Анатомическое строение листовой пластинки

Клетки меристемы зачатка листа дифференцируются в первичную покровную ткань - эпидерму, основную паренхиму и механические ткани. Слои прокамбия, возникшие из срединного меристематического слоя зачатка листа, дифференцируются в проводящие пучки.

По анатомическому строению выделяют дорсовентральные, изолатеральные и радиальные листья.

При равномерном освещении листа с обеих сторон, когда листовая пластинка расположена почти вертикально (под острым углом к стеблю), лист становится изолатеральным, т.е. равносторонним. При такой структуре листа столбчатая хлоренхима располагается с верхней и нижней стороны (например, у листа гладиолуса, нарцисса, ириса; рис. 21, см. цв. вкл.).

.

Рис. 3.29.Сложные и простые листья с расчлененной листовой пластинкой

У большинства растений вследствие неравномерного освещения листа с верхней и нижней стороны на верхней стороне листовой пластинки происходит развитие столбчатой хлоренхимы, а на нижней - губчатой. Такая структура называется дорсовентральной, т.е. ярко вы- раженная дорсальная и вентральная сторона (свекла сахарная).

У хвои сосны ассимиляционная часть листа представлена складчатой хлоренхимой, расположенной вокруг центрального осевого цилиндра. Структура таких листьев называется радиальной.

Рассмотрим анатомическое строение листа дорсовентральной структуры (рис. 3.30 и 3.31).

Рис. 3.30.Схема строения дорсовентрального листа: 1 - верхняя эпидерма; 2 - столбчатая хлоренхима; 3 - склеренхима; 4 - сердцевинные лучи ксилемы; 5 - сосуды ксилемы; 6 - флоэма; 7 - губчатая хлоренхима; 8 - воздухоносная полость; 9 - устьице; 10 - колленхима; 11 - нижняя эпидерма

Сверху и снизу лист покрыт живой однослойной эпидермой. Причем верхняя по сравнению с нижней эпидермой представлена более крупными клетками и покрыта кутикулой. Часто верхняя эпидерма пропитывается воском, что усиливает защитную функцию листа от потери воды. Эти клетки плотно сомкнуты, чему способствуют их извилистые очертания. Клетки эпидермы играют роль в образовании трихом. Трихомы могут быть различной формы: одноклеточные, многоклеточные ветвистые, щетинки, звездчатые (см. раздел «Покровные ткани»). В клетках трихом протопласт отмирает, содержимое заполняется воздухом; основная их функция - защитная (от потери воды, перегрева, поедания животными).

Рис. 3.31.Полусхематическое объемное изображение части листовой пластинки:

1 - верхняя эпидерма; 2 - железистый волосок; 3 - кроющий волосок; 4 - палисадный (столбчатый) мезофилл; 5 - губчатый мезофилл; 6 - колленхима; 7 - ксилема; 8 - флоэма; 9 - обкладочная склеренхима пучка; 10 - нижняя эпидерма; 11 – устьице

В эпидерме располагаются устьица. Чаще они встречаются в нижней эпидерме, но могут быть и с обеих сторон, а у водных растений с плавающими листьями только на верхней эпидерме. Если у двудольных растений устьица расположены достаточно свободно по всей эпидерме, то у однодольных с вытянутыми листьями - ровными рядами, причем устьичные щели ориентированы вдоль оси листа. Устьицам всегда сопутствуют воздухоносные полости, через которые осуществляются транспирация и газообмен.

Под верхней эпидермой в 1-3 слоя размещается столбчатый мезофилл (столбчатая хлоренхима). Клетки его - цилиндрической формы, узкая их сторона примыкает к эпидерме. Это высокоспециализированная ткань для выполнения фотосинтеза.

Прямоугольная (цилиндрическая) форма клеток обеспечивает сохранность хлорофилла, содержащегося в хлоропластах. Находясь большую часть времени на вытянутых радиальных стенках, чечевицеобразные хлоропласты не подвергаются воздействию прямых солнечных лучей. Последние скользят вдоль них, равномерно освещая хлоропласты и не разрушая при этом хлорофилл. Все это способствует активному протеканию фотосинтеза.

Ниже лежит губчатый мезофилл, характеризующийся рыхло расположенными округлыми клетками с большими межклетниками. Губчатый мезофилл, как и столбчатый, содержит хлоропласты, но их в 2-6 раз меньше, чем в столбчатой хлоренхиме. Основные функции губчатой ткани - транспирация и газообмен, хотя она участвует и в фотосинтезе.

Крупные жилки листа представлены полным сосудисто-волокнистым пучком, а мелкие - неполным. Вверху полного сосудисто- волокнистого пучка располагаются ксилема, а под ней флоэма. Как правило, это закрытые пучки, но у некоторых двудольных видны следы деятельности камбия, которая прекращается рано.

У двудольных также вокруг пучка кольцом лежит склеренхима, оберегающая пучок от давления разрастающихся клеток мезофилла листа. Над пучком и под ним располагается уголковая, реже - пластинчатая колленхима, примыкающая к эпидерме и выполняющая опорную функцию. Мелкие жилки проходят в толще мезофилла под столбчатой хлоренхимой. Склеренхима может располагаться участками или вокруг этих жилок.

Своеобразное строение имеют листья хвойных растений; рассмотрим это строение на примере хвои сосны (рис. 3.32).

Клетки эпидермы толстостенные, одревесневшие, почти квадратной формы, покрыты толстым слоем кутикулы. Под эпидермой располагается гиподерма в один слой, а по углам - несколькими слоями. Клетки гиподермы со временем одревесневают и выполняют водозапасающую и механическую функции. С обеих сторон листа имеются устьица, под которыми лежат большие воздухонос ные полости. Под гиподермой находится мезофилл, представленный клетками, имеющими внутренние складки, увеличивающие их ассимилирующую поверхность. В складчатой хлоренхиме проходят смоляные ходы.

Центральный осевой цилиндр отделяется от складчатой хлоренхимы эндодермой с пятнами Каспари. Проводящая система

представлена 2 пучками, снизу обрамлена тяжами склеренхимы. Остальное пространство занято трансфузионной тканью, осуществляющей связь пучков с мезофиллом. Трансфузионная ткань состоит из мертвых и живых клеток. По рядам живых клеток передаются ассимиляты во флоэму, а по мертвым клеткам - вода из ксилемы к хлоренхиме.

Рис. 3.32.Лист (хвоя) сосны в поперечном разрезе (А) и схематическое изображение (Б):

1 - эпидерма; 2 - устьичный аппарат; 3 - гиподерма; 4 - складчатая паренхима; 5 - смоляной ход; 5а - склеренхимная обкладка; 6 - эндодерма с пятнами Каспари; 7 - ксилема; 8 - флоэма; 7, 8 - закрытый проводящий пучок; 9 - склеренхима; 10 - паренхима (трансфузионная ткань)

Листопад

Листопад - это биологическое явление, обусловленное жизнедеятельностью растения. Лист, достигший предельных размеров, довольно быстро начинает стареть и отмирать. При старении листа в нем замедляются жизненно важные процессы: дыхание, фотосинтез. Начинают преобладать процессы распада, а не синтеза, и из листа начинают оттекать органические вещества (углеводы, аминокислоты). Лист опустошается от питательных веществ, но в нем начинают накапливаться балластные вещества - такие, как соли оксалата кальция. Видимый признак старения листа - изменение его окраски. С разрушением хлорофилла и накоплением каротиноидов и антоцианов лист приобретает желтый, оранжевый или багряный цвет. Образованию антоцианов способствуют низкая температура, солнечная погода, высокое содержание сахара в клетках мезофилла. Во время дождливой, пасмурной осени листья, как правило, желтые, а не багряные, и дольше остаются на деревьях. У травянистых растений лист разрушается, но остается на стебле, у деревьев и кустарников старые листья опадают - таким образом растения реагируют на уменьшающийся световой день, понижение температуры. Это связано с тем, что в конце лета в месте прикрепления листа к стеблю образуется отделительный пробковый слой, изолирующий лист от стебля. При порывах ветра и под собственной тяжестью лист отделяется от стеб- ля по разделительному (пробковому) слою. На этом месте остается листовой рубец; он покрыт пробкой, которая защищает ткани стебля в месте, где крепился лист.

Опадание листьев может происходить и летом - для предотвращения растением физиологической засухи, так как оставшиеся ли- стья испаряли бы воду, которая не может в это время в достаточном количестве поступить в корни.

Кроме листопадных растений есть вечнозеленые, которые в течение всего года имеют зеленые листья, но они также после истечения жизненного срока (несколько лет) опадают.

Рис. 3.33.Гомологичные органы листового происхождения: А - ловчий аппарат непентеса; Б - колючки акации белой; В - колючки барбариса; Г - усик чины

Метаморфозы листа

Усики. У многих лазающих растений (таких, как диоскорея, настурция) часть листа или весь лист превращаются в усики. У многих представителей Бобовых (горох посевной, чечевица) усиками становятся верхняя часть рахиса и несколько пар листочков.

Колючки - это приспособления, уменьшающие испарение влаги и защищающие от поедания животными. Лист может полностью преобразоваться в колючку (например, у кактусов). У некоторых растений (акации, робинии, молочаи) колючки образуются из прилистников, после опадания листьев.

Филлодий - это метаморфоз черешка (у некоторых видов чин Кав- каза) или основания листа в образование, похожее на плоский лист. Филлодии выполняют функцию фотосинтеза и характерны для растений, обитающих в засушливом климате.

Ловчие аппараты насекомоядных растений - это видоизмененные листья. Эти растения автотрофные, но наряду с этим они способны переваривать животных и добывать готовые органические вещества. Например, росянка, обитающая на торфяных болотах, имеет ловчий аппарат в виде пурпурной ножки - вырост пластинки листа и овальной головки - желёзки, выделяющей секрет с кислотой и ферментом, схожим с пепсином (рис. 3.33).