В основе растениеводства лежат фундаментальные представления о строении растений и происходящих в них процессах.
Цветковые растения состоят из вегетативных органов — корня, стебля, листа и генеративных — цветка, семени и плода.
Корнем растение прикрепляется к почве, что обеспечивает поступление в растение из почвы воды и растворенных в ней минеральных соединений. Кроме того, корень биологически взаимодействует с микроорганизмами почвы, что важно для растения.
Различают главный корень и отходящие от него боковые корни. Помимо этого, стебли и листья могут формировать придаточные корни.
В стержневых корневых системах сильно развит главный корень, а в мочковатых — хорошо сформированы придаточные корни.
Морфологическое строение корня неоднородно. На самом кончике корня находится чехлик, который выполняет защитную функцию. Под ним — зона деления (меристема) корня.
Выше находится зона растяжения с интенсивно растущими клетками. Далее — зона всасывания, которую легко определить по тончайшим корневым волоскам — одноклеточным выростам, длина которых у злаков достигает 0,75-2,0 мм. Через корневые волоски в корень поступают вода и растворенные в ней вещества. В зоне всасывания по сосудам ксилемы вода поступает из корня в побег, а по элементам флоэмы органические вещества попадают из листьев в корень.
Стебель — осевой орган растения с хорошо развитыми проводящими и механическими тканями. Стебель вместе с расположенными на нем листьями и почками называется побегом.
Зачаточные вегетативные и генеративные побеги называются почками.
Особенностью стебля злаков является способность к кущению, т. е. образованию побегов и придаточных корней на подземных корневых узлах. Узел — часть стебля, к которой прикреплен лист. Междоузлие — отрезок стебля между узлами. В результате кущения злаков из одной зерновки образуется до нескольких десятков наземных побегов. Полый стебель злаков называется соломиной.
Лист представляет собой важнейший специализированный орган зеленого растения, осуществляющий фотосинтез, газообмен и транспирацию. Лист также является органом вегетативного размножения.
Лист двудольного растения состоит из черешка и листовой пластинки. У некоторых однодольных, в частности, злаков (пшеницы, ржи) черешок видоизменен в листовое влагалище.
Снаружи лист защищен бесцветным слоем клеток — эпидермисом (кожицей), который выделяет воскообразное вещество — кутин. Кожица обеспечивает листу снижение потерь воды. вместе с тем пропускает свет и выполняет защитную функцию. На поверхности эпидермиса расположены мелкие «поры», образуемые парой клеток, — устьица. Через них проходят водяные пары, кислород и углекислый газ, участвующие в процессах транспирации, фотосинтеза и дыхания.
Транспирация — это потеря вода растением, что имеет большое значение для процесса движения воды с растворенными в ней питательными веществами по стеблю и корню. Кроме того, благодаря транспирации в листьях поддерживается температура, благоприятная для фотосинтеза. Зеленые пластиды внутренних клеток листа содержат пигмент — хлорофилл. Именно он улавливает солнечный свет, энергия которого необходима для фотосинтеза.
Цветок представляет собой видоизмененный побег, приспособленный для размножения растения половым путем. Части цветка участвуют в образовании плодов и семян.
В цветке растений различают:
1. Околоцветник, состоящий из чашечки и венчика. Такой околоцветник называют двойным (у цветка гороха). Напротив, простой околоцветник имеет только либо чашечку (у цветка конопли), либо венчик (у цветка гречихи). Чашечка, обычно, зеленого цвета, венчик же, как правило, ярко окрашен. У злаков околоцветник отсутствует.
2. Тычинки, образованные тычиночной нитью и пыльником. В пыльнике образуется пыльца растений.
3. Пестик, в котором различают завязь, столбик и рыльце. Иногда столбик отсутствует. Внутри завязи находятся семяпочки, из которых после оплодотворения образуются семена. В семяпочке имеется семявход, или микропиле. Из завязи формируется плод.
Цветки располагаются на побеге либо поодиночке, либо собраны в соцветия. Основные виды соцветий: кисть, метелка, колос, початок, зонтик, головка, корзинка и др.
Ось соцветия может быть вытянутой (кисть, колос), с цветками на всем своем протяжении. При этом число цветков различно. Цветки либо сидячие, к примеру у вики, либо на цветоножках (у горчицы, льна). Ось соцветия иногда разрастается (у кукурузы), образуя початок. У соцветия — зонтика (у кориандра) цветоножки расходятся из одной точки. В корзинке ось разрастается в широкое и плоское ложе, на котором сидят цветки (у подсолнечника). У метелки ось многократно ветвится (у овса, проса, сорго).
Сложный колос пшеницы состоит из коленчатого стержня (оси I порядка), на каждом выступе которого находится один колосок (ось II порядка). На вершине сложного колоса иногда встречается недоразвитый колосок. Отдельные колоски — также со стержнем и двумя колосковыми чешуями. Внутри колоска расположены цветки. Для цветка пшеницы характерно наличие наружной и внутренней цветковых чешуй, наружная чешуя — обычно с остью. Между цветковыми чешуями находятся пестик и 3 тычинки.
У большинства растений цветки обоеполые, т. е. у них есть и тычинки, и пестик. Однако у кукурузы цветки однополые: мужские имеют только тычинки, а женские — только пестик. В основном, все растения однодомные, т. е. либо с мужскими и женскими цветками, как у кукурузы, либо с обоеполыми. Встречаются также двудомные растения, например конопля, у которой мужские и женские цветки развиваются на разных растениях.
Образованию плодов и семян у растений предшествуют два процесса: опыление и оплодотворение. При опылении пыльца попадает на рыльце пестика. В дальнейшем происходит процесс оплодотворения, который заключается в слиянии женской клетки (яйцеклетки), находящейся в семяпочке, с мужской клеткой, развивающейся в пыльце.
В природе существуют самоопыляющиеся растения, у которых пыльца опыляет свой собственный цветок, а именно: пшеница, ячмень, овес, просо, горох, бобы, соя, вика и др. Однако у большинства растений опыление происходит пыльцой с другого цветка (у ржи, кукурузы, гречихи, конопли, подсолнечника, сорго и др.). Такое опыление называют перекрестным, а растения — перекрестноопыляющимися.
Способ опыления напрямую зависит от строения околоцветника. Так, перекрестноопыляющиеся с помощью насекомых растения имеют яркий цвет лепестков венчика; их цветки содержат железки, выделяющие пахучие вещества, например, цветки гречихи. У растений самоопыляющихся и перекрестноопыляющихся с помощью ветра бесцветный, пленчатый околоцветник. Именно к таким растениям относятся злаки.
После оплодотворения из семяпочки получается семя, состоящее из эндосперма, зародыша и семенных оболочек. При этом из покрова семяпочки образуется семенная оболочка, а из стенки завязи — плодовая оболочка.
Более подробно строение растений рассмотрено в материалах темы анатомии растений.