Видоизменение листьев в жизни растений. Видоизменения органов растений. Как листья выполняют опорную и защитную функцию

Лист - обязательный вегетативный орган подавляющего большинства растительных организмов. Впервые мы знакомимся с его строением, изучая высшие споровые растения - мхи, имеющие листостеблевые формы.

К таковым относятся, например, сфагнум и кукушкин лен. Являясь боковыми частями побега, листья обычно состоят из листовой пластинки и черешка, которым крепятся к стеблю. Они выполняют важнейшие функции: служат главными органами, осуществляющими фотосинтез, транспирацию (испарение воды) и дыхание. Если же по каким-то причинам эти вегетативные органы вынуждены принимать на себя еще и другие функции, то у растения происходит видоизменение листьев. В нашей статье мы и будем выяснять, какие же условия приводят к возникновению нетипичного строения и особых свойств листовых пластинок у высших споровых, голосеменных и цветковых растений.

Влияние абиотических факторов на морфологические признаки организма

Условия среды обитания - это мощные формообразующие силы, способные коренным образом изменить внешнее строение как растений, так и животных. Возникающие у них адаптации носят приспособительный характер и были хорошо изучены еще Ч. Дарвином. Ученый считал их появление результатом действия борьбы за существование - одного из движущих факторов естественного отбора. Именно с такой позиции и объясняет современная биология видоизменение листьев, наблюдающееся у некоторых биологических видов. Всем известны примеры, иллюстрирующие особенности строения организмов-ксерофитов. Вынужденные обитать в среде, где лимитирующим фактором является вода, растения южных степей, полупустынь и пустынь имеют низкий коэффициент транспирации.

Он объясняется уменьшением испаряющей площади листовых пластинок. В конце концов видоизменение листьев достигает у ксерофитов такого уровня, что они превращаются в колючки, например у саксаула или кактусов. Переход листьев в чешуи, потерявшие способность к фотосинтезу, у хвощей имеет ту же причину.

Как листья выполняют опорную и защитную функцию

Из курса ботаники известно, что механическими свойствами обладают такие части растения, как корень и стебель. Ткани листовой пластинки не имеют достаточно развитой системы укрепляющих элементов, за исключением разве что сосудисто-волокнистых пучков, расположенных в жилках. Однако для некоторых растительных видов с вьющейся формой стебля и слабым, поверхностным типом корневой системы присуще особое строение листа. Видоизменение листьев, например, у гороха посевного выражается в появлении усиков, выполняющих опорную функцию и фиксирующих стебель в пространстве. Свойство защиты от неблагоприятных условий характерно для сухих листьев - чешуй у луковиц или почек цветковых растений, прикрывающих собой нежные зачаточные листья.

Насекомоядные растения

Экзотические представители флоры: непентес и росянка - питаются гетеротрофно, как животные. Видоизменение листьев у них связано с новыми функциями: ловить и далее переваривать мелких насекомых, прилипших к стенкам листовых пластинок. Они покрыты клейкими волосками-ловушками, крепко удерживающими жертву. Интересно, что растения-хищники обычно обитают на почвах с низким содержанием азота, недостаток которого они с лихвой восполняют за счет полученных животных белков.

Примеры видоизменения листьев голосеменных и цветковых растений

Всем известен тот факт, что представителей класса Хвойные легко узнать по игольчатому строению их листьев, называемых хвоей. Она имеет малую поверхность и глубоко залегающие устьица, зимой закрывающиеся слоем воска. Все это помогает сосне, лиственнице, кедру свести к минимуму потерю воды в холодный период. Цветковые растения, например такие, как алоэ и молодило, сберегают влагу иначе. Их листья, наоборот, становятся мясистыми и сочными резервуарами, в которых вода сохраняется весь год.

Некоторые виды покрытосеменных форм (кактусы, акация, барбарис) свои листья- колючки применяют в качестве оружия. Оно защищает растение от механических повреждений или поедания животными. Можно привести много примеров, иллюстрирующих видоизменение листьев у различных биологических видов, формирующих современную флору Земли. Все они являются разного рода адаптациями, направленными на выживание растений в различных условиях среды обитания.

Лист - один из самых пластичных органов растения. В процессе приспособления к условиям среды обитания у всего листа или его части может произойти смена главной функции. Это приводит к качественным изменениям во внешнем облике и внутреннем строении листа, то есть возникают видоизменения или метаморфозы листа (рис. 32).

Это видоизменение характерно для растений, обитающих в сухом и жарком климате, хотя нередко они возникают и у растений других климатических зон. Колючки уменьшают транспирацию и защищают растения от поедания животными.

Метаморфоз всего листа в колючку характерен для кактусов. У многих астрагалов, эспарцетов в колючку превращается рахис сложного листа, у белой акации - прилистники.

Встречаются у растений, произрастающих на болотистых, торфяных, бедных минеральными веществами почвах. При помощи ловчих аппаратов росянка в средней полосе, венерина мухоловка в Северной Америке, непентес в тропической Азии используют богатую азотом и фосфором органическую пищу, переваривая животных. Строение ловчих аппаратов различно (кувшинчики непентесов, ловушки венериной мухоловки, листья росянки), но все они способны улавливать и переваривать насекомых и других мелких животных с помощью ферментов, выделяемых особыми пищеварительными железками.

Листопад

При достижении листьями предельных размеров в них начинаются процессы старения, приводящие к гибели листа. По мере старения в листьях снижается интенсивность фотосинтеза и дыхания, уменьшается содержание в тканях белкового азота и РНК. Начинают преобладать процессы распада, а не синтеза. Органические вещества оттекают из старых тканей листа. Одновременно с этим в листьях накапливаются некоторые соли, например кристаллы оксалата кальция.

Верным признаком старения листа является изменение его окраски. Листья теряют зеленую окраску в результате деградации хлоропластов. Пожелтение и покраснение листьев связано с накоплением в них каротиноидов и антоциана.

У однодольных и травянистых двудольных листья постепенно отмирают и разрушаются, оставаясь на стеблях. У деревьев и кустарников

листья опадают. Массовое опадание листьев называют листопадом . Опадание листьев обусловлено изменениями, происходящими в листе, а именно в месте прикрепления листа к стеблю. У основания черешка в поперечном направлении образуется специальный отделительный слой, состоящий из легко расслаивающейся паренхимы (рис. 33). Со стороны стебля ближайшие к основанию черешка клетки пробковеют и образуют защитный слой, сохраняющийся после опадания листа в виде листового рубца. Некоторое время лист держится за счет жилок. Но под действием силы тяжести листа и порывов ветра они разрываются, и листья опадают.

Листопад - важное приспособление растений к уменьшению испарения влаги. Также он предохраняет растения от механических повреждений в зимний период.

Главными функциями листьев можно назвать фотосинтез и испарение воды. Чтобы выполнять эти функции наиболее эффективно, лист должен иметь форму пластинки, т. е. обладать большой поверхностью и быть тонким. Таковыми и являются листья большинства растений. Однако у некоторых растений листья в процессе эволюции видоизменились (претерпели изменения) и стали непохожими на обычные листья. Причина данного явления заключается в том, что листья начали выполнять другие функции, не связанные с фотосинтезом и испарением.

Листья ряда растений засушливых мест обитания видоизменились в колючки . Такие листья, с одной стороны, почти не испаряют воду, с другой стороны, защищают растения от поедания животными. Примером растений пустынных мест с колючками являются различные кактусы. Фотосинтез у них протекает в расположенных ближе к поверхности клетках толстого стебля. Также в стебле запасается вода. Таким образом, видоизмененные в колючки листья утратили обе свои главные функции (фотосинтез и испарение), но в замен стали выполнять защитную функцию.

Листья-колючки можно наблюдать не только у растений пустынь и полупустынь. Колючки есть у барбариса, кустов розы, шиповника и др. Однако у этих растений не все листья видоизменены в колючки, а только некоторые. При этом функция колючек здесь такая же как у кактусов - защита от поедания животными.

На фото видны колючки - видоизмененные листья шиповника

Листья других растений засушливых мест обитания приспособились к недостатку влаги иным способом. Так у алоэ и агавы листья видоизменились в толстые и сочные образования, в которых запасается вода . А чтобы уменьшить испарение такие листья покрыты восковым налетом, волосками, имеют меньше устьиц. В данном случае листья видоизменились так, что не утратили свои основные функции, при этом приобрели дополнительную - запасание воды.

Есть растения, у которых листья видоизменены в усики . Этими усиками растение цепляется за опору и удерживается в вертикальном положении. Примером растениями с усиками являются горох, чина, вика и другие бобовые. У гороха в усики превращены верхние части листьев.

В природе существуют насекомоядные растения. Их листья видоизменены в своеобразные ловчие аппараты . Когда насекомое садится на лист растения росянки, то приклеивается к нему, т. к. лист покрыт волосками, выделяющими вязкую массу. После этого волоски и сам лист сворачиваются. Внутри образовавшейся полости насекомое переваривается за счет выделяемых листом ферментов. Из насекомого росянка усваивает богатые азотом органические вещества. Именно из-за нехватки азота и других микроэлементов в местах своего обитания листья росянки приобрели столь специфическую функцию.

Еще одним видоизменением листьев являются чешуи . При этом чешуи бывают разными, т. к. выполняют различные функции. Например, у лука в луковице листья превращены в сочные чешуи, в которых откладывается запас питательных веществ. Другие чешуи покрывают почки. В этом случае они выполняют защитную функцию.

Нарастания побега экзогенно возникает зачаток листа. Он располагается ниже верхушки побега и имеет вид овального бугорка. Клеточки зачатка листа делятся во всех направлениях, таким образом, листочек растет как в толщины, так и в высоту. Как только рост в толщину прекращается, листок приобретает плоский вид.

Различают две части зачатка листа: апикальную (верхняя) и базальная (нижняя). Верхушечный рост зачатка листа ограничен и длится недолго. Когда перестает расти верхушка листа, основание продолжает расти. Другими словами акропетальный рост заканчивается и начинается базипетальный рост. Таким, образом верхушечная меристема заканчивает свою функция роста, а вставочные меристемы начинают свое развитие.

Из верхней части зачатка листа непосредственно развиваются листовая пластинка и черешок, а из нижней - основание листа и прилистники. Иногда уже в почке формируется заложение частей листа, и когда входит он из почки, разрастаются уже заложенные части и дифференцируются их анатомические структуры. Одним из самым последнем разрастается черешок.

Замечание 1

Стоит отметить, что не все листья имеют черешок.

Пластинка листа довольно равномерно увеличивается в размерах. Лист моносимметричен у большинства растений. Лист имеет две поверхности – дорзальную (спинная) и вентральная (брюшная). Спинная поверхность в почке находится внутри, примыкает таким образом к стеблю, а в развившемся листе – вверху. Брюшная, наоборот, в почке находиться снаружи, а в развившимся листе внизу.

Видоизменение листьев (Метаморфозы)

Листья видоизменяются в зависимости от условий произрастания растения, и в связи с приспособлением растений определенным функциям. Колючки, чешуйки, усики, филлодии, нарастание волосков на листе все это видоизменение листьев.

Колючки у растений выполняют две функции, меньшее испарение воды (кактус в пустыни) и защита от животных. Колючки имеют различное расположение на стебле. Например, у барбариса колючка располагается под листом, у боярышника находится в пазухе листа. У кактуса листовая пластинка превратилась в колючку. У астрагала в колючку видоизменился рахис сложного листа, у акации прилистник.

Побеги лиан приспособились для опоры, чтобы занять некое положение в пространстве. Похожую функцию выполняют видоизмененные листья в усики у гороха, чины, они помогают растению двигаться благодаря своей цепкостью.

Чешуйки у луковичных растений играют особую роль, они накапливают питательные вещества. Также покрывные чешуйки почек, луковиц, корневищ выполняют защитную функцию.

Ловчие аппараты как видоизменение листьев свойственны насекомоядны растениям. Листья видоизменены и напоминают кувшинки, урночки, захлопывающие липкие пластинки. Клейкие волоски росянки питают растения, насекомое попадает на липкую поверхность, листочек закрывается и, начинается разложение животного, под действием ферментов. Это видоизменение произошло за счет того, что растение произрастало на почве с дефицитом минеральных веществ.

Мешковидные видоизменения листьев встречаются у эпифитного растения влажного тропического леса. В таких образованиях накапливается вода и гумус. В итоге, в листьях формируется придаточные корни, снабжающие растения влагой.

Филлодии покрывают побеги плауна, т.е. представляют собой выросты на стебле. Они бывают зеленые, и т.о. могут фотосинтезировать, а могут нести на себе спорангии в виде мешочков, в которых образуются споры. Филлодии также имеются у акации. Черешок акации превращен в плоское листоподобное образование.

Волосяной покров и восковой налет на листьях приспособлен для того, чтобы удерживать влагу, и задерживать процесс испарения. Блестящая поверхность фикуса отражает лучи света, что способствует меньшее испарении воды растением.

Зубчики по краям растений приспособлены для выражения протекания процессов фотосинтеза и транспирации. Таким образом, происходит конденсация, что приводит к образованию росы.

Феромоны, яды, аромомасла, кристаллизационные минералы вырабатываемые листьями, способны отпугивать вредителей. Лепестки осуществляют опыление насекомых.

Замечание 2

Таким образом, видоизменение листьев, способно приспосабливать растения к окружающей среде, и иметь устойчивость к неблагоприятным условиям.

Листорасположение листьев

Листорасположение листьев, или филлотаксис – это порядок размещения листьев на стебле, таким образом, отражающий симметрию в структуре побега. От порядка заложенных листовых зачатков на конусе нарастания зависит расположение листа. У большинства растений листья располагаются непосредственно на стеблях и ветвях, таким образом, что можно установить общее правила их расположения. На первый взгляд кажется что листья расположены беспорядочно. Но если присмотреться к листьям то, увидим, что листья сидят попарно, один против другого, такое расположение называется супротивным. На некоторых растений, листовые пары чередуются, таким образом, они приходятся друг другу накрест, это называется сидящие накрест. Если на одном узле бывает три листа, которые между собой чередуются, а может даже от $4-10$ и больше листьев, то расположение называется кольчатым. Если на стеблях с кольчаторасположенными листьями, листья друг на друга сидят, то получается несколько вертикалей и параллельные между собой линии, которые называются ортостихами. Если провести линию от самого первого нижнего к ближайшему листу, потом от второго к ближайшему и т.д. до конца, образуется спиральная линия, то такое листорасположение называется спиральным.

В каждом многочленном листорасположении, кроме главной спирали, наблюдается второстепенные более крутые спирали. Они называются парастихами.

Рисунок 1.

Если от узла отходят три и более листьев, листорасположении называется мутовчатым. При розеточном листорасположением листья находятся в розетке, т.е. пучок листьев расположен по кругу из одного общего центра.

Листовая мозаика

Определение 1

Листовая мозаика – это своего рода расположение листьев растения в одной плоскости, таким образом, что бы обеспечивать наименьшее затенение листьями друг друга. Листья направляются перпендикулярно направлению лучей света. Все это результат неравномерного роста черешков и листовых пластинок, которые тянуться к свету и заполняют каждый освещенный промежуток. Листовая мозаика образуется абсолютно при любом листорасположении – супротивным, мутовчатым, розеточным, очередным или накрест супротивное.

Видоизменения органов растений- побегов, листьев, корней
Видоизменения подземных побегов
Клубень	Утолщенный мясистый побег – образуется на концах столонов. Глазки - почки	Картофель, топинамбур
Столон	Тонкий обесцвеченный подземный побег, на конце которого образуются клубни	Картофель
Луковица	Надземный или подземный укороченный побег с листоподобными сухими или сочными листьями и укороченным стеблем – донцем.	Лук, чеснок, тюльпан
Клубнелуковица	Внешне напоминает луковицу, но ее чешуевидные листья не являются запасающими; они сухие и пленчатые, а запасные вещества откладываются в утолщенной стеблевой части	Шафран, гладиолус
Корневище	Подземный побег многолетних растений, который внешне похож на корень. Корневище имеет узлы и междоузлия. В пазухах чешуевидных листьев – спящие почки	Пырей, ландыш, ирис, крапива
Видоизменения надземных побегов
Колючки	Твердые острые побеги без листьев или с недоразвитыми листьями.	Боярышник, яблоня, облепиха
Столоны	(бытовое название – «усы») горизонтальные ползучие побеги, способствующие размножению растения. На каждом столоне расположены розетки с придаточными корнями	Земляника, живучка ползучая
Усики	Тонкий цепкий побег, который выходит из пазухи листа.	Виноград, огурец
Суккулентные побеги	Толстый мясистый побег, приспособленный для накопления и сохранения большого количества воды.	Кактусы, молочай
Видоизменения листьев
Колючка (в её пазухе находятся почка или побег)	Защита	Кактус, барбарис
Ловчие аппараты насекомоядных растений	Захват и переваривание насекомых	Росянка, венерина мухоловка, непентес
Суккулентные листья - сочные, мясистые водозапасающие листья	Запас воды - листья имеют плотную восковую кутикулу и специальные влагозапасающие клетки	Очитки, агавы, алоэ
Усик (находится на месте листа)	Прикрепление к опоре	Горошки, чины
Чешуи - листья, лишенные хлорофилла тонкие	Защитная функция	Репчатый лук
Чешуи сочные	Запасание питательных веществ	Репчатый лук
Видоизменения корней
Запасающие корни	Откладывание запасных веществ в главном корне приводит к образованию корнеплодов, а в боковых и дополнительных корнях - корневых клубней ; корнеплоды и корневые клубни служат вместилищем питательных веществ	У моркови, редиса, свеклы (корнеплоды), георгины(корневые клубни)
Воздушные корни	Развиваются на надземных органах растений и обеспечивают поглощение дождевой воды или впитывают воду с очень влажной атмосферы	У тропических эпифитов(орхидеевых, бромелиевых)
Дыхательные корни	Между клетками корня находятся воздушные полости, корни растут вверх, поднимаются над поверхностью почвы и обеспечивают приток воздуха подземным частям растения	У тропических растений, растущих на заболоченных почвах (например, болотный кипарис)
Корни - присоски	На конце переходят в присоски - проникают в проводящие ткани другого растения и высасывают из него питательные вещества
Корни - прицепки	Дополнительные мелкие корни, которые развиваются на нижней стороне стебля и обеспечивают прикрепление растения к другим растениям, стенам и скалам	У лазящих лиан, фикусов, плющей
Опорные корни	Дополнительные ходульные корни, которые растут из стеблей вниз и закрепляются в почве. Боковые доскоподобные корни, которые прилегают к стволу и помогают ему поддерживать крону	У фикусов (баньяна), некоторых пальм, кукурузы. У тропических деревьев, слабо выражены у бука, вяза

Гомологичные и аналогичные органы.

У растений различают гомологичные и аналогичные органы.

Гомологичные органы имеют одинаковое происхождение, но могут различаться формой и выполняемыми функциями, например луковица и корневище .

Аналогичные органы , наоборот, внешне сходны, выполняют одинаковые функции, но имеют разное происхождение, например колючки барбариса и боярышника .

корнеплоды

Примеры аналогичных органов

Морфология растений представляет много примеров аналогичных органов , т . е . таких образований , происхождение которых различно , но функции одинаковы . Так , корни аналогичны ризоидам , колючки - шипам , семена - спорам .

У растений гомологичными органами являются заросток папоротника, первичный эндосперм семязачатка сосны, зародышевый мешок цветкового растения. Все они образуются из спор , имеют гаплоидный набор хромосом и несут женскую гамету - яйцеклетку. Но заросток папоротника - автотрофное растение с архегониями. Первичный эндосперм сосны входит в состав семязачатка, а затем - семени в качестве запасающей ткани. Сформированный зародышевый мешок имеет восемь клеток, и лишь три из них принимают участие в развитии семени, остальные отмирают. Гомологичные органы свидетельствуют о том, что в ходе приспособительной эволюции признаки претерпевают глубокие изменения, которые приводят к образованию новых видов, родов и более крупных систематических групп животных и растений.

Гомологичными органами называются такие, которые имеют одинаковое происхождение, но строение и функции их различны (например, лепестки цветка и усики гороха произошли из листа, а внешнее строение и функции их различны).

Кактус

Барбарис

Дикая яблоня

Дикая груша

Облепиха

Боярышник

Примечание:

Колючки не следует смешивать с шипами, имеющимися на стеблях шиповника, крыжовника, малины. Шипы отличаются от колючек меньшими размерами, это выросты поверхностных тканей стебля, а не видоизменения какого либо органа.

Корневище обычно не несет зеленых листьев, но, будучи побегом, сохраняет метамерную структуру. Узлы выделяются либо по листовым рубцам и остаткам сухих листьев, либо по живым чешуевидным листьям, также в узлах располагаются пазушные почки. По этим признакам корневище легко отличить от корня. Как правило, на корневище формируются придаточные корни; из почек вырастают боковые ответвления корневища и надземные побеги