§ 14. Скелетная «революция» и освоение суши растениями

Определения и обозначения

Кутикула — защитный покров из кутина на поверхности растения. Кутин — вещество, ограничивающее проникновение и потерю воды. Поэтому кутикула уменьшает испарение и помогает растению сохранять влагу в сухой воздушной среде.

Устьица — регулируемые поры покровной ткани, через которые происходит газообмен и испарение воды. Через них внутрь поступает углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, а наружу выходит водяной пар. Возможность открывать и закрывать поры помогает согласовать газообмен с сохранением воды.

Проводящие ткани — ксилема и флоэма, по которым вещества перемещаются между частями растения. Ксилема проводит воду и минеральные соли преимущественно от корней к надземным органам. Флоэма переносит органические вещества, образованные при фотосинтезе, к органам, где они расходуются или запасаются.

Лигнин — вещество, которое откладывается в клеточных стенках и придаёт им прочность. Укреплённые стенки помогают тканям выдерживать нагрузку и поддерживать побеги. Благодаря такой опоре растение может расти вверх, а не только стелиться по поверхности.

Как это устроено

На суше растениям стало труднее получать и удерживать воду: вокруг них не было постоянной водной среды, а вода испарялась в воздух. Одновременно тело растения нуждалось в опоре, которую в воде частично обеспечивала сама окружающая среда. Поэтому освоение суши требовало не одного отдельного приспособления, а решения сразу нескольких задач: сохранения влаги, её доставки и поддержания тела.

Кутикула уменьшила потерю воды через поверхность, но плотный защитный покров затрудняет свободный обмен газами. Без поступления углекислого газа фотосинтез был бы ограничен, поэтому растению понадобились участки, через которые возможен регулируемый обмен с воздухом. Эту роль выполняют устьица: при их открытии газообмен усиливается, но возрастает и испарение, а при закрытии вода сохраняется лучше.

Одних корней недостаточно, чтобы вода достигла удалённых от почвы частей растения. Развитие проводящей ткани ксилемы позволило направлять воду и растворённые минеральные соли от корней к стеблям и листьям. В обратной по назначению системе, флоэме, перемещаются органические вещества, произведённые при фотосинтезе; они нужны растущим и запасающим органам. Так внутренний транспорт связал части растения в единое целое.

По мере увеличения высоты побегам требовалось выдерживать собственный вес и сохранять форму. Лигнин укрепляет клеточные стенки, а механические ткани, состоящие из прочных клеток, поддерживают органы растения. Если бы ткани оставались мягкими, побеги не могли бы надёжно удерживаться вертикально. Прочность дала растениям возможность подниматься над соседями и получать больше света.

«Скелетная революция» — условное название комплекса изменений, сделавших возможными опору и эффективный транспорт веществ у наземных растений. Проводящие ткани доставляли воду к частям, удалённым от почвы, а укреплённые стенки помогали этим частям сохранять положение и форму. Защита от высыхания дополняла эти изменения: без неё транспортируемая вода быстро терялась бы. Вместе такие приспособления позволили растениям успешнее осваивать сушу и расти выше.

Приспособления растений к жизни на суше

Сначала найдите в таблице структуру, о которой спрашивает задача, а затем сопоставьте её функцию с результатом для растения. Полезно различать сохранение воды, транспорт веществ и механическую опору: это связанные, но не одинаковые задачи.

Разбор задач

1. Защита от потери воды

Условие. Назовите приспособления, уменьшающие потерю воды у наземного растения, и объясните их действие. Нужно не смешать защитный покров и структуры, через которые проходит газообмен.

1. Сначала определяем, где вода может покидать растение: она испаряется с его поверхности и через открытые поры.
2. Кутикула покрывает поверхность и ограничивает испарение. Устьица не создают сплошного барьера, а регулируют газообмен и связанное с ним испарение.
3. Связываем обе структуры с водным балансом: кутикула снижает потерю воды, а регулирование устьиц позволяет менять интенсивность обмена с воздухом.

Ответ. Кутикула уменьшает испарение с поверхности, а устьица регулируют газообмен и потерю воды через поры. Устьица дают возможность поступать углекислому газу, необходимому для фотосинтеза.

2. Путь воды от почвы к листьям

Условие. Проследите путь воды и минеральных солей от почвы к листьям и укажите ткань, которая переносит их. Также нужно отличить её роль от функции ткани, перемещающей органические вещества.

1. Начинаем с корней: они поглощают из почвы воду и растворённые минеральные соли.
2. Далее прослеживаем путь вверх по растению: эти вещества поступают в ксилему и по ней достигают стебля и листьев.
3. Сравниваем с флоэмой: она переносит органические вещества, образованные при фотосинтезе, а не воду и минеральные соли от корней.

Ответ. Вода и минеральные соли поступают из почвы через корни и к листьям перемещаются по ксилеме. Флоэма выполняет другую задачу — распределяет органические вещества.

3. Рост в высоту

Условие. Объясните, почему сочетание проводящих и укрепляющих тканей позволило растениям увеличиваться в высоту и эффективнее использовать свет. В ответе свяжите доставку веществ с опорой побега.

1. При росте вверх листья и другие органы оказываются дальше от почвы, поэтому им нужно доставлять воду и минеральные соли. Это обеспечивает ксилема.
2. Одновременно высокий побег должен поддерживать собственный вес. Лигнин укрепляет клеточные стенки, а механические ткани помогают сохранять форму и устойчивость.
3. Соединяем функции: транспорт поддерживает работу удалённых органов, а прочность позволяет им удерживаться выше окружающих растений, где доступно больше света.

Ответ. Проводящие ткани обеспечивают доставку необходимых веществ, а лигнин и механические ткани укрепляют побег. Благодаря сочетанию транспорта и опоры растение может расти вверх и эффективнее использовать свет.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что кутикула обеспечивает газообмен. Её главная функция — уменьшение потери воды, а газообмен проходит через устьица; путаница возникает из-за того, что обе структуры связаны с поверхностью растения. Проверьте себя вопросом: через какую структуру поступает углекислый газ?

Ошибка: менять местами функции ксилемы и флоэмы. Ксилема переносит воду и минеральные соли, а флоэма — органические вещества; их часто путают, потому что обе ткани служат для транспорта. Для проверки мысленно проследите путь воды от корней к листьям: её проводит ксилема.

Ошибка: сводить «скелетную революцию» к появлению только одной ткани. Такое объяснение упускает, что наземным растениям понадобились и опора, и транспорт веществ, и защита от высыхания. Проверьте ответ, перечислив, какие задачи решают укрепление побегов и проводящая система.

Ошибка: считать, что лигнин нужен лишь для защиты от высыхания. Его важнейшая роль — укреплять клеточные стенки, а заблуждение возникает из-за общей связи всех приспособлений с жизнью на суше. Чтобы проверить себя, спросите, что именно лигнин делает с тканью: повышает её прочность и способность поддерживать растение.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении растительной клетки и основных тканях: они помогают понять, как устроены покровные, проводящие и механические структуры. Также пригодятся сведения о фотосинтезе и испарении воды, потому что они объясняют, зачем растению углекислый газ и почему важно регулировать потерю влаги.

Эти приспособления помогают проследить эволюцию высших растений и объяснить различия между их группами. Та же логика применима при изучении приспособлений растений к разным условиям среды: строение связано с тем, как организм получает ресурсы, сохраняет воду и поддерживает своё тело.

Что запомнить

• Выход на сушу потребовал от растений защиты от высыхания и новых способов получать и переносить воду.
• Кутикула уменьшает испарение с поверхности растения.
• Устьица регулируют газообмен и потерю воды.
• Ксилема проводит воду и минеральные соли.
• Флоэма переносит органические вещества.
• Лигнин укрепляет клеточные стенки и помогает растению поддерживать тело.
• Опора и проводящая система позволили растениям расти выше и эффективнее использовать свет.