§18. Клеточное строение листа

Определения и обозначения

Эпидермис — наружный покровный слой листа, который также называют кожицей. Он защищает внутренние ткани от повреждений и высыхания, но обычно пропускает свет. Снаружи эпидермис часто покрыт кутикулой — тонким слоем, который помогает уменьшить испарение воды.

Мякоть листа, или мезофилл, — основная ткань между верхней и нижней кожицей. В ней находится большая часть клеток с хлоропластами, поэтому именно мякоть выполняет основную работу по фотосинтезу. Различное строение её слоёв помогает и улавливать свет, и обеспечивать движение газов.

Устьице — пора в кожице листа, ограниченная двумя замыкающими клетками. Через неё в лист поступают и из него выходят газы, а наружу испаряется вода. Изменяя ширину устьичной щели, замыкающие клетки помогают растению регулировать эти процессы.

Хлоропласт — органелла растительной клетки, содержащая зелёный пигмент хлорофилл. В хлоропластах происходит фотосинтез: с использованием света растение образует органические вещества. Поэтому расположение хлоропластов в хорошо освещённых клетках мякоти важно для работы листа.

Как это устроено

Верхняя и нижняя кожица образованы клетками, плотно прилегающими друг к другу и покрывающими лист с обеих сторон. Такое расположение создаёт защитный покров, но он не должен полностью преграждать путь свету к мякоти. Поэтому клетки кожицы обычно прозрачны и, как правило, не содержат хлоропластов или содержат их мало. Кутикула на поверхности дополнительно ограничивает потерю воды, не заменяя защитную роль самих клеток.

Мякоть листа включает столбчатую и губчатую ткани, различающиеся формой и расположением клеток. Под верхней кожицей обычно лежат вытянутые клетки столбчатой ткани, расположенные тесными рядами. Такое устройство помогает разместить много клеток с хлоропластами в освещённой части листа. Ниже располагается губчатая ткань: её клетки имеют более неправильную форму и лежат рыхло, поэтому между ними остаются межклетники.

Хлоропластов много в клетках мякоти, потому что именно здесь лист получает свет и выполняет основную часть фотосинтеза. Особенно хорошо освещены клетки столбчатой ткани у верхней поверхности. Их вытянутая форма и плотное расположение позволяют эффективно использовать доступное пространство для улавливания света. Межклетники губчатой ткани, напротив, оставляют место для движения газов, необходимых клеткам.

Устьица находятся в кожице, часто чаще на нижней стороне листа. Каждое устьице образовано порой и двумя замыкающими клетками, которые меняют её ширину. Когда щель открыта, углекислый газ может поступать внутрь, а кислород и водяной пар — выходить наружу. При недостатке воды замыкающие клетки могут закрыть щель: испарение уменьшается, но поступление углекислого газа для фотосинтеза тоже ограничивается.

Жилки проходят внутри листовой пластинки и связывают её строение с обеспечением водой и поддержкой. По ним к клеткам поступает вода с растворёнными веществами, нужными растению; жилки также участвуют в перемещении веществ, образованных в листе. Их расположение в ткани создаёт своеобразный каркас, который помогает листу сохранять форму. Поэтому жилки одновременно важны для переноса веществ и для прочности листа.

Клеточные структуры листа и их функции

Пользуйся таблицей, чтобы связать положение каждой структуры с её строением и работой. Сравнивая ткани, сначала отмечай форму и плотность расположения клеток, а затем — какую задачу такое устройство помогает выполнять. При разборе листа на срезе помни, что жилка находится внутри пластинки, а устьице — в кожице.

Разбор задач

Задача 1. Определить структуры на поперечном срезе листа

Условие. На поперечном срезе нужно обозначить кожицу, столбчатую и губчатую ткани, устьице и жилку. Чтобы не перепутать обозначения, следует идти от наружного слоя к внутренним тканям и учитывать форму клеток. У каждой структуры есть характерное положение или признак.

1. Найди наружные слои, покрывающие лист сверху и снизу: это верхняя и нижняя кожица. Устьице ищи в кожице как отверстие между двумя замыкающими клетками.
2. Под верхней кожицей определи вытянутые клетки, расположенные тесными рядами. Это столбчатая ткань, потому что её клетки имеют столбчатую форму и лежат близко друг к другу.
3. Ниже найди рыхло расположенные клетки с промежутками между ними. Это губчатая ткань; крупный проводящий пучок внутри листовой пластинки обозначь как жилку.

Ответ. Снаружи находятся верхняя и нижняя кожица; устьице расположено в кожице. Под верхней кожицей лежит столбчатая ткань, за ней — губчатая, а внутри листа проходит жилка. Определяй ткани по сочетанию положения, формы клеток и плотности их расположения.

Задача 2. Сравнить столбчатую и губчатую ткани

Условие. Нужно сравнить ткани по форме клеток, плотности расположения и количеству хлоропластов, а затем связать различия с функциями. Для этого недостаточно запомнить названия: важно объяснить, как особенности клеток помогают листу работать. Сравнение удобно проводить по трём признакам.

1. Сначала рассмотри форму и расположение. В столбчатой ткани клетки вытянуты и лежат плотно, а в губчатой они имеют более неправильную форму и расположены рыхло.
2. Затем сравни хлоропласты. В клетках мякоти их много; особенно хорошо освещённые клетки столбчатой ткани приспособлены к улавливанию света и фотосинтезу.
3. Свяжи рыхлое расположение губчатых клеток с межклетниками. Эти пространства помогают газам перемещаться внутри листа, тогда как плотный столбчатый слой особенно эффективно использует освещённую область.

Ответ. Столбчатая ткань состоит из плотно расположенных вытянутых клеток и особенно важна для улавливания света. Губчатая ткань образована рыхло лежащими клетками с межклетниками, облегчающими движение газов. В обеих тканях есть клетки с хлоропластами, но строение слоёв связано с разными особенностями их работы.

Задача 3. Объяснить закрытие устьиц при недостатке воды

Условие. Нужно объяснить, почему растение при нехватке воды может закрывать устьица и как это скажется на газообмене и фотосинтезе. Проследи цепочку от изменения устьичной щели к движению воды и газов. Ответ должен показать и пользу, и возможное последствие закрытия.

1. При недостатке воды растение уменьшает её потерю, закрывая устьичную щель с помощью замыкающих клеток. Через закрытое устьице испаряется меньше водяного пара.
2. Одновременно уменьшается поступление углекислого газа из воздуха в лист. Значит, газообмен становится менее интенсивным, хотя потеря воды тоже сокращается.
3. Углекислый газ нужен для фотосинтеза. Если его поступает меньше, фотосинтез может замедлиться, поэтому закрытие устьиц помогает сберечь воду, но ограничивает работу листа.

Ответ. При недостатке воды замыкающие клетки закрывают устьице, чтобы уменьшить испарение. Вместе с потерей водяного пара сокращается поступление углекислого газа, и фотосинтез может идти медленнее. Это пример связи между строением устьица и приспособлением растения к условиям среды.

Типичные ошибки

Ошибка — считать кожицу главным местом фотосинтеза. Такое представление возникает потому, что кожица находится на поверхности листа и первой встречает свет. Но она обычно прозрачна, а основная часть клеток с хлоропластами расположена в мякоти. Проверь себя: фотосинтез связывай прежде всего с клетками мезофилла.

Ошибка — путать столбчатую и губчатую ткани. Названия легко запомнить без понимания, поэтому признаки слоёв смешиваются. Столбчатая ткань состоит из вытянутых плотно расположенных клеток, губчатая — из рыхлых клеток с межклетниками. Проверь себя по двум вопросам: какова форма клеток и есть ли между ними пространства?

Ошибка — называть устьице одной клеткой. Причина путаницы в том, что на рисунке сначала замечают отверстие, а замыкающие клетки не выделяют отдельно. Устьице — это пора, ограниченная двумя замыкающими клетками, а не отдельная клетка. Проверка простая: найди обе клетки по краям щели.

Ошибка — считать, что жилки только укрепляют лист. Их опорную роль видно по расположению внутри пластинки, но этим функции не исчерпываются. По жилкам проводятся вода и растворённые вещества. Проверь себя: называй обе задачи жилок — проведение веществ и поддержание листа.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение листа, нужно знать, из каких частей состоит растительная клетка и какую роль выполняют хлоропласты. Эта тема также связана с фотосинтезом, дыханием растений и испарением воды: строение мякоти и устьиц помогает объяснить, как идут эти процессы. Понимание устройства листа пригодится при изучении газообмена и приспособлений растений к условиям среды. Например, работа устьиц показывает, как растение может уменьшать потерю воды, одновременно ограничивая поступление углекислого газа.

Что запомнить

• Снаружи лист покрыт кожицей, защищающей его внутренние ткани.
• Основная ткань листа — мякоть, или мезофилл.
• В столбчатой ткани клетки расположены плотно, в губчатой — рыхло.
• В клетках мякоти находится много хлоропластов.
• Устьица обеспечивают газообмен и участвуют в испарении воды.
• Жилки проводят вещества и поддерживают лист.