Стебель – ось побега. Общая характеристика и первичное анатомическое строение стебля. Вторичное анатомическое строение стебля.
Стебель – осевой орган, вместе с корнем образует единую ось растения. В типичных случаях он имеет цилиндрическую форму и радиальную симметрию. Стебель так же, как и корень, отличается высокой специализацией тканей, которые располагаются концентрическими кругами. В стебле также различают первичное и вторичное строение. Первичное строение формируется в конусе нарастания. Все ткани стебля при этом являются производными первичной меристемы – верхушечной и боковой. Вторичное строение складывается позже. Оно формируется за счет деятельности вторичной боковой меристемы – камбия. У двудольных растений первичное строение наблюдается только В строении стеблей двудольных и однодольных растений есть существенные отличия. Более простым, менее подвинутым в эволюционном отношении является строение двудольного растения. Первичное строение стебля двудольного растения. На поперечном разрезе стебля различают три основные зоны – покровную ткань, первичную кору и центральный цилиндр. Покровная ткань – эпидермис. Эпидермис стебля незначительно отличается: его клетки несколько вытянуты вдоль стебля и имеют относительно меньше устьиц. Эпидермис стебля так же, как и эпидермис листа, может иметь дополнительные защитные образования – воск, кутикулу, волоски. Образуется эпидермис из наружного слоя верхушечной меристемы. Первичная кора занимает в стебле периферическое положение. Снаружи она ограничена эпидермисом, изнутри – эндодермой, которая является ее самым внутренним слоем.
Первичная кора состоит из двух тканей – колленхимы и основной паренхимы. Колленхима располагается поверхностно, подстилая эпидермис. В стебле двудольного растения встречаются все виды колленхимы – уголковая, пластинчатая, рыхлая, причем первая из них – чаще других. Колленхима в стебле развивается в разной степени. У георгина, тыквы, картофеля уголковая колленхима образует 5–8 рядов клеток, в стебле клевера – 1–2 ряда. В стеблях ребристых, четырехгранных и другой формы она располагается вертикальными тяжами, образуя соответствующие выпуклости стебля. Склеренхима в составе первичной коры у двудольных растений встречается редко. Основная паренхима составляет внутренний круг первичной коры. Ее клетки, округлые на поперечном сечении и слегка вытянутые на продольном, имеют обычное для этой ткани строение. Очень часто в паренхиме первичной коры, как и в колленхиме, имеются хлоропласты, что обусловливает зеленую окраску молодых стеблей. Для нее обычны клетки с кристаллами оксалата кальция, эфирными маслами и другими продуктами обмена. У многих двудольных и голосеменных растений первичную кору пронизывают млечники и смоляные ходы. Первичная кора – ткань основного обмена. Здесь энергично проходят процессы синтеза, о чем свидетельствует накопление в коре кристаллов оксалата кальция, смол, камеди, эфирных масел и других продуктов обмена. Внутренний слой первичной коры, окаймляющий центральный цилиндр, – эндодерма. В стебле она развита гораздо слабее, чем в корне, иногда морфологически не отличима от основной части коры. У некоторых растений эндодерма заметна хорошо, но она имеет иную характеристику. Клетки ее чуть крупнее основных клеток коры, слегка вытянуты в тангентальном направлении, часто содержат много крахмала. Крахмал не обнаруживает подвижности, а сохраняется в эндодерме постоянно, поэтому эндодерму иначе называют крахмалоносным влагалищем.
В эволюционном плане наблюдается редукция эндодермы в стебле. У папоротников и голосеменных растений эндодерма развита лучше, чем у цветковых. Центральный цилиндр состоит из перецикла, проводящих тканей, сердцевины и сердцевинных лучей. Перицикл – наружный слой центрального цилиндра, отделяющий кольцо проводящих тканей от тканей первичной коры. По происхождению он представляет собой производное наружных слоев меристематического кольца. В отличие от корня, где перицикл долго сохраняет меристематическую активность, в стебле происходит ранняя дифференциация перицикла. В типичных случаях (стебли кирказона, камнеломки, гвоздики, тыквы) наружная часть перицикла дифференцируется – механическую ткань — склеренхиму, внутренняя — в основную паренхиму. В стеблях других растений (подсолнечник, лен, клевер, гречиха) кольцо перициклических волокон не образуется. Волокна развиваются только над проводящими пучками, между ними остается слабо дифференцированная паренхимная ткань. Волокна, «возглавляющие» проводящие пучки и называемые обычно лубяными, поскольку они примыкают к лубяной части пучка, многие ботаники относят к перициклу. Однако - есть сведения о том, что лубяные волокна являются производными прокамбия, а не перицикла. Следовательно, они связаны с флоэмой не только по положению, но и онтогенетически, так как образуются в результате дифференциации первых элементов флоэмы. Перицикла в таком случае в стебле нет, проводящие ткани непосредственно граничат с первичной корой и располагаются за перициклом, образуя почти правильный круг. У громадного большинства растений проводящие ткани слагаются в пучки, между которыми остаются радиальные участки основной паренхимы - сердцевинные лучи. Некоторые двудольные растения не обнаруживают пучкового строения даже на ранних этапах развития. У них прокамбий закладывается сплошным кольцом, а не отдельными тяжами, как в первом случае. Соответственно развиваются и первичные проводящие ткани, образуя почти непрерывный цилиндр (на поперечном разрезе - кольцо) с очень узкими сердцевинными лучами. Такое строение имеют стебли сурепки, табака, вероники, сливы, липы и многих других растений.
Проводящие пучки в стебле двудольных растений коллатеральные и биколлатеральные. И те и другие открытые. Камбий лежит меду флоэмой и ксилемой. Собственно камбий и прилегающие к нему еще недифференцированные его производные образуют камбиальную зону. Сердцевидные лучи соединяют первичную кору и центральную часть стебля – сердцевину. Сердцевинные лучи находятся в непосредственном контакте с проводящими элементами, и их роль также проводящая. По сердцевинным лучам ток воды, минеральных и органических веществ распространяется в горизонтальной плоскости, передвигаясь в радиальном направлении – от проводящего пучка к живым клеткам коры и сердцевины. Клетки сердцевинного луча живые, паренхимные, слегка вытянутые в радиальном направлении. Их количество, ширина, сложение зависят от вида растений, возраста, количества листьев на побеге. Сердцевина стебля – паренхимная ткань. Её центральная часть состоит из более крупных клеток, периферическая часть – из более мелких. У многих растений, особенно многолетних, центральная часть сердцевины отмирает и на ее месте образуется полость. Периферическая часть сердцевины преимущественно остается живой и выполняет запасающую функцию. Она называется перимедуллярной зоной (от греч. peri – вокруг, medulla – сердцевина). Эта часть стебля иногда окрашивается под воздействием накапливающихся продуктов обмена. Вторичное строение стебля Камбий, его строение и функции. Развитие вторичного строения. Вторичная кора. Вторичная древесина. Травянистые и древесные стебли. Камбий, его строение и функции. Началом вторичных изменений в стебле является заложение камбия, деятельностью которого они обусловлены. Он образуется в пучках (пучковый камбий) и сердцевинных лучах (межпучковый). Первый появляется очень рано и берет начало от прокамбия. От него отличается тем, что клетки камбия на поперечном разрезе имеют прямоугольные очертания (клетки прокамбия — многоугольные), а также характером своих производных. Межпучковый камбий имеет иное происхождение. Он образуется в сердцевинном луче путем деления клеток основной паренхимы. Клетки делятся правильными параллельными перегородками, в результате чего из округлых клеток паренхимы вычленяются ровные, прямоугольные на поперечном разрезе клетки камбия. Камбий появляется сначала в клетках, прилегающих к пучку, затем распространяется в глубь сердцевинного луча. Межпучковый и пучковый камбий образуют в стебле сплошное камбиальное кольцо.
Клетки камбия прозенхимны по форме, длина их превышает ширину в десятки раз. Особенно длинны клетки камбия у голосеменных растений—до 5000 мкм. На тангентальных продольных разрезах они почти правильной прямоугольной формы. Клетки камбия живые, имеют цитоплазму, ядро и все присущие им органеллы. Клетка зрелого камбия сильно вакуолизирована. Состояние цитоплазмы меняется по сезонам, в ней можно заметить медленное движение. Ядро продолговатое, находится в центральной части клетки. Имеются лейкопласты и запасные питательные вещества в виде масла. В радиальных стенках клетки есть простые поры. Камбиальные клетки у высокоорганизованных растений располагаются правильными рядами. Такой камбий называется ярусным. При образовании новых клеток и тканей камбиальные клетки делятся и тангентальной плоскости. Ядро располагается в центре клетки и делится кариокинетическим путем. Первичная клеточная оболочка образуется между дочерними ядрами, затем наращивается к полюсам клетки. Одна из дочерних клеток остается камбиальной, вторая дифференцируется в клетку постоянной ткани, коры или древесины. Кроме прозенхимных, в состав камбия входят короткие округлые клетки — материнские клетки сердцевинных лучей. В кольце камбия их намного меньше, чем клеток прозенхимных. Участки таких клеток располагаются на равном расстоянии друг от друга. В связи с увеличением объема осевых органов кольцо камбия непрерывно удлиняется, число его клеток по окружности увеличивается путем периодических делений в радиальной плоскости. Процесс деления камбиальных клеток описан Бейли (1920). Развитие вторичного строения. Форма вторичных изменений зависит от особенностей первичного строения и способа заложения прокамбии. Различают три основных типа вторичного роста: Aristolochia (кирказон)-тип, Heliantus (подсолнечник)-тип, Tilia (липа)-тип. В первом случае (кирказон-тип) в стебле хорошо выражены первичные проводящие пучки, разделенные широкими сердцевинными лучами. Вторичные проводящие ткани образуют пучковый камбии, межпучковый - только лучевую паренхиму. В результате вторичного роста увеличиваются размеры проводящих пучков. Образующиеся вторичные ткани оттесняют первичные к периферии пучка. Однако пучковое строение сохраняется. Такую форму вторичного роста имеют кирказон, ломонос, виноград и другие растения.
Подсолнечник-тип характеризуется тем, что первичные проводящие ткани также сочетаются в пучки. Но вторичные проводящие ткани образуются как пучковым, так и межпучковым камбием. Вторичные проводящие пучки, образуемые межпучковым камбием, отличаются от первичных меньшими размерами и отсутствием механической ткани над пучком, которая имеет перициклическое происхождение. При продолжительном действии камбия вторичных пучков становится все больше. Они разрастаются, и наконец, сливаются между собой, образуя сплошное вторичных проводящих тканей. Такую форму вторичного роста имеют имеют фасоль, гречиха, георгин и др. Липа-тип характеризуется отсутствием пучкового строения даже на ранних этапах развития стебля. Первичные проводящие ткани образуют здесь почти сплошной цилиндр (на поперечном разрезе — кольцо) с очень узкими сердцевинными лучами. Вторичные проводящие ткани также наращиваются сплошным кольцом. Кроме названных типов, известны разнообразные типы вторичного роста, вызванные заложением дополнительных колец камбия, одного или нескольких, в необычном месте — в перицикле (у маревых), в перимедуллярной среде сердцевины (у щавелей). Дополнительный камбий формирует проводящие пучки, коллатеральные и концентрические. Вторичная кора. Иначе она называется вторичной флоэмой или вторичным лубом. От первичной коры отличается происхождением, функцией и гистологическим составом. Первичная кора образуется в результате дифференциации клеток верхушечной т.е. первичной, меристемы и состоит из основной паренхимы. Она располагается кнаружи от центрального цилиндра, составляя самую периферическую часть стебля. Вторичная кора в Морфологически и функционально важнейшими элементами флоэмы являются ситовидные трубки. У цветковых растений они обнаруживают большое разнообразие формы. Встречаются ситовидные трубки с короткими и длинными члениками, с горизонтально и сильно наклонными конечными стенками, с одной или многими ситовидными пластинками. Флоэма голосеменных растений не имеет клеток-спутников. Она состоит только из ситовидных трубок, на радиальных стенках которых находятся многочисленные ситовидные пластинки. Механическая ткань во флоэме представлена лубяным волокном. Его клетки прозенхимны по форме, содержимого не имеют, оболочки сильно утолщаются и одревесневают, поры простые, округлые или щелевидные. Количество лубяных волокон во флоэме, форма и размер клеток, их расположение относительно разнообразны. У многих растений лубяное волокно в виде тангентальных полосок чередуется с участками ситовидных трубок и паренхимы. В других случаях лубяные волокна располагаются рассеянно между элементами мягкого луба или радиальными рядами. Лубяное волокно разных растений одревесневает в разной степени. Кроме склеренхимы, в составе вторичной флоэмы довольно обычны каменистые клетки. Они имеются во флоэме платанов, бука, тсуги. С возрастом их количество увеличивается. Лубяная паренхима располагается вертикальными рядами, параллельными ситовидным трубкам. Клетки по форме могут быть сильно вытянутыми, почти веретеновидными или, чаще, только слегка вытянутыми в продольном направлении. Так же, как и лубяное волокно, флоэмная паренхима располагается параллельными рядами или рассеяно среди других элементов флоэмы. Клетки лубяной паренхимы живые, тонкостенные, содержат запасы питательных веществ в виде крахмала или масла. У некоторых растений флоэмная паренхима отсутствует или ее очень мало. Вторичная древесина. Образуется камбием и наращивается в центробежном направлении. У некоторых однолетних растений она входит в состав проводящих пучков и виде части древесины, прилегающей к камбию. У большинства растений вторичная древесина образует сплошное кольцо, расположенное внутрь от камбия. У многолетних растений прирост древесины возобновляется ежегодно и общая масса ее в стебле становится очень значительной. У большинства многолетних растений нашей климатической зоны в древесине заметна концентрическая слоистость. Это объясняется периодичностью в деятельности камбия. Камбий начинает функционировать рано весной и прекращает деятельность во второй половине лета. Прирост древесины за один год называется годичным кольцом. Анатомически годичное кольцо неоднородно. Весенняя, или ранняя, древесина состоит из более крупных и тонкостенных клеточных элементов, летняя, или поздняя, из более мелких и толстостенных элементов. Поэтому границы смежных годичных колец хорошо выражены, чем и объясняется концентрическая слоистость в сложении древесины. Вторичная древесина, как и первичная выполняет водопроводящую, механическую и запасающие функции. В соответствии с ними в состав вторичной древесины входят ткани: проводящая в виде сосудов и трахеид, механическая в виде склеренхимы и запасающая в виде основной паренхимы. Строение названных анатомических элементов, их относительное количество и расположение придают древесине разных растений специфические особенности, характерные для определенной таксономической группы. Древесина лиственных растений имеет сложный гистологический состав и разнообразное строение. Сосуды разных растений отличаются размерами, строением перфорационной пластинки, типом утолщения клеточной стенки (см. лекцию 12). По расположению сосудов в годичном кольце различают древесину кольцесосудистую и рассеяннососудистую. В первом случае сосуды располагаются преимущественно в ранней древесине, в поздней древесине имеются только мелкие сосуды или они совсем отсутствуют. Кольцесосудистой является древесина дуба, ясеня, ильма. Во втором случае сосуды расположены равномерно по всему годичному кольцу, хотя размер их в поздней древесине несколько уменьшается. Рассеяннососудистая древесина у тополя, клена, березы. Между двумя этими типами существуют переходные фор мы. Трахеиды имеются в древесине почти всех цветковых растений, но занимают в ней разное место. Они либо равномерно располагаются по всему годичному кольцу, либо преимущественно находятся в поздней древесине. На поперечном разрезе трахеиды почти не отличимы от либриформа, на продольном же отличаются наличием окаймленных пор в радиальных стенках. В древесине многих растений можно видеть переходные формы от трахеид к либриформу. Кроме того, встречается так называемый перегородчатый либриформ. Его исходная веретеновидная клетка с толстыми вертикальными стенками поделена поперечными стенками на отдельные короткие живые клетки. Такие гистологические элементы приближаются морфологически и функционально к древесинной паренхиме. Соотношение названных компонентов древесины — судов, трахеид, волокон либриформа, древесинной паренхимы - разное и зависит от эволюционной подвинутости вида. Естественно предполагать, что первичными элементами древесины являются трахеиды. Об этом свидетельствует тот факт, что только из них состоит древесина голосеменных растений и некоторых наиболее древних и примитивных видов цветковых. Трахеиды первоначально совмещают в себе все функции древесины. Впоследствии происходит дифференциация трахеид, которая приводит к разделению функций и возникновению специализированных проводящих элементов – сосудов - и механических — либриформа. В эволюционно подвинутых формах функции древесины выполняют высоко специализированные элементы — сосуды, либриформ, древесинная паренхима, - а трахеиды развиты слабо пли отсутствуют вовсе. Древесина состоит полностью из трахеид у некоторых видов магнолиевых и нимфейных; примерно равное соотношение трахеид и сосудов в древесине дуба, бука, рябины, только сосуды – в древесине ясеня. Существенные функции в древесине выполняет основная паренхима. Ее количество и расположение в древесине неодинаковы у разных видов растений. Древесинная паренхима выполняет запасающую и проводящую роль. Клетки паренхимы живые, по форме округлые или слегка вытянутые в одном направлении, их утолщенные оболочки с простыми порами. Располагается древесинная паренхима горизонтальными и вертикальными рядами. Первые образуют сердцевинные лучи, вторые – собственно древесинную паренхиму. Если паренхима располагается преимущественно по внешней границе годичного кольца, она называется терминальной (лиственницы, манголии, ивы). Древесинная паренхима называется диффузной, если она непосредственно не связана с сосудами, а располагается рассеяно по всему годичному кольцу. Она характерна для древесины дуба, груши, липы. Древесинная паренхима называется паратрахеальной, если располагается около сосудов, как в древесине клена или ясеня. Паратрахеальная паренхима относительно лучше приспособлена к выполнению своих функций: проведению веществ, обеспечению контакта между водопроводящими элементами древесины и живыми тканями растения. По данным советского исследователя Г. Б. Кедрова, все живые элементы древесины, вертикальная паренхима и паренхима сердцевинных лучей образуют единую связную систему, что обеспечивает проведение веществ не только в радиальном, но в вертикальном и тангентальном направлениях. Вторичные сердцевидные лучи в отличие от первичных - производные камбия. Они возникают из специальных камбиальных клеток — инициалей лучей, которые образуются в свою очередь в результате неравномерного деления веретеновидных камбиальных клеток. Образующаяся при таком делении большая клетка остается инициалью вертикальных элементов древесины (трахеид, сосудов, волокон либриформа), а меньшая становится инициалью луча. Камбиальные клетки — инициали лучей — возникают с определенной периодичностью, поэтому расстояние между вторичными сердцевинными лучами в тангентальной плоскости является постоянным (для древесины данного вида). Сердцевинный луч возникает как однорядный, однако последующие деления первых производных камбия приводят к возникновению двух- и многорядных лучей Клетки сердцевинного луча вытянуты в радиальном направлении и выполняют проводящую функцию. Краевые клетки луча могут быть вытянуты в вертикальном направлении. Посредством этих клеток осуществляется контакт с сосудами. В них откладываются в запас питательные вещества. Луч называется гомогенным, если слагается из одинаковых клеток, гетерогенным — если состоит из клеток, разных по строению. Сердцевинные лучи бывают узкие, если слагается из 1—2 рядов клеток, и широкие, если состоят из многих рядов клеток. В средней части каждый сердцевинный луч расширяется. В древесине дуба имеются сердцевинные лучи двух типов — однорядные и многорядные, состоящие из 18—20 рядов клеток. На долю сердцевинных лучей приходится до 20% объема древесины (у голосеменных растений — до 5%). Вторичные сердцевинные лучи отличаются от первичных происхождением (из вторичной меристемы), а также морфологически: они уже, короче, не бывают сквозными, т. е. не доходят до сердцевины и первичной коры. Функциональных различий между ними нет. Древесина голосеменных растений более однородна по составу. От древесины цветковых растений ее отличает отсутствие сосудов и специализированной механической ткани. Водопроводящие ткани в древесине голосеменных представлены трахеидами, они же выполняют и механическую роль. Ранние трахеиды относительно крупны, тонкостенны, с угловатыми очертаниями на поперечном срезе. Поздние трахеиды сплющены в радиальном направлении, толстостенны, на поперечном разрезе имеют прямоугольные очертания и узкие полости. При постепенном переходе от ранней древесины к поздней годичные кольца почти не заметны, например у пихты. В древесине сосны и лиственницы годичные кольца выражены хорошо. Характерный вид древесине сосны и ели придают смоляные ходы. На поперечном разрезе они имеют вид округлой полости, окруженной эпителиальными клетками (4—6 у сосны, 8—10 у ели). Наружные стенки смоляного хода толстостенны. Смоляные ходы, расположенные в древесине, —продольные, в сердцевинном луче — поперечные. Основной паренхимы в древесине голосеменных растений очень мало. Она присутствует там в виде сердцевинных лучей, кроме того, у сосны и ели в небольшом количестве располагается вдоль смоляных ходов, а у лиственницы — на внешней границе годичного кольца. Технологические свойства древесины зависят от ее анатомического строения. Насыщенность основной паренхимой, относительное содержание либриформа, толщина клеточных оболочек, количество и расположение сердцевинных лучей, способность к тиллообразованию — эти и другие анатомические особенности определяют удельный вес древесины, твердость, раскалываемость, скважность, степень деформации при высыхании и другие свойства. У многих древесных растений, лиственных и хвойных, древесина с возрастом дифференцируется на ядро и заболонь. Ядро — центральная часть древесины. От основной массы молодой древесины оно отличается своей окраской, которая зависит от накапливающихся смол, камедей и других конечных продуктов обмена. Ядро может быть окрашено в желтый, бурый, коричневый, вишневый, синий и другие цвета. Оно состоит из самых старых годичных колец и как проводящая ткань не функционирует, а выполняет только механическую роль. Благодаря большой прочности, красивой окраске, малому содержанию воды ядровая древесина высоко ценится как поделочный материал. Ядро образуется в древесине сосны, лиственницы, дуба, каштана, акации, ильма, барбариса и др. Периферическая часть древесины, по которой осуществляется передвижение воды и минеральных веществ, называется заболонью. У сосны и лиственницы заболонь составляет 20 и более годичных колец, у дуба — 8, у акации — 4, т. е. ядро у названных лиственных пород образуется значительно раньше, чем у хвойных. Разделение древесины на ядро и заболонь наблюдается далеко не у всех древесных растений. Если центральная часть древесины не функционирует как ткань проводящая, но цветом не отличается от молодой древесины, она называется спелой. Морфологически и функционально спелая древесина соответствует ядру, отличаясь от него только отсутствием специфической окраски. Заболонь и спелую древесину различают в стебле ели, пихты, липы, бука, осины. Некоторые древесные растения — клен, ольха, береза, осина — не образуют ни ядра, ни спелой древесины. Травянистые и древесные стебли. Травянистые стебли характеризуются относительно большой паренхиматизацией. Проводящие и механические ткани в них занимают относительно меньше места и находятся в непосредственном и очень тесном контакте с живыми клетками основной паренхимы. Древесные растения отличаются более компактным расположением проводящих и механических тканей, которые образуют мощно развитое кольцо. Основной паренхимой эта часть стебля древесного растения насыщена гораздо меньше. В строении стебля травянистых и древесных растений принципиальный отличий нет. Если в верхних междоузлиях стебля травянистого растения наблюдается пучковое строение, то в нижних уже формируется сплошное кольцо вторичной древесины. У древесных форм также самые молодые участки стебля имеют пучковое строение, но благодаря очень высокой активности камбия вскоре развивается вторичная древесина, образующая первое годичное кольцо. Древесные стебли являются первичными и более примитивными формами, травянистые — вторичными и более подвинутыми в эволюционном отношении. Доказательствами служат следующие факты. Во-первых, травянистые стебли обнаруживают сходство с древесными в нижних междоузлиях, наиболее консервативных в своем строении. В их структуре обычно проявляются признаки, присущие предкам (В. Г. Александров, А. Л. Тахтаджян). Кроме того, по степени специализации проводящих тканей древесные формы более примитивны. Для травянистых же характерны самые совершенные виды сосудов, состоящие из коротких члеников с простой перфорацией. Самые примитивные семейства в типе цветковых представлены полностью или преимущественно древесными формами. В более же эволюционно подвинутых семейств древесных форм относительно меньше или нет совсем. Если в одном семействе имеются и древесные и травянистые формы, то последние по строению стебля, цветка, приспособлениям к опылению оказываются более специализированными, древесные же виды — более примитивными. Эти и другие факты свидетельствуют о том, что древесные формы в типе цветковых растений являются первичными, а травянистые растения возникли в результате их эволюции.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|