Понятие о морфологии растений. «Метаморфозы» листа. Системы органов растения

Морфология растений. Морфология (от греч. «морфо» - «часть» и «логос» - «слово», «наука») изучает подразделение тела растения на части (органы). «Отцом» этой науки стал человек, который больше известен не как ученый, а как поэт и писатель. Это Иоганн Вольфганг Гёте.

Гёте считал, что все растения устроены по сходному принципу (общему «плану»). У каждого вида растений образуются семена. Из семени вырастают корень и стебель, затем появляются листья, образуются цветки с чашечкой и ярко окрашенным венчиком, тычинками и пестиком. Разросшийся пестик формирует плод с семенами внутри. Примерно так, по Гёте, должно быть устроено «идеальное» растение (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема строения идеального растения по И. В. Гёте. Условные обозначения: семд - семядоли, л - листья, чшл - чашелистики, лп - лепестки, тч - тычинки, пет - пестики, к - корень, ст – стебель

Однако некоторые растения, например, мхи или папоротники, устроены по совершенно другому плану. У них нельзя отыскать цветков или плодов. Выясняется, что планов строения не один, а несколько, и в соответствии с планом строения можно выделять разные группы растений. В каждой группе стараются найти представителя с наиболее типичным строением, то есть наиболее близким к идеальному плану группы. Такие растения считают типовыми.

В природе можно найти также и некоторые цветковые растения, которые «отступают» от идеального для этой группы плана. Одни из таких растений лишены венчиков, другие не имеют листьев, стеблей. И все же при внимательном исследовании мы обнаружим у них хотя бы зачатки этих органов, причем взаимное расположение органов остается неизменным. Как писал Гёте, природа всегда стремится выполнить свой идеальный план, хотя порою и не достигает совершенства.

Слова в языке тоже устроены по общему «плану»: приставка, корень, суффикс и окончание. В некоторых словах чего-то не хватает, например, в слове «морфология» нет приставки. Так и у тюльпанов в цветке нет чашечки. В иных случаях какая-нибудь часть слова удачно маскируется. В слове «микроб» исходно было два корня: «микрос» - «маленький» (микр-) и «биум» - «живое» (-6), но догадаться об этом не так просто. Органы растений также часто маскируются - например, у спаржи листья превращаются в крохотные чешуйки.

Вы, наверное, не раз сталкивались с ситуацией, когда трудно понять, какую букву написать в слове (например, «зИленый» или «зЕленый»?). Тогда стараются подобрать однокоренное (родственное) слово, в котором был бы ясно слышен тот звук, в котором мы сомневаемся («зЕлень»). Так и морфологу растений приходится изучать близкородственные растения для того, чтобы определить, с каким органом он имеет дело.

«Метаморфозы» листа. У цветковых растений бывают уродства: из середины цветка начинают расти стебли с листьями. Это явление Гёте наблюдал у садовых роз и гвоздик. «Каждый, кто хоть немного станет наблюдать рост растений, легко заметит, что внешние части последних иногда преобразуются и принимают то целиком, то до некоторой степени, форму близлежащих частей», - писал он. Раз центральные части цветка могут превращаться в листья, то можно предположить, что части цветка и листья родственны между собой. Они представляют собой варианты одного и того же органа.

Родство разных органов Гёте подтверждал такими наблюдениями: часто едва появившиеся из-под земли семядоли проростка - зеленые, имеют жилки, как и листья, хотя пока не во всем похожи на листья (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Семядоли и первые настоящие листья у проростков. А - лапчатка серебристая. Б — кульбаба осенняя (семядоли сильно отличаются от настоящих листьев). В — лопух обыкновенный (настоящие листья с черешками, а семядоли - без). Г табак (семядоли и настоящие листья почти не отличаются)

Затем стебель образует новые листья, которые постепенно усложняются. При этом можно наблюдать все переходы от семядолей к полностью развитым зеленым листьям (см. рис. 1.2). После появления развитых листьев растение готовится к цветению. Его новые листья становятся меньше и проще построению, а потом самые последние из них «переходят» в чашечку. Чашечка цветка похожа на листья тем, что она зеленая. Но у некоторых растений чашечка приобретает другую окраску, как бы «готовясь» стать венчиком. Иногда и самые близкие к цветку листья несколько меняют цвет. Это предвещает появление следующих «по плану» органов цветка - лепестков. А еще можно обнаружить растения, у которых лепестки плавно «переходят» в тычинки, а затем и в пестик.

Все эти наблюдения подтверждают мысль Гёте, что семядоли, листья, чашелистики, лепестки, тычинки и пестики - не что иное, как «превращения» (метаморфозы) одного и того же органа. Иногда природа как бы «забывает», в каком направлении нужно изменять этот «универсальный» орган. Тогда возникают уродства. Вместо тычинок могут появиться лепестки, и цветок станет махровым - привлекательным, но бесплодным. В этом случае природа «не доходит» до тычинок, будто бы не торопится сделать этот шаг. А иногда вместо пестика возникает стебель с зелеными листьями.

«Если мы замечаем, что... растение имеет возможность делать шаг назад и обращать порядок роста, то это тем более привлекает наше внимание к правильному пути природы, и мы познаем законы превращения, по которым она одну часть производит из другой и разнообразнейшие формы образует посредством видоизменения одного единственного органа. Сходство различных наружных частей растений, как листьев, чашечки, венчика, тычинок, развивающихся друг за другом и вместе с тем как бы друг из друга... и тот процесс, посредством которого один и тот же орган оказывается многообразно измененным, мы и называем метаморфозом растений.» Иоганн Вольфганг Гёте, «Метаморфозы растений».

Мысли, высказанные великим немецким поэтом в конце XVIII столетия, не потеряли своего значения и до сих пор.

Системы органов растения.Тело растения можно разделить на органы. Названия органов известны каждому: корень, стебель, лист. цветок, плод, семя. Органы растения расположены в строго определенном порядке друг относительно друга. Так, листья, цветки и образующиеся плоды всегда прикреплены к стеблю и никогда не прикрепляются к корню.

Стебель с листьями называется побегом. В его строении тоже соблюдается определенный порядок. Например, присмотритесь, в каких местах от главного побега отходят боковые (см. рис. 6.1). Оказывается, эти побеги всегда ответвляются немножко выше мест прикрепления листьев: как называют это специалисты-ботаники, боковые побеги развиваются в пазухах листьев.

Все корни, принадлежащие растению, образуют корневую систему, обычно «спрятанную» в почве. Все побеги растения составляют побеговую систему.

У некоторых растений - например, редиса, свеклы, моркови - побег в начале жизни очень короткий (рис. 1.3, А). На первый взгляд кажется, что листья как бы прикреплены к верхушке корня. Такой побег называют прикорневой розеткой, а о листьях на нем говорят, что они «собраны в прикорневую розетку». Но и в этом случае прикреплены листья все-таки к стеблю, а не к корню. После перезимовки растения, на второй год жизни, побег вытягивается в высоту, на нем развиваются листья, а потом и цветки (рис. 1.3, Б).

Рис. 1.3. Фазы развития побеговой системы редиса. А - раннее вегетативное развитие (черешковые листья собраны в прикорневую розетку), Б — раннее генеративное развитие (междоузлия стебля удлинились, на верхушке стебля начинают формироваться цветки, розеточные листья отмерли - видны рубцы от них)

Иногда на стебле можно видеть придаточные корни. Корни, образованные стеблем, нельзя отнести к побеговой системе.

На корнях других растений, например, щавелька (рис. 1.4) или малины, можно увидеть почки. Из них развиваются новые побеги. Такие растения называют корнеотпрысковыми.

Рис. 1.4. Образование корневых отпрысков у щавеля малого (щавелька). Условные обозначения: кор - корни, отпр - корневые отпрыски (побеги на корнях)

Итак, у растения может оказаться единая корневая система и множество побегов, не связанных друг с другом непосредственно. А может быть и наоборот: единая побеговая система и несколько участков с корнями (например, у земляники, лютика ползучего). Взаимоотношения побеговой и корневой систем довольно разнообразны. Побеговая система растений более сложная, чем корневая. Не всегда легко установить, где у растения листья или стебли.