Начнем описание с вегетативных органов.
Корень — один из основных вегетативных органов высших растений. Предназначен для удерживания растений на месте и прикрепления их к почве, а также для поглощения из почвы воды и различных питательных веществ и перемещения их в другие органы растения. На зиму в корнях откладываются запасные питательные вещества, которые весной поднимаются по стволу и идут на построение тканей новых побегов, листьев, а иногда (у раноцветущих растений) и цветков. Зачаток корешка имеется в зародыше семени. При его прорастании корешок и появляется первым. Каждый корень или его ответвление состоит из трех основных частей или зон: растущей, всасывающей и проводящей. Растущая зона все время продвигается вперед, раздвигая частицы почвы. Сила корней при этом бывает настолько значительна, что расширяет трещины в камнях. Некоторые высаженные на улицах древесные породы своими корнями иногда разрушают тротуары, рвут подземные кабели, изгибают водопроводные трубы. Для предохранения от повреждений растущая часть корня прикрыта корневым чехликом. Проводящая часть растет только в толщину и становится крепче с увеличением размеров растения. Она проводит ток воды и питательных веществ, полученных из почвы, и готовых органических соединений для питания самого корня. Основная часть корня — всасывающая зона. У большинства растений на ее поверхности находятся корневые волоски, увеличивающие в 15—20 раз общую поглощающую поверхность корня.
Всасывающая зона все время перемещается по мере роста корней. Корневые волоски живут всего по нескольку дней; старые корневые волоски, расположенные ближе к растению, отмирают, и всасывающая зона превращается в проводящую. Новые корешки появляются на растущей зоне, и растение таким образом получает питание из новых участков почвы. Многие древесные породы не имеют корневых волосков. В этом случае на корнях поселяются грибницы таких обычных грибов, как белый, подберезовик, подосиновик и многих других. Грибница окутывает сосущую часть корня и выполняет роль корневых волосков, образуя полезное для дерева и самого гриба сожительство, или симбиоз, как его чаще называют. Гриб всасывает из почвы воду и минеральные соли и передает их корням растений, а взамен получает от растения уже готовые органические вещества: ведь грибы не могут создавать их сами. Такое образование на корнях называется микоризой.
В зависимости от биологических свойств и особенностей условий роста у деревьев формируются различные корневые системы. У одних пород сильно разрастается главный корень и уходит на большую глубину (такая корневая система называется стержневой); у других — рост главного корня вскоре прекращается, а рост боковых корней, наоборот, усиливается — образуется поверхностная корневая система. У некоторых пород корневые системы носят промежуточный характер. Стержневые корневые системы чаще всего образуются у сосны и дуба, поверхностная — у ели. На характер корневых систем большое влияние оказывают мощность и влажность почв. На мощных, хорошо дренированных почвах корни деревьев легко проникают на большую глубину, образуя стержневую или якорную корневую систему. На почвах, подстилаемых скальными породами или плотными глинами (такие случаи особенно часто наблюдаются в горах, а также при близком уровне грунтовых вод), корни не могут идти в глубину — образуется поверхностная корневая система. Дальность распространения корней в стороны в обычных условиях ограничивается пределами проекции кроны, а вот у растений пустыни (например, у саксаула) длина их может достигать 30 м, и в поисках влаги они уходят на глубину в несколько метров.
Стебель — осевой орган высших древесных растений, несущий листья, цветки и плоды и обеспечивающий физиологическую связь их с корнями. У деревьев стебель называется стволом. Он несет на себе систему боковых ветвей и заканчивается верхушечным побегом. Боковые ветви — продолжение стебля. Совокупность их называется кроной. В зависимости от свойств самого дерева и условий роста кроны имеют различную форму. Например, у ели чаще всего образуется конусовидная крона, а у березы — раскидистая. Более узкие кроны чаще образуются у деревьев в густых древостоях. Ствол дерева также имеет конусовидную форму, и чем ближе форма его приближается к цилиндру, тем он ценнее, так как пока в народном хозяйстве широко используется преимущественно древесина.
На ствол дерева оказывают механическое воздействие расположенная в его верхней части крона и ветер. По древесине ствола и коре вверх поднимается вода с растворенными в ней минеральными веществами, а вниз идут продукты фотосинтеза — органические вещества из листьев к корням. Живые ткани ствола и коры служат местом отложения запасных питательных веществ, как и ткани корня.
Во время роста дерева центральный (главный) и боковые побеги могут располагаться по-разному — образуются типы ветвления. У одних древесных пород (преимущественно у хвойных) побег из центральной почки растет вверх, а из боковых — в стороны. Каждый год образуется мутовка боковых побегов и центральный. У других древесных пород боковые побеги образуются только из этих почек (например, у сосны), и в молодом возрасте по мутовкам можно подсчитать возраст дерева. У некоторых хвойных деревьев боковые побеги образуются и между мутовками (например, у ели) — возраст дерева по мутовкам определить очень трудно. Тип ветвления, когда из центральной почки образуется центральный побег, а из боковых — боковые, называется моноподиальным.
У большинства лиственных деревьев вверх растет какая-нибудь боковая почка, а остальные (в том числе и центральная) — в стороны. Мутовки здесь не выражены, и возраст по боковым побегам подсчитать невозможно. Такой тип ветвления называется симподиальным.
У наиболее древних пород на конце побегов закладывается всего по две почки и потому каждый побег разделяется на два. Это дихотомический тип ветвления. Он встречается очень редко. Чаще можно встретить ложнодихотомический тип ветвления, когда образуются два побега, а между ними сохраняется небольшой остаток центрального. Такой тип ветвления у амурского бархата и чубушника, или дикого жасмина (см. рисунок).
Лист — самый главный орган растений, который, по меткому выражению выдающегося русского биолога К. А. Тимирязева, является посредником между небом и землей. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы вырабатывалось органическое вещество. Через имеющиеся на поверхности листовой пластинки устьица осуществляется испарение воды из тканей растения и газообмен при дыхании.
Листья деревянистых (впрочем, как и всех остальных) растений прежде всего различаются по форме и размерам. Потом их делят на простые и сложные. Первые состоят из одной листовой пластинки, цельной или изрезанной на лопасти, вторые — из нескольких. Простые листья образуются у березы, липы, кленов, боярышника и многих других деревянистых растений. Перистые листья (когда от одной жилки в стороны отходит несколько листочков или даже жилок второго порядка) характерны для ясеня, ореха, аралии и некоторых других растений, а пальчатосложные (когда листочки отходят из одной точки) — для конского каштана. Различаются листья и по характеру края листовой пластинки: у одних они ровные, у других изрезанные или имеют зубчики. Одни листья гладкие, блестящие, другие покрыты волосками. Узкие длинные (чаще всего жесткие) листья называются хвоей.
Размеры и функции, а иногда и форма листьев изменяются в зависимости от их положения на дереве, возраста и происхождения. Так, листья, расположенные в верхней части кроны и обычно хорошо освещенные солнцем, часто имеют меньшие размеры. Но они (их обычно называют световыми в противоположность теневым, расположенным в нижней части кроны) играют исключительно важную роль в жизненных процессах. Именно в них создается основная масса органических веществ. Нижние же (теневые) листья часто только расходуют органические вещества на дыхание. У молодых деревьев листья часто имеют большие размеры. Особенно велики они на побегах, появившихся от пней. У некоторых листьев на таких побегах образуются зубцы.
Обычно листья состоят из листовой пластинки, черешка и прилистников — двух небольших пластинок у основания листа. У многих деревянистых растений они опадают очень рано. Листья с черешками называются черешковыми, а не имеющие черешка и прикрепляющиеся к побегу непосредственно основанием листовой пластинки — сидячими. Различаются листья и по расположению на побегах. У большинства деревянистых (часто их называют древесными) растений листья располагаются по одному: один с одной, другой со второй стороны. Такое расположение листьев называется очередным. Реже листья располагаются двумя рядами, друг напротив друга. Это супротивное листорасположение. Мутовчатое расположение листьев, когда несколько листьев отходят в разные стороны на одном уровне, у деревьев встречается редко. Хвоя обычно расположена на побегах одиночно либо пучками.
В процессе развития растений некоторые органы изменили свою форму и функции. Так, листья у древесных растений (иногда полностью, иногда только некоторые листочки сложных листьев, а иногда только прилистники) могут превратиться в усики или в колючки. Измененными листьями являются чешуи, покрывающие почки и предохраняющие их от неблагоприятных климатических условий и от высыхания. У некоторых растений часть листьев превращается в чашелистики, лепестки и другие части цветка. У древесных растений изменения корней встречаются редко. В средних широтах у растений иногда бывают особые корни, которые растут на небольшой глубине и совсем не ветвятся. Эти корни предназначены для размножения и появляются лишь у некоторых деревьев и кустарников. Превращения побегов встречаются чаще. Это и особые стелющиеся побеги — плети, которые легко укореняются и образуют новые растения, и корневища, которые располагаются на небольшой глубине в почве и по своему виду напоминают корни (они также предназначены для размножения) — это и усики и колючки.
Высшим достижением эволюции растительного мира является половое размножение растений. Основные его функции выполняют цветки, плоды и семена. Цветок — это укороченный неразветвленный видоизмененный побег. По строению, окраске, величине цветки сильно различаются. Типичный или полный цветок состоит из цветоножки, цветоложа, чашечки, венчика, тычинок и пестика (или пестиков). Чашечка с венчиком образуют околоцветник, а тычинки и пестики — собственно цветок. Не у всех цветков имеются все эти части. Иногда в цветках не бывает лепестков или чашелистиков, а иногда и всего околоцветника. Есть цветки, у которых имеется либо один пестик, либо только тычинки. Цветки, имеющие только один орган размножения, называются однополыми или раздельнополыми и в зависимости от этого органа — тычиночными или пестичными. Они могут располагаться на одном растении или на разных, поэтому деревья и кустарники называют однодомными и двудомными. Встречаются растения, которые имеют раздельнополые и обоеполые цветки, т. е. цветки, у которых имеются тычинки и пестики.
Основная функция цветка — обеспечить оплодотворение, в результате которого образуется семя. Суть оплодотворения заключается в переносе пыльцы, образующейся в пыльниках тычинок на рыльце пестика. После прорастания пыльца сливается с яйцеклеткой и начинается образование семени. У некоторых растений этот процесс сопровождается образованием плода. Строение цветка и, прежде всего, околоплодника зависит от способа опыления. Цветки, опыляемые ветром, обычно имеют самый простой околоцветник или даже совсем его не имеют. Для облегчения попадания пыльцы на рыльце пестика ветроопыляемые растения либо очень рано цветут, когда на растениях еще нет листьев, либо имеют большую высоту. Для привлечения насекомых, которые также опыляют цветки, используются окрашенные околоцветники. Иногда яркую окраску имеют не только лепестки, но и чашелистики. Этой же цели служат нектарники, выделяющие сладки» сок, и сама пыльца, которая для многих насекомых является вкусной пищей. Околоцветник также защищает сам цветок от повреждений насекомыми. У некоторых растений для привлечения насекомых образуются даже особые, ярко окрашенные цветки, располагающиеся по краям соцветий. Цветки также имеют различное количество лепестков и разную их форму. У некоторых растений цветки располагаются одиночно, а у большинства собраны в группы — соцветия, которые имеют различное строение и форму.
Плод — продукт, образующийся из завязи после опыления и оплодотворения. Внутри плодов находятся семена. Плоды защищают семена в период их созревания, в периоде покоя и способствуют распространению. Обычно из каждого цветка образуется один плод. Если в цветке один пестик — образуется простой плод, если несколько — сложный или сборный. Из нескольких цветков может образоваться соплодие. В качестве примера сложных плодов можно назвать сложные костянки малины и ежевики, соплодия — «ягоду» шелковицы. Из верхней завязи образуются настоящие плоды, а из нижней — ложные. В последнем случае стенки плода образуются не только из стенок завязи, но и из сросшегося с ней цветоложа. У таких плодов (яблоко, крыжовник и др.) в верхней части всегда сохраняются остатки чашечки цветка. По консистенции и форме выделяется несколько типов плодов. Плоды образуются только у покрытосеменных растений.
У хвойных, или голосеменных, растений цветки не имеют завязи и семяпочки лежат открыто (голо) на чешуях шишек. У некоторых растений чешуи шишек впоследствии превращаются в мясистые образования и образующиеся хранилища семян становятся мясистыми, часто имеют яркую окраску и несколько напоминают плоды. В качестве примера можно назвать такие растения, как можжевельник и тисс. Но это не плоды, чаще их называют шишкоягоды. Хвойные деревья не имеют плодов и потому выделяются в особый отдел голосеменных растений. Таким образом, шишку нельзя называть плодом. И когда говорят о плодоношении хвойных пород, то допускают ошибку, хотя это выражение довольно широко распространено, даже в специальной литературе по лесному хозяйству.
Семя — орган размножения и расселения растений; образуется из семяпочки после ее оплодотворения. Семя состоит из оболочки, которая бывает мягкой, кожистой, пленчатой, твердой и даже деревянистой, и зародыша, а у некоторых пород и из эндосперма — особой ткани с запасом питательных веществ. Зародыш семени — растение в зачаточном состоянии. Сформировавшийся зародыш состоит из зародышевого корешка, семядолей (одной или нескольких) и почечки. Из зародышевого корешка при прорастании семени образуется главный корень. Семядоли у большинства растений выполняют функции главных листьев. По форме они нередко совсем не похожи на листья растения. В почечке имеются в зачаточном состоянии стебелек и листочки, из которых при прорастании образуется побег.
Интересно, что, как бы мы ни помещали семена, при их прорастании корешок всегда растет строго вниз — в направлении центра тяжести, а стебелек — вверх. В специальной литературе это свойство получило название положительного и отрицательного геотропизма (от греческих слов: гео — земля, тропоз — направление, поворот). Главное здесь — направление силы тяжести. Это легко доказывается при выращивании растений во вращающемся колесе. Там корешки всегда направлены к центру колеса. На Земле обычно мы забываем о существовании этих свойств. Но в космосе… Сколько трудностей приходится преодолевать космонавтам при проведении опытов по выращиванию растений! Простая, казалось бы, проблема получения кислорода и пищи от растений в длительном космическом путешествии еще далека от решения. В космических кораблях практически нет силы тяжести.
У некоторых растений в качестве репродукционных органов служат вегетативные. Такими органами становятся почки, которые по каким-нибудь причинам не тронулись в рост на побеге и остались на стволе в качестве спящих. После того как дерево спиливают, они трогаются в рост, образуя побеги на боковой поверхности пня. При резком изменении условий прорастают они и на боковой поверхности ствола растущего дерева, вызывая ряд нежелательных последствий. У некоторых (у относительно небольшого числа) пород на границе между древесиной и корой на пнях образуются новые — придаточные почки, из которых появляются новые побеги. Имеются аналогичные почки на корнях и корневищах, а на лежащих на земле ветвях некоторых деревьев и (особенно) кустарников часто появляются придаточные корни. После укоренения и отделения от основного дерева или куста такой побег становится самостоятельным растением.