Видоизмененные побеги, по сравнению с традиционными надземными органами растений, способны выполнять дополнительные функции. Благодаря каким чертам строения это возможно?

Особенности строения побега

Побегом называют наземную часть растения. Его основой является стебель. Это осевая часть побега, на которой расположены листья и почки. В зависимости от расположения в пространстве, различают прямостоячие, стелющиеся, вьющиеся, ползучие, цепляющиеся побеги.

Места прикрепления листьев к стеблю называются узлами, а расстояние между ними - междоузлием. На побеге также располагаются зачаточные органы, которые называются почками. Если из них развиваются листья, они являются вегетативными, а если цветки - генеративными.

Функции побега

Надземный орган растений осуществляет функцию вегетативного размножения. В ходе этого процесса от целого организма отщепляется многоклеточная часть, за счет которой восстанавливается его целостность.

Важную роль побег играет в осуществлении роста и регенерации. Благодаря наличию в клетках зеленых пластид хлоропластов, лист обеспечивает растение органическими веществами, которые синтезируются в ходе фотосинтеза. Полученные в результате углеводы используются для осуществления различных процессов жизнедеятельности.

Видоизмененные подземные побеги

Но для выполнения дополнительных функций типичных черт строения недостаточно. Поэтому в природе часто встречаются видоизмененные побеги. Благодаря формированию различных утолщений и изменению формы они могут запасать воду, а также питательные вещества, обеспечивать жизнеспособность растений в неблагоприятный период, занимать выгодное положение в пространстве.

Видоизменения или метаморфозы побега могут развиваться в почве или же быть надземными. К первой группе относятся клубни, луковицы и корневища. Надземными видоизменениями побега являются усы, усики, колючки. Рассмотрим их строение более подробно.

Луковица

Хорошо всем знакомые лук и чеснок также являются подземным видоизменением побега. В его основании находится плоский стебель, который называется донцем. На нем развиваются вегетативные почки, из которых формируются листья. Они бывают трех видов:

• пленчатые;
• сочные;
• молодые.

Листья первого типа выполнят основную функцию луковицы. В них запасаются вода с растворами минеральных веществ. Сухие пленчатые листья являются защитой от механических повреждений и неблагоприятных условий. Из вегетативных почек донца вырастают молодые листья, которые часто называют зеленым луком.

Луковичные растения под землей переносят засуху и морозы. Так, например, тюльпаны, крокусы, лилии вырастают и отцветают на протяжении влажного и теплого времени года, после чего под землей образуются молодые луковицы. Их обычно выкапывают после цветения, хранят в прохладном месте, а в конце лета рассаживают.

Почему клубень - видоизмененный побег?

Многие видоизмененные побеги растут под землей. К примеру, клубни картофеля или топинамбура. Поэтому их часто путают с другим вегетативным органом растений - корнем. Доказать, что клубень - видоизмененный побег, очень легко. Его утолщенная часть является стеблем. В нем накапливается запасной углевод растений крахмал. Покровной тканью этого побега является кора. Ее мы срезаем, когда "чистим картошку". Еще одним доказательством является наличие почек. Они называются глазками. Весной из них развиваются молодые побеги.

Корневище

Корневище - это видоизмененный побег, который также расположен под землей. Несмотря на название, к подземному органу растений он не имеет никакого отношения. Корневище состоит из удлиненных междоузлий, на котором развиваются вегетативные почки. Весной из них развиваются листья. Почвенное питание осуществляет мочковатая корневая система, которая растет пучками.

Если вы когда-нибудь пытались избавиться от злостного сорняка пырея, то знаете, что сделать это достаточно сложно. Зачастую вырывая из почвы листья, мы оставляем сам побег с жизнеспособными вегетативными почками, поэтому через определенное время они появляются снова. Наличие корневища характерно для ландыша, купены, мяты, ирисов, спаржи.

Усы и усики

А эти надземные видоизмененные побеги часто путают между собой из-за похожих названий. На самом деле они имеют разное происхождение, а поэтому и функции. Усы, или столоны, встречаются у клубники, земляники, хлорофитума, камнеломки. Чаще всего, это стелющиеся побеги с удлиненными междоузлиями и системой придаточных корней. На них развиваются простые листья. Эти структуры способны укореняться и давать начало новому организму. Так они осуществляют половое размножение.

Усики же формируются у винограда, чины, гороха, бобов. Они могут развиваться из стебля или листьев. Они помогают лазящим растениям держаться за опору. По мере роста, усики, подобно спирали, закручиваются вокруг различных предметов. Как правило, если подобные структуры не соприкасаются с опорой, они засыхают и отмирают.

Кладодий

Практически у каждого любителя комнатных цветов в доме растет зигокактус ("декабрист"). Его побег называется кладодий. Данное видоизменение представляет собой уплощенный стебель, который выполняет функцию листьев. Это проявляется в том, что кладодий осуществляет фотосинтез. Стеблевое происхождение доказывает формирование на нем цветков, которые никогда не образуются на листьях. Такие же видоизмененные побеги встречаются у опунции, спаржи, смилакса.

Значение видоизменений побега

Метаморфозы вегетативных органов значительно увеличивают адаптационные способности растений. Видоизмененные побеги выполняют в организме растений дополнительные функции в виде сохранения резерва веществ и предоставления дополнительного способа вегетативного размножения.

Человек же благодаря им получает большое количество посадочного материала. Мы употребляем в пищу клубни картофеля, луковицы порея и чеснока, которые богаты углеводами, биологически активными веществами и витаминами. Из корневищ валерианы и ландыша готовятся лекарственные настои.

Самыми распространенными видоизененными побегами в природе являются луковицы, клубни, усы, усики и корневища.

Корневище - подземный побег многолетних трав, полукустарников и кустарничков. Внешне корневище похоже на корень, но отличается от него горизонтальным расположением в почве, наличием чешуевидных листьев, рубцов от опавших почек и придаточных корней. На верхушке корневища развивается верхушечная почка, а в пазухах чешуй – пазушные почки. Из почек корневища ежегодно развиваются надземные побеги, отмирающие осенью. Внутреннее строение корневища типично стеблевое. Чаще всего, корневище является органом вегетативного размножения, а у ряда растений (кувшинка, ландыш) служит местом хранения питательных веществ.

Клубень видоизмененный побег с сильно утолщенным стеблем, в котором запасаются питательные вещества. Они возникают как утолщения на тонком подземном побеге – столоне. Место прикрепления клубня к столону называется его основанием. На клубне имеются верхушечные и боковые почки – глазки. Клубни образуются у таких растений как картофель, топинамбур. Они выполняют запасающую функцию и являются органами вегетативного размножения.

Луковица – укороченный подземный побег с сочными листьями, прикрепленными к короткому стеблю – донцу. На верхушке донца находится верхушечная почка, в пазухах сочных чешуй – боковые почки, дающие начало молодым луковицам- деткам. В сочных чешуях хранятся запасные питательные вещества. Снаружи луковица часто покрыта сухими чешуями, выполняющими защитную роль. Луковицы образуются у репчатого лука, лилии, чеснока, тюльпана.

Клубнелуковица внешне похожа на луковицу, но отличается от нее сильно разросшимся донцем, где хранятся питательные вещества. Сверху она покрыта сухими пленчатыми листьями. В клубнелуковице хорошо развиты верхушечные и пазушные почки, дающие начало цветоносному побегу и клубнелуковицам-деткам. Клубнелуковицы образуются у безвременника, гладиолуса, шафрана.

Рис.27. А-корневище:1-ландыш,2-пырей; Б-клубни картофеля, В-луковицы:1-репчатый лук,2-лилия-саранка,3-тюльпан; Г-клубнелуковица крокуса.

Лист

Лист – боковой вегетативный орган, растущий от стебля, имеющий двустороннюю симметрию и зону роста при основании. Основные функции листа:

Фотосинтез;

Газообмен;

Транспирация;

Депо запасных питательных веществ;

Орган вегетативного размножения.

Листья большинства растений имеют черешок и листовую пластину. Листья, не имеющие черешка, называются сидячими.

Листья бывают простые и сложные. Простые листья имеют одну листовую пластину. Сложный лист состоит из нескольких листовых пластинок, прикрепленных к общему черешку при помощи собственных черешочков.

Рис.28. Листья простые и сложные: 1-сирень, 2-яблоня, 3-клен, 4-клевер, 5-одуванчик, 6-шиповник, 7-малина, 8-земляника, 9-люпин.

Листья располагаются на стебле в определенном порядке. Листорасположение бывает трех типов: очередное - в стеблевом узле располагаются по одному листу (береза, тополь); супротивное – от узла отходят два листа, расположенные друг против друга (клен, сирень); мутовчатое – от узла отходит не менее трех листьев (бамбук).

Рис.29. Листорасположение: 1- очередное; 2-супротивное; 3- мутовчатое

Кроме того, листья различаются по типу жилкования.Жилки – это сосудисто-волокнистые пучки, хорошо различимые на листовой пластинке. Они выполняют механическую и проводящую функции. Различают три основные типа жилкования: сетчатое, параллельное и дуговое.Сетчатое жилкование подразделяют на перистое: от главной жилки отходят более мелкие (дуб, осина); и пальчатое: главные жилки отходят от основания листовой пластинки (клен). Такое жилкование чаще встречается у двудольных растений. Для однодольных растений более характерно параллельное жилкование: жилки располагаются параллельно друг другу(пшеница, кукуруза); и дуговое – жилки располагаются в виде дуг (ландыш).

Внутреннее строение листа соответствует выполнению им основных функций. С обеих сторон лист покрыт кожицей (эпидермисом), клетки которого бесцветны и прозрачны, что способствует пропусканию света к основным тканям листа. Наружные клетки кожицы, особенно с верхней стороны листа, утолщены и покрыты слоем воска или воскоподобного вещества, что защищает лист от перегрева и излишнего испарения воды. Этому способствует погружение устьиц вглубь листа, различные виды опушения. Среди бесцветных

Рис.30. Внутреннее клеток кожицы имеются парные бобовидные клетки,

строение листа содержащие хлоропласты, между которыми имеется щель. Это

устьица , а щель между ними называется устьичной щелью . На 1кв.мм листа находится 40 -300 устьиц, а иногда и больше. Через устьица осуществляется газообмен при фотосинтезе и дыхании, а также устьица регулируют процесс испарения воды листьями (транспирацию). Под кожицей находится мякоть листа(мезофилл). Она образована основной тканью, которая является фотосинтезирующей и представлена клетками двух типов. Под верхним эпидермисом располагается один или два слоя столбчатой или палисадной паренхимы. Клетки ее заполнены хлоропластами, плотно прилегают друг к другу. Основная функция – фотосинтез. Ниже располагается рыхлая (губчатая) паренхима. Клетки ее расположены беспорядочно, в них меньше хлоропластов, много крупных межклетников. Губчатая паренхима, кроме фотосинтеза, участвует в газообмене и транспирации.

Проводящая ткань листа представлена жилками или сосудисто-волокнистымипучками. Их сосуды проводят воду и минеральные соли, а ситовидные трубки – органические вещества. Механические волокна жилок придают листьям прочность.

При выполнении листьями дополнительных функций и под влиянием условий окружающей среды могут возникать видоизменения листьев. Это могут быть:

- листовые колючки (кактус, барбарис) - выполняют защитную функцию;

- усики (бобовые) - выполняют механическую функцию, поддерживая стебель;

- мясистые листья (алоэ) – накапливают и сохраняют влагу;

- ловчие листья (росянка, мухоловка) – захватывают насекомых и переваривают их.

С наступлением осени в листьях замедляются процессы фотосинтеза и испарения. Листья «стареют» и становятся балластом для растения. Старение связано с накоплением в их клетках большого количества минеральных веществ и продуктов обмена. Поэтом у сбрасывание листьев имеет для растений оздоровительное значение. Осенью листья меняют окраску, что связано с разрушением хлорофилла. Омертвение листьев приводит к образованию отделительного слоя в основании черешка и их опадание. Листопад – закономерное физиологическое явление у растений, обеспечивающее уменьшение испарения влаги осенью и зимой, когда корни хуже всасывают воду. Опавшие листья – хорошее органическое удобрение, кроме того, они защищают корни от вымерзания. Растения, сбрасывающие листья на зиму, называют листопадными.

Побег является одним из главных вегетативных органов высших растений. Он состоит из стебля, на котором размещены почки и листья. Побег наиболее изменчивый по внешнему виду структурный элемент растения. Видоизмененный побег представляет собой орган растения, у которого форма и функция стебля, почек и листьев необратимо изменены в процессе эволюционных приспособлений к определенным условиям существования организма. У культурных растений видоизменение побега обусловлено вмешательством человека.

Метаморфозы побега могут быть как незначительными, так и существенными - до сильно измененных форм растений. Метаморфозам подвергаются как главные, так и боковые побеги, а также почки и листья.

Основные типы побегов зеленых растений - надземные и подземные . Надземные (воздушные) побеги являются ассимилирующими, по оси которых расположены листья. Ассимилирующие побеги очень разнообразны по внешнему облику. Во многих случаях, помимо основной функции фотосинтеза, такие побеги выполняют роль запасающего и опорного органа растения, а также функцию вегетативного размножения.

К видоизменениям надземных побегов относят колючки, усики, кладодии, филлокладии. В некоторых случаях у растения видоизменяется не весь побег, а только его листья, а метаморфозы внешне похожи на таковые побега в целом (усики, колючки).

Колючка является одревесневшим укороченным побегом без листьев с острой верхушкой. Роль колючек происхождения из побега, в основном, защитная. Такие колючки есть у дикой яблони, крушины слабительной, дикой груши. У гледичии толстые ветвистые колючки появляются на стволах из спящих почек. Колючки боярышника также формируются из пазушных почек листьев и находятся там, где у других растений располагаются боковые побеги.

Усик - это побег метамерной структуры без листьев, имеющий жгутовидную форму с разветвлениями или без них. Благодаря наличию стеблевых усиков, растение получает дополнительную опору. Выпрямленный участок усика без разветвлений является первым междоузлием пазушного побега, а закрученный более тонкий участок является видоизмененным листом. Усики развиваются у растений, которые не способны самостоятельно находиться в вертикальном положении. Усики есть у страстоцвета голубого, винограда, у многих представителей семейства Тыквенные (тыква, арбуз, дыня, огурец).

Кладодий представляет собой боковой побег, подвергшийся видоизменению, который способен к продолжительному росту и имеющий зеленые уплощенные длинные стебли, берущие на себя функции листьев. Кладодий выполняет функцию фотосинтеза, так как под эпидермой расположены отлично развитые хлорофиллоносные клетки. К группе растений, имеющих кладодий, относят кактус-декабрист, опунцию, мюленбекию плоскоцветочную, кармихелию южную.

Филлокладий является видоизмененным плоским листовидным боковым побегом, который имеет ограниченный рост и выполняет роль листа в жизни растения. Боковые почки побега дают начало филлокладиям, в связи с чем, филлокладии всегда расположены в пазухах маленьких чешуевидных или пленчатых листьев. Такие видоизмененные побеги выполняют функцию фотосинтеза, поэтому внешне выглядят как листья. Их рост ограничен, а метамерной структуры строения нет. Филлокладии присущи таким растениям, как филлантус, смела, иглица, некоторым представителям рода Спаржа.

Видоизмененные подземные побеги - это корневище, каудекс, луковица, клубнелуковица, подземные клубень и столон. Условия существования побегов, расположенных под землей, сильно отличаются от наземной среды. Поэтому у них появились другие важные функции, такие как способность переносить неблагоприятный период жизни, отложение питательных веществ в запас, возможность вегетативного размножения.

Корневище (ризом) является подземным побегом, имеющим чешуевидные листья, придаточные корни и почки. У пырея корневища толстые и ветвистые. У купены и ириса имеются укороченные и мясистые корневища, а у кувшинки и кубышки они самые толстые из всех растений.

Каудекс представляет собой многолетнюю структуру, происходящую из побега, характерную для многолетних трав и полукустарников со стержневой корневой системой. Каудекс наряду с корнем является местом накопления запасных питательных веществ и имеет на себе много почек. Растения, имеющие каудекс, - это люпины и люцерны из Бобовых, бедренец и ферула из Зонтичных, одуванчик, полыни из Сложноцветных.

Луковица - это специализированный подземный укороченный побег. В нем в чешуйках листового происхождения запасаются органические вещества, стебель в луковице трансформируется в донце. С помощью луковиц осуществляется вегетативное размножение. Луковицы образуются у однодольных семейства Амариллисовые (гиацинт, нарцисс), семейства Лилейные (лук, тюльпан, лилия), реже у двудольных растений.

Клубнелуковица - также видоизмененный подземный побег, имеющий утолщенный стебель, где запасаются питательные вещества, придаточные корни, растущие на нижней поверхности клубнелуковицы, и защитный покров из засохших оснований листьев. Клубнелуковицы характерны для шафрана, гладиолуса, иксии, безвременника.

Подземный столон представляет собой однолетний длинный подземный побег. Этот тонкий побег с недоразвитыми чешуевидными листьями имеет на утолщенном конце клубень или луковицу с запасом органических веществ. Подземные столоны формируются у картофеля, адоксы, седмичника.

Подземный клубень - видоизмененный подземный побег, у которого на первый план выступает запасающая функция. Этот побег имеет чешуевидные листья, которые быстро опадают, и почки, находящиеся в пазухах листьев.

Видоизменения побегов

Удивительно, насколько многообразны побеги. Иногда этот орган даже невозможно узнать. Трудно увидеть побег в колючке боярышника или усике винограда . Почему с ним происходят такие «превращения»?

Видоизменения надземных побегов. Видоизменёнными называются такие побеги, которые выполняют некоторые дополнительные функции: защита, лазание, запасание питательных веществ и др. К видоизменённым побегам относят колючки, усики, клубни, сочные побеги, столоны, побеги насекомоядных растений .

Колючки – иглоподобные образования, защищающие растение от поедания животными. Колючки могут образовываться из листа (барбарис ), прилистников (жёлтая акация ), побега (облепиха, боярышник ).

Усики – нитевидные пазушные побеги (виноград, огурец ), которые выполняют опорную функцию. У гороха в усики превращается часть листа.

Клубень – утолщённый побег, выполняющий функцию запаса питательных веществ (капуста кольраби ).

Столоны (бытовое название – «усы») – горизонтальные ползучие побеги, способствующие размножению растения. На каждом столоне расположены розетки с придаточными корнями. После укоренения розетки, горизонтальный побег отмирает (земляника, живучка ползучая ).

Сочные побеги – приспособление растений к жаркому и сухому климату. Их функция – запасать влагу. Вода может накапливаться в листьях (очиток, молодило, алоэ ) или в стебле (молочай, кактус ).

Мексиканские кактусы имеют мясистые стебли самой разнообразной формы: ребристые шары, колонны, цилиндры, даже канделябры и лепёшки. У кактусов нет зелёных листьев: они превратились в пучки колючек. Функцию фотосинтеза выполняют стебли.

Подземные видоизменённые побеги. Столоны и клубни могут быть как надземными, так и подземными. Кроме них к подземным побегам относится корневище и луковица.

Столоны подземные выполняют те же функции, что и надземные – расселение и размножение растения. Этим объясняется сходство в их строении.

Клубень. У этого побега стебель короткий и толстый. Листья-чешуйки быстро отмирают и на их месте остаются рубцы (у картофеля в народе их называют «бровки»). В их пазухах находятся почки «глазки». Клубень выполняет функцию запаса питательных веществ (например, крахмала), переживания неблагоприятного времени года и размножения. Клубни есть не только у картофеля, но и у топинамбура, хохлатки . Появляются они на подземных столонах.

Корневище внешне часто похоже на корень, но у корневища есть и чешуйчатые листья, а в их пазухах – боковые почки, на верхушке – верхушечные почки. На корневище образуются придаточные корни. В отличие от столона, корневище – многолетний побег, который позволяет растению пережить неблагоприятные условия. Этот подземный побег свойственен многим растениям и может выполнять самые разные функции. В толстых коротких корневищах ириса, купены запасаются питательные вещества. У пырея ползучего, горошка мышиного, ландыша майского корневища длинные и тонкие. Они способны не только запасать питательные вещества, но и захватывать новые территории.

Корневище не только быстро растёт в длину (у белокопытника за годна 1,5 метра, у мать-и-мачехи – на метр), но и ветвится. В результате материнское растение может распасться на несколько дочерних. Сельским жителям известно, как трудно бороться с длиннокорневищными сорняками: пыреем, снытью, мать-и-мачехой . Быстро разрастаются облепиха, шиповник, малина .

Сделайте подписи к рисунку "Строение корневища ландыша". (Интерактивное задание)

Луковица – сильно укороченный видоизменённый побег с плоским стеблем – «донцем», с листьями в виде чешуй. Чешуи могут быть сочными (запасающими) или сухими кроющими), могут быть узкими и лишь слегка прикрывать друг друга (лилия ) или обхватывать друг друга почти полностью (гиацинт, тюльпан, лук ). Луковица позволяет растению пережить неблагоприятный период года. Пазушные почки могут превращаться в луковицы – детки. Следовательно, луковица – это и побег размножения.

Когда мы говорим о неблагоприятных условиях, это не значит, что речь идёт обязательно о зиме. Многие дикорастущие луковичные растения (рябчик, лук, тюльпан ) растут в степях, полупустынях, горах. Другие – пролеска, гусиный лук, а также клубневидные (цикламен ) – в широколиственных лесах. Как правило, цветут эти растения весной. Затем, после того как в начале жаркого лета вся надземная часть растения отмирает, сочные чешуи луковицы сохраняют влагу и в засушливый период, что даёт возможность возобновления роста в следующий сезон.

Видоизменения подземных побегов
Корневище – многолетний подземный побег, имеет чешуйчатые листья и растёт горизонтально под землёй, образует придаточные корни и почки (ландыш, мята, пырей, ирис, манжетка ).	Столон – стебель, который отрастает горизонтально у основания некоторых растений, недолговечен. Столон образует придаточные корни в узлах и из этих узлов растут новые растения (майник, седмичник, картофель ).	Клубень – короткий, разросшийся подземный побег, который содержит запасённые питательные вещества. На нём образуются почки, из которых вырастет новое растение (картофель, хохлатка, цикламен ).	Луковица – короткий толстый стебель, окружённый чешуевидными листьями. Они содержат питательные вещества (лилии, тюльпаны, нарциссы, гиацинты, амариллисы ).

У некоторых растений в процессе отдельные части побегов сильно изменились: листья, например, превратились в усики или колючки. Чем же может быть обусловлено такое превращение?

Видоизменение побегов

Видоизменение побегов связано с приспособлением к жизни в разных условиях окружающей среды и выполнением ими дополнительных функций. Впервые видоизменения основных органов растений научно описал в конце XVIII века великий немецкий поэт, философ и ученый Иоганн Вольфганг Гёте. Он разработал теорию метаморфоза (видоизменений) растений. Особое внимание Гёте уделял листьям - самым изменчивым частям побегов. Листья могут приобретать приспособления к разным условиям внешней среды и меняться на одном в течение жизни растения.

Сочные побеги

Растения, живущие в условиях длительного недостатка воды (кактусы Южной Америки, молочаи Африки), имеют сочные побеги . В них запасается вода и создаются органические вещества.

У многих растений, произрастающих в жарких и сухих местах (алоэ, ), вода запасается в листьях. Для уменьшения испарения влаги с поверхности листа толстые листья покрыты восковым налетом.

Листья у кактусов превратились в колючки , которые позволяют значительно уменьшить испарение воды в засушливых условиях.

Листья, видоизмененные в колючки, встречаются и у других растений, например у барбариса. У боярышника, дикой груши, крушины тоже есть колючки, но они произошли из укороченных побегов.

Образование колючек любого происхождения связано с недостатком влаги. У некоторых колючих растений при выращивании в искусственных влажных условиях вместо стеблевых колючек вырастают побеги с листьями.

У многих лазящих растений имеются усики, которые обладают способностью закручиваться вокруг опоры (других растений, изгородей, камней). Стебель у таких растений обычно тонкий и слабый, он не способен самостоятельно сохранять вертикальное положение.

Это видоизмененные листья, часть листа или целые побеги. Так, у в усики превращается верхняя часть листа, у чипы в разветвленный усик превращается вся пластинка, а у винограда - весь побег.

Кочан

Кочан - пример видоизмененной почки. Он образуется только у культурной капусты. Сначала появляются обычные зеленые листья. Затем развертывание листьев из верхушечной почки прекращается. Почка начинает сильно увеличиваться в размерах и превращается в кочан. Листья кочана почти бесцветны. содержат мало хлоропластов, мясисты и накапливают много воды и растворимых запасных веществ. Возникновение кочана связано с происхождением капусты. Родина предкового вида культурной капусты - Средиземноморье.