Опишите морфологические и анатомические приспособления листа семенных растений к процессу фотосинтеза

Лист – главный фотосинтезирующий орган высших растений. Строение и функции листа тесно взаимосвязаны. Для осуществления фотосинтеза клеткам листа необходим постоянный приток двуокиси углерода, воды и лучистой энергии.

Лист состоит из листовой пластинки и черешка. От черешка в лист проходит жилка. Основу жилки листа составляют проводящие ткани, представленные ксилемой и флоэмой, объединенные в проводящие пучки. Сосудисто-волокнистые пучки обеспечивают приток воды и минеральных растворов в ткань листа и отток продуктов фотосинтеза из листа, а также выполняют механическую функцию, создавая опорный скелет листа. Эти пучки образуют в листе непрерывную систему, связанную с проводящей системой стебля.

Снаружи лист покрыт тонким защитным слоем – эпидермисом, который выделяет воскоподобное вещество – кутин. Эпидермальные клетки – тонкие, прозрачные, с прочными стенками – хорошо приспособлены к тому, чтобы служить защитой для нижележащих слоев клеток, снижать потери воды, но вместе с тем пропускать свет. На поверхности эпидермиса находятся устьица, причем у большинства двудольных растений они сосредоточены на нижней поверхности листа, а у однодольных устьица распределяются одинаково и на верхней, и на нижней поверхности листа. Каждое устьице окружено двумя замыкающими клетками, которые, меняя свою форму, могут изменять величину устьичной щели, регулируя тем самым расход воды и газообмен. Как правило, устьица открываются на свету и закрываются в темноте. Открывание и закрывание устьиц регулируется изменениями тургорного давления в замыкающих клетках.

Под эпидермисом находится основная ассимиляционная ткань – мезофилл, который у большинства растений дифференцирован на палисадную (столбчатую) и губчатую паренхиму. Палисадная паренхима состоит из плотно прилегающих друг к дру­гу клеток, удлиненных в направлении, перпендикулярном поверхности листа. Хлоропласты в клетках этой ткани расположены вдоль вертикальных стенок. Палисадная паренхима содержит примерно ¾ всех хлоропластов листа, поэтому здесь осуществляется основная работа по ассимиляции СО₂. Под столбчатой тканью находится губчатая паренхима с рыхло расположенными клетками неправильной формы и боль­шими межклетниками. Губчатая ткань приспособлена к ассимиляции при слабой осве­щенности; хлоропласты в клетках этой ткани расположены по всей поверхности клеточ­ной стенки. Через межклетники СО₂, поступающий через устьица, свободно распределяется по всей толще мезофилла, а выделяемый при фотосинтезе кислород по межклетникам поступает к устьицам и через них выделяется в атмосферу.

Процесс фотосинтеза осуществляется в двумембранных органоидах – хлоропластах. В хлоропластах содержится хлорофилл и другие фотосинтетические пигменты, локализованные в системе мембран, которые погружены в основное вещество хлоропласта – строму. Внутренняя мембрана хлоропластов образует утолщенные дисковидные выпячивания - тилакоиды, которые расположны друг над другом и собраны в стопки – граны. На мембранах протекают световые реакции фотосинтеза, в строме – темновые.

Листья обычно бывают широкими и плоскими, такая их форма обеспечивает создание максимальной поверхности для поглощения солнечных лучей и для газообмена. Лист как оптическая система имеет сложную внутреннюю структуру: на уровне тканей (разные слои клеток, межклетники), на уровне клетки (хлоропласты, способные к перемещению и повороту), на уровне хлоропласта (система гран, распределение пигментов в гранах).

Кроме оптических свойств самого листа на количество, поглощаемой им радиации, большое влияние оказывает положение листа в пространстве. Для поглощения солнечной радиации большое значение имеет угол наклона листа, а также ориентация листьев (на юг или на север). Обычно ориентация листьев диффузна, и, таким образом, часть листьев всегда ориентирована к оптимальному потоку радиации в течение части дня. При общем недостатке освещения листья всегда направлены к источнику света, например к окну.

Для обеспечения светом фотосинтезирующих структур растению необходимо, чтобы листья были в достаточной степени освещены. Это достигается многоэтажным расположением листьев на отдельном растении и ярусным расположением растений в сообществе. Листья в верхних слоях растительного покрова расположены почти вертикально, глубже - более наклонно, в нижних слоях листвы, получающих в основном рассеянный свет сверху – горизонтально

12. В каких зонах корня происходит усвоение минеральных элементов? Какими способами зольные элементы поступают в растение?

Одной из функций корня является поглощение воды и минеральных веществ (зольных эл-тов). Корень имеет три хорошо различимые зоны растущую, всасывающую и проводящую. В той части корня где клетки прекращают рост, начинается всасывающая зона. Вся поверхность ее густо покрыта мелкими корневыми волосками, которые увеличивают площадь всасывания. Волоски покрыты слизистым веществом, что способствует более тесному контакту почвой. Корни выделяют углекислоту и ряд органических кислот, которые растворяют минеральные вещества, что способствует поступлению их в растение.

Проводящая зона.

По ней идет ток воды с растворами минеральных солей. Эпидерма коря (эпиблема) поглощает воду и минеральные вещества, составляет систему покровных тканей, состоит из одного ряда клеток.

В растении имеется единая гидродинамическая система: постоянный мощный водяной отток от корней к листьям, от листьев к корням. Двигателями этого является корневое давление внизу и транспирация вверху. Вода движется по клеткам (живым) и по проводящей системе – ксилеме.

- Симпласт (ближний, радиальный транспорт совокупность протопластов, связанных плазмодесмами).

- Апопласт (система клеточных стенок) – основной путь движения.

- система вакуолей.

Вода с растворенными в ней веществами поступает в корень через корневые волоски.

По клеткам первичной коры она доходит до центрального цилиндра и по сосудам и трахеидам поднимается вверх по стеблю.Вода с минеральными веществами притекает так –же к цветкам и плодам.

Элементы содержащиеся в растениях делят на три группы.

Макроэлементы (от десятых до сотых долей %) – все органогены (C,O,H,N) и зольные элементы: кремний, калий, кальций, магний, натрий, железо, фосфор, алюминий, сера.

Микроэлементы (от тысячных, до сот тысячных долей %) – марганец, бор, стронций, медь, цинк, барий, титан, литий, йод, никель, молибден, кобальт.

Ультрамикроэлементы (миллион доли %) – цезий, селен, кадемй, ртуть, серебро, золото, радий.

Поглощение разных элементов в онтогенезе растений происходит не одинаково. Особенно энергично поглощаются зольные элементы в период цветения и образования семян. Азот и зольные элементы поглощаются из почвы деятельной поверхностью корневой системы растений в виде ионов (анионов и катионов). Так, азот может поглощаться в виде аниона NO3 и катиона NH4+ (только бобовые растения способны в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивать молекулярный азот атмосферы), фосфор и сера - в виде анионов фосфорной и серной кислот - Н2РО4- и SO42-, калий, кальций, магний, натрий, железо - в виде катионов К+, Са2+, Mg2+, Fe2+, а микроэлементы - в виде соответствующих анионов или катионов. Растения усваивают ионы не только из почвенного раствора, но и ионы, поглощенные коллоидами. Более того, растения активно (благодаря растворяющей способности корневых выделений, включающих угольную кислоту, органические кислоты и аминокислоты) воздействуют на твердую фазу почвы, переводя необходимые питательные вещества в доступную форму.

16. Что такое апикальное доминирование и чем оно обусловлено?

Апикальное доминирование (доминирование верхушки) состоит в том, что присутствие растущей верхушечной почки подавляет рост боковых почек. Удаление верхушки побега приводит к тому, что начинает развиваться боковая почка, т. е. происходит ветвление стебля. Это происходит при обрезке для роста растения кустом, а не вверх.

Содержание ауксина в боковых почках часто бывает не настолько высоким, чтобы подавить их рост. Действие ауксинов при этом неизвестно, возможно они каким-то образом «привлекают» питательные вещества к верхушке. Возможно они “привлекают” питательные вещества к точке роста. У дурнишника резкое падение уровня ауксина в стебле после удаления верхушки позволяет боковым почкам инактивировать абсцизовую кислоту (содержится в них в большом количестве). Ответную реакцию на индолилуксусную кислоту (ИУК) часто усиливают гибберелины. С другой стороны, обработка боковых почек кинетином нередко выводит их из состояния покоя, хотя бы на некоторое время. Кинетин плюс ИУК снимают состояние покоя. Цитокины образуются в корнях и затем переносятся по ксилеме к побегам. Не исключено, что в нормальных условиях они транспортируются туда, где образуются ауксины и совместно стимулируют рост почек

Доминирование верхушки - классический пример того, как одна часть растения контролирует другую при помощи того или иного ростового вещества. Эти явления называют ростовой корреляцией

20: Опишите возможные варианты строения листа у растений засушливых мест обитаний.

У растений имеется ряд особенностей, позволяющих им сократить потери воды в засушливых условиях. Такие признаки называются ксероморфными. Виды, растущие в условиях низкой влажности и регулярных засух, называют ксерофитами.

Самое сильное влияние на транспирацию оказывает температура. Чем она выше, тем быстрее воды испаряется клетками мезофилла и тем насыщеннее водяным паром воздух внутри листа.

Солнечное излучение повышает температуру листа. Чем бледнее окрашены листья, тем больше солнечной радиации они отражают и поэтому не так быстро нагреваются. Бледная окраска листьев обычно связана с тем, что они покрыты опушением из эпидермальных волосков или воскоподобным налетом; этот признак относится к ксероморфным.

Низкая влажность воздуха около листа способствует транспирации, поскольку диффузный градиент водяного пара между межклетниками и окружающей атмосферой становиться круче. С повышением концентрации водяного пара в воздухе диффузный градиент становится более пологим. Поэтому у высокогорных растений часто наблюдаются ксероморфные признаки, снижающие интенсивность транспирации.

К таким признакам относятся, например, погруженные устьица, т.е. устьица, находящиеся на дне борозд или складок эпидермиса, в которых локально создается повышенная влажность, что замедляет транспирационные потери воды. У некоторых видов, например у Ammophila (песколюба), вся листовая пластинка скручивается в трубку, так что устьица оказываются внутри этой трубки, где возникает влажная атмосфера. Если лист покрыт густо расположенными эпидермальными волосками или чешуйками, то между ними задерживается диффундирующий из устьиц пар, и скорость транспирации тоже снижается.

В неподвижном воздухе вокруг листа формируется слой насыщенного влагой воздуха, и диффузионный градиент между межклетниками и окружающей атмосферой становится относительно пологим. При малейшем движении воздуха этот слой сдувается, поэтому интенсивность транспирации при ветреной погоде повышается, причем усиление транспирации заметнее всего, когда ветер слабый. При сильном ветре устьица закрываются и транспирация прекращается.

Опушение листа или чешуйки на его поверхности создают зону спокойного воздуха и таким образом несколько замедляют транспирацию