Строение и рост стебля

← К интерактивному урокуEN

Биология · 6 класс · Урок 13

Полный материал для ученика и учителя

1. Что делает стебель

Стебель — осевая часть побега. На нём находятся узлы с листьями и почками, а между узлами — междоузлия. Стебель поддерживает листья, цветки и плоды и соединяет надземные органы с корнями. Благодаря ему листья могут располагаться выше и получать свет. По проводящим тканям стебля перемещаются растворы веществ. Некоторые клетки стебля также хранят запасы. Поэтому стебель нельзя понимать только как опору: он участвует сразу в нескольких жизненных процессах растения.

Представим молодую липу. Корни поглощают воду с растворёнными минеральными солями. Этот раствор проходит через стебель к листьям. На свету в листьях образуются органические вещества. Их растворы поступают к растущим почкам, корням и другим органам. Если следить только за внешним видом дерева, эти перемещения не видны. Чтобы объяснить их, нужно рассмотреть внутренние ткани стебля.

Ствол дерева и его ветви — древесные стебли. У трав стебли обычно мягче и гибче. При одревеснении в клеточных стенках откладывается лигнин, который повышает их прочность. Однако нельзя считать, что любая трава совсем лишена одревесневших клеток: прочные проводящие элементы и волокна встречаются и в травянистых стеблях.

2. Как растут разные стебли

Прямостоячий стебель растёт вверх и держится без внешней опоры. Так растут, например, подсолнечник и кукуруза. Прямостоячими бывают и древесные, и травянистые стебли. Название говорит о направлении роста, а не о твёрдости стебля.

Вьющийся стебель обвивает опору сам. Это видно у фасоли: зелёная ось побега изгибается вокруг колышка. Лазающее растение поднимается с помощью отдельных приспособлений. Горох цепляется усиками листа, а плющ — придаточными корнями. Чтобы различить вьющийся и лазающий стебли, выясни, какая часть непосредственно удерживает опору.

Ползучий стебель растёт вдоль поверхности земли. Длинный побег земляники связывает материнское растение с новой розеткой и может укореняться в узлах. У него сохраняются признаки побега: узлы, почки и листья. Отдельные корни отрастают от узлов в почву. Значит, лежащий на земле орган не становится корнем только из-за своего положения.

Эти группы описывают распространённые способы роста. В природе встречаются сочетания признаков. При определении сначала называй наблюдение: «стебель обвивает палочку» или «усик удерживает веточку». Затем подбирай термин. Такой порядок помогает не угадывать по одному названию растения.

3. Слои древесного стебля

Поперечный срез пересекает стебель поперёк его длины. На срезе ветви снаружи находится кора, глубже — тонкий камбий, затем древесина, а в центре — сердцевина. Продольный срез проходит вдоль стебля и помогает увидеть вытянутые проводящие элементы. Это два вида одного органа, а не две разные его части.

Кора — совокупность тканей снаружи от сосудистого камбия. В неё входит наружный покров и луб, расположенный ближе к древесине. Поэтому слова «кора» и «пробка» не означают одно и то же. Луб — внутренняя проводящая часть коры. Он содержит не только ситовидные трубки, но и другие клетки, в том числе волокна и клетки основной ткани.

Камбий лежит между лубом и древесиной. Это образовательная ткань: её клетки способны делиться. На учебной схеме камбий приходится рисовать шире, чем он выглядит в действительности. На обычном спиле его может быть трудно различить. Нельзя по толщине цветной полосы в рисунке судить о реальной толщине ткани.

Древесина обычно занимает большую часть среза древесного стебля. Сердцевина состоит преимущественно из клеток основной ткани. Она бывает более рыхлой или плотной у разных растений. От неё через древесину радиально проходят сердцевинные лучи. Они участвуют в запасании и перемещении веществ поперёк стебля. Это дополняет продольные пути по проводящим тканям.

4. Покровы и газообмен

Молодой стебель снаружи покрыт кожицей. У древесных растений при дальнейшем развитии образуется пробковый покров. Зрелые клетки пробки мёртвые; их содержимое утрачено, а оболочки помогают уменьшать потерю воды и защищать внутренние ткани от повреждений. Толстый пробковый слой хорошо заметен у пробкового дуба. Из его коры получают материал для пробок и других изделий.

Живые клетки внутри стебля дышат, поэтому им необходим газообмен с окружающей средой. В кожице молодых органов газообмен может происходить через устьица. В пробковом покрове есть чечевички — участки с рыхло расположенными клетками. На веточке они часто выглядят как небольшие светлые пятнышки или бугорки. Через межклеточные пространства этих участков проходят газы.

Чечевичка не является маленьким листом и не работает как отдельный орган питания. Её основная роль в данном объяснении — газообмен через покров. Устьице имеет пару замыкающих клеток; у чечевички такой пары нет. При наблюдении ветки можно уверенно описать видимые пятнышки, но строение их клеток требует увеличения.

Для знакомства с корой достаточно готового образца, уже срезанной веточки или хорошей фотографии. Снимать кору с живого дерева для этого не нужно: повреждение затрагивает ткани, важные для его жизни.

5. Два пути растворов и прочные волокна

Древесина, или ксилема, проводит воду с растворёнными минеральными солями. Сосуды образуются из последовательных клеток. Их зрелые проводящие элементы мёртвые и вместе создают каналы. В древесине также есть другие клетки: волокна обеспечивают прочность, а живые клетки основной ткани могут хранить вещества. Неверно считать всю древесину состоящей только из одинаковых пустых трубок.

Луб, или флоэма, проводит растворы органических веществ. В листьях на свету образуются сахара; они нужны растущим и запасающим органам. Ситовидные трубки состоят из живых клеток с отверстиями в поперечных перегородках. У зрелых элементов трубок нет ядра. Рядом работают клетки-спутницы, поддерживающие их жизнедеятельность.

В задании раствор сахаров движется от листа к корням. Это один выбранный путь, а не правило «весь луб всегда проводит только вниз». Например, растущая почка выше листа тоже может получать органические вещества. Направление зависит от того, где вещества образуются и куда они нужны. На схеме путь нужно объяснять вместе с указанными органами.

Некоторые волокна стеблей очень прочны. Длинные волокна льна после обработки используют для получения нитей и льняного полотна. Это связь внутреннего строения растения с привычным материалом. Сначала волокна укрепляют стебель, затем человек использует прочность их стенок в ткани.

6. Рост стебля в толщину

Удлинение побега и его утолщение нужно различать. Побег растёт в длину благодаря делению и росту клеток, особенно в области верхушки. Обычный рост древесного стебля в толщину связан с камбием. Его клетки делятся, образуя новые клетки древесины с внутренней стороны и новые клетки луба с наружной. В результате диаметр стебля увеличивается.

Порядок слоёв при этом сохраняется. Сердцевина находится в центре, старая древесина лежит ближе к ней, новая древесина появляется между старой древесиной и камбием. Камбий остаётся границей между древесиной и лубом. Он не превращается целиком в одно годичное кольцо: слой образовательных клеток продолжает работать и даёт производные клетки по обе стороны.

В модели ползунок показывает четыре состояния одного процесса. Эти состояния не означают четыре дня, четыре года или одинаковую скорость изменения диаметра. Золотистый прирост на рисунке показывает место новой древесины. В действительности границы и размеры тканей зависят от вида растения и условий.

У многих деревьев умеренного климата активность камбия меняется по сезонам: в период активного роста он образует новые клетки, зимой работа сильно замедляется или прекращается. Такой сезонный ритм помогает объяснить годичные кольца. Не следует переносить этот календарь на все растения мира: в иных условиях сезонность устроена иначе.

7. Как читать годичные кольца

Годичное кольцо — прирост древесины за один год. В умеренном климате ранняя древесина обычно содержит более крупные проводящие элементы, а поздняя — более мелкие и плотные. На срезе возникает различие светлой и более тёмной частей. Вместе они составляют прирост одного года. Тёмную границу нельзя считать отдельным дополнительным годом.

На учебном срезе в этом уроке семь полных колец. Подсчёт начинается рядом с сердцевиной и продолжается до наружного края древесины. Сердцевина и кора не входят в число колец. Самая молодая древесина находится у камбия, снаружи от более старой. Более старые слои сохраняются ближе к центру. Число семь задано именно на схеме; художественная иллюстрация спила служит для знакомства с внешним видом древесины, а не для точного подсчёта.

Пример: на поперечном срезе ветви различимы семь полных годичных колец. Обоснованная запись — «В этом месте ветви сохранилось семь лет прироста древесины». Нельзя автоматически писать «всему дереву семь лет». Ветка могла появиться позже, чем само дерево, а срез на высоте показывает историю именно этой части.

Ширина кольца связана с величиной прироста. Узкая полоса означает, что в данном году древесины прибавилось меньше. Причиной могли быть недостаток воды, затенение, повреждение или сочетание условий. Один срез не позволяет выбрать единственную причину. Для исследования сравнивают кольца нескольких деревьев и другие данные. Возможны также пропущенные и ложные кольца: поэтому точное датирование требует сопоставления образцов.

Если сезонные различия роста выражены слабо, границы колец могут быть плохо заметны. Это встречается у части тропических растений. Не всякое дерево имеет одинаково отчётливые кольца, и не всякий круг на срезе означает год.

8. Стебли кукурузы и подсолнечника

У травянистых растений проводящие ткани часто собраны в отдельные пучки. Каждый пучок содержит древесину и луб. Оба участвуют в перемещении растворов, но проводят разные вещества. Остальное пространство занимает главным образом основная ткань, а наружный покров защищает стебель.

Кукуруза — однодольное растение. В её стебле проводящие пучки рассеяны в основной ткани, а обычного сосудистого камбия в пучках нет. Подсолнечник — двудольное растение. В его молодом стебле пучки расположены кольцом, а камбий находится между древесиной и лубом. В древесных стеблях двудольных растений камбиальная зона может образовать сплошной цилиндр, создающий новые ткани по окружности.

Это сравнение типичных примеров. По одной схеме нельзя утверждать, что все однодольные всегда тонкие или совсем не могут увеличивать диаметр. Пальмы образуют толстые стволы иным способом. Здесь достаточно уметь различить расположение пучков и понять, почему модель обычного камбиального роста не переносится на кукурузу без изменений.

Если сравниваешь изображения срезов, сначала установи общий вид: отдельные пучки или сплошная зона древесины. Затем выясни расположение тканей. Увеличение рисунка и яркий цвет не доказывают, что реальный стебель имеет такие же пропорции.

9. Наблюдение и типичные ошибки

Для практического наблюдения нужны заранее подготовленный срез ветви, уже срезанная веточка и лупа. Работу с режущими инструментами выполняет учитель или взрослый. На поперечном срезе сначала найди внешний край и центр. Отметь кору, древесину и сердцевину. Затем рассмотри годичные кольца по нескольким радиусам. На веточке найди чечевички. Если слой не виден, так и запиши: «не удалось различить». Это точнее, чем ставить подпись на случайное место.

Первая ошибка — называть пробку всей корой. Исправление: кора включает ткани снаружи от камбия, в том числе луб. Вторая — считать камбий проводящей трубкой. Исправление: его главная роль здесь — образование новых клеток. Третья — путать пути растворов. Исправление: древесина проводит воду с минеральными солями, луб — органические вещества.

Четвёртая ошибка — складывать светлые и тёмные полосы как отдельные годы. Считай полный прирост каждого года. Пятая — определять возраст всего дерева по срезу молодой ветви. Укажи, какую часть исследуешь. Шестая — писать «точно засуха» по одному узкому кольцу. Отделяй наблюдаемое уменьшение прироста от предполагаемой причины.

Хороший вывод состоит из наблюдения, объяснения и ограничения. Например: «Третье кольцо уже соседних. В тот год прирост древесины был меньше. По одному срезу я не могу установить причину». Такая запись показывает, что ученик понимает и возможности, и пределы наблюдения.

Проверь понимание

Чем вьющийся стебель отличается от лазающего?

У вьющегося обвивается сам стебель; лазающее растение цепляется усиками, корнями или другими приспособлениями.

Назови слои от края древесного стебля к центру.

Кора, включающая наружный покров и луб; камбий; древесина; сердцевина.

Какие растворы идут по древесине и лубу?

Вода с минеральными солями — по древесине; органические вещества — по лубу.

Где камбий образует новую древесину?

С внутренней стороны, между камбием и уже имеющейся древесиной.

Почему светлая и тёмная части кольца — не два года?

Это ранняя и поздняя древесина одного годичного прироста.

Что можно сказать об одном узком кольце?

Прирост был меньше. Точную причину нужно проверять по другим данным.

Учителю: план занятия

Цель: связать положение ткани в стебле с её работой и отделить наблюдение от предположения. Основной маршрут на 35–45 минут: сравнение способов роста — 5 минут; срез и пути веществ — 12 минут; рост камбия и кольца — 12 минут; самостоятельный вывод — 6 минут. Остальное время — обсуждение и исправления. Разделы о волокнах, чечевичках и пучках трав можно использовать как дополнительные остановки или подготовку дома.

До объяснения попросите учеников предположить, где появляется новая древесина. После модели пусть покажут внутреннюю сторону камбия. При проверке колец принимайте ответ с указанием исследованной части ветви. Если реальный образец имеет нечёткие границы, не требуйте заведомо точного возраста. Сравните неопределённость образца с заданной учебной схемой.

Для оценивания достаточно трёх опорных результатов: правильно разместить камбий между лубом и древесиной; объяснить два пути растворов; сформулировать вывод по кольцам с ограничением. Дополнительные задания помогают закрепить материал. Учительская подготовка образцов необходима; работа с ножами не входит в самостоятельный цифровой урок. В конце спросите, какие наблюдения помогли бы проверить предполагаемую причину узкого кольца.

Дополнительные пояснения: OpenStax: ткань стебля и рост; NOAA: сопоставление годичных колец.