Наличие и расположение устьиц у кактуса
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
Листья растений - самое важное инженерное изобретение природы. В листьях осуществляется процесс фотосинтеза. Благодаря нему растение развивается, наращивает новые ветви, корни и листья. Невозможно оценить всю важность фотосинтеза для всей жизни на Земле. Структура, расположение и другие параметры листьев тонко настроены для максимально эффективного протекания фотосинтеза.
Режим обучения доступен только авторизованным пользователям
Возможности режима обучения:
- просмотр истории в виде слайдов
- возможность прослушивания озвучки по каждому слайду
- возможность добавить свою, детскую озвучку
- тесты для детей, чтобы закрепить материал
- специально подобранные коллекции картинок и видео для улучшения восприятия
- ссылки на дополнительные обучающие курсы
Столетиями человечество добывало и использовало уголь в качестве энергии. Но как оказалось, его запасы не безграничны. Чтобы преодолеть энергетический кризис, люди обратили внимание на возобновляемые источники энергии. Особенно бурное развитие в последние годы получила солнечная энергетика. Сегодня никого не удивишь солнечными панелями, расположенными на крышах домов. Эти панели улавливают солнечную энергию и преобразуют её в электричество. Листья растений научились улавливать энергию солнца задолго до появления первых людей. Эта энергия используется в ходе фотосинтеза – важнейшего процесса, благодаря которому возможно существование большинства животных, в том числе и человека.
Растения - главные инженеры планеты
Листья - это плоские, зеленые структуры, которые растут из стеблей растений. Хотя они бывают разных форм и размеров, почти все они улавливают солнечный свет и производят пищу для растений. На рисунке показано строение типичного листа.
Внешнее строение листа
Около 275 000 видов растений можно отличить друг от друга только по их листьям. Разнообразие форм и размеров листьев почти бесконечно. Они могут быть гладкими или волосатыми, скользкими или липкими, съедобными или ядовитыми. Они также могут быть почти любого цвета радуги и обладать изысканной красотой, особенно если рассматривать их в микроскоп. Все листья можно разделить на простые и сложные. Простые – это листья с одним черешком и одной листовой пластинкой. Сложные листья состоят из нескольких листочков.
Жилки листа выполняют две важные функции: поддерживают форму листа и транспортируют различные вещества. Выделяют 4 типа расположения жилок в листе (жилкование):
Края листовой пластинки бывают самой разнообразной формы: гладкой, слегка или сильно зазубренной.
Типы прикрепления листьев к стеблю •Черешковое – лист крепится к стеблю при помощи черешка (яблоня, берёза, клён, крапива, липа, роза, дуб) •Сидячее – у таких листьев нет черешка (одуванчик, алоэ, пшеница, лён) •Влагалищное – лист своим основанием охватывает стебель, образуя влагалище (кукуруза, рожь, осока )
Типы расположения листьев на стебле •Очередное – из узла отходят по одному листу (пшеница, береза, подсолнечник, укроп). •Супротивное – из узла отходят по два листа по обе стороны от стебля (сирень, крапива, шиповник). •Мутовчатое - из узла отходят по три и более листьев (элодея, вороний глаз, клевер, ель, кедр).
На расположение и тип крепления листьев к стеблю влияет множество факторов. Например, у светолюбивых растений листья располагаются свободно и не затеняют друг друга. Листья пустынных растений мелкие и располагаются близко друг к другу – для максимального сохранения влаги.
В засушливых условиях листья приспособлены накапливать воду. Растения с толстыми, мясистыми листьями называются суккулентами – к ним относят, например, алоэ.
Колючки кактуса (изменённые листья) – ещё один пример адаптации к засушливым условиям. Уменьшение поверхности листа снижает потерю воды растением. Колючки также защищают растение от травоядных животных. Обратите внимание, что колючки яблони или груши – это видоизменный стебель.
Листья хищных растений модифицированы для ловли насекомых. При помощи такой адаптации растения получают из жертв минеральные вещества. Обычные растения получают минеральные вещества через корни.
В листьях некоторых растений запасаются питательные вещества. Листья лука и капусты – пример запасающих листьев, которые человек использует в пищу. За сотни лет селекции листья лука и капусты стали ещё более толстыми и питательными по сравнению с дикими предками.
Усик - это нитевидная структура, которая помогает растениям перелезать через другие растения или предметы и получать доступ к свету или пространству. Усики гороха – это изменённые листья, а усики винограда – измененные стебли.
Почки древесных растений зимой защищены видоизменёнными листьями – почечными чешуйками.
Прицветники – это изменённые листья, играющие роль лепестков для привлечения опылителей. Например, у молочая красивейшего желтоватые цветки лишены лепестков. Вместо них в период цветения вокруг цветков образуются ярко-красные прицветники.
Некоторые растения используют листья для размножения. Например, если срезать лист фиалки и посадить его в землю, то лист разовьётся в новое растение. Другой пример – размножение листовыми черенками (выводковыми почками). Так, на листьях растения каланхое вырастают новые маленькие растения, которые затем отваливаются от родителя и врастают в землю.
Внутреннее строение листа
Строение и расположение слоёв мезофилла у различных видов растений неодинаково. Но в целом, все листья имеют схожее строение. Столбчатый мезофилл расположен под верхним слоем эпидермиса и состоит из плотно прижатых друг к другу клеток. Столбчатый мезофилл содержит большое количество хлорофилла и является основной фотосинтезирующей тканью листа. Губчатый мезофилл залегает ниже столбчатого и состоит из рыхло расположенных фотосинтезирующих клеток с большими межклеточными пространствами, которые способствуют свободному газообмену с внешней средой. Для максимально быстрого получения и передачи веществ клетки мезофилла всегда расположены вблизи жилок – проводящих сосудов. Продукты фотосинтеза покидают лист через флоэму , а минеральные вещества доставляются к листу по ксилеме .
Внешнее покрытие листа
Как растение отпугивает травоядных животных, защищается от экстремальных погодных условий и справляется с растениями-конкурентами? При помощи трихом. Трихомы – это мельчайшие выросты эпидермиса различного строения и назначения. Трихомы одних растений мешают насекомым по ним ползать, трихомы других выделяют ядовитые токсины. В тропических дождевых лесах эпифиты используют трихомы для поглощения воды и минералов.
Устьица – это крошечные поры на поверхности листа, состоящие из двух замыкающих клеток. Устьица участвуют в двух важных процессах: транспирации и газообмене. Когда устьица открыты, водяной пар и кислород выходят из листа, а углекислый газ перемещается внутрь. Когда устьице закрывается – газообмен прекращается.
Роль устьиц в жизни растения
Днём устьица обычно открыты – через них свободно проходят газы и вода. Непрерывно испаряющаяся через устьица вода создаёт подсасывающую силу. Благодаря этому вода поднимается от корней вверх к листьям – процесс транспирации. Через открытые устьица лист поглощает необходимый для фотосинтеза углекислый газ. Открытие и закрытие устьиц контролируется изменением формы двух замыкающих клеток, окружающих каждую пору. Когда вода попадает в замыкающие клетки они становятся набухшими и изгибаются, образуя поры. Когда вода покидает замыкающие клетки, они становятся вялыми и сжимаются, закрывая поры.
Под действием дневного света в замыкающих клетках накапливаются ионы калия. Его увеличение приводит к движению воды в результате осмоса. Возникает тургорное давление, изгибающее замыкающие клетки – устьице открывается. Отток калия ночью снижает давление, и устьица закрываются.
На открытие и закрытие устьиц влияет множество факторов: время суток, концентрация СО2 в атмосфере, влажность почвы и температура. Для фотосинтеза требуется много CO2 – поэтому днём устьица отрыты. Ночью растению CO2 не требуется – устьица закрываются. Однако при низкой концентрации CO2 в листе, устьица остаются открытыми даже ночью. Без воды устьица растений останутся закрытыми, а значит растение не получит CO2. Растения, живущие в пустынях, научились по-разному справляться с этой проблемой, иногда весьма необычным способом (смотри картинку). Транспирация воды через устьица также охлаждает растение в жару. Процесс транспирации снижает температуру листа на 10°C по сравнению с окружающим воздухом.
Глобальное потепление и парниковые газы – частые темы в новостях. За последние 200 лет деятельность человека, выхлопы автомобилей и вырубка тропических лесов повысили глобальную концентрацию углекислого газа в атмосфере и изменили климат нашей планеты. За прошедшие 200 лет с начала промышленной революции уровень CO2 в атмосфере вырос на 30%! Ученые проверили, как изменение уровня СО2 повлияло на растения. Для этого они изучили образцы растений, собранные ещё в 18 веке. Выяснилось, что за 200 лет количество устьиц в листьях снизилось на 40%! Поскольку углекислый газ становится более распространенным, требуется меньше устьиц для его поглощения с целью фотосинтеза. Чем меньше устьиц – тем больше воды сэкономит растение. Тот же метод подсчета устьиц был применен к ископаемым листьям для определения уровня CO2 в атмосфере миллионы лет назад. Так установили, что во времена динозавров у листьев устьиц практически не было. Значит, уровень CO2 тогда был значительно выше по сравнению с нашим временем.
Листья в жизни человека
Какие листья выращивает человек?
Когда вы в следующий раз закажете пиццу, задумайтесь, из чего она была приготовлена. Корка пиццы получена из семян пшеницы, которые образовались в результате фотосинтеза. Фрукты или овощи, включая помидоры, зеленый перец, лук и специи, также были произведены благодаря фотосинтезу. Сыр, колбаса и бекон в пицце появились потому, что животные поедали растения, полученные в результате фотосинтеза. Даже сама коробка для пиццы была сделана из деревьев, которые выросли благодаря фотосинтезу. Пример с пиццей показывает всю важность фотосинтеза для человека и всей живой природы. Фотосинтез создаёт основную массу растения, которую употребляют в пищу животные. Более того, в ходе фотосинтеза выделяется кислород – необходимый компонент для существования жизни на Земле.
Фотосинтез
Как и все живые существа, растения состоят из органических молекул: белков, жиров и углеводов. Главный компонент этих молекул – углерод. Так, при сжигании древесины образуется уголь – чистый углерод. Для постройки сложных веществ, растение поглощает углерод из воздуха в виде углекислого газа. Ещё одну необычную особенность растений открыли в конце 18 века. Помещённые в колбу с водой растения при зажжённой свече начинали выделять пузырьки кислорода. Важность кислорода для животных установили при помощи опыта с мышью. Помещённая в герметичную колбу мышь быстро погибала. Но если в колбу вместе с мышью поместить также растение, то животное выживет. Поглощение растениями углерода из воздуха и выделение кислорода – два взаимосвязанных процесса, которые происходят в ходе фотосинтеза.
В фотосинтез вовлечены кислород и углекислый газ
Фотосинтез происходит в хлоропластах
Ранее мы описали процесс фотосинтеза простой формулой: 6СО2 + 6Н2О + Свет = Глюкоза + 6О2. Давайте теперь проследим, как происходят все эти преобразования в хлоропластах. Фотосинтез делится на две стадии: световую и темновую. Световая фаза происходит в гранах. Под действием света разрушается молекула воды. Кислород О2 из воды покинет растение в виде газа, а водород понадобится для постройки глюкозы. В световую фазу также запасается энергия в виде молекулы АТФ (эту молекулу можно сравнить в батарейкой). Темновая фаза происходит в строме. Поглощённый через устьица CO2 соединяется с водородом. Для этого СО2 проходит через цикл сложных реакций, называемых циклом Кальвина. Запасённая ранее энергия при этом расходуется. Для темновой фазы не требуется свет, однако она происходит как днём, так и ночью.
Итак, главная цель фотосинтеза – получить глюкозу. Для чего же глюкоза растениям?
Кактусы - это семейство многолетних травянистых двудольных растений, относящихся к группе стеблевых суккулентов. "Кладовой" воды являются не только стебли - у большинства кактусов они на 90 процентов состоят из нее, - но и корни, и даже листья некоторых видов. Кактусы добывают влагу при помощи корней и через устьица на поверхности стебля. Большое значение в этом процессе принадлежит колючкам. Они представляют собой миниатюрные биологические насосы, поглощающие дождевые капли и влагу непосредственно из воздуха. Кактусы обладают удивительной способностью не только поглощать много воды, но и экономно ее использовать.
Слово "кактус" происходит от греческого "кактос", которым в древней Элладе называли растения с колючками, а Карл Линней (18 ст.) впервые употребил его для обозначения группы ранее неизвестных растений, завезенных в Европу из Америки. Родина кактусов - обширные пространства Северной и Южной Америки.
В процессе длительной эволюции кактусы хорошо приспособились к различным климатическим условиям, и их можно встретить в засушливых пустынях, на бескрайних просторах прерий, на голых неприступных скалах, у берега моря, на пойменных лугах, в развилинах ветвей, в дуплах и на пнях в тропических лесах.
На стеблях кактусов располагаются колючки, которые сидят на ареолах - своеобразных почках-бугорках - в определенном для каждого вида порядке.
Отличительные признаки
В ареолах закладываются цветочные бутоны, появляются цветки, у некоторых видов и листья. Колючки развиваются обычно в нижней части ареолы, над ними появляются цветки и боковые отростки. Различают центральные и радиальные колючки. Обычно они отличаются формой, величиной и окраской. Встречаются круглые, плоские, лентовидные, игольчатые, шиловидные, крючковатые колючки. Их поверхность может быть гладкой и шероховатой. У одних видов кактусов они маленькие, а у других достигают нескольких десятков сантиметров. Им присуща широкая палитра белого, желтого, красного, лилового, серого, черного цветов и их оттенков, переходы от одного тона к другому. Кроме того, встречаются прозрачно-стекловидные, почти бесцветные колючки. Колючки - живые многофункциональные органы кактусов.
Они поглощают влагу из воздуха, защищают стебель растения от повреждений, зноя и холода, предохраняют от поедания животными, способствуют распространению плодов. Всеми оттенками цветов радуги, среди которых отсутствуют только синие, цветут кактусы, опровергая многочисленные легенды о том, что кактус цветет лишь один раз в жизни, после чего погибает.
Цветки у кактусов различной величины. Прекрасные цветки селеницереуса, например, достигают 36 см в диаметре, а перламутрово-прозрачные цветки-"звездочки" маммилярии не превышают в диаметре и 1 см. Колокольчатые, воронковидные, трубчатые, колесовидные цветки кактусов никого не оставят равнодушным. Так "царицей ночи", или "ночной принцессой", называют селеницереус за крупные, распускающиеся с заходом солнца, желтоватые цветки, в глубине которых золотыми точками искрятся желтые тычинки. Встречаются кактусы, цветущие днем, сохраняя свежесть цветков более десяти суток. Цветки "колючего семейства" могут украшать верхушку, располагаться на боковой поверхности стебля или у самого его основания. Большинство видов кактусов перекрестно опыляются при помощи различных насекомых, колибри, летучих мышей; некоторые виды образуют семена от опыления собственной пыльцой (айлостера, ребуция и др).
Искусственное-опыление в комнатных условиях следует производить мягкой кисточкой, перенося пыльцу с тычинок цветка одного растения на рыльца пестиков других растений того же вида. После опыления и оплодотворения на месте цветков образуются плоды с семенами. Они могут быть покрыты волосками, колючками, чешуйками или иметь нежную шелковистую поверхность. Плоды некоторых видов кактусов, например опунции, съедобны. Они крупные, сочные и ароматные, напоминают по вкусу апельсин, землянику или крыжовник. В Латинской Америке их едят сырыми, делают из них компоты, варенье, вино, желе, добавляют как приправу к мясным и рыбным блюдам.
Семена большинства кактусов небольшие, гладкие или шероховатые, блестящие или матовые с очень тонкой оболочкой. Есть, правда, и такие,которые для проращивания в домашних условиях необходимо надпилить или надрезать. Об этом нужно помнить, когда имеешь дело, например, с семенами опунции. Говоря о способности выживания кактусов в неблагоприятных природных условиях, нельзя не упомянуть о разнообразном строении их корневой системы.
Одни виды, растущие по берегам рек и морей, имеют мочковатую корневую систему, - поглощая воду из поверхностных слоев почвы при помощи густо расположенных, тонких корешков. В американских пустынях, где на поверхности глинистой почвы образуется мощная корка, растут кактусы со стержневой корневой системой, добывающие воду на большой глубине. Кактусы с репчатым корнем запасают в нем воду в период дождей и питают ею стебель в период засухи. У некоторых видов корень полурепчатый, т. е. с несколькими утолщенными отростками.
У эпифитных кактусов, живущих во влажной атмосфере тропических лесов, развиваются воздушные корни, при помощи которых растения прикрепляются к опоре и "черпают" влагу из воздуха.
Чтобы ограничить потери воды в суровых и жарких климатических условиях растения имеют маленькие или рудиментарные листья. Уменьшение размеров листьев приводит к снижению содержания хлоропластов, чтобы компенсировать этот недостаток в процессе эволюции функция фотосинтеза перешла в мясистый стебель. Поэтому тело наших любимых кактусов зеленого цвета (хотя есть и бесхлорофилльные кактусы). Зеленый стебель не такая уж редкость, у многих растений в молодом возрасте стебель зеленого цвета. Стебли, умеющие осуществлять процесс фотосинтеза так же имеют поры, через которые происходит газообмен.
В итоге приходим к функциональное проблеме: при газообмене поры растения должны быть открыты, но через открытые поры будет происходить потеря воды. Кактусы успешно решают эту проблему, они днем собирают солнечную энергию, а ночью запускают процесс фотосинтеза. Ночью температура окружающей среды ниже, и как следствие потери воды будут минимальными.
Естественно ночной процесс фотосинтеза происходит не у всех кактусов, например, для перескиопсисов характерен С3-фотосинтез, и газообмен у них происходит днем (устьица открываются под утро и закрываются на ночь), но засуха может приводить к тому, что газообмен начинает происходить преимущественно ночью.
В этой небольшой статье мы выяснили где у кактусов происходит фотосинтез, в следующий раз в серии статьей о физиологии кактусов мы более подробно рассмотрим процесс фотосинтеза (что такое С3 и С4). Изучение физиологии дает нам ключи к более глубокому пониманию процессов, протекающих внутри растений, более чуткому пониманию того, что им нужно в данный момент. Ведь они тоже живые!
Да, можно. Растения, которые растут во влажных местах, больше по размеру, прочные, напитанные влагой. А вот растения, которые растут в засушливых местах, небольшие по размерам и могут иметь приспособления, способствующие накоплению влаги и предотвращающие ее быстрое испарение. Например, у алоэ или агавы есть сочные листья с колючками, которые запасают воду.
№ 2. Докажите, что строение листа связано с условиями обитания растений.
У растений, которые произрастают во влажных местностях, листья сочные и широкие. У растений степей листья имеют некоторые приспособления для запасания влаги, например опушка, восковый налет. А вот те, что растут в пустынях и полупустынях, имеют для этого толстые колючки, например молочай или кактус. У водных растений есть воздухоносные полости, благодаря которым они могут держаться на поверхности воды и не тонуть.
Также можно легко определить, в каком ярусе растет растение. Если это растение верхнего яруса, то у него светлые листья. А если растение нижнего яруса, то у него листья уже темно-зеленого цвета за счет содержания в них большого количества хлорофилла.
№ 3. Почему у плавающих листьев водных растений устьица расположены только на верхней стороне листа, а у погружённых в воду листьев устьиц совсем нет?
Устьица на поверхности листа могут быть только с той стороны, которая не соприкасается с водой. Если вода будет попадать в устьица, то лист начнет гнить. Соответственно, поэтому на листьях, которые полностью погружены в воду, нет устьиц.
№ 4. Каково значение видоизменённых листьев в жизни растений? Приведите примеры таких листьев.
Видоизменение листьев у растений является главным показателем их приспосабливаемости к окружающей среде. Например, листья кактуса имеют вид колючек, в которых накапливается и сохраняется влага, потому что это растение распространено на засушливых территориях. У гороха или фасоли листья представлены длинными усиками, с помощью которых растение может крепиться в вертикальном положении за другие растения, используя их как опору для своего стебелька.
Стр. 44
Подумайте
Почему в кроне одного дерева световые листья сходны по строению с листьями растений открытых мест, а теневые — с листьями теневыносливых растений?
Чем выше расположены листья на кроне дерева, тем ближе они к солнцу, а значит, к источнику света. Это адаптация листьев к месту, где они растут.
Стр. 44
Задания
Рассмотрите несколько комнатных растений. Постарайтесь определить, в каких условиях они произрастали на своей родине. На основании каких признаков вы сделали свой вывод?
Фикус – растение влажных мест обитания, с широкими и крупными листьями. НА листьях можно увидеть большое количество устьиц.
Каланхоэ – растение влажных мест обитания с крупными, мясистыми листьями. На каждом листике можно увидеть много устьиц.
Кактус – растение сухих мест обитания, потому что листья у него преобразованы в колючки, которые сохраняют влагу.
Сансевиерия – растение сухих каменистых мест – тропические полупустыни. У него мясистые и длинные листовые пластины, которые не только наполнены влагой, но и покрыты дополнительно восковым налетом.
Стр. 44
Задания для любознательных
Приготовьте и рассмотрите под микроскопом препараты листьев алоэ, традесканции, узамбарской фиалки и других растений. Зарисуйте их. Выясните, какие особенности строения листьев этих растений связаны с условиями обитания.
Лист алоэ толстый, мясистый, снизу выпуклый, а сверху вогнутый. Края его зазубрены, но без колючек. Под микроскопом можно увидеть его большие мешковидные клетки, которые наполнены слизистым соком.
Под микроскопом структура листа традесканции выглядит как сочетание клеток двух типов: бесцветные, плотно соединенные друг с другом паренхимные, и зеленые клетки бобовидной формы, расположенные посередине них попарно, которые образуют устьица.
Читайте также: