Листья. Математические методы определения площади листьев растений Листья по форме бывают
Люди пишут о них стихи и песни, любуются ими весной, летом и осенью, с нетерпением ждут их появления зимой. Они – символ жизни и возрождения природы, нежное одеяние, радующее глаз и дарящее чистый кислород всему живому на земле. Это листья – то, что мы видим каждый день и то, без чего не сможет прожить ни одно растение, да и вся наша планета.
— Листья желтые над городом кружатся, с тихим шорохом нам под ноги ложатся…
— Кленовый лист, кленовый лист, ты мне среди зимы приснись…
— Листьев зеленый звон всем тем, кто был влюблен…
Что такое листья, зачем они нужны, почему желтеют осенью и вновь вырастают зимой, какого цвета и формы бывают – всё это и многое другое вы узнаете из этой публикации.
Функции листьев, их роль в жизнедеятельности растений
Если говорить сухим научным языком, лист – один из важнейших органов растения, главная функция которого – участие в процессе фотосинтеза.
[!] Фотосинтез – преобразование солнечной энергии в органические соединения внутри растения. Проще говоря, благодаря фотосинтезу, растения получают пищу от солнечных лучей.
Кроме этого, с помощью листьев растение дышит и испаряет влагу (выделяет росу).
Как видите, без зеленых покровов жизнь растения была бы невозможна, но не только растения зависят от листьев. С помощью этих своеобразных легких растение нейтрализует углекислый газ и выделяет кислород, необходимый и людям, и животным, и насекомым, то есть всему живому на планете.
В целом, лист состоит из нескольких частей:
- Основание – место крепления к стеблю;
- Прилистник – листовидные элементы у основания, в некоторых случаях опадают после того, как лист полностью раскроется;
- Черешок – продолжение главной жилки листовой пластины, соединяющий лист и стебель;
- Листовая пластина – широкая часть листа, выполняющая его основные функции.
Так как каждое растение индивидуально, а листья бывают самыми разными, каких-то частей может и не быть. Например, часто отсутствуют прилистники, иногда не бывает черешка (в этом случае листья называются сидячими или пронзенными). Кроме того все части могут быть самой различной формы, длины и строения.
Классификация и разделение основных частей помогает ученым-ботаникам правильно идентифицировать растение и определить, к какому семейству, роду и порядку оно относится.
Строение, виды и формы листовой пластины
Листовая пластина состоит из верхнего эпидермиса, покрытого кутикулой, палисадного слоя, губчатого слоя и нижнего эпидермиса, также покрытого кутикулой. Каждый из слоев выполняет определенную функцию:
- Кутикула и эпидермис защищают пластину от внешних воздействий, препятствуют излишнему испарению воды.
[!] За процесс задержки необходимой влаги внутри листа отвечают устьица – парные клетки, способные замыкаться и не давать влаге испаряться. Устьица начинают свою работу в засуху, спасая растение от обезвоживания.
- Палисадный слой, также называемый столбчатой тканью, отвечает за процесс фотосинтеза. Здесь собраны и хлоропласты, клетки окрашивающие поверхность листа в зеленый цвет.
- Губчатая ткань – основа листовой пластины. Её функции – газообмен, поглощение углекислоты и выделение кислорода, и фотосинтез.
Вся пластина пронизана проводящими пучками, называемыми жилками, по которым осуществляется доставка органических веществ от корня к листу (вода и минералы) и наоборот (раствор сахара). Кроме того, жилки образуют твердый скелет, защищающий мягкую ткань от разрывов.
Формы пластины
В целом все формы листьев делятся на простые и сложные, а сложные на пальчатые, перистые, двуперистые, трехлистные, перистонадрезанные, которые, в свою очередь, разделяются еще на несколько типов. Всего ботаника насчитывает не менее тридцати пяти разновидностей форм.
Простые листья состоят из одной листовой пластины, при этом она может быть самой разной формы: круглой, овальной, ромбовидной, удлиненной и так далее. Очертание кончика пластины и места крепления черешка также различаются.
Сложными называются те листья, которые состоят из нескольких частей, как сочлененных на общем черешке (лопастные, рассеченные, раздельные), так и имеющих свой отдельный черешочек (пальчатые, перистые, трехлистные).
[!] Одним из признаков сложных листьев является их опадание в разное время.
Кроме общей конфигурации листа различаются его основание (круглое, сердцевидное, треловидное, неравнобокое и т.д.), и верхушка (заостренная, выемчатая, усиковидная, притупленная и т.д.).
Формы края
Край листа, так же как и его общая форма, подсказывает ботаникам принадлежность растения к тому, или иному виду. В зависимости от глубины рассеченности, края делятся на пальчатые или зубчатые (неглубокие выемки), лопастные, рассеченные и раздельные (глубокие выемки). Гладкие края носят название цельнокрайние.
Виды жилкования
Рисунок жилкования листовой пластины может быть весьма разнообразным и зависит от вида растения. В целом все типы жилкования делятся на две части:
- сквозь листовую пластину проходит несколько параллельных жилок, центральная жилка при этом отсутствует (параллельное жилкование),
- есть главная (центральная) жилка, от которой ответвляются боковые (сетчатое жилкование),
- несколько выгнутых жилок, расходящихся в середине листа и сходящихся к краю (дуговидное жилкование).
В свою очередь сетчатое жилкование разделяется на несколько подвидов.
Виды прилистников и черешков
Прилистник обычно похож на маленький недоразвитый листик, располагающийся у основания листа. Они могут опадать после того, как лист полностью раскроется, или оставаться на растении. В зависимости от способа крепления к черешку, прилистники бывают свободные, сросшиеся с черешком, межчерешковые, раструбовидные или опоясывающие основание черешка.
Черешки могут различаться по форме среза: цилиндр, полуцилиндр, с выемкой и другие. Кроме того, как говорилось выше, черешка может не быть совсем, в этом случае лист прикрепляется непосредственно к стеблю.
Как видите, растительный мир демонстрирует удивительное многообразие форм, при этом существуют миллионы их сочетаний.
Итак, научно-ботаническая часть окончена, самое время перейти к удивительным фактам о листьях.
Как растения приспосабливаются к климату и другим условиям обитания с помощью листьев
Каждое растение вынуждено акклиматизироваться к погодным условиям, а также защищаться от внешних воздействий. Все части растения: корни, побеги, цветы и, конечно, листья, приспособились к различным климатическим явлениям: высокой или низкой температуре, засухе или излишней влажности, недостатку или избытку солнечных лучей. Кроме того, растениям угрожают люди и животные, поэтому многие из них в процессе эволюции научились отражать атаки.
Рассмотрим, как с помощью своего зеленого покрова растение противостоит неблагоприятной среде.
Засушливый или влажный климат :
- Небольшой размер листьев и, соответственно, маленькая площадь листовой пластины препятствует излишнему испарению воды;
- Листья обычно толстые, сочные – таким образом в них накапливается необходимая влага;
- Листовые пластины многих растений покрыты волосками, что также препятствует испарению;
- Той же цели служит гладкий восковой налет на поверхности.
- Крупные листья – признак растений тропического климата, за счет большого размера пластины процесс испарения происходит гораздо более интенсивно.
Крассула, сенполия, филодендрон
Ветреные районы :
- Рассеченная, изрезанная форма края свободно пропускает воздушные потоки, благодаря этому порывы ветра не травмируют лист.
Береза повислая «Далекарлийская», монстера, клен пальчатый
Места с избыточным или недостаточным солнечным светом :
- Если солнечного света недостаточно многие растения могут разворачивать листья таким образом, чтобы как можно больше солнечных лучей попало на их поверхность;
- Листовая мозаика – явление, при котором меньшие по размеру листья располагаются между более крупных собратий. В этом случае каждый лист улавливает солнечные лучи и участвует в процессе фотосинтеза;
- Некоторые растения, не нуждающиеся в большом количестве солнца, фильтруют свет через специальные полупрозрачные окошки, расположенные на листьях.
Одуванчик, плющ, фенестрария
Водные растения – эти представители флоры стоят особняком, ведь им, чтобы выжить, пришлось приспособиться даже не к климату, а к совершенно другой стихии – воде:
- Листья гидатофитов (растения, полностью погруженные в воду) сильно расчленены. Таким образом, увеличивая площадь поверхности, растение получает необходимое количество кислорода;
- Листья, плавающие по поверхности водоема, не имеют устьиц с обратной стороны листовой пластины;
- Большая площадь поверхности плавающих листьев не дает им утонуть за счет распределения нагрузки.
- Специальные микроскопические выступы и восковой слой препятствует проникновению воды внутрь листа, исключая заражение растения микроорганизмами и простейшими водорослями. Вода не впитывается в поверхность, а стекает по листу каплями, заодно очищая его от пыли и грязи. Это явление получило название «эффект лотоса».
Роголистник, виктория амазонская, лотос
Защита от животных и людей. Некоторые растения в ходе эволюции научились обороняться от посягательств:
- Листья вырабатывают сильно пахнущие феромоны и масла, отпугивающие животных;
- Листовая пластина бывает покрыта мягкими волосками или даже твердыми колючками, жалящими агрессора.
Герань, крапива, чистец шерстистый
Необычные листья
Природа наделила отдельные виды растений столь экстравагантной внешностью, что иногда определить, где перед нами листья – представляется непростой задачей.
Кактусообразные обосновались на территориях с засушливым климатом, где потеря каждой капли воды равносильна гибели. Эволюционный отбор сделал свое дело — выжили экземпляры с минимальной площадью испарения. Широкие листья – непозволительная роскошь для таких условий существования. Все внешнее убранство кактусов, жителей безводных пустошей — компактные защитные листья-колючки.
Опунция, трихоцериус, шлюмбергера
Другие растения засушливых районов, чтобы не испарять драгоценную влагу, и вовсе решили отказаться от листьев. Вернее, листья у них остались, но только в виде маленьких неразвитых чешуек. При этом форму листа и функцию фотосинтеза приобрели побеги, называемые кладодиями или филлокадиями. Филлокадии настолько приспособились к новой роли, что внешне практически не отличаются от обычного листа, однако фактически таковыми не являются.
Есть и вариант наоборот – то, что кажется побегами, на самом деле является листьями. Один из примеров – усики ползающих растений. В этом случае усики – это верхние части листьев, приноровившиеся цепляться за опору.
Иглица, аспарагус, горошек заборный
Одни их самых необычных листьев принадлежат тропическим экзотам. Жаркий влажный климат, обилие насекомых и животных вынудило растения подстроиться под непростые условия существования и даже перейти в разряд хищников. С помощью липкого секрета или специальных пузырьков на листьях, хищные растения ловят зазевавшихся насекомых, а затем высасывают из них жизненные соки.
Еще одно приспособление тропических растений – мешок, образованный сросшимися плоскостями листовой пластины. В эту ловушку собирается дождевая вода, запас которой, по необходимости, расходуется в периоды засухи.
Росянка, пузырчатка, дисхидия Раффлеза
Листья разных цветов
Какого цвета бывают листья? На первый взгляд ответ на этот вопрос очень прост – зелеными летом, желтыми и красными осенью. На самом деле, они могут быть самых разных цветов не только осенью, но и в другое время года. Можно встретить зеленые, желтые, красные, серебристые бордовые и, даже, фиолетовые оттенки окраски естественного убранства вполне здоровых растений. Кроме необычной пигментации, на листьях некоторых, особенно южных, растений есть красивейшие узоры и орнаменты.
Зебрина, фиттония, каладиум
Листья не только радуют глаз и необходимы для жизни планеты, некоторые из листьев еще и съедобны и, более того, составляют немалую часть рациона человека. В кулинарии их используют и в качестве овощной составляющей: шпинат, мангольд, пекинская, китайская капусты, и в качестве салатных ингредиентов: рукола, щавель, латук, и, конечно, в качестве приправ: укроп, петрушка, базилик, мята и так далее.
Пекинская капуста, салат-латук, базилик
Ответы на вопросы
В завершении статьи – ответы на самые популярные вопросы о листьях.
Почему лист плоский?
Такая форма увеличивает площадь листовой пластины, а, в свою очередь, большая площадь поверхности увеличивает количество клеток, участвующих в процессе фотосинтеза.
От чего зависит размер листа?
Размер и, соответственно, площадь поверхности листа, зависит от места обитания растения. Листья растений из засушливых районов обычно мелкие, а из влажных мест – крупные. Дело в том, что чем больше площадь листа, тем больше на его поверхности устьиц и тем более интенсивно происходит испарение воды. Там, где часто бывает засуха, чтобы выжить растения стараются не испарять много влаги, а в тропическом климате процесс испарения, наоборот, должен быть как можно более интенсивным.
Почему листья зеленые?
За зеленый цвет листа отвечает хлорофилл, участвующий в преобразовании углекислого газа в питательные вещества. Высокое содержание хлорофилла в листовой пластине придает одеянию растений свежий зеленый оттенок.
[!] Хлорофилл некоторых растений окрашен в другие цвета – красный, бурый, фиолетовый, поэтому листья таких растения имеют соответствующие оттенки.
Почему листья желтеют?
Осенью хлорофилл в листьях разрушается, его становится меньше. За счет уменьшения хлорофилла постепенно уменьшается и интенсивность зеленого спектра. На первый план выступают желтые и красные пигменты (ксантофилл, каротин, антоциан), содержащиеся в клетках листа.
[!] Листья отдельных растений не меняют окраску и опадают зелеными.
Почему листья опадают осенью?
Сезонные изменения длительности светового дня и среднесуточных температур, вынудили растения приспосабливаться к переменчивым условиям существования. К наступлению зимних холодов большая часть флоры сбрасывает летнее убранство и переходит в состояние анабиоза, принятое называть зимней спячкой. Обменные процессы в жизненных системах растений практически останавливаются. Листья, столь необходимые летом для испарения излишков влаги и сбора живительного солнечного света, становятся попросту ненужными и опадают.
В течение весны и лета листья добывают и перерабатывают питательные вещества необходимые для жизнедеятельности растений. В процессе такой переработки, зеленые легкие природы вырабатывают и накапливают метаболиты – лишние минеральные соли, таким образом, исполняя роль своеобразного фильтра. Со временем, отложений становится все больше и осенью растение избавляется от листа, который перестает приносить пользу.
Так уж заведено в природе, ни что не пропадает зря. Опавшие листья укрывают землю от мороза, защищая почву. В теплое время года, ковер устилающий почву постепенно разлагается, перепревает. Насекомые, бактерии и микроорганизмы перерабатывают образовавшийся перегной в питательную почву для живых растений, замыкая круговорот в природе.
Почему листья сохнут, чернеют, откуда на листьях появляются пятна?
Листья – своеобразный индикатор состояния растения. Симптомы различных заболеваний, признаки насекомых-вредителей, как правило, в первую очередь появляются на листьях. Если листья желтеют, краснеют, на них появляются различные пятна, вздутия, сухие участки – растение болеет и нуждается в незамедлительной помощи.
Математическая модель кинетики роста растений
Колпак Евгений Петрович,
доктор физико-математических наук,
Столбовая Мария Владимировна,
аспирант.
Санкт-Петербургский государственный университет.
Mathematical Model of Plant Growth Kinetics
Maria Stolbovaya
doctoral student, St. Petersburg State University.
Evgenii Kolpak
D.Sc, St. Petersburg State University.
В работе приводятся результаты исследований по изучению кинетики роста растений. На основе экспериментальных данных предложена математическая модель изменения линейных размеров растений, представляющая собой задачу Коши для обыкновенного дифференциального уравнения.
Ключевые слова: математическое моделирование, морфогенез, кинетика роста.
This paper describes the results of a study in the kinetics of plant growth and offers a mathematical model of changes in their dimensions based on the experimental data obtained. The model is a Cauchy problem for an ordinary differential equation.
Keywords: mathematical modeling, morphogenesis, growth kinetics.
Динамика роста растений впервые, по-видимому, описана в работах Сакса (1832 – 1897) – линейный размер растений во времени в его экспериментах изменялся по «логистической» зависимости. На сегодняшний день многочисленные экспериментальные данные, опубликованные в литературных источниках , с различной степенью точности согласуются с таким характером изменений, как линейных размеров, так и суммарной биомассы растений. Однако, для описания изменения «параметра», характеризующего как рост отдельного растения, так и накопление их общей биомассы, предлагаются различные аппроксимирующие зависимости такие, как экспоненциальная, линейная, параболическая и другие , не учитывающие внутренние биологические процессы, обуславливающие рост растений, и внешние воздействия, такие как дополнительное питание, температурные изменения, антропогенное воздействие. В работе предлагается математическая модель роста отдельного растения, разработанная на основе авторских экспериментальных данных.
Анализ кинетики роста растений проводился на таких растениях как гречиха, просо, момордика, лагенария, лаванда, чуфа, тюльпан и др. Исследования проводились с 2000 по 2012 год на учебно-опытном участке Кингисеппской станции юных натуралистов и в теплицах ЗАО «Радуга» Кингисеппского района. В экспериментах принимали участие Столбовая М.В., Мерзлякова С.Н., Лихачёва Н.В.
Всерастения (табл. 1), кроме тюльпанов, выращивались в летний период в естественных условиях с 2000 по 2012 гг. Для тюльпанов производилась выгонка в зимний период в условиях, при которых регулировалась температура почвы и воздуха. На выращивание каждого сорта выделялось площадь в 10 кв.м. Некоторые растения требовали предпосевной обработки семян, выращивания рассады, подготовки почвы с её дезинфекцией раствором марганцево-кислого калия. На постоянное место высаживались (высевались) тогда, когда миновала угроза возврата заморозков. Дополнительное питание растениям давали в виде подкормок сложным минеральным удобрением. Прополку и полив производили по мере надобности. В процессе роста растений проводились замеры высоты растений механическим способом на протяжении всего вегетационного. Высота растений измерялась с помощью линейки примерно 1 раз в 7-10 дней. Температура измерялась ежедневно.
На рис. 1 приведены экспериментальные данные (отмечены звёздочками) для гречихи 1. Аналогичные зависимости (согласуется с данными, опубликованными в ) получены и для остальных растений (табл. 1) за весь период проведения эксперимента. Максимальная высота растений изменялась от 17 см до 110 см. Время роста от 80 до 110 дней.
Рис. 1. Зависимость «высота растения – время» для гречихи 1.
Все экспериментальные данные по кинетике роста близки к логистической зависимости. Т.е., для описания динамики роста растений можно использовать уравнение :
где – время (дни), − текущая высота растения (см), − теоретическая максимальная высота (см), которую может достигнуть растение по окончанию роста, − константа (удельная скорость роста, размерность – 1/день ). Решением данного уравнения является функция ( − начальная высота растения):
.
Эта зависимость использовалась для описания полученных экспериментальных данных. Константы и подбирались с применением метода наименьших квадратов. Результаты обработки экспериментов (константа ) для некоторых растений приведены в табл. 1. Как следует из полученных результатов, константы для исследуемых растений изменялись в диапазоне 0.06 – 0.15. Погрешность их определения за три года измерений по всем культурам составляла не более остальные 5 %.
Таблица 1.
Выращиваемые растения и расчетные значения удельных скоростей роста.
|
Название растения |
Удельная скорость роста () |
Название растения |
Удельная скорость роста () |
|
Гречиха 1 |
0.15 |
Просо казанское 176 |
0.07 |
|
Гречиха 2 |
0.17 |
Тюльпан Denise |
0.06 |
|
Просо вольное |
0.09 |
Тюльпан Denmark |
0.09 |
|
Просо быстрое |
0.08 |
Тюльпан Escape |
0.09 |
Одним из самых важным факторов, влияющих на рост растений, является температура. Как следует из наших экспериментальных данных, изменение температуры во времени в течение вегетационного периода можно описать функцией
где – минимальная температура за вегетационный период, а – максимальная, – частота изменения максимальных значений температуры.
Растения,
с которыми проводился эксперимент, развиваются, если температура воздуха
изменяется в диапазоне от
(10°С
в эксперименте) до (30°С в эксперименте). Если
считать, что скорость роста максимальна при температуре 
,
тогда удельная скорость роста растения будет пропорциональна функции
если
,
если или ,
где − значение температуры в текущий момент времени.
Эта функция температуры принимает нулевые значения при и и достигает экстремума равного 1 при . Аналогичный подход учета влияния температуры на рост растений использовался в .
Уравнение, для скорости роста растений с учетом введенного температурного режима примет вид:
,
если ,
Если или .
В этой модели предполагается, что растение не погибает при «нарушении» температурного режима, а лишь прекращается его рост. Численное решение дифференциальных уравнений и обработку экспериментальных данных удобнее реализовывать в среде программирования математического пакета Matlab , имеющего набор необходимых встроенных функций.
Таким образом, учет температурного режима может более точно описать экспериментальные данные и объяснить отклонения экспериментальных данных от логистической зависимости более «биологически» обоснованной, чем полиноминальные функции.
Литература
1. Баранов В.Д., Устименко Г.В. Мир культурных растений. М.: Мысль, 1994. 232 с.
2. Винокурова Р.И., Силкина О.В. Ростовые характеристики хвои деревьев пихты сибирской (Abies Sibiricf L.) и ели обыкновенной (Picea Abies L.) // Вестник МарГТУ. 2008. № 2. С. 40 – 50.
3. Горбунова Е.А., Колпак Е.П. Математические модели одиночной популяции // Вест. С.-Петерб. ун-та. Сер. 10: Прикладная математика, информатика и процессы управления. 2012. Вып. 4. С. 18 – 30.
4. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. – М.: Наука, 1984. 424 с.
5. Звягинцев А.Ю. Морское обрастание в северо-западной части Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 2005. 432 с.
6. Злобин Ю.А. Популяционная экология растений: современное состояние. Сумы: Университетская книга. 209. 263 с.
7. Колпак Е.П. MatLab: методы вычислений / Санкт-Петербургский гос. ун-т. Санкт-Петербург, 2007. 100 с.
8. Кузнецов В.И., Козлов Н.И., Хомяков П.М. Математическое моделирование эволюции леса для целей управления лесным хозяйством хозяйством. М.: Ленад. 2005. 232 с.
9. Медведев С.С. Физиология растений: Учебник. – Спб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. 336 с.
10. Назарова С.А., Генельт-Яновский Е.А., Максимович Н.В. Линейный рост Macoma Balthica в осушенной зоне мурманского побережья Баренцева моря // Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 35 – 43.
11. Разин Г.С., Рогозин М.В. О ходе роста древостоев. Догматизм в лесной таксации // Вестник Пермского ун-то. Биология. 2009. Вып. 10(36) . с. 9 – 38.
12. Раилкин А.И. Колонизация твердых тел бентосными организмами. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2008. 427 с.
13. Суханова Е.С., Кочкин Д.В., Титова М.В., Носов А.М. Ростовые и биосинтетические характеристики разных штаммов культур клеток растений рода Polyscias // Вестник ПГТУ. 2012. № 2. С. 57 – 66.
14. Уоринг Ф., Филипс И.Ф. Рост растения и дифференцировка. М.: Мир. 1984. 512 с.
15. Усольцев В.А., Воробейчик Е.Л., Бергман Биологическая продуктивность лесов Урала в условиях техногенного загрязнения: исследование системы связей и закономерностей. Екатеринбург: УГЛТУ. 2012. – 366 с.
16. Hewatt W.G. Ecological succession in the Mytilus californianus habitat as Observed in Monterey Bay // Cal. Ecol. 1935. V. 16. P. 244-251.
17. Prisman T.I., Slyusar N.A. Mathematical model of seasonal growth of halophytic plant community with account of environmental factors: International meeting of soil fertility land management and agro climatology. Turkey, 2008. P. 43-51.
18. Urban H.J. Modeling growth of different developmental stages in bivalves // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2002. Vol. 238. P. 109-114.
19. Wahl M. Living attached: Aufwuchs, fouling, epibiosis // Fouling Organisms in the Indian Ocean: Biology and Control Technology (Nagabhushanam R., Thompson M.F., Eds.). New Delhi: Oxford and IBH Publ. Co, 1997. P. 31-83.
20. Wahl M. Marine epibiosis. I. Fouling and antifouling: some basic aspects // Mar. Ecol. Progr. Ser. 1989. Vol. 58, N 1-2. P. 175-189.
21. Wahl M., Hoppe K. Interactions between substratum rugosity, colonization density and periwinkle grazing efficiency // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2002. Vol. 225. P. 239-249.
Лист
Функции листа: фотосинтез, газообмен, испарение, запас питательных веществ, вегетативное размножение.
На черешке каждого простого листа только одна листовая пластинка. А сложные листья имеют несколько расположенных на одном черешке листовых пластинок, которые именуют листочками.
У сложных листьев на одном черешке расположено несколько листовых пластинок - листочков. У простых листьев листовая пластинка во время листопада отпадает вместе с черешком, а у сложных - отдельные листочки, составляющие лист, могут опадать раньше, чем черешок.
Листорасположение.
Очерёдное (последовательное) - листья располагаются по одному (в очередь) на каждый узел (берёза, яблоня, роза, традесканция, циссус, пеларгония).
Супротивное - листья располагаются по два на каждом узле; либо двумя рядами (сирень, яснотка, мята, жасмин, фуксия).
Мутоовчатое - листья располагаются по три и более на каждом узле стебля - мутовке. Как и супротивные листья, мутовки могут быть перекрёстными (элодея, вороний глаз, олеандра).
Розеточное - листья, расположенные в розетке - все листья находятся на одной высоте и расположены по кругу (камнеломка, хлорофитум, агава).
Формы листовых пластинок.
округлая - ольха, осина; эллиптический - смолёвка, купена; продолговатый - ирга; ланцетный - персик, икотник; узкояйцевидный - тополь; обратноузкояйцевидный - ива ушастая; яйцевидный - вишня, ирга, айва; обратнояйцевидный - лещина, календула.
Лист,его функция и особенности морфологического строения. Продолжительность жизни и размеры листьев. Гетерофилия разнолистность и листовая мозаика. Возможные метаморфозы листа с примерами.
Лист - боковой орган растений, обладающий плоскостной симетрией, основной ф-ией которого является фотосинтез.
Функции листа: фотосинтез, газообмен, испарение, запас питательных веществ, вегетативное размножение.
У любого листа в морфологии растений есть две стороны: абаксиальная и адаксиальная.
Абаксиальная сторона - сторона бокового органа побега растения, обращённая при закладке от конуса нарастания (вершины) побега. Другие названия - спинная сторона, дорзальная сторона. Противоположная ей сторона называется адаксиальной. Другие названия - брюшная сторона, вентральная сторона.
У растений с листьями, опадающими на зиму, каждый лист живет не больше, обычно же меньше одного вегетационного периода, т. е. несколько месяцев. У вечнозеленых растений каждый отдельный лист тоже недолговечен; он живет у большинства 1,5-5 лет, лишь у немногих - до 15 лет.
Поразительной долговечностью отличаются листья африканской вельвиччии (тумбоа); это оригинальное растение несет на невысоком (до 1 м) толстом стволе лишь одну пару листьев; лентовидные листья достигают 2 и даже 3-4 м длины, живут свыше 100 лет, постепенно отмирая на своей вершине и нарастая у основания.
Листовая мозаика - явление, при котором листья расположены в пространстве на побегах одной особи таким образом, что их пластинки не затеняют друг друга, она позволяет растению более рационально использовать падающий на него солнечный свет.
Разнообразие форм листьев на одном и том же растении называется разнолистностью или гетерофилией. Листья различной формы располагаются в разных частях побега или на одной и той же части. пример - водяной лютик.
Метаморфозы. колючки - кактус. луковица - лилия. ловчие листья - венерина мухоловка. листовые колючки - боярышник. усики - горох. мешковые листья - лиана рафлоза. филлодии - морозник. ловчие листья - росянка. суккулентные листья - аллоэ.
Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования детей г. Ростова-на-Дону
« Детский эколого-биологический центр»
Практико-исследовательский проект «Прибор для определения типа листовой пластинки у растений с помощью математического расчета».
Выполнил: Гладких Евгений, обучающийся творческого объединения
«Природа Донского края» МБУ ДО ДЭБЦ
Руководитель: Гурова Л.А. , педагог дополнительного образования МБУ ДО ДЭБЦ .
г. Ростов-на-Дону
Содержание.
1.Цели и задачи проекта. Актуальность………………………………3
2. Значение растений для здоровья человека…………………………3
3. Разнообразие листовых пластинок. Основные параметры……….4
4. Простейший прибор для определения типа листовой пластинки, его строение и работа……………………………………………………….8
5. Выводы……………………………………………………………….10
6. Литература……………………………………………………………11
7. Приложение......................................................................................12
Цели, задачи, актуальность проекта .
Целью настоящей работы является изучение разнообразия растений, их морфологических признаков, выявление роли растений для здоровья людей.
Задачи проекта:
Изучение формы листовых пластинок растений;
Создание прибора для определения типа листовой пластинки;
Составить таблицу - определитель по формам листовых пластинок.
Актуальность проекта в его практической направленности. В городе, здоровье людей во многом зависит от количества растений и их породного состава. Знать какие растения произрастают в нашем городе и какое влияние они оказывают на людей можно, если определить видовой их состав. Работа с определителем требует знаний по морфологии растений. Главный морфологический признак растений – форма и строение листа. Для изучения морфологических признаков листа и служит эта работа.
Значение растений для здоровья человека.
Крупнейший российский гигиенист Ф. Эрисман писал, что ближайшая задача гигиенической науки – найти средства для смягчения действия неблагоприятных для организма человека внешних условий. Растения – как раз одно из таких средств. Наше здоровье и настроение во многом зависят от климата – от того, ясно на дворе или пасмурно, льёт дождь или сияет солнце, сыплет снег или стоит морозная погода. Порой для нас важен не вообще климат материка, а микроклимат родного города или района. А на него растения, особенно деревья, оказывают огромное влияние.
Кроны деревьев существенно влияют на температуру воздуха. Известно, что в отдельных случаях разница температуры под плотно сомкнутой кроной деревьев и на открытом воздухе достигает 11-17 градусов. Это важно для людей, т.к. человеческий организм очень чуток к окружающей среде. Зона температурного комфорта находится в пределах 17,2 – 21,7 градуса. Понятно, что в жилой зоне города должно быть максимальное количество деревьев и почвы покрытой травами. В противном случае, асфальтированные участки, как сковорода греют окружающее пространство, создавая невыносимые условия для людей и комфортные для машин, которые густо как безумный лес покрывают город.
В сочинении, «Каким я вижу свой город», ученики 6-го класса школы №67 написали, что хотят видеть город похожим на сад. Среди зелени людям легче дышится, им не досаждает зной и пыль, их не утомляют резкие шумы. В тени растений смягчаются световые контрасты, что благотворно действует на глаза. Мы с радость вдыхаем аромат цветов и трав. И всё это суммируется нашей нервной системой в благодатное ощущение покоя, отдыха, равновесия. Природные пейзажи с их красотами, ароматами, звуками, воздушными течениями возбуждают в человеке чувства удовлетворения и комфорта. Деревья не только вызывают чувство умиротворения и покоя, но надёжно защищают человека от избыточной радиации. В южных районах, как наш, это особенно важно. Изучение роли растений и воплощение заботы о них – главная цель на данный момент, т.к. эта цель в прямой зависимости со здоровьем человека.
Этот проект призывает обратить внимание на необходимость изучать растения и их разнообразие, он составляет одну из частей по природоохранной работе.
Разнообразие листовых пластинок. Основные параметры.
Известно, что высшее растение состоит из органов: корня, стебля, листа. Из трёх основных органов растения, лист наиболее изменчив по форме, величине, окраске, продолжительности жизни. Именно разнообразие форм листа и его метаморфозы создают красоту и разнообразие мира растений. Даже на одном растении в любой момент можно наблюдать неодинаковые листья. Это разнообразие будет ещё значительнее, если наблюдать растение в течение всей жизни.
Лист в отличие от корня и стебля – боковой орган ограниченного роста, нарастающий не верхушкой, а основанием – интеркалярно. У многих одревесневающих растений – это временный орган, периодически возникающий заново.
Обычно у одревесневающих растений продолжительность жизни листьев явно уступает продолжительности жизни стебля. У травянистых однолетников продолжительность жизни листа и стебля приблизительно одинакова и чаще всего исчисляется 45-120 днями. Существуют и вечнозелёные растения. Основные функции листа выполняет его пластинка: это фотосинтез, транспирация, иногда отложение питательных веществ, газообмен (поглощение углекислого газа и выделение молекулярного кислорода).
Величина листьев сильно варьирует не только у разных групп растений, но нередко и у одного индивидуума. В нашей флоре многие виды имеют очень мелкие листья. Очень крупные листья у видов тропической и субтропической зон.
Морфологическое разнообразие листьев велико. Однако единой классификации, которая охватывала бы всё разнообразие листьев в целом и была бы основана на едином принципе, т.е. на одном или нескольких признаках строения, нет. Поэтому существует несколько разнообразных способов классификации. Существующие классификации искусственны, поскольку не базируются на единой общей концепции развития структур листа.
В данном проекте предлагается классификация простых листьев с цельной пластинкой по математическому принципу соотношения длинны и ширины листа.
Представим условно, что круг – это листовая пластинка. Проведём две взаимноперпендикулярные линии через круг, обозначим отрезки ва\аг, ва\да, вд\вг.
Рис.1 . Получим: ва/аг =1; ва/да =1; вд\вг=0,7 . Такое соотношение, будет характерно только для округлой формы листовой пластинки. При дальнейших расчётах, выбираем самую высокую вертикальную линию листовой пластинки и самую широкую горизонтальную. Из соотношения частей, полученных при пересечении линий, находим коэффициенты, показывающие, к какому типу относится данная листовая пластинка.
Отношение отрезков вд\вг - показывает тип основания листа. Для ЛП с выемчатым основанием, коэффициент вд\вг будет больше 1, а для клиновидного и округлого основания - меньше 1.
Из научной литературы известно около 14 разновидностей или типов листовых пластинок.
Рис.2 Перечислим их: округлая (6), овальная (5), продолговатая (3), ланцетная (4), линейная (2), игольчатая (1), яйцевидная (7), обратнояйцевидная (8), обратноланцетная, стреловидная(12), копьевидная(13), ромбическая(9), сердцевидная(10), почковидная(11), лопатчатая (15)и зонтичная (14)др.
Расчёты соотношений частей листовых пластинок выполнены по схемам, приведённым в книге Т.Г. Зориной Школьникам о лесе, М.: "Лесная промышленность",1971г. (Рис. №2), а также изображений типовых листовых пластинок в книге В.Г. Хржановского Курс общей ботаники, М.: Высшая школа, 1982г. (Рис. №1)
1. округлая;
2. овальная;
3. продолговатая;
4. линейная;
5. ланцетная;
6. обратноланцетная;
7. яйцевидная;
8. обратнояйцевидная.
Рисунок №1
Знать формы листовых пластинок необходимо для определения вида растения, т.е. для работы с определителем растений.
4.Простейший прибор для определения типа листовой пластинки, его строение и работа.
Прибор представляет собой планшет с двумя взаимно перпендикулярными линейками. (Приложение ОБЩИЙ ВИД ПРИБОРА) Размер планшета по длине линеек, которые могут свободно перемещаться по планшету: одна линейка – вниз/вверх и вторая – влево/ вправо. На планшет перед измерением листа помещаем лист А4
Накладывая лист растения, перемещаем линейки так, чтобы вертикальная измерила высоту листа, а вторая - самую широкую часть. Отмечаем крайние точки на бумаге с помощью карандаша, лист растения снимаем. Отмечаем, на какой высоте произошло пересечение линий - это точка а. Верхняя точка - в. Нижняя точка - г. Точка по левой стороне листа - д. Точка по правой стороне листа - б.
Для определения типа листовой пластинки составлена таблица соотношений частей листа.
Таблица с соотношением частей листа:
Форма листовой пластинки
ва/аг
ва/ад
вд/вг
Округлая
0.7
Овальная
~1.6
~ 0.625
Продолговатая
~3,3
0,5
Линейная
~1,36
~6,3
~0,58
Ланцетная
~4,5
~5,3
~0,8
Обратноланцетная
~0,176
~0,2
Яйцевидная
~2,4
~0,75
Обратнояйцевидная
~0,23
~0,6
~0,8
Сердцевидная
1,6
~1.75
10.
Копьевидная
~1,5
~1,136
11.
Стреловидная
~16,5
12.
Ромбическая
0,5
~0,5
13.
Почковидная
~1,7
Значения, приведённые в таблице, приближённо показывают соотношение частей листовой пластинки. Возможны промежуточные формы. При описании листьев следует проанализировать, возможно, больше морфологических признаков, учитывая, что часто листья по форме и другим признакам даже на одном годичном побеге, но в разных его местах могут значительно отличатся друг от друга.
Рис.3 «Изменчивость листьев осины».
Для изучения и классификации листьев необходимо брать срединные листья. Это листья, типичные для данного вида. Низовые и верхушечные листья обычно недоразвиты.
Например, определим, к какому типу листовой пластинки относится лист лимона, выращенного в домашних условиях из косточки. Данный сорт называется Лимон Павловский. Для этой цели измерим основные параметры для нескольких листов: ва\аг, ва\ад, вг\вд. Они соответственно равны:
I. 1,19; 2,27; 0,6.
II. 1,1; 2,4; 0,6.
Эти параметры ближе всего к овальной и продолговатой форме. Следовательно, лист лимона - продолговато-овальный.
Для примера определителя растений приведём план описания деревьев и кустарников по листьям:
1- лист простой или сложный;
2- лист черешковый или сидячий;
3- форма листовой пластинки:
а)простых листьев - округлая, овальная, продолговатая, ланцетная, линейная, яйцевидная, обратнояйцевидная;
б)сложных листьев - перистосложная (парно и непарно), пальчатосложная;
4- форма основания листовой пластинки: клиновидная, округлая, сердцевидная;
5- форма верхушки листа: тупая, острая;
6- жилкование: перистое, пальчатое;
7- расчленение листовой пластинки: цельная, лопастная, раздельная, рассечённая;
8- форма края листовой пластинки: целнокрайняя, зубчатая, пильчатая, городчатая, выемчатая;
9- цвет, блеск, опушённость и др. признаки.
Выводы.
1 . Изучение видового состава растений города Ростова-на-Дону подготавливает природоохранную деятельность.
2. Для изучения видового состава необходимо использование определителя растений.
3. Форма листовой пластинки - один из важнейших морфологических признаков, который используют при определении растений.
5. Простейший прибор позволяет применить математические методы для определения формы листовой пластинки.
6. Изучение растений и их влияния на здоровье человека возможно приведёт к оздоровлению обстановки в городе Ростове - на - Дону.
Литература:
1. Р.В. Бобров Беседы о лесе. –М.: Молодая гвардия, 1982.
2. Т.Г. Зорина Школьникам о лесе. –М.: «Лесная промышленность», 1971.
3. Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы. Под редакцией З.Н. Кудряшёвой и А.В. Ганжиной. –Минск: «Вышейшая школа»,1974.
4. В.Г. Хржановский Курс общей ботаники.-М.: «Высшая школа», 1982.
Приложение.
Общий вид прибора.
Формы листьев, цветов и корней растений весьма разнообразны. Сегодня мы поговорим об одном из главных органов всех зеленых растений. Это лист. Находится он на стебле, занимает на нем боковое положение. Форма листьев значительно варьируется, как и их размеры. К примеру, у ряски, водного растения, они в диаметре около трех миллиметров. До метра может достигать лист виктории амазонской. У некоторых тропических пальм длина его составляет 20-22 м.
Общая характеристика листьев растений
Безлистное дерево представляет собой метлу различных размеров. Нередко трудно определить его вид зимой, когда крона голая. Деревья с листвой, опавшей на зиму, не растут, хотя и остаются живыми. Лишь после их распускания они начинают жить в полной мере и приобретают свою характерную форму. Лист - это не осевой орган, однако он тесно связан со стеблем, который является осью побега.
У псилофитов, наиболее древних наземных растений, не было расчленения тела, привычного нам. В их строении не выделялись корень, лист и стебель. Оно произошло несколько позднее. У современных растений форма листьев и их организация очень пластичны. От стебля и корня эти органы отличаются характерными особенностями. Листья побега являются его боковыми органами. Они образуются поверхностно (экзогенно) как бугорки, расположенные в конусе нарастания. Однако сами листья не имеют. Они растут основанием. На них не бывает непосредственно других листовых или осевых органов. Рост их ограничивается некоторым отрезком времени.
правила и исключения
Листовая пластинка представляет собой расширенную часть листа. Черешок - его стеблевидная узкая часть. Именно с помощью него со стеблем соединяется листовая пластинка. Основание - часть, которой к стеблю прикрепляется черенок. У основания находятся прилистники.
Как правило, строение листьев спинно-брюшное (дорзивентральное). Плоскость симметрии их одна, и она разделяет их на 2 половинки, симметричные друг другу. Однако из этих правил есть множество исключений. К примеру, листья вайи (папоротников) растут верхушкой. Что касается хвои сосны, она увеличивается в размере в течение нескольких лет. У сосны хвоя растет вставочным ростом при основании.
Однако самыми удивительными исключениями из этих правил можно считать листья Вельвичии мирабилис. Это голосемянное растение, которое встречается в Южной Африке (пустыня Калахари). Тумбообразный ствол Вельвичии мирабилис (40 см в высоту и 1 метр в поперечнике) образует только 2 листа. Их длина достигает трех метров. Форма листьев ремневидная, они являются кожистыми. Эти листья отмирают с концов, а у основания постоянно нарастают. В результате этого продолжительность жизни их может превышать 100 лет.
Как классифицировать листья?
Внешнее разнообразие листьев настолько велико, что единую систему классификации, основанную на одном или нескольких признаках, создать невозможно. Существует несколько классификаций, о которых мы сейчас расскажем.
Классификация по черешку
Есть три способа, с помощью которых к стеблю прикрепляются листья. Выделяются растения с черешками и без них. В первом случае листья такого растения называют черешковыми, а во втором - сидячими. Основание у некоторых растений разрастается, охватывая над узлом стебель. В этом случае лист именуют влагалищным. Стебель как будто вложен в него. Если сидячий лист растения опускается по стеблю вниз, его именуют низбегающим. Характерный пример - чертополох. Если же лист растения охватывает стебель, его именуют стеблеобъемлющим.
Сложные и простые листья
Переходим к следующей классификации. Листовые пластинки также могут быть весьма разнообразными по форме, величине, структуре и другим параметрам. Их может быть одна или несколько. Если есть только одна пластинка, листья называют простыми. Форма листьев деревьев в этом случае может быть овальной, округлой, ланцетной, продолговатой, яйцевидной, линейной, обратнояйцевой. Когда же пластинок несколько на одном черешке, речь идет о сложных видах. Расположение листовых пластинок также может быть различным. Форма может быть следующей: прерывистоперистосложной, триждыперистосложной, дваждыперистосложной, непарноперистосложной, парноперистосложной, пальчатосложной, тройчатосложной.
Однако и простые листья не так уж и просты. Рассмотрим это на примере известного многим растения монстеры. Ее лист состоит только из одной листовой пластинки, поэтому считается простым. Однако форма его весьма причудлива. Листья данного типа именуют расчлененными. Бывают и другие типы. Если рассечение пластинки не превосходит четверти ее ширины, форма листьев деревьев лопастная. В случае, если она рассечена на треть, ее называют раздельной. Бывает и так, что разрез достигает основной В этом случае форма листьев растений рассеченная.
Число рассечений, форма листовых пластинок и краев
Переходим к следующей классификации. Растения могут различаться и по числу рассечений на листе. Если он разделен на 3 части, его называют тройчато-, если на 5 - пальчато-, если на большее число частей - перисто-(рассеченным, раздельным, лопастным).
Листовые пластинки классифицируют также по форме. Выделяют множество их форм: яйцевидные, округлые, копьевидные, ланцетные, линейные, продолговатые, сердцевидные, стреловидные и др. По этому же основанию классифицировать можно также и края. Самая распространенная форма края листа - цельная (цельнокрайние листья). Однако существует и несколько других видов. Выделяются зубчатые, городчатые, колючезубчатые (шиповатые), пильчатые, извилистые листья по форме края.
Гетерофилия
Знакомо ли вам это понятие? Если нет, то отметим, что листья на одном побеге могут иметь различную форму, окраску и величину. Именно это явление и получило название гетерофилия. Она характерна, к примеру, для стрелолиста, лютика и многих других видов.
Жилки растений
При рассмотрении листовой пластинки растения можно заметить, что на ней имеются жилки. Это проводящие сосуды. Расположение их на листе также может быть различным. Жилкование - это способ расположения листьев. Существует несколько его типов: сетчатое (перистое и пальчатое), дихотомическое, дуговое, параллельное. Для однодольных растений характерно дуговое или а для двудольных - сетчатое.
Предлагаем рассмотреть и сравнить листья дуба и клена, определить их форму.
Листья дуба
Дуб - растение, характерное для умеренного климата. Его можно встретить в различных регионах Северного полушария. Тропические высокогорья - южный предел его произрастания. Листья его кожистые. Они держатся на дереве у вечнозеленых видов несколько лет, а у других видов опадают ежегодно или же остаются на ветвях, постепенно разрушаясь и высыхая. Форма листа дуба является лопастной. Однако иногда встречаются и цельные. Такая форма наблюдается у некоторых вечнозеленых видов. У белого, к примеру, листья довольно крупные (до 25 см). У этого вида деревьев продолговато-овальная форма листа. Весной крона приобретает ярко-красную расцветку, а в летнее время меняет свой цвет на ярко-зеленый, в то время как нижняя часть становится белой. Оттенок листьев осенью варьируется. Он может быть от насыщенно-пурпурного до бордового. Формы осенних листьев при этом не меняются.
Красный дуб (иначе его называют северным) - это высокое дерево (до 25 м), имеющее густую крону. Листья его крупные, имеют заостренные лопасти. Название свое это дерево получило из-за листвы, имеющей красноватый цвет осенью и весной.
Листья клена
Родиной клена является Евразия. Это листопадное дерево, имеющее плотную, округлую, широкую крону. В высоту оно достигает 30 метров. Дерево может прожить при благоприятных условиях до 200 лет. Его листья крупные, диаметр их достигает 18 см. Они обладают ярко выраженными жилами. Форма следующая: у него есть 5 лопастей, завершающихся остроконечными долями. При этом три передние лопасти не отличаются друг от друга, а две нижние несколько меньше. Закругленные выемки имеются между всеми ними. Черешки листьев длинные. Что касается цвета, он также различается в зависимости от времени года. Летом листья темно-зеленые сверху и светло-зеленые снизу. Осенью они приобретают коричневые, красные, бордовые и бурые оттенки.
Итак, мы рассмотрели основные формы листьев. В заключение расскажем об их роли.
Значение листьев
Наиболее важной функцией является образование органических веществ. Большая и плоская листовая пластина улавливает солнечный свет. Именно в листьях протекает С их помощью растение также испаряет воду. Оно может менять интенсивность этого процесса, закрывая и открывая устьица. Кроме того, с помощью листьев происходит газообмен. Углекислый газ и кислород поступают через устьица. Кислород нужен для дыхания, а углекислый газ необходим растению для синтеза органических веществ. Во время листопада ненужные вещества удаляются, уменьшается поверхность надземных органов в неблагоприятный период. Растение испаряет меньшее количество воды, крона накапливает меньше снега, а значит, она не сломается.