живых клеток, плотно прилегающих друг к другу. Поэтому межклеточного пространства в ней почти нет. Сверху клетки кожицы бывают покрыты слоем воскоподобного вещества – кутикулой, являющимся приспособлением от излишнего испарения воды. Кроме того, поверхность кожицы часто имеет волоски разного строения. Одни из них защищают растение от перегревания, другие – от растительноядных животных. Например, всем известна способность крапивы жгучей причинять ожоги. Ее листья и боковые побеги густо покрыты волосками, через которые ядовитые вещества, вырабатывающиеся крапивой, могут попадать на кожу человека или животных и раздражать ее. Особое значение для питания растений имеют корневые волоски.

В кожице есть особые образования – устьица, которые обеспечивают связь растения с окружающей средой. Устьица образованы двумя особыми клетками фасолеобразной формы, содержащими хлоропласты и потому окрашенными в зеленый цвет. Благодаря способности устьичных клеток изменять внутриклеточное давление, а также и свой объем, обеспечивается открывание и закрывание устьичной щели. Так растений регулирует интенсивность процессов испарения воды и газообмена. У многолетних растений кожица через некоторое время может замещаться коркой. Утолщенные стенки клеток корки пропитаны жироподобным веществом и становятся непроницаемыми для воды и воздуха. Содержимое этих клеток со временем отмирает. Всем известно, что у большинства древесных растений поверхность стебля уже в первый год жизни приобретает буроватую окраску. Это свидетельствует том, что вместо кожицы образовалась кора, которая надежно защищает растение во время неблагоприятных периодов (например, зимой или во время засухи). На поверхности коры можно увидеть выпуклости различной формы. Это чечевички, через которые растений осуществляет газообмен и испаряет воду.

Основная ткань состоит из живых клеток со сравнительно тонкими стенками, между которыми обычно есть и межклеточная ткань. Она заполняет промежутки между клетками других типов. В зависимости от особенностей строения и выполняемых функций различают несколько видов основной ткани.

Фотосинтезирующая основная ткань образована клетками, содержащими хлоропласты. Она осуществляет процессы фотосинтеза и расположена преимущественно в листьях.

Запасающая основная ткань представлена бесцветными клетками, в которых запасаются различные вещества (крахмал, жиры и т.д.). Клетки основной ткани цветов и плодов содержат хромопласты, которые окрашивают ее в различные яркие цвета.

У растений засушливых местообитаний (кактусы, алоэ) имеется водозапасающая ткань. Значительные запасы воды, которые могут накапливаться в ее клетках, дают возможность переживать длительные засушливые периоды.

Проводящие ткани обеспечивают у растений два потока веществ: восходящий (от корня к надземным частям) и нисходящий (образованные в зеленых частях побегов органические вещества передвигаются вниз к другим частям растений). Соответственно различают два типа проводящих тканей: флоэму и ксилему.

Ксилема состоит из проводящих элементов (трахеид и сосудов), по которым непосредственно движутся вещества, и живых клеток основной ткани, которая их окружает. Сосуды – это последовательно соединенные отмершие клетки, поперечные стенки между которыми почти полностью исчезают (или имеют большие отверстия). Сосуды обеспечивают восходящий поток веществ от подземных частей растений к надземным. Как правило, это растворы минеральных солей. Но весной вместе с неорганическими веществами по ним могут передвигаться и органические (например, раствор сахаров), запасенные в корнях или подземных видоизмененных побегах. Эти органические вещества необходимы для распускания листьев и начала фотосинтеза. Всем известен сладкий сок березы. В Канаде из сладкого весеннего сока клена ежегодно добывают сотни тысяч тонн сахара и патоки. Такую же функцию выполняют и трахеиды – отдельные клетки веретенообразной формы с многочисленными порами в клеточной стенке. Сосуды и трахеиды, кроме проводящей, обеспечивают еще и опорную функцию.

Другим видом проводящей ткани является флоэма, состоящая из ситовидных трубок. Это живые удлиненные клетки, последовательно расположенные друг над другом в виде цепочки. Поперечные стенки этих клеток имеют многочисленные мелкие отверстия, напоминающие сито, отсюда и произошло их название, через которые цитоплазма одной клетки сообщается с цитоплазмой другой, расположенной выше или ниже. По ситовидным трубкам синтезированные в зеленых частях растений органические вещества передвигаются к другим ее участкам (нисходящий поток). У покрытосеменных растений зрелые клетки ситовидных трубок, правило, не имеют ядер, но их «сопровождают» клетки-спутники, имеющие ядра. Эти клетки вырабатывают вещества, необходимые для нормального функционирования ситовидных трубок. Содержимое ситовидных трубок находится под высоким давлением - до 30 атмосфер. Поэтому вещества перемещаются по ним достаточно быстро – до 100 см/час.

Сосуды, трахеиды и ситовидные трубки вместе с механическими и основными тканями образуют сосудисто-волокнистые пучки, например, жилки листьев. Проводящую функцию выполняют также и клетки основной ткани. Например, сердцевинные лучи стеблей деревьев обеспечивают горизонтальный транспорт соединений между сердцевиной и корой.

В растениях попадаются и молочники – системы удлиненных проводящих клеток некоторых растений, по которым движется сок –латекс молочно-белого (молочай, одуванчик) или желтого (чистотел) цвета. Латекс – это раствор сахаров, белков и минеральных соединений, в которых взвешены мелкие капли липидов. В латексе разных видов растений содержится каучук. Из каучука делают высококачественную натуральную резину.

Механические ткани выполняют у растений опорную функцию. Они обеспечивают упругость и устойчивость разных их частей. Среди них есть ткани, состоящие из живых и мертвых клеток. Живые клетки имеют неравномерно утолщенные стенки, а отмершие – утолщенные одревесневшие. Часто клетки в механической ткани удлиненные и имеют вид волокон. Механическая ткань, состоящая из мертвых клеток, чрезвычайно устойчива: полоска из нее диаметром 1 мм² выдерживает нагрузку на разрыв до 20 кг.

В растениях существует система образований, выделяющих продукты обмена или биологически активные вещества. Продукты обмена веществ в виде растворов обычно накапливаются в вакуолях или включениях отдельных клеток. Так они извлекаются из обмена веществ. Во время листопада растение освобождается от таких накопленных веществ вместе с листьями.

Железистые волоски и другие образования кожицы способны вырабатывать эфирные масла, бальзамы, смолы, нектар.

Эфирные масла – это смесь летучих веществ разной химической природы. Благодаря сильному запаху, они привлекают опылителей, отпугивают растительноядных животных, некоторые из них (фитонциды) угнетают жизнедеятельность болезнетворных организмов. Известно более трех тысяч семенных растений, способных вырабатывать эфирные масла, из которых приблизительно 200 используются в парфюмерии, кулинарии, медицине (масла розы, лаванды, укропа и т.д.)

Смолы – продукты жизнедеятельности многих голосеменных и некоторых покрытосеменных растений. Они образуются в клетках, окружающих смоляные ходы, и являются смесью органических веществ – кислот, спиртов, и т. д. Наружу смолы выделяются обычно в смеси с эфирными маслами в виде густых жидкостей (бальзамов). Они служат для образования защитного слоя в местах повреждений поверхности растений. Многие бальзамы имеют антибактериальные свойства, их используют в медицине для лечения ран. Основу бальзамов хвойных растений составляет жидкий скипидар. В промышленности после отгонки его используют как растворитель красок, лаков, и т.д., а твердую оставшуюся часть (канифол ь) – для изготовления лаков, сургуча и т.д.

Янтарь – окаменевшая смола хвойных растений, которые произрастали в конце мезозойской - начале кайнозойской эр. Янтарь широко используется для изготовления ювелирных изделий. В прозрачных частичках янтаря часто попадаются вкрапления насекомых и других мелких животных, обитавших в древние времена. Это дает интересный материал для ученых – палеонтологов.

Нектар – это водный раствор глюкозы и фруктозы, концентрация которых составляет 3-72%, с примесью эфирных масел и сильным запахом. Он привлекает насекомых и других опылителей, которым е питаются. Нектар образуется в специальных железах – нектарниках, имеющих достаточно сложное строение и размещенных преимущественно в цветах.

У одноклеточных организмов организменный уровень организации совпадает с клеточным. У большинства многоклеточных организмов во время их индивидуального развития клетки специализируются по строению и функциям, формируя разные ткани, органы, системы органов.

Орган – это часть организма, имеющая определенное месторасположение и характеризующаяся определенными особенностями строениями и функциями. Обычно органы состоят из тканей разных типов, но одна из них преобладает, например, в сердце – мышечная ткань. Органы, выполняющие в организме общие функции, формируют системы органов. Органы, составляющие определенную систему, преимущественно связаны между собой пространственно, но могут иметь и только функциональную связь.

Временное объединение органов разных систем для выполнения определенной функции образует функциональную систему органов.

Многоклеточные и одноклеточные организмы являются открытыми биологическими системами, способными к саморегуляции. Любому живому организму присущи поступление из окружающей среды строительного и энергетического материала, обмен веществ, превращение энергии, способность к размножению.

Особая роль принадлежит регуляторным системам. У растений жизненные функции регулируются с помощью биологически активных веществ (например, фитогормонов). Регуляторные системы обеспечивают функционирование сложного многоклеточного организма как единой целостной биологической системы, обуславливают его реакции на изменение условий внешней и внутренней среды, благоприятствуют поддержанию стабильности внутренней среды.

В отличие от одноклеточного организма, у многоклеточных разнообразные процессы жизнедеятельности только частично происходят на клеточном уровне, а реализуются преимущественно благодаря взаимодействию определенных тканей и органов. При этом все процессы жизнедеятельности многоклеточных организмов регулируются разнообразными биологически активными веществами.

Органы многоклеточных организмов, обеспечивающие размножение, называются репродуктивнымиорганами.

Многоклеточные животные и растений осуществляют свои функции по-разному. Прежде всего, характер обмена веществ зависит от способа питания – гетеротрофного или автотрофного. Но много процессов у этих групп организмов может и совпадать.

Растения получают химические элементы и соединения, необходимые для создания органических веществ, из почвы, а необходимую для этого энергию – за счет светового излучения. Животные получают энергию вместе с пищей, созданной автотрофами. Растения ведут прикрепленный способ жизни, у них нет многих систем, органов чувств, и т.д. Поэтому транспорт воды, растворов минеральных и органических веществ, биологически активных соединений обеспечивают проводящие ткани.

В то же время разные специализированные системы органов многоклеточных животных способствуют интенсификации обмена веществ и энергии, обеспечивают активный способ жизни, а у теплокровных животных исчезла зависимость температуры тела от температуры окружающей среды. Согласованная работа разных органов и систем многоклеточных организмов направлена на поддержание гомеостаза.

У растений имеются органы двух типов: вегетативные и генеративные. Вегетативными называются органы, которые не принимают непосредственного участия в половом размножении или образовании спор. У высших растений вегетативными органами являются корень и побег. Корень обеспечивает закрепление растения в почве, всасывание почвенного раствора солей и их перемещение к надземным частям растений. Разные виды корней (главный, боковые, придаточные) формируют корневую систему.

Побег состоит из осевой части – стебля, на котором расположены листья и почки. Стебель обеспечивает взаимосвязь между всеми частями растений, транспортировку разных соединений. Листья осуществляют фотосинтез, испарение воды и дыхание. Почки – это зачаточные побеги. Одни из них состоят из зачаточного стебля с конусом нарастания и зачаточных листочков, другие – являются зачатками цветов или соцветий. На особых побегах расположены репродуктивные органы растений (цветки, спорангии).

Вегетативные органы растений способны видоизменятьс я. Это связано с осуществлением ими определенных функций и обеспечивает приспособление к определенным условиям среды произрастания. Так, в корнеплодах, корневищах, луковицах запасаются питательные вещества. В неблагоприятные периоды существования надземная часть растения может отмирать, а остаются только видоизмененные подземные их части. Когда же условия существования улучшаются, из подземных частей развиваются надземные побеги. Листья или побеги могут видоизменяться в колючки, защищающие растения от растительноядных животных. С помощью вегетативных органов происходит вегетативное размножение растений.

Генеративные органы бывают следующих типов: органы неполового и полового размножения. Органы неполового размножения растений и грибов называются спорангиями. Они расположены одиночно или собраны вместе в сложные структуры.

Образование и дозревание половых клеток, процессы оплодотворения, а у семенных растений также и опыления обеспечивают органы полового размножения. Они бывают разнообразными по строению и у разных групп имеют разные названия. Например, у покрытосеменных к органам полового размножения принадлежит цветок.

Поскольку растения лишены нервной системы, их жизненные функции, а также взаимодействие разных частей регулируют биологически активные вещества – фитогормоны. В незначительных количествах одни фитогормоны ускоряют жизненные функции, другие – тормозят. Фитогормоны образуются в клетках определенных типов и перемещаются проводящей тканью к тем частям растения, на которые они должны подействовать, или непосредственно от одной клетке к другой.

С помощью других биологически активных веществ ( фитонциды, алкалоиды) растения влияют на особей своего или других видов и на животных и микроорганизмы. Поэтому, высевая на одном участке особей разных видов следует учитывать, как эти виды будут влиять друг на друга. Фитонциды сосны, чеснока, лука способны убивать микроорганизмы. Поэтому эти растения люди издавна используют для лечения.

Растения способны принимать изменения в окружающей среде и определенным образом на них реагировать. Такие реакции называют тропизмами и настиями. Тропизмы – это ростовые движения частей растения в ответ на действие раздражителя, имеющие определенную направленность. Они возможны как в сторону раздражителя, так и от него. Как правило, тропизмы происходят в растущих органах и являются следствием неравномерного деления клеток нар разных сторонах органов в ответ на действие фитогормонов роста. Настии – это движения органов растений в ответ на действие раздражителя, не имеющие определенной направленности. Примерами настий могут служить открывание и закрывание чашечки цветка в ответ на смену освещенности, складывание листьев в ответ на смену температуры. Настии могут быть обусловлены растяжением органов из-за неравномерного роста или сменой внутриклеточного давления в определенных группах клеток вследствие изменения концентрации клеточного сока.

Итак, организм многоклеточного растения представляет собой целостную интегрированную систему, все части которой тесно взаимосвязаны между собой и дополняют друг друга. Нарушение строения или функций любой из них влияет на деятельность других, а, следовательно, и на организм в целом.