РАСТЕНИЯ

Механические ткани

В той или иной мере все растительные клетки обладают механическими свойствами. Это обеспечивается, во-первых, жесткой оболочкой клетки, во-вторых, тургесцентностью. Раньше мы отмечали механические свойства клеток паренхимы, которые, будучи в состоянии тургора, поддерживают клетки, расположенные рядом. Позже будут обсуждаться механические качества ксилемы и флоэмы. Во всех этих случаях перечисленные ткани, кроме механических, выполняют еще и другие (часто разнообразные) функции. Но в растении есть ткани, для которых механические свойства являются основными. Это колленхима и склеренхима.

Обычно они функционируют, взаимодействуя с другими тканями, образуя внутри тела растения своеобразный каркас. В связи с этим их часто называют арматурными.

Не у всех растений механические ткани выражены одинаково хорошо. Растения, живущие в водной среде, нуждаются во внутренней опоре значительно в меньшей степени, чем наземные, потому что их тело в значительной мере поддерживается окружающей водой. На суше воздух не создает аналогичной поддержки, так как по сравнению с водой имеет значительно меньшую плотность. По этой причине наличие специализированных механических тканей становится весьма актуальным.

С позиции теории эволюции на протяжении всей эволюции наземных растений постоянно происходило совершенствование внутренних опорных структур. В результате мы можем наблюдать, как соломинка держит тяжелый колос, который по массе иногда превосходит ее более чем в сто раз (при этом еще и противодействуя ветру). Ничего похожего человек еще не в состоянии создать. Однако внимательное исследование закономерностей распределения механических тканей в теле растения подсказало немало интересных инженерных идей. Так, в стебле колленхима и склеренхима располагается по периферии вблизи поверхности, наподобие защитного цилиндра или трубы. Принцип распределения механических тканей вокруг проводящих пучков послужил моделью для создания легкой и прочной двутавровой балки (они широко используются в качестве перекрытий).

Колленхима образована только живыми клетками, вытянутыми вдоль оси органа. Этот вид механических тканей формируется очень рано, в период первичного роста. Поэтому принципиально важно, чтобы клетки оставались живыми, сохраняя способность растягиваться в соответствии с растяжением клеток, находящихся рядом.

Клетки колленхимы имеют ряд особенностей. Прежде всего это неравномерные утолщения оболочки, в результате чего одни ее участки остаются тонкими, а другие утолщаются (при этом невозможно обнаружить границу между первичной и вторичной оболочками). Оболочки не подвергаются лигнификации, т. е. не одревесневают.

Клетки колленхимы располагаются по-разному относительно друг друга. У находящихся рядом клеток на обращенных друг к другу уголках образуются утолщения ( 161). Такая колленхима называется уголковой. В другом случае клетки располагаются параллельными слоями. Оболочки клеток, обращенные к этим слоям, сильно утолщены. Это пластинчатая колленхима. И наконец, клетки могут располагаться рыхло, с обильными межклетниками - рыхлая колленхима. Последний тип часто встречается у растений, живущих на переувлажненных почвах.

Колленхима имеет особое значение у молодых растений, травянистых форм, а также в тех частях растений, где не происходит вторичный рост (например, в листьях). Там она закладывается очень близко к поверхности, иногда сразу под эпидермой. Если орган имеет грани, то по их гребням можно обнаружить мощные слои колленхимы.

Следует особо подчеркнуть, что клетки колленхимы функциональны только при наличии тургора. При дефиците воды колленхима неэффективна, в результате растение временно завядает (например, обвисающие листья огурцов в жаркий день). После наполнения клеток водой функции колленхимы восстанавливаются.

Склеренхима представляет собой второй тип механических тканей. В отличие от колленхимы, где все клетки живые, клеточные элементы склеренхимы мертвы. Они имеют очень толстые стенки, которые и выполняют механическую функцию. Чрезмерное утолщение оболочки приводит к нарушению транспорта веществ, в результате протопласт гибнет. Оболочки клеток склеренхимы одревесневают, когда орган растения уже завершил свой рост, поэтому они не препятствуют растяжению окружающих тканей.

В зависимости от формы различают два типа клеток склеренхимы - волокна и склереиды.

 Волокна имеют сильно вытянутую форму с очень толстыми стенками и небольшой полостью. Они несколько меньше древесных волокон и часто образуют под эпидермой продольные тяжи или слои. Во флоэме или ксилеме их можно обнаружить поодиночке или группами. При этом во флоэме их называют лубяными волокнами ( 162), а в ксилеме - волокнами либриформа.

Склереиды, или каменистым клетки, представлены округлыми или ветвистыми клетками с мощными оболочками. В теле растения они могут находиться поодиночке (опорные клетки) или группами. Причем механические свойства сильно зависят от расположения склереид. Часто склереиды образуют сплошные слои, как, например, в скорлупе орехов или в косточках плодов (косточковых).