Н. ЗАМЯТИНА. Фото Н. Замятиной и Н. Мологиной.

Хвойные - одни из древнейших растений, населяющих нашу планету. Геологическая история их насчитывает около 370 млн лет. В процессе столь долгой эволюции листья, или иголки, хвойных сохранили особенности строения вплоть до деталей анатомической структуры. Они не так разнообразны, как листья цветковых растений, тем не менее различаются по форме, цвету и размеру, причем некоторые совершенно не похожи на привычную для нас хвою.

Наука и жизнь // Иллюстрации

У большинства хвойных верхушки побегов защищены плотными тонкими чешуями, образующими в конце вегетационного сезона почку. Почечные чешуи покрыты защитным слоем смолы. На фото: молодая хвоинка, пробивающаяся из почки (увеличение в 10 раз).

Иглы ели обыкновенной, появившиеся на молодой ветке (см. фото вверху справа). Видны подушечки - выступы коры, к которым крепятся иглы, и проводящие волокнистые пучки в виде бороздок (увеличение в 10 раз).

Самая короткая хвоя (всего 1-1,5 см) у ели канадской (Picea canadensis).

К пятихвойным соснам относится одна из самых красивых сосен - веймутова сосна (Pinus strobus). Хвоя - голубовато-зеленая, мягкая, тонкая, длиной до 10 см.

Сосна Банкса (Pinus banksiana). <...>

Иголки кедра атласского (Сedrus atlantica).<...>

Хвоя у лиственницы мягкая, плоская. На укороченных побегах собрана в пучки по 20 хвоинок и более в каждом.

Одна из самых красивых елей - ель сербская (Picea omorica): иголки плоские, изогнутые, сверху темно-зеленые, блестящие, снизу, благодаря голубовато-белым полоскам, серебристые. Мелкие шишечки этой ели привлекают зимой клестов.

Пихта бальзамическая (Abies balsamеa).<...>

ППо строению хвои псевдо-тсуга похожа на ель, но резко отличается от нее и других хвойных по форме шишек, имеющих забавные выросты - "хвостики" на чешуйках.

Тисс ягодный, или обыкновенный (Taxus baссata). <...>

Анатомическое строение иглы сосны обыкновенной.

Хвоя лиственниц появляется в начале мая и облетает в конце сентября. Осенью дерево приобретает золотисто-желтый наряд.

Так выглядит поверхность иглы ели обыкновенной при увеличении в 10 раз. На фото хорошо видны ряды устьиц. Через устьица ель, как и все высшие растения, и дышит, и выделяет кислород.

Иголки сосны обыкновенной (увеличение в 10 раз). Видны пильчатый край и расположенные под эндодермой ряды устьиц.

Пучок иголок на укороченном побеге лиственницы (увеличение в 10 раз).

На нижней стороне хвоинки пихты при большом увеличении (в 20 раз) видны две белые полоски, в которых расположены устьица. Кончик хвоинки раздвоен.

На нижней стороне хвоинки тсуги (увеличение в 10 раз) видны узкие белые устьичные полоски и выделения смолы.

Верхняя сторона хвоинки тсуги блестящая, темно-зеленая, с продольными бороздками.

Самое распространенное хвойное дерево - знакомая нам с раннего детства ель. Хвоя елей в виде одиночных хвоинок вырастает по всей поверхности ветки. Каждая хвоинка обычно четырехгранная. Грани иногда не очень заметны, хвоинки кажутся почти плоскими, но всегда видно, что они заострены на конце. Получается, что толстая еловая иголка как бы заканчивается еще одной совсем тонкой иголочкой.

В сечении хвоинка образует неправильный ромб, всегда направленный самым большим углом вниз. В этом углу находится средняя жилка листа. Такая конструкция придает иглам жесткость - вспомните, какие они прочные и колючие. Сразу под наружным слоем клеток хвоинки - эпидермисом - располагаются два слоя клеток с очень твердыми оболочками, придающими иглам еще большую прочность.

Как и у других хвойных, на листьях-иглах ели есть восковая оболочка - кутикула. Именно у этих растений кутикула наиболее толстая. Особенной толщиной кутикулы отличаются канадские виды елей, хвоя которых имеет голубоватый оттенок. В восковой оболочке растворяются выбрасываемые в атмосферу продукты сгорания автомобильного топлива, именно поэтому хвойные плохо растут в городе. Ель способна наращивать толщину кутикулы, и чем хуже экологическая ситуация, тем толще восковая оболочка и тем ярче елки. Но при достижении определенного предела наступает распад кутикулы, хвоя становится грязно-серой, теряет блеск и опадает.

Хвоя елей разных видов сильно отличается одна от другой. Очень короткие иголки у ели канадской - всего 1-1,5 см, к тому же шишки ее пахнут не скипидаром, как у других елей, а черной смородиной и образуются даже на самых нижних ветках; они не превышают в длину 6 см и созревают в первый же год.

У другого хорошо известного нам хвойного дерева - сосны ветки вначале растут, как у ели, то есть хвоинки располагаются поодиночке и по всей длине побега. На следующий год в пазухах хвоинок образуются укороченные побеги, настолько крошечные, что мы обычно не обращаем на них внимания. Листья-иглы на этих побегах вырастают пучками от 2 до 50 хвоинок в каждом, в зависимости от вида. Сосны даже делят на группы по числу хвоинок: 2-, 3- и 5- хвойные.

Самые многочисленные - двуххвойные сосны. Растут они в основном в Европе и Азии. К наиболее известным двуххвойным относятся повсеместно распространенная в России сосна обыкновенная и встречающаяся в Центральной Европе сосна Банкса. Хвоинки у сосны Банкса коротенькие, всего 2-4 см. Они очень жесткие и топорщатся в разные стороны, отчего ветки кажутся "растрепанными". Кстати, сосне принадлежит рекорд по длине листвы среди хвойных: североамериканская болотная сосна имеет иголки длиной до 45 см.

Треххвойные сосны почти все происходят из Америки. Пятихвойные - встречаются и среди европейских, и среди американских видов; они обычно имеют мягкую, длинную, тонкую и почти неколючую хвою.

К пятихвойным относится одна из самых красивых сосен - веймутова сосна. Хвоя на ее тонких, длинных, слегка поникающих веточках отмирает быстро, сохраняясь обычно лишь на 10-15-сантиметровых кончиках. В условиях средней полосы России мягкая нежная хвоя веймутовой сосны доставляет дереву немало неприятностей. Из растущих в наших садах и парках хвойных именно это дерево больше всего нравится воронам. Его хвоя служит им зимой источником витаминов. В результате весной после стаивания снега земля под веймутовыми соснами бывает покрыта толстым слоем оборванных воронами веток. Причем вороны обдирают эти хвойные не только в городе, но и в лесу.

Пять хвоинок имеет и сибирский кедр, который тоже относится к соснам и называется сосной сибирской. Кстати, в Подмосковье вороны охотно общипывают и кедр сибирский, и корейскую кедровую сосну, отличающуюся более мелкими шишками.

У настоящих кедров хвоинки тоже расположены в пучках на верхушках укороченных побегов. Хвоинок в пучке очень много, они тонкие, прямые и сравнительно короткие; ни у одного вида кедра они не превышают 5 см, а у кипрского кедра достигают лишь 1-2 см, отчего все ветки выглядят как плюшевые ленточки.

Такие же многочисленные и короткие хвоинки у лиственниц. Хвоя их похожа на обычные листья, она мягкая, тонкая, плоская, появляется в начале мая во время "цветения" и облетает в конце сентября. Листопад позволяет этому дереву расти севернее всех других крупных деревьев.

Зимой многие хвойные продолжают испарять воду через хвою, но при промерзании почвы или повреждении корней вода в них не поступает. Деревья высыхают, как белье на ветру, и гибнут. Лиственница же хвою на зиму сбрасывает, и зимнее высыхание ей не грозит.

Листопад спасает лиственницы и в условиях большого города: накопившиеся в хвое за лето вредные для дерева вещества осенью удаляются вместе с хвоей, что позволяет этим деревьям жить там, где ели и сосны обычно погибают. В отличие от сосен, у которых хвоя облетает вместе с веточкой, короткие побеги лиственниц не опадают, а в течение нескольких лет ежегодно выбрасывают новые пучки хвои. Зимой они торчат на дереве как бородавки.

Не совсем привычна для нас и хвоя пихты. Более 30 видов пихт растут вокруг Тихого океана на американском и азиатском континентах. Это огромные, до 100 м высотой, красивые деревья с гладкой корой и торчащими вверх шишками, распадающимися при созревании. Пихта в средней полосе России в природе не встречается. Пихта сибирская растет на северо-востоке европейской части, на Урале и в Сибири, образуя темнохвойные леса. На Кавказе встречается пихта Норманна, остальные виды растут на Дальнем Востоке.

Отличить пихту от хорошо знакомой ели легко по одной-единственной веточке. У пихты хвоя плоская и совершенно не колючая; она образует на ветке два хорошо заметных ряда, оставляя свободной верхнюю часть. У большинства пихт на нижней стороне хвоинок есть две белые полосочки, в которых располагаются устьица. У бальзамической пихты эти полоски широкие, отчего хвоинки кажутся ярко-белыми. Существует очень красивая и необычная по внешнему виду пихта, которая так и называется - одноцветная. Ее хвоя с обеих сторон серовато-зеленая. Хвоинки расположены редко и достигают 6-7 см в длину. Ветки этой пихты напоминают грабли. После опадения листьев на них остаются плоские рубцы, поэтому сами ветки почти гладкие.

Пихта, пожалуй, самое ароматное дерево среди хвойных. Пихтовая лапка - тонкие веточки с хвоей - ценное сырье для получения эфирного масла, которое применяется в медицине и косметике и служит сырьем для получения камфары.

Есть еще одно, не слишком знакомое жителям средней полосы хвойное растение - псевдотсуга. Внешне оно удивительно похоже на ель. От ели отличается, прежде всего, формой шишек. Шишки псевдотсуги образуются не на концах молодых веточек, а на побегах прошлого года и имеют далеко выступающие кроющие чешуи с длинными "хвостиками". Хвоя псевдотсуги располагается по всей ветке, как у ели.

Очень мелкая, до 1-1,5 см, хвоя у настоящей тсуги. Красивые деревья тсуги встречаются в Северной Америке, Китае, Японии, Индии. Иголки у этого растения - плоские, как у пихты, нижняя сторона хвоинок с белыми полосками, а чаще совсем белая. Кончик хвоинки круглый.

Длинные (до 3 см) узкие листья-иголки с двумя желтовато-зелеными полосками на нижней стороне и у тисса ягодного. Его листья живут очень долго, до 10 лет и более, и в течение всей жизни накапливают ядовитое вещество - таксин. Чем старше хвоя, тем более она ядовита. Семена тисса тоже содержат таксин, но в созревшей мясистой кровельке плодов ядовитых веществ нет, и птицы, например черные дрозды, охотно их поедают.

Подробности для любознательных

У хвойных каждая игла почти полностью воспроизводит строение стебля. Наружный слой клеток хвоинки, своеобразную "кору", называют эпидермисом. Сверху хвоинки покрыты восковой кутикулой. За эпидермисом следует гиподерма, или подкожица, - толстостенные клетки, которые защищают листья от повреждений (у дерева гиподерме соответствовала бы древесина). У многих хвойных гиподерма одревесневает. "Деревянную" оболочку имеют хвоинки ели, кедра и сосны. Особенно твердая гиподерма у пицундской сосны: верхние углы ее хвоинки буквально "забронированы" механической тканью, что позволяет очень длинной хвое совершенно не сгибаться.

За гиподермой расположена самая важная ткань иглы -паренхима, ее глубокие складки буквально нашпигованы зелеными шариками хлорофилла - хлоропластами. Именно в паренхиме происходит фотосинтез. В паренхиме же расположены смоляные ходы (смоляные ходы есть не у всех хвойных), их мелкие клеточки выделяют смолу. Каждый смоляной ход, как водопроводная труба, окружен толстостенными клетками механической ткани. Еще ближе к центру иглы располагаются сосудистые волокнистые пучки, окруженные "внутренней кожей" - механической тканью эндодермы. По одревесневшей ткани - ксилеме - проводящая вода идет от ветки к концу хвоинки. По неодревесневшей ткани - флоэме - органические вещества двигаются в обратном направлении. В проводящем пучке есть и своя паренхима. Иногда она зеленая - работающая на синтез, но чаще - одревесневшая, особенно в длинной хвое. В этом случае сосудисто-волокнистый пучок служит жесткой осью, не позволяющей хвоинке сгибаться.

Устьица, через которые дышат хвойные, обычно спрятаны глубоко под эндодермой, что позволяет сильно снизить расход воды зимой на испарение, а летом - во время засухи.

Выполнила: О.М. Смирнова учитель биологии Муниципальное образовательное учреждение Уренская средняя общеобразовательная школа

1.Рассмотрите внешнее строение побега сосны. Как располагаются хвоинки на побеге? Каков внешний вид хвоинки? 2.Рассмотрите внешнее строение побега ели. Как располагаются хвоинки на побеге? Чем отличается внешний вид хвои ели от хвои сосны? 3.Рассмотрите микропрепарат «Хвоя сосны» под микроскопом при увеличении сначала в 56, а затем в 300 раз. На поперечном разрезе хвои найдите плотную кожицу, покрывающую хвоинку снаружи, и устьица в углублениях. Подсчитайте количество устьиц. 4.Почему хвоя сосны испаряет много влаги?

Сосна – многолетнее растение, достигающее в высоту 30-40м. Нижние части стволов лишены ветвей. У старых сосен первые сучья начинаются на уровне не менее чем 10 м от земли. Сосна очень светолюбива. Поэтому её нижние ветки довольно рано отмирают. Под пологом других деревьев она расти и возобновляться не может. Игловидные листья сосны – хвоинки – достигают 3-4 см длины. Хвоинки расположены по две на сильно укороченных побегах. На зиму у сосны, как и большинства хвойных деревьев, хвоя не опадает, а держится на растении 2-3 года. Опадают хвоинки вместе с укороченными стеблями. Хвоинки покрыты толстенной кожицей. Устьиц немного, они располагаются рядами и находятся в углублениях. Сосудистых пучков в листе всего два, и они не имеют боковых ответвлений. В силу этих особенностей сосна экономно испаряет влагу и легко переносит засуху. Листья ели тоже хвоинки, но они гораздо короче и более колючие.

Цель работы: изучить анатомическое строение хвои сосны обыкновенной и корневища папоротника орляка обыкновенного.

Необходимые материалы и оборудование: микроскопы, постоянные препараты, гербарные образцы.

Задания:

1. Рассмотреть поперечный срез листа (хвоинки) сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) при малом и при большом увеличении микроскопа. Нарисовать схему строения поперечного среза хвоинки при малом увеличении, отметив гиподерму, смоляные каналы, мезофилл, эндодерму, проводящие пучки, трансфузионную ткань. При большом увеличении зарисовать участок поперечного среза, на котором обозначить мезофилл, эндодерму, гиподерму, эпидермис, смоляной канал.

2. Рассмотреть поперечный срез корневища орляка (Pteridium aquilinum (L.) Kuhn.) при малом и большом увеличении микроскопа. Зарисовать схему поперечного среза при малом увеличении, отметив сосудистые пучки, участки механической ткани, зону внешней и внутренней коры. При большом увеличении зарисовать проводящий пучок, показав на рисунке эндодерму, перицикл, флоэму и ксилему.

Строение листа сосны обыкновенной

Для хвоинки сосны (рис. 70 ), как и для многолетних листьев других хвойных растений, характерна ксероморфная структура, развитие которой обусловлено резкими перепадами температур в течение года и необходимостью уменьшить испарение в зимнее время года, когда снабжение водой недостаточно.

Листья имеют игольчатую форму и расположены по 2 на укороченных побегах.

Лист в поперечном сечении полукруглый, верхняя его сторона плоская, нижняя – выпуклая.

Снаружи – эпидермис, состоящий из почти квадратных клеток, покрытых слоем кутикулы. Стенки клеток эпидермиса сильно утолщенные, одревесневшие. В результате утолщения внутри клеток остается лишь маленькая полость, от которой по диагоналям к углам отходят узкие поровые каналы.

Под эпидермисом – одно- или двухслойная гиподерма, состоящая из сплюснутых клеток с равномерно утолщенными стенками. На уровне клеток гиподермы заметны замыкающие клетки устьиц с одревесневшими стенками.

Под слоем гиподермы видны смоляные каналы, выстланные тонкостенными клетками эпителия и окруженные обкладкой из толстостенных клеток.

В центре листа находится проводящая система, представляющая собой 2 коллатеральных пучка, соединенные механической тканью и окруженные трансфузионной тканью (служит для перемещения воды и растворов органических веществ от пучков к мезофиллу). Снаружи от проводящей системы - однорядная эндодерма.

Мезофилл состоит из клеток необычной формы: они имеют многочисленные складки, появившиеся в результате впячивания оболочки внутрь клетки, что служит для увеличения ее поверхности.

Строение корневища орляка

Длинное горизонтальное корневище находится у орляка на глубине 20-40 см под землёй. Корни у орляка чёрные и отходят от корневища вниз. Само корневище имеет полициклическое строение (рис. 71 ).

На поперечном срезе в центре хорошо заметны два крупных овальных проводящих пучка. Вокруг них находятся два полукольца механической ткани. За ней располагаются мелкие округлые пучки, среди которых обычно виден один крупный овальный.

Пучки погружены в паренхимную ткань, где хорошо заметны внутренняя и наружная кора. Снаружи стебель покрыт эпидермисом.

В коре видны многочисленные мелкие пучки, также идущие в листья. Пучки орляка закрытые, от коры они отграничены эндодермой с пропускными клетками. Далее находится перицикл, затем – флоэма, в которой различимы ситовидные трубки и лубяная паренхима. В центре каждого пучка – ксилема.

Вопросы к пройденному материалу:

1. Опишите особенности анатомического строения листьев.

2. Опишите особенности анатомического строения корневищ.

3. Опишите особенности анатомического строения растений из различных экологических групп (гидрофиты, гигрофиты и ксерофиты; гелиофиты – сциофиты; суккуленты – склерофиты).

ХВОЯ

Расстановка ударений: ХВО`Я

ХВОЯ, листья многих голосеменных деревьев и кустарников. X. подобно пластинчатому листу выполняет функции фотосинтеза и транспирации. Обычно хвоинки имеют игловидную или чешуевидную, реже узколанцетную форму, дл. до 20-30 см (сосна болотная); в поперечном сечении плоские, трёх- или четырёхгранные, полукруглые, овальные. Расположена X. спирально, супротивно, мутовчато (на удлинённых побегах) или в пучках по 2-50 хвоинок в каждом (на укороченных побегах). У сосен количество хвоинок в пучке - систематич. признак. Толстостенная эпидерма покрыта мощной кутикулой и несёт глубоко погружённые устьица, расположенные параллельными рядами вдоль всей поверхности X. Под эпидермой находятся склерофицированные волокна гиподермы (отсутствуют у тисса). Мезофилл состоит из клеток паренхимы (с хлоро-пластами) и обычно не дифференцирован на столбчатую и губчатую паренхиму. Ассимиляционная ткань содержит смоляные ходы (отсутствуют у тисса), число и расположение к-рых варьирует в пределах одного вида. Проводящая ткань представлена двумя рядом расположенными в центре пучками, к-рые окружены специфич. тканью (трансфузионная ткань) из трахеид и клеток паренхимы и окаймлены толстостенной эндодермой. X. держится на растении от 1 года (ежегодно опадает у лиственницы и лжелиственницы) до 2-25 лет в зависимости от вида и условий местообитания; отмирая, может оставлять на побеге метку - небольшой плоский рубец (пихта) или маленький выступ коры в виде подушечки (ель). X. менее разнообразна по структуре и более чувствительна к изменениям условий произрастания и загрязнению воздуха, чем листья цветковых растений. Суммарная площадь X. (см. Индекс листовой поверхности) в ср. 12-18 га на 1 га, в нек-рых высокопродуктивных девственных лесах Сев. Америки до 38 га на 1 га. Содержит (в расчёте на сухую массу) до 22% целлюлозы, до 36% гемицеллюлозы, до 18% крахмала, до 13% белка, до 14% фенолкарбоновых к-т и ряд др. соединений. Выделяет фитонциды. Используется для получения хвойных масел (пихтовое масло), хлорофиллокаротиновой пасты, витаминов.

Источники:

1. Лесная энциклопедия: В 2-х т., т.2/Гл.ред. Воробьев Г.И.; Ред.кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1986.-631 с., ил.

Хвойные растения являются самыми древними из существующих растений на нашей планете. Их возраст исчисляется сотнями миллионов лет. Эволюция практически не повлияла на анатомическое строение хвои и шишек. При сравнении листьев хвойных, которые в простонародье называют иголками, с листьями цветковых растений, можно заметить, что при относительном однообразии хвоинок они имеют различную форму, размеры, окраску, а у некоторых видов совсем не выглядят, как привычная хвоя.

Хвоя внешне походит на узкие игольчатые листья. Характерно наличие плотной кожицы, которую покрывает восковидная субстанция. Это необходимо для уменьшения испарения влаги голосеменными. К примеру, у ели хвоинки четырехгранные, но зачастую грани практически незаметны, и хвоинки выглядят уплощенными.

Рисунок. Поперечный разрез хвои сосны обыкновенной

Если разрезать хвоинку, она имеет форму неправильного ромба, причем самый плоский угол направлен книзу. Здесь расположена срединная жилка листа. Вдоль других граней иголочки заметны полосы белого цвета, образованные устьицами – дыхательными отверстиями, через которые осуществляется дыхание растений. Также устьица служат для испарения влаги, которую дерево впитывает из грунта даже в лютую стужу. Это объясняет тот факт, что ели, как и другие хвойные, нельзя пересаживать в осеннее время, так как корни не могут крепко укорениться, и вода практически не поднимается по стеблю к хвое, хотя дыхание происходит в том же режиме.

Важным отличием хвойных пород от лиственных заключается в том, что у них черешок прочно связан с веткой и остается на ней, даже после отмирания иголки. Иголки отпадают через 6-7 лет. Они хорошо защищены от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды толстым слоем воскового налета – кутикулой. Причем у многих видов налет настолько толстый, что хвоинки приобретают голубой оттенок.

У хвойных нет истинных плодов и цветов. Они принадлежат к отделу голосеменных.

Их семена прикреплены непосредственно к семенным чешуям, а те из них, которые собраны в женские шишки снабжены особыми крылышками. Покидая шишку, они планируют на крыльях, при вращении напоминая маленькие вертолетики. Это помогает им перемещаться подальше от материнского растения.

Внешний вид шишек хвойных разнообразен и специфичен. Они могут отличаться по длине, форме, размещению в пространстве, цвету, структуре и форме спорофиллов, способу распространения семян, т. д. Но принципиальная структура шишек одинакова. Все шишки в основании имеют ось, которая обособлена от вегетативной части дерева и является коротким побегом с расположенными на нем спороносными листьями – спорофиллами.

Различают женские и мужские шишки. Подавляющее большинство хвойных относятся к однодомным. У них и женские, и мужские шишки развиваются на одном растении. В большинстве случаев мужские шишки группами сосредоточены в пазухах листьев, иногда – на верхушках боковых побегов. Шишки женского пола отличаются компактным расположением, изредка они расположены поодиночке.

Похожие материалы: