Морфология растений

 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОЛОГИИ РАСТЕНИЙ. ЕЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ

К области морфологии1 растений в широком ее понимании относится изучение формы, строения и истории индивидуального развития растений (онтогенеза), а также изучение формирования их в процессе исторического развития (филогенеза). При таком понимании она должна охватывать как макроскопическое, так и микроскопическое строение растений. Однако обычно принято выделять, но лишь частично, внутреннее микроскопическое строение растений в особую отрасль ботаники - анатомию растений. Границы между морфологией и анатомией растений, как и большинство наших подразделений, не резкие, и, что особенно нужно отметить, разграничение этих смежных дисциплин устанавливается не по методу исследования - макроскопическому или микроскопическому, а по задачам его.

Описание внешней формы растений и выработка для этого точной терминологии были необходимы уже на самых ранних этапах развития ботаники. Они нужны и в настоящее время при всех работах по определению растений, систематике их, селекции культурных растений и т. д. В дальнейшем, по мере накопления чисто фактического материала, возникла необходимость обобщения его, установления известных закономерностей, причинных связей и т. п. В морфологии растений как науке возникали различные направления, перед ней вставал ряд задач, которые отчасти уже разрешены, отчасти разрешаются и ждут своего разрешения в дальнейшем. Главнейшие из них таковы:1) выяснение закономерностей в строении растений, например установление закономерностей в расположении листьев, ветвей, частей цветка и т. п.; 2) сведение бесконечного разнообразия органов растений путем сравнительного изучения их к немногим основным органам тела растений (так называемая сравнительная морфология); 3) изучение развития и формирования органов растения во время его индивидуального развития (онтогенетическое2 направление); 4) выяснение постепенного формирования органов растений с прошлых геологических времен до настоящего времени (морфогенетическое направление); 5) объяснение формообразовательных процессов, установление путем наблюдений и экспериментов причинных связей между формами растений и внешними условиями, при которых они образуются (так называемая экспериментальная морфология); 6) сознательное и целеустремленное изменение форм и хода развития растений путем планомерных воздействий на них. Это последнее направление, которое высоко ценил К. А. Тимирязев, имеет особенно важное значение для практики и основывается на использовании данных, полученных всеми направлениями.

Основываясь на указанных задачах морфологии растений, можно лучше провести разграничение между нею и анатомией растений. К морфологии растений безусловно относится изучение внешней формы растений. Кроме того, всякое исследование, имеющее целью выяснение происхождения, истинной природы каких-либо частей растения, отождествление их с какими-либо другими частями или, наоборот, выявление глубоких различий тех и других по происхождению, будет морфологическим, независимо от того, как оно ведется - макроскопически, микроскопически или даже методами физиологии растений. Поэтому, например, изучение органов бесполого и полового размножения растений (и процесса оплодотворения), как макро-, так и микроскопическое, относится к области морфологии, так как микроскопические исследования производятся здесь обычно для выяснения развития этих органов, сравнения их у разных групп растений и позволяют сделать некоторые важные заключения о происхождении, природе их и видоизменениях в ходе эволюции растений. Внутреннее же микроскопическое строение вегетативных органов, особенно важное для понимания жизни растений, их физиологических функций, является предметом анатомии растений.

Основными методами морфологии растений являются наблюдение и сравнение, производимые над нормально развитыми растениями как вполне сформировавшимися, так и в процессе их индивидуального, так называемого онтогенетического развития. Это онтогенетическое направление, начавшееся еще в середине XVIII века, особенно широкое применение получило с середины XIX века и по сие время является весьма плодотворным и необходимым методом морфологических исследований.

Изучение различных отклонений от нормы, уродливостей, выделяемое иногда в особый отдел морфологии - тератологию3, тоже в некоторых случаях помогает разрешению морфологических вопросов. Например, так называемое позеленение цветков, при котором отдельные части их превращаются в более или менее уродливые зеленые листья, выясняет листовую природу частей цветка.

Кроме наблюдения в естественных природных условиях, морфология растений прибегает и к экспериментам, т. е. к изучению ответных реакций растений и видоизменений их формы при воздействии на них различными факторами и искусственно созданными условиями - высокой или очень низкой влажностью, температурой, освещением, ранениями, изменением питания и т. п. Например, в атмосфере, насыщенной водяными парами, колючки у одних растений превращаются в листья (барбарис), у других - в ветви с листьями (боярышник), что указывает на различное морфологическое происхождение колючек. У водных растений, перемещенных в воздушную среду, резко изменяется строение вегетативных органов. У одуванчика, имеющего сильно изрезанные листья, при перенесении его в теплую оранжерею развиваются цельнокрайние листья. Одни и те же виды многих растений, выращенные в долинах и высоко в горах, имели совершенно разный внешний облик: у высокогорных стебли были значительно короче, величина и число листьев и число цветков меньше, у некоторых развивались прикорневые розетки листьев, надземные побеги были тесно скучены и т. п.; некоторые однолетние растения не отмирали в горах целиком осенью и становились многолетними. Изменение условий питания может вызывать в известных границах образование то цветков, то вегетативных побегов.

 

Это направление морфологии растений - экспериментальное изучение влияния внешних факторов на форму или наследственность формообразовательных процессов у растений - развилось в особую ветвь морфологии - экспериментальную морфологию. Она помогает выяснить, при каких условиях развиваются те или иные формы и органы растений, какая связь имеется между закономерностями формообразования растений и факторами внешней среды. А отсюда вытекает возможность направлять формообразование и развитие растений в желательном для нас направлении.

Большое значение в морфологии имеет изучение так называемого филогенетического4 развития растений, под которым понимают историю происхождения более или менее крупных групп или отдельных родов и видов растений в процессе их эволюционного развития. Изучение филогенеза растений ведется главным образом на основании сравнительно морфологических и фитопалеонтологических исследований, и в свою очередь данные филогении помогают правильно понимать морфологическую природу различных образований у растений в их онтогенезе.

Основным объектом, подлежащим изучению, является орган. Под органом понимается часть тела растения, имеющая определенное строение и выполняющая определенные функции. Строение и функции органа тесно связаны друг с другом. Закономерное сочетание органов в организме, их строение и функции являются результатом длительного исторического процесса развития организма, протекавшего в определенных внешних условиях. В результате мы видим, что каждый орган в своем строении и функции всегда соответствует окружающим его условиям. Таким образом, понимать строение и функцию органа можно только в связи с условиями его существования, со средой.

Изучение развития органов высших растений показывает, что корень, стебель и лист являются основными их органами (некоторые ботаники выделяют еще и волосок-трихом5) и что все остальные разнообразные органы произошли в результате видоизменения этих органов. Поэтому в морфологии нередко для этих трех органов применяют термин "члены".

Морфология растений возникла из естественной необходимости в описании внешней формы растений и сводилась вначале главным образом к выработке терминологии. В дальнейшем, с возникновением учения о метаморфозе, т. е. превращении одних органов растений в другие, и с выяснением некоторых общих закономерностей в строении растений, она получила более отвлеченное, научно-теоретическое направление - стремление свести бесконечное разнообразие органов растений к немногим основным типам. Еще позднее начались исследования истории индивидуального развития с самых ранних стадий в различных группах растений, выяснялись некоторые общие черты и закономерности этого развития; это позволило устанавливать возможность перехода от одних групп растений к другим. Победа эволюционного учения и позднейшие успехи палеоботаники (науки о вымерших ископаемых растениях) внесли в морфологию растений еще одно направление - изучение филогенеза органов растений от древнейших форм до теперешних. В связи с исследованиями истории индивидуального развития в различных группах растений, выяснением некоторых общих черт и закономерностей этого развития, возникла сравнительная морфология, позволяющая устанавливать возможность перехода от одних групп растений к другим и дающая основу для выяснения хода эволюции растительного мира.

 

На всех этапах своего развития морфология растений была теснейшим образом связана с систематикой растений: с одной стороны, она являлась подсобной для последней дисциплиной, с другой - морфология влияла своими выводами о происхождении и тождестве тех или иных органов растений в различных группах их на построение научной филогенетической системы растений, в которой должны выражаться их родственные отношения между собой.

Экспериментальная морфология, возникшая в конце XIX века, сближает морфологию с физиологией, дает причинное объяснение тем или иным формам и структурам растений и, кроме того, как уже указывалось, имеет и практическое применение - сознательное изменение форм и цикла развития растений в желательном направлении.

 


1 От греческих "морфе" - форма, "логос" - учение. Термин "морфология" был предложен в начале XIX века известным немецким поэтом В. Гете, занимавшимся также естественными науками, в том числе и морфологией растений.

2 От греческих "онтос" - истинно, на самом деле, "генезис" - рождение, происхождение.

3 От греческих "терас" (род. падеж - "тератос") - чудесное явление, чудовище, "логос" - учение.

4 От греческих "филон" - племя, род, "генезис" - развитие, происхождение. Филогенез - процесс развития многочисленных и разнообразных форм и систематических единиц (видов, родов и т. д.). Филогения - наука, изучающая этот процесс.

5 От греческого "трихома" - волосы. 

Печать

Органические вещества семян

. Posted in Морфология растений

Семена растительных организмов, прежде всего, содержат запасные питательные вещества, имеющие органическую природу. Они располагаются в эндосперме или, непосредственно, в зародыше (зачастую в его семядолях). Питательность семян просто огромна. Допустим, человек уже многие тысячелетия использует пшеничную муку, которая есть ни что иное, как перемолотые семена пшеницы.

Когда в пшеничную муку добавляют воды, она превращается в тесто. В тесте преимущественно содержится растительный белок — клейковина и растительный углевод — крахмал.

Найти крахмал в семенах мы можем при помощи йода. Добавляя это вещество, можно увидеть, как крахмал синеет. Кроме того, крахмал при нагревании до кипения становится клейстером.

Если рассмотреть под микроскопом эндосперм семян пшеницы, то вы заметите в нем зерна крахмала.

В пшеничной муке, кроме того, присутствуют жиры, но их не так много. Но вот в семенах других растений (таких, допустим, как подсолнечник или рапс) жиров достаточно много. Если положить семена этих растений между листами бумаги и раздавить, то на бумаге будут заметны масленные пятна. Подсолнечник — это самый известный источник растительного масла для человека.

Органические вещества, а именно, белки, углеводы и жиры содержатся во всех семенах. Но их содержание в семенах различных растений не одинаково. Скажем, в пшенице, ржи, овсе, рисе больше содержание углеводов, в подсолнечнике, хлопчатнике, арахисе — жиров, в семенах фасоли, гороха, чечевице  доминируют белки, но мало углеводов.

Печать

Многообразие цветковых растений

. Posted in Морфология растений

Цветковые называют самыми молодыми и сложно устроенными с точки зрения эволюционной теории растениями на планете. Они расселились по суше гораздо шире, нежели остальные группы растений, приспособились к различным условиям обитания и способам жизни. Как итог, цветковые (или покрытосеменные) растения отличают большое разнообразие. Это многообразие проявляется в разнообразной форме, строении, окрасе вегетативных (корни, стебли и листья) и генеративных (цветки, плоды, семена) органов растений, долготы их жизни. Все эти отличия – есть следствие адаптации растений к тому или иному условию обитания.

 

В области цветковых растений в наиболее полном диапазоне представлены всевозможные жизненные формы. Выделяются три главные жизненные формы — трава, кустарник и дерево. Причем, травы считаются самым прогрессивным направлением эволюции, потому что среди голосеменных (которые считаются древнейшими растениями) их практически нет.

Деревья характеризуются многолетними деревянистыми стеблями. Главный стебель носит название ствола, остальные именуют ветвями. Совокупность ветвей дерева - есть его крона. Величина деревьев бывает различной. Скажем, вишня – это достаточно невысокое дерево, а вот эвкалипт может достигать 100 м. При том, средняя высота сосен в лесу составляет порядка 30 м.

Кустарники отличает от деревьев не только малый размер. Их ствол короток и начинает ветвиться прямо у поверхности почвы, так что кустарники состоят преимущественно из ветвей. К кустарникам мы относим  не только такие растения, как смородина и крыжовник, но и орешник, и сирень, которые  могут достигать весьма больших размеров, так что их можно было бы даже назвать деревьями.

Травы имеют небольшие размеры и зеленый мягкий стебель. Во всем прочем травянистые растения весьма многообразны: по строению стебля, форме листьев, размерам. Разнообразие проявляется и в продолжительности жизни видов. Среди цветковых присутствуют однолетние, двулетние и многолетние растения.

Деревья и кустарники - исключительно многолетние растения. Деревья могут жить десятки, а некоторые виды даже сотни лет. Встречаются и многолетние травы. В климатических зонах с выраженной сменой сезонов у них на холодное время года отмирают надземные части. Но в почве остаются корни и корневища. Весной из подземных почек опять поднимаются зеленые надземные части. В качестве примера многолетних травянистых растений можно назвать одуванчик, крапиву, ландыш.

Печать

Лишайники как особая группа растительных организмов

. Posted in Морфология растений

Лишайники  - это особая группа растительных организмов, которые состоят из двух абсолютно разных видов. Первая часть лишайника — это зеленая водоросль (причисляется к растениям) или синезеленая водоросль (причисляется к бактериям). Вторая часть лишайника является грибом.

Печать

Мутагенез у кукурузы

. Posted in Морфология растений

 
Выделяют мутагенез спонтанный и искусственный.
Спонтанный мутагенез  обусловлен естественными факторами окружающей среды, которые включают освещение, радиационное излучение, химические реагенты, постоянно присутствующие в различной концентрации в окружающей природе. У кукурузы различают шесть видов спонтанных естественных мутаций, имеющих рецессивный характер.
Из них в практике селекции чаще всего задействованы мутации генов структуры эндосперма, а именно, мутации мучнистого и непрозрачного эндосперма, сахарного, воскообразного, амилозного. Кроме того, имеются мутации, стимулирующие прорастание семян в початках на полях и прочие.
Селекционные исследования мутаций мучнистого и непрозрачного эндосперма дает возможность селекционерам создавать высоколизиновые самоопыленные линии, гибриды кукурузы, содержащие в эндосперме незаменимые аминокислоты лизина в 0,45-0,48%, триптофана в 0,18-0,20 %. Подобные высоколизиновые гибриды кукурузы используются в животноводстве, потому что позволяют при использовании их в кормлении животных разительно увеличить вес последних и удои молока. Уровень содержания сахаров в зернах кукурузы поднимается до 14-15%. Соответственно, открывается возможность к селекционному образованию сахарных и сверхсахарных гибридов растения.
В числе последних спонтанных мутаций нужно отметить одну из самых главных мутаций половых признаков растения - мужскую стерильность. Согласно фенотипу мутация мужской стерильности выявляется в отсутствии пыльников. В стерильных растений пыльца дегенерирует и пыльники иногда вообще не покидают колосовых чешуек. Признак мужской стерильности находится под контролем рецессивных аллелей ms, а возвращение фертильности происходит доминантными аллелями Ms. Данная мутация, вызванная ядерными генами, не применяется в селекции вследствие слабой устойчивости проявлений стерильности в потомстве.
Что касается искусственного мутагенеза на кукурузе, то впервые он был применен L. J. Stadler в 30-ых годах XX столетия. Чтобы получить первые искусственные мутации у растения применяли разные виды радиации, но преимущественно ими являлись гамма-лучи, лазерное облучение. В 70-ых годах XX века производились глубокие исследования влияния химических мутагенов для возникновения наследственных изменений. В ходе исследований установили, что обработка семян определенными химическими соединениями (нитрозоетилмочевиной, нитрозометилмочевиной) стимулирует мутационные изменения большинства наследственных характеристик кукурузы. На сегодняшний момент разработаны и используются в селекционной практике на прочих культурах (ячмень, соя, подсолнечник) оптимизированные технологии химического мутагенеза с вовлечением хемо-и радиопротекторов (биоактивных соединений, экстрактов проросщенных семян и т.д.), что дает возможность выделять в перечне мутаций гораздо больше НЕ хромосомных, а "точечных" генных мутаций. Подобные технологии весьма эффективны при образовании нового исходного сырья для селекции на полигенные характеристики: устойчивость к заболеваниям и насекомым-вредителям, жирнокислотный, углеводный, белковый состав зерна.
 
Печать

Из истории анатомии растений

. Posted in Морфология растений

Анатомией растений называют такой раздел ботаники, который ответственен за изсследование внутреннего и внешнего строения растительных видов. Основным объектом данной науки считаются сосудистые растения, которые имеют особую проводящую ткань, по другому называемую ксилемой. В описываемую группу относятся хвощи, голосеменные и цветковые растения и плауны. Впервые об анатомии растений заговорили в работах Теофраста еще в V веке до нашей эры. Уже в то время ученый описывал главные структурные части, а точнее стебель, веточки, цветки, корни и плоды. Теофраст полагал, что корень, сердцевина и древесина - это главенствующие растительные ткани. В общем, можно утверждать, что подобные представления сохранялись в неизменном виде и до наших дней. В эпоху Средневековья и далее исследования анатомии растений продолжились. Мы знаем, что в 1665 году Р. Гук, с помощью использования микроскопа, открыл клетку. Это было буквально прорывом и дало возможность исследовать новые области в обсуждаемой проблеме. Н. Грю в 1682 году представил труд, где в подробностях расссказал о микроскопическом строении большинства растительных структур. Примечательно, что своем труде он все факты проиллюстрировал. Раскрыл также некоторые сложные моменты в вопросах переплетения тканей. В 1831 году Х. фон Моль изучал проводящие пучки в корнях, стебле, листьях. Через два года К. Санио сумел докопаться до происхождения камбиев. Соответственно, он показал, что каждый год появляются новые цилиндры флоэмы и ксилемы. Заметим, что флоэмой называют ткань, которая транспортирует в растениях органические вещества. В 1877 году Антон де Бари представил свою работу, называющуюся «Сравнительная анатомия вегетативных органов явнобрачных и папоротников». Это можно назвать классическим трудом в сфере анатомии растений. В нем он упорядочил весь имеющийся к тому времени материал и в подробностях его представил. В XX веке развитие анатомии и морфологии растений велось достаточно быстро параллельно с прочими отраслями. Оно было тесным образом связано с активным прогрессом в большинстве биологических наук, который стал возможен благодаря созданию новейших и универсальных методов исследований.