§ 37. Строение и жизнедеятельность цветкового растения

Определения и обозначения

Цветковое растение — растение, которое образует цветки, семена и плоды. Цветок обеспечивает половое размножение, семя содержит зародыш и запас веществ для его развития, а плод защищает семена и помогает им распространяться. Поэтому эти структуры связаны не только с появлением потомства, но и с продолжением жизненного цикла растения.

Вегетативные органы — корень и побег, обеспечивающие питание, рост и поддержание жизнедеятельности растения. Корень обычно находится в почве, а побег включает стебель, листья и почки. Их совместная работа помогает получать воду и минеральные вещества, использовать свет и образовывать новые органы.

Генеративные органы — цветок, плод и семя, связанные с половым размножением и расселением растения. В цветке формируются половые клетки и после оплодотворения возникают зачатки семян. Плод защищает созревающие семена и может способствовать их переносу на новые места.

Проводящая система — совокупность тканей ксилемы и флоэмы, перемещающих вещества между органами. Ксилема проводит главным образом воду с растворёнными минеральными веществами, а флоэма — органические вещества, например сахара. Благодаря этим тканям корень, стебель и листья работают как части одного организма.

Как это устроено

Корень закрепляет растение, потому что разветвляется в почве и удерживает его в субстрате. Вода и растворённые минеральные вещества поступают через молодые участки корня; корневые волоски увеличивают площадь соприкосновения с почвой и облегчают поглощение. Затем вещества проходят к проводящим тканям и по ксилеме направляются в побег. Рост корня в длину позволяет осваивать новые участки почвы и поддерживать поступление ресурсов.

Побег состоит из стебля, листьев и почек: эти части выполняют разные, но связанные задачи. Стебель поддерживает листья и цветки, соединяет их с корнем и содержит проводящие ткани. Листья улавливают свет и создают органические вещества, а почки содержат зачатки новых побегов или цветков. Когда клетки образовательных тканей делятся, а затем специализируются, побег удлиняется и образует новые органы.

Строение листа помогает одновременно осуществлять фотосинтез, газообмен и испарение воды. Широкая плоская поверхность перехватывает свет, а клетки с хлоропластами используют его энергию для образования органических веществ из углекислого газа и воды. Через устьица — регулируемые отверстия в покровной ткани — углекислый газ поступает внутрь, а кислород и водяной пар выходят наружу. Испарение, или транспирация, способствует движению воды от корней к листьям, хотя чрезмерная потеря воды может быть опасна.

Ксилема и флоэма образуют взаимосвязанную транспортную систему, но переносят разные вещества. По ксилеме вода с минеральными веществами обычно движется от корня к листьям; испарение воды с поверхности листа поддерживает этот поток. Флоэма доставляет продукты фотосинтеза от органов-источников, например зрелых листьев, к растущим или запасающим органам. Поэтому направление транспорта по флоэме зависит от того, где вещества образуются и где они нужны, и не сводится к движению снизу вверх.

После опыления пыльца попадает на рыльце пестика, а затем может произойти оплодотворение — слияние мужской и женской половых клеток. Из оплодотворённого семязачатка развивается семя, внутри которого находится зародыш; завязь обычно превращается в плод. У некоторых растений в образовании плода участвуют и другие части цветка. Плод защищает семена, а его форма и свойства могут помогать их распространению, благодаря чему растение расселяется и начинает новый этап жизненного цикла.

Органы цветкового растения и их жизненные функции

Пользуйся таблицей, чтобы сопоставлять строение органа с его функцией и понимать, какие части растения связаны между собой. Например, путь воды прослеживается от корня через ксилему стебля к жилкам листа. А цветок, плод и семя удобно рассматривать как последовательные этапы полового размножения.

Разбор задач

Задача 1. У растения повреждена верхушка корня. Определите, какие функции нарушатся в первую очередь и почему. Чтобы решить задачу, нужно вспомнить, что на верхушке находятся зоны, обеспечивающие рост корня в длину, а поглощение и проведение веществ связаны также с другими участками. Значит, последствия зависят от того, какие именно ткани затронуты повреждением.

1. Уточним, что верхушка включает образовательную ткань, клетки которой делятся и обеспечивают рост корня.
2. Если повреждена зона деления или растяжения, корень будет хуже удлиняться и медленнее осваивать новые участки почвы.
3. Если повреждены также зоны с корневыми волосками или проводящие ткани, нарушится поглощение либо передача воды и минеральных веществ.
4. Разделим первичные и возможные последствия: прежде всего страдает рост в длину, а при более обширном повреждении — водоснабжение и минеральное питание побега.

Ответ: в первую очередь нарушится рост корня в длину, поскольку верхушечная образовательная ткань повреждена. При затрагивании поглощающих или проводящих участков дополнительно ухудшится поступление воды и минеральных веществ в побег.

Задача 2. Проследите путь молекулы воды от почвы до испаряющей поверхности листа и укажите ткани, участвующие в перемещении. Начинать нужно с места, где вода входит в растение, и далее двигаться по связанным проводящим участкам. Важно не перепутать поглощение в корне с переносом по ксилеме.

1. Из почвы вода поступает в корень через корневые волоски, увеличивающие площадь поглощения.
2. Затем она перемещается через ткани корня к ксилеме — проводящей ткани, по которой вода движется вместе с минеральными веществами.
3. По ксилеме вода поднимается через стебель к жилкам листа; жилки содержат проводящие ткани.
4. Из жилок вода поступает к клеткам листа, испаряется с их поверхностей и выходит в виде водяного пара через устьица.

Ответ: последовательность такова: почва — корневые волоски — ткани корня — ксилема корня — ксилема стебля — жилки листа — испаряющая поверхность — устьица. Движение поддерживается, в частности, испарением воды листьями, которое способствует поступлению новой воды от корней.

Задача 3. После удаления цветков у растения сформировались новые листья, но плоды и семена не появились. Объясните результат и определите, какие процессы были прерваны. Наличие новых листьев показывает, что растение продолжает вегетативный рост. Для появления плода и семян нужно, чтобы сохранились генеративные органы и прошли этапы размножения.

1. Разделим наблюдаемые процессы: образование листьев относится к вегетативному развитию, а формирование плода и семян — к генеративному.
2. Удаление цветков убрало органы, в которых находятся части, участвующие в половом размножении.
3. Без цветка не происходит опыление, то есть попадание пыльцы на рыльце пестика, а значит, обычно не наступает и оплодотворение.
4. Без оплодотворения семязачаток не развивается в семя, а завязь обычно не превращается в плод.

Ответ: листья сформировались благодаря продолжающемуся росту вегетативных органов. Удаление цветков прервало генеративное развитие: не состоялись опыление и оплодотворение, поэтому не образовались семена и плод.

Типичные ошибки

Ошибка — считать цветок органом питания. Её допускают, потому что цветок заметен и связан с жизнью всего растения, но его главная роль — половое размножение, поэтому он относится к генеративным органам. Проверить себя можно вопросом: участвует ли орган прежде всего в получении ресурсов или в образовании потомства? Питание обеспечивают главным образом корень и листья.

Ошибка — отождествлять сосуды ксилемы и флоэмы. Обе ткани проводят вещества, поэтому их функции легко смешать, однако ксилема переносит главным образом воду и минеральные вещества, а флоэма — органические вещества. Проверяя ответ, называй сначала конкретное вещество, а затем ткань, которая его проводит. Так становится ясно, что у этих тканей разные задачи.

Ошибка — называть плод частью цветка, которая просто сохраняется после цветения. Обычно плод развивается из завязи после оплодотворения, хотя в его образовании иногда участвуют и другие части цветка. Путаница возникает из-за того, что плод формируется на месте цветка, но это не делает их одним органом. Для проверки различай исходный орган — завязь — и результат её развития — плод.

Ошибка — считать, что все вещества движутся по растению только снизу вверх. Такое представление возникает из наблюдения за поступлением воды от корня к листьям, но органические вещества флоэма перемещаются от источников к потребителям и запасам. Поэтому направление их движения может отличаться в зависимости от потребностей растения. Проверяй вывод по типу ткани и по тому, где вещество образуется и где используется.

Связь с другими темами

Чтобы понимать строение растения, нужны знания о клетке, растительных тканях, фотосинтезе и минеральном питании: они объясняют работу органов и движение веществ. Тема помогает изучать размножение растений, жизненные циклы, экологию и приспособления к условиям среды. С транспортом веществ связаны транспирация и рост, а понимание поглощения минеральных веществ позволяет объяснять действие удобрений. Так отдельные процессы складываются в целостную картину жизни растения.

Что запомнить

• Корень и побег — основные вегетативные органы цветкового растения.
• Лист выполняет фотосинтез, газообмен и транспирацию.
• Ксилема проводит воду и минеральные вещества, а флоэма — органические вещества.
• Цветок является генеративным органом и участвует в половом размножении.
• После оплодотворения из семязачатка развивается семя, а из завязи — плод.
• Жизнедеятельность растения обеспечивается согласованной работой всех органов.
• Рост растения связан с делением и дифференцировкой клеток образовательных тканей.