Ткани растений: как клетки объединяются в команды

В прошлой статье мы разобрали устройство растительной клетки — миниатюрной фабрики, где есть и электростанции (митохондрии), и солнечные батареи (хлоропласты), и склады (вакуоль), и командный центр (ядро). Но отдельная клетка редко работает в одиночку. Клеткам нужно объединяться, координировать свои действия и распределять обязанности. Именно для этого существуют ткани.

Ткань — это группа клеток, сходных по строению и происхождению, которые вместе выполняют одну или несколько функций. Из тканей, в свою очередь, строятся органы растения: корень, стебель, лист, цветок.

Для сити-фермера понимание тканей — это следующий уровень осознанного ухода. Если знание клетки помогает понять, почему растение вянет или желтеет, то знание тканей позволяет ответить на вопрос: где именно произошёл сбой и как это исправить. Когда вы видите, что рассада полегла, проблема, скорее всего, в механических тканях. Если растение увядает при влажной почве, скорее всего, нарушена работа проводящих тканей (ксилемы). Если кора отслаивается — пострадали покровные ткани и камбий.

В этой статье мы пройдём по всем типам растительных тканей. Мы увидим, как строительные бригады (меристемы) возводят новые этажи, как транспортные магистрали (ксилема и флоэма) пронизывают всё растение, как армия защитников (покровные и выделительные ткани) отражает атаки вредителей и непогоды. И главное — свяжем каждую ткань с конкретными действиями на вашей городской ферме или подоконнике.

В любом растении есть клетки, которые никогда не взрослеют. Они постоянно делятся, создавая новые клетки для роста и восстановления. Эти клетки образуют образовательные ткани, или меристемы. Они сохраняют способность к делению на протяжении всей жизни растения.

Меристемы расположены в строго определённых местах:

• Верхушечные (апикальные) меристемы находятся на кончиках корней и на верхушках побегов. Именно они обеспечивают рост растения в длину. Когда вы весной видите, как из почки на ветке появляется молодой побег, — это проснулась верхушечная меристема.
• Боковые (латеральные) меристемы расположены по бокам стебля и корня. Главная из них — камбий. Это тонкий слой делящихся клеток между древесиной и лубом. Камбий отвечает за рост в толщину: благодаря ему стволы деревьев становятся толще год от года. У травянистых растений камбий выражен слабо или отсутствует.
• Вставочные (интеркалярные) меристемы есть у злаков и некоторых других растений. Они находятся у оснований междоузлий и позволяют траве быстро отрастать после скашивания — вы косили газон, а через неделю он снова зелёный и высокий.
• Раневые (травматические) меристемы возникают в местах повреждений. Они формируют каллюс — наплыв ткани, который затягивает рану. Именно из каллюса при черенковании развиваются новые корни.

Клетки меристемы мелкие, плотно упакованные, без крупных вакуолей. У них нет времени накапливать запасы — они заняты только делением. Одна дочерняя клетка остаётся меристематической (продолжает делиться), а вторая отправляется «во взрослую жизнь» — постепенно превращается в клетку какой-либо другой ткани (покровной, проводящей, механической и т.д.).

Этот процесс называется дифференцировкой. Клетка‑новичок получает «профессию» в зависимости от того, где она оказалась: рядом с поверхностью — станет клеткой эпидермы, внутри стебля — паренхимой или сосудом.

Если меристемы — это строители, то паренхима — это универсальные рабочие, которые заполняют почти всё внутреннее пространство растения. Клетки паренхимы живые, с тонкими стенками и крупными вакуолями. Они могут выполнять самые разные задачи в зависимости от того, где находятся.

В листьях и молодых зелёных стеблях клетки паренхимы содержат множество хлоропластов. Эта ткань называется хлоренхимой. Именно здесь происходит фотосинтез — превращение углекислого газа и воды в органические вещества под действием света. Если разрезать лист поперёк и посмотреть под микроскопом, вы увидите два‑три слоя плотно уложенных клеток под верхней кожицей — это столбчатая хлоренхима, главная фотосинтезирующая фабрика. А под ней — более рыхлая губчатая хлоренхима, где кроме фотосинтеза происходит газообмен.

В сердцевине стебля, в корнеплодах, клубнях, луковицах, семенах и сочных плодах паренхима превращается в запасающую ткань. Здесь откладываются:

• крахмал (картофель, зерновые);
• сахара (свёкла, морковь, сладкие плоды);
• масла (семена подсолнечника, рапса, льна);
• вода (кактусы, алоэ).

Именно запасающая паренхима даёт нам тот самый урожай, ради которого всё и затевается.

У водных и болотных растений — кувшинок, риса, рогоза — паренхима образует крупные воздушные полости. Эта ткань называется аэренхимой. Она позволяет растению плавать (полости работают как поплавки) и дышать, проводя кислород к погружённым в воду органам.

Суккуленты — кактусы, алоэ, толстянки — имеют специальную водоносную паренхиму. Клетки этой ткани огромные, с крупными вакуолями, способными удерживать влагу месяцами. Благодаря этой ткани кактусы выживают в пустыне, а на вашем подоконнике могут обходиться без полива по несколько недель.

Всё, что находится на поверхности растения, — это покровные ткани. Они работают как кожа человека: защищают от пересыхания, перегрева, холода, механических повреждений и проникновения инфекций. Но у растений есть и дополнительная задача — регулировать газообмен и испарение.

Эпидерма покрывает молодые стебли, листья, цветки и плоды. Это один слой живых клеток, плотно прилегающих друг к другу. Снаружи эпидерма часто покрыта кутикулой — восковым налётом, который придаёт листьям блеск и делает их водонепроницаемыми. У некоторых растений кутикула настолько мощная, что лист не смачивается водой — капли скатываются, унося с собой грязь и споры грибков.

На эпидерме есть специальные образования:

• Устьица — микроскопические «дверцы», образованные двумя замыкающими клетками. Когда замыкающие клетки насыщаются водой, они изгибаются, и устьичная щель открывается; когда теряют воду — закрываются. Через устьица происходит транспирация (испарение воды) и газообмен (углекислый газ входит, кислород выходит). У большинства растений устьица открыты днём и закрыты ночью, а при засухе — закрыты даже днём, чтобы сохранить воду.
• Трихомы — волоски. Железистые трихомы выделяют эфирные масла (мята, базилик, лаванда) или защитные вещества (например, липкую жидкость, которая ловит мелких насекомых). Кроющие трихомы создают воздушную прослойку у поверхности листа, снижая испарение и защищая от перегрева.

Когда стебель или корень стареет и начинает расти в толщину, эпидерма заменяется более надёжной защитой — перидермой (пробкой). Клетки пробки мёртвые, их стенки пропитаны суберином — водонепроницаемым веществом. Многослойная пробка защищает стволы деревьев от морозов, вредителей и механических повреждений. На поверхности пробки можно заметить чечевички — небольшие бугорки с рыхлой тканью, через которые происходит газообмен.

У корней своя покровная ткань — ризодерма. В зоне всасывания клетки ризодермы образуют длинные выросты — корневые волоски. Один волосок живёт несколько дней, но постоянно образуются новые. Именно через эти волоски растение получает 90% воды и минеральных веществ.

Если бы растения не имели механических тканей, они бы стелились по земле, не в силах выпрямиться. Эти ткани работают как арматура в бетоне или как каркас в здании. Они обеспечивают прочность, упругость и устойчивость.

Колленхима — это живая, эластичная ткань. Её клетки имеют неравномерно утолщённые стенки и располагаются в молодых стеблях, черешках листьев, жилках. Колленхима позволяет растению гнуться, но не ломаться. Когда вы держите в руках молодой стебель базилика или петрушки и он не падает, — это работа колленхимы. У сельдерея и черешков листьев ревеня колленхима образует характерные «нити» или «рёбра», которые хрустят при надкусывании.

Склеренхима — это мёртвая, жёсткая ткань. Клетки склеренхимы имеют равномерно утолщённые, часто одревесневшие стенки. Они образуют:

• волокна в стеблях льна, конопли, крапивы (из них делают верёвки и ткани);
• древесные волокна — основную массу древесины;
• каменистые клетки (склереиды) — твёрдую скорлупу орехов, косточки плодов (вишни, персика), а также «песчанистость» в перезревших грушах.

Именно склеренхима придаёт прочность стеблям злаков и позволяет бамбуку вырастать на десятки метров, оставаясь жёстким.

Развитие механических тканей напрямую зависит от условий. При недостатке света клеточные стенки формируются тонкими — и рассада вытягивается, становясь слабой и полегающей. При достатке калия и кальция стенки укрепляются. А закаливание (ветер, прохлада, перепады температур) стимулирует растение наращивать более мощный каркас. Поэтому рассада, выращенная на подоконнике без проветривания, всегда слабее, чем та, которую регулярно обдувал лёгкий ветерок.

Растение не может двигаться, чтобы добыть воду или уйти от тени. Поэтому у него есть разветвлённая транспортная система, пронизывающая каждый орган. Она состоит из двух типов тканей: ксилемы и флоэмы. Если провести аналогию с городом, то ксилема — это водопровод, а флоэма — автомобильные дороги для доставки продуктов.

Ксилема поднимает воду с растворёнными минеральными веществами от корней к листьям. Это восходящий ток. Вода движется по мёртвым полым трубкам — сосудам и трахеидам. Стенки сосудов часто одревесневают и становятся жёсткими, именно из таких сосудов состоит древесина, которую мы используем как строительный материал.

Подъём воды обеспечивается тремя механизмами:

• Транспирация — испарение воды листьями. Вода испаряется из листьев, создавая «тянущее» усилие, которое поднимает столб воды по сосудам.
• Корневое давление — корни активно «нагнетают» воду вверх. Благодаря этому весной на срезах ветвей появляются капли сока.
• Сцепление молекул воды друг с другом и со стенками сосудов (когезия и адгезия).

Ксилема видна на срезе стебля. У деревьев годовые кольца — это слои ксилемы, наросшие за один сезон.

Флоэма переносит органические вещества (в основном сахара, а также аминокислоты и гормоны) от листьев к местам потребления. Это нисходящий ток. Листья — это «фабрики» (фотосинтез), которые производят органику. Корни, плоды, растущие побеги — это «склады» и «строительные площадки», куда органику нужно доставить.

Флоэма состоит из живых, но безъядерных ситовидных трубок. Клетки‑спутницы (с ядрами) помогают им работать. Перемещение сахаров по флоэме — активный процесс, требующий энергии (АТФ от митохондрий). Именно поэтому, если корни холодные (митохондрии не работают), транспорт сахаров нарушается, и плоды не наливаются.

Если повредить ксилему (например, просверлить отверстие в стволе), вода не доходит до листьев, и растение вянет. Но ксилему можно повредить не полностью — дерево выживет, но ослабнет.

А вот повреждение флоэмы по кольцу (кольцевое повреждение коры) почти всегда смертельно. Если вы сняли кору по кругу (проволокой или неудачной подвязкой) или кора была повреждена грызунами, органические вещества перестают поступать к корням. Корни голодают, отмирают, и растение погибает. Именно поэтому так опасно врезание шпагата или проволоки в ствол подвязываемого дерева.

Обратный приём — кольцевание — иногда используют садоводы для увеличения урожая. На ветке плодового дерева аккуратно снимают кольцо коры (флоэму), оставляя ксилему нетронутой. Отток сахаров из листьев в корни блокируется, и все сахара направляются в плоды. Плоды становятся крупнее и слаще. Но это рискованный метод, который ослабляет ветку и может привести к её отмиранию.

Помимо видимых защитных слоёв, растения используют и химическое оружие. Выделительные ткани производят и накапливают вещества, которые не участвуют в основных процессах обмена, но помогают выживать. Это смолы, эфирные масла, млечный сок, нектар, а иногда и просто вода.

Небольшое уточнение: в ботанической классификации выделительные ткани часто выделяют в отдельную категорию, наравне с покровными, механическими, проводящими и основными. Однако по своему происхождению и расположению они тесно связаны с другими тканями. Железистые трихомы и нектарники — это видоизменённые элементы покровной ткани (эпидермы). А млечники, вместилища эфирных масел и смоляные ходы — это специализированные клетки или полости внутри основной ткани (паренхимы). Поэтому мы рассмотрим их в одном разделе, но будем помнить об этой двойственной природе.

Это волоски на поверхности листьев и стеблей, которые выделяют различные вещества. У мяты, базилика, лаванды они выделяют эфирные масла — именно поэтому эти травы так ароматны. У томатов железистые трихомы выделяют вещества, отпугивающие насекомых (например, тлю). У плотоядной росянки трихомы выделяют липкую жидкость, которая ловит мелких насекомых.

Это внутренние полости в тканях, заполненные смолой (хвойные деревья), эфирными маслами (кожура цитрусовых) или слизью (у некоторых кактусов). Когда вы чистите апельсин и разбрызгиваете маслянистую жидкость — это как раз из вместилищ.

Млечники — это длинные трубчатые клетки, содержащие млечный сок (латекс). У одуванчика, фикуса, молочая, гевей (каучукового дерева) при надломе выделяется белая жидкость. Она застывает на воздухе, запечатывая рану.

Млечный сок часто ядовит (содержит алкалоиды) — это отпугивает травоядных. Будьте осторожны с молочаем и фикусом: их сок может вызвать раздражение кожи и слизистых.

Нектарники выделяют сладкую жидкость — нектар. Они расположены в цветках (чтобы привлекать опылителей) и иногда вне цветков (внецветковые нектарники). Внецветковые нектарники привлекают муравьёв, которые защищают растение от вредителей: муравьи нападают на гусениц и тлей.

Некоторые растения способны выделять капельки воды по краям листьев. Это не роса, а результат высокого корневого давления, когда вода выталкивается наружу через специальные водные устьица — гидроподы. Процесс называется гуттация. Чаще всего её можно наблюдать утром после обильного полива. Гуттация — признак того, что корни работают активно, но если она наблюдается постоянно, возможно, вы переливаете растение.

Когда растение выглядит больным, понимание тканей позволяет быстро сузить круг возможных причин. Вместо того чтобы гадать «чего не хватает?», вы смотрите на симптом и понимаете, какая ткань страдает.

Мы начали с того, что клетки объединяются в команды — ткани. Теперь вы знаете:

• Меристемы — вечные строители, которые обеспечивают рост и регенерацию. Понимание меристем помогает правильно прищипывать растения и укоренять черенки.
• Покровные ткани — защитники и регуляторы. Они управляют газообменом и испарением, и их повреждение открывает ворота инфекциям.
• Механические ткани — каркас, который можно укрепить светом, калием и закаливанием.
• Проводящие ткани — транспортная система. Нарушение ксилемы вызывает увядание при влажной почве, а повреждение флоэмы по кольцу убивает растение.
• Основные ткани (паренхима) — универсальные рабочие, которые фотосинтезируют, запасают урожай и хранят воду. Их рыхлая структура — уязвимое место для гнилей.
• Выделительные ткани — химическая защита и источник ароматов.

Понимание тканей — это мост между клеточным уровнем и целым растением. Теперь, глядя на вялый лист или полегшую рассаду, вы можете мысленно «спуститься» на уровень тканей и понять, где именно произошёл сбой. Это делает уход за растениями осознанным, а не гадательным.

В следующей статье цикла мы перейдём от тканей к органам и подробно разберём строение и функции корня. Вы узнаете:

• как устроены зоны корня и за что отвечает каждая;
• почему корневые волоски критически важны для питания;
• что такое корневое давление и как оно работает;
• почему холодные корни — главная ошибка сити-фермера (мы уже касались этого в статье о клетке, но теперь разберём глубоко);
• как правильно поливать, пересаживать и подкармливать, чтобы корни были здоровыми.

Впереди ещё много интересного и полезного!

Больше интересных статей:

Живой субстрат: как устроена почва и по каким признакам понять её состояние

Каллус: как «растительный пластилин» меняет агрономию и биоинженерию

Оздоровление почвы: практическое руководство по сидерации и биопрепаратам