Строение растительной клетки. 3

Содержание

1.Строение растительной  клетки

Долгое время считали, что клетка — это масса цитоплазмы, которая окружена клеточной оболочкой  и содержит ядро. Такое представление  просуществовало до усовершенствования методов микроскопического исследования. Разрешающая сила самого сильного светового  микроскопа составляет около 150—200 нм и не позволяет увидеть многие органеллы, а тем более рассмотреть  их внутреннее строение. Последнее  стало возможным лишь после изобретения  электронного микроскопа. Разрешающая  способность электронного микроскопа примерно на 2—3 порядка выше светового  микроскопа и составляет около 0,1—1 нм. Правда, ценность электронного микроскопа снижается из-за ряда технических  трудностей. Низкая проникающая способность  электронов заставляет использовать ультратонкие срезы — 300—500 нм. Кроме того, в  большинстве случаев наблюдение в электронном микроскопе производится на фиксированных срезах. В связи  с этим интерпретация картин, видимых  в электронный микроскоп, должна проводиться с осторожностью. Не исключена возможность, что та или  иная картина представляет собой  артефакт (следствие отмирания). И  все же применение электронного микроскопа значительно продвинуло знания о  структуре и ультраструктуре  клетки. Рассмотрение с помощью электронного микроскопа показало, что клетка обладает чрезвычайно сложной структурной  организацией и представляет собой  систему, дифференцированную на отдельные  органеллы.

В растительной клетке следует  различать клеточную оболочку и  содержимое. Основные жизненные свойства присуши именно содержимому клетки — протопласту. Кроме того, для  взрослой растительной клетки характерно наличие вакуоли — полости, заполненной  клеточным соком. Протопласт состоит  из ядра, цитоплазмы и включенных в  нее крупных органелл, видимых  в световой микроскоп: пластид, митохондрий. В свою очередь цитоплазма представляет собой сложную систему с многочисленными мембранными структурами, такими, как аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, и немембранными структурами—микротрубочки, рибосомы и др. Все указанные органеллы погружены в матрикс цитоплазмы — гиалоплазму, или основную плазму. Каждая из органелл имеет свою структуру и ультраструктуру. Под ультраструктурой понимается расположение в пространстве отдельных молекул, составляющих данную органеллу. Даже с помощью электронного микроскопа далеко не всегда можно увидеть ультраструктуру более мелких органелл (рибосом). По мере развития науки открываются все новые структурные образования, находящиеся в цитоплазме, и в этой связи наши современные представления о ней ни в коей мере не являются окончательными.

Рисунок 1 – Схема строения растительной клетки

Размеры клеток и отдельных  органелл приблизительно следующие: клетка 10 мкм, ядро 5—30 мкм, хлоропласт 2—6 мкм, митохондрии 0,5—5 мкм, рибосомы 25 нм. В  создании надмолекулярных структур отдельных органоидов клетки большое  значение имеют так называемые слабые химические связи. Наиболее важную роль играют водородные, вандерваальсовы и ионные связи. Важнейшей особенностью является то, что энергия образования этих связей незначительна и лишь немного превышает кинетическую энергию теплового движения молекул. Именно поэтому слабые связи легко возникают и легко разрушаются. Средняя продолжительность жизни слабой связи составляет лишь долю секунды. Наряду со слабыми химическими связями большое значение имеют гидрофобные взаимодействия. Обусловлены они тем, что гидрофобные молекулы или части молекул, находящиеся в водной среде, располагаются так, чтобы не контактировать с водой. При этом молекулы воды, объединяясь друг с другом, как бы выталкивают неполярные группы, сближая их. Именно слабые связи определяют в большой степени конформацию (форму) таких макромолекул, как белки и нуклеиновые кислоты, лежат в основе взаимодействия молекул и, как следствие, в образовании и самосборке субклеточных структур, в том числе органелл клетки.

Для поддержания сложной  структуры цитоплазмы необходима энергия. Согласно второму закону термодинамики  всякая система стремится к уменьшению упорядоченности, к энтропии. Поэтому  любое упорядоченное расположение молекул требует притока энергии  извне. Выяснение физиологических  функций отдельных органелл связано  с разработкой метода их изоляции (выделения из клетки). Таков метод  дифференциального центрифугирования, который основан на разделении отдельных  компонентов протопласта. В зависимости  от ускорения удается выделить все  более и более мелкие фракции  органелл. Совместное применение методов  электронной микроскопии и дифференциального центрифугирования дало возможность наметить связи между структурой и функциями отдельных органелл.

Типичная растительная клетка содержит хлоропласты и вакуоли  и окружена целлюлозной клеточной  стенкой.

Плазматическая мембрана (плазмалемма), окружающая растительную клетку, состоит из двух слоев липидов  и встроенных в них молекул  белков. Молекулы липидов имеют полярные гидрофильные «головки» и неполярные гидрофобные «хвосты». Такое строение обеспечивает избирательное проникновение  веществ в клетку и из нее.

Клеточная стенка состоит  из целлюлозы, ее молекулы собраны в пучки микрофибрилл, которые скручены в макро-фибриллы. Прочная клеточная стенка позволяет поддерживать внутреннее давление - тургор.

Цитоплазма состоит из воды с растворенными в ней  веществами и органоидов.

Хлоропласты - это органеллы, в которых происходит фотосинтез; различают зеленые хлоропласты, содержащие хлорофилл, хромопласты, содержащие желтые и оранжевые пигменты, а  также лейкопласты - бесцветные пластиды.

Для растительных клеток характерно наличие вакуоли с клеточным  соком, в котором растворены соли, сахара, органические кислоты. Вакуоль  регулирует тургор клетки.

Аппарат Гольджи - это комплекс плоских полых цистерн и пузырьков, где синтезируются полисахариды, входящие в состав клеточной стенки.

Митохондрии - двухмембранные тельца, на складках их внутренней мембраны - кристах - происходит окисление органических веществ, а освободившаяся энергия используется для синтеза АТФ.

Гладкий эндоплазматический ретикулум - место синтеза липидов.

Шероховатый эндоплазматический ретикулум связан с рибосомами, осуществляет синтез белков.

Лизосомы - мембранные тельца, содержащие ферменты внутриклеточного пищеварения. Переваривают вещества, избыточные органеллы (аутофагия) или целые клетки (аутолиз).

Ядро - окружено ядерной оболочкой  и содержит наследственный материал - ДНК со связанными с ней белками - гистонами (хроматин). Ядро контролирует жизнедеятельность клетки. Ядрышко - место синтеза молекул т-РНК, р-РНК и рибосомных субъединиц. Хроматин содержит кодированную информацию для синтеза белка в клетке. Во время деления наследственный материал представлен хромосомами.

Плазмодесмы (поры) - мельчайшие цитоплазматические каналы, пронизывающие клеточные стенки и объединяющие соседние клетки.

Микротрубочки состоят из белка тубулина и расположены около плазматической мембраны. Они участвуют в перемещении органелл в цитоплазме, во время деления клетки формируют веретено деления.

Жизнедеятельность клетки

1. Движение цитоплазмы  осуществляется непрерывно и  способствует перемещению питательных  веществ и воздуха внутри клетки.

2. Обмен веществ и энергии включает следующие процессы: поступление веществ в клетку; синтез сложных органических соединений из более простых молекул, идущий с затратами энергии (пластический обмен); расщепление, сложных органических соединений до более простых молекул, идущее с выделением энергии, используемой для синтеза молекулы АТФ (энергетический обмен); выделение вредных продуктов распада из клетки.

3. Размножение клеток  делением.

4. Рост и развитие клеток. Рост - увеличение клеток до размеров  материнской клетки. Развитие - возрастные  изменения структуры и физиологии  клетки.

2. Покровные ткани

Под покровной тканью понимают комплекс клеток, расположенных снаружи органа растения. Ее функция заключается в предохранении растений от высыхания, действия низких и высоких температур, механических повреждений и других неблагоприятных факторов внешней среды, а также в осуществлении всасывания и выделения воды и других веществ.

При изменениях возраста органов и  их функций, покровные ткани закономерно  сменяют одна другую. По происхождению  различают первичные (эпидерма, ризодерма, веламен),вторичные (перидерма) и третичные (корка или ритидом) покровные ткани.

Первичные покровные ткани

Эпидерма образуется из поверхностного слоя апикальной меристемы - протодермы. Она покрывает листья, плоды, части цветка и молодые стебли. Кроме защитной функции, эпидерма регулирует процессы транспирации и газообмена, принимает участие в синтезе различных веществ и др. В состав эпидермы входит несколько морфологически различных клеток: основные клетки эпидермы, замыкающие и побочные клетки устьиц, трихомы (выросты эпидермы). Клетки эпидермы живые, имеют ядра, лейкопласты, вакуоли, хлоропласты (только в замыкающих клетках устьиц). Эпидерма у большинства растений однослойная, реже многослойная. Клетки первичной покровной ткани плотно примыкают друг к другу, и не имеют межклетников. С наружной стороны вся эпидерма покрыта сплошным слоем кутикулы (прерывается только над устьичными щелями).

Ризодерма (эпиблема) образована апикальной меристемой корня. Она покрывает молодые корневые окончания и именно через ризодерму происходит поглощение воды и минеральных солей из почвы. Кроме того, она взаимодействует с микроорганизмами почвы, из корня в почву выделяются вещества, помогающие почвенному питанию. Клетки ризодермы имеют очень тонкие оболочки. У первичной покровной ткани корня нет кутикулы, вследствие чего эти клетки имеют оболочки легко проницаемые для воды. На небольшом расстоянии от кончика корня образуются корневые волоски - выросты ризодермы.

Веламен, как и ризодерма, происходит из поверхностного слоя апикальной меристемы корня. Эта своеобразная ткань покрывает корни эпифитов и некоторых других растений, приспособленных к жизни на периодически пересыхающих почвах (аспидистра, аспарагус, алоэ, кливия). Веламен от ризодермы отличается многослойностью. Протопласт веламена отмирает и поэтому всасывает воду не осмотическим, а капиллярным путем.

Вторичная покровная ткань

Перидерма возникает при заложении феллогена в эпидерме, субэпидермальном слое (под эпидермой) или в более глубоких слоях первичной коры. Она замещает эпидерму в тех стеблях и корнях, которые разрастаются в толщину путем вторичного роста. Перидерма состоит из трех основных компонентов: феллогена (пробковый камбий), за счет которого перидерма длительное время нарастает в толщину, производя к поверхности феллему (пробку), выполняющую защитную функцию, а внутрь феллодерму (подпитывающую ткань).

Живые ткани, расположенные под  пробкой испытывают потребность  в газообмене. Для этого в перидерме  с самого начала ее образования формируются  чечевички - проходные отверстия.

Третичная покровная ткань

Корка (ритидом) приходит на смену перидермы. У большинства древесных растений она образуется в результате многократного заложения новых прослоек перидермы во все более глубокие ткани первичной коры. Живые клетки, заключенные между этими прослойками отмирают. Таким образом, корка состоит из чередующихся слоев пробки и заключенных между ними отмерших прочих тканей первичной коры.

3. Корень

Филогенетически корень возник позже  стебля и листа — в связи  с переходом растений к жизни  на суше и вероятно, произошёл от корнеподобных подземных веточек. У корня нет ни листьев, ни в определённом порядке расположенных почек. Для него характерен верхушечный рост в длину, боковые разветвления его возникают из внутренних тканей, точка роста покрыта корневым чехликом. Корневая система формируется на протяжении всей жизни растительного организма. Иногда корень может служить местом отложения в запас питательных веществ. В таком случае он видоизменяется.

Виды корней

Главный корень образуется из зародышевого корешка при прорастании  семени. От него отходят боковые  корни.

Придаточные корни развиваются  на стеблях и листьях.

Боковые корни представляют собой ответвления любых корней.

Каждый корень (главный, боковые, придаточные) обладает способностью к  ветвлению, что значительно увеличивает  поверхность корневой системы, а  это способствует лучшему укреплению растения в почве и улучшению  его питания.

Рисунок 2 – Виды корней

Типы корневых систем

Различают два основных типа корневых систем: стержневая, имеющая хорошо развитый главный корень, и мочковатая. Мочковатая корневая система состоит из большого числа придаточных корней, одинаковых по величине. Вся масса корней состоит из боковых или придаточных корешков и имеет вид мочки.

Сильно разветвлённая  корневая система образует огромную поглощающую поверхность. Например,

• общая длина корней озимой ржи достигает 600 км;
• длина корневых волосков – 10 000 км.;
• общая поверхность корней – 200 м².

Это во много раз превышает  площадь надземной массы.

Рисунок 3 – Типы корневых систем

Если у растения хорошо выражен  главный корень и развиваются  придаточные корни, то формируется  корневая система смешанного типа (капуста, помидор).

Внешнее строение корня. Внутреннее строение корня

Зоны корня

Рисунок 4 – Зоны корня

Корневой чехлик

Корень растёт в длину своей  верхушкой, где находятся молодые  клетки образовательной ткани. Растущая часть покрыта корневым чехликом, защищающим кончик корня от повреждений, и облегчает продвижение корня  в почве во время роста. Последняя  функция осуществляется благодаря  свойству внешних стенок корневого чехлика покрываться слизью, что уменьшает трение между корнем и частичками почвы. Могут даже раздвигать частички почвы. Клетки корневого чехлика живые, часто содержат зёрна крахмала. Клетки чехлика постоянно обновляются за счёт деления. Участвует в положительных геотропических реакциях (направление роста корня к центру Земли).

Рисунок 5 – Строение кончика корня

Клетки зоны деления активно  делятся, протяженность этой зоны у  разных видов и у разных корней одного и того же растения неодинакова.

За зоной деления расположена  зона растяжения (зона роста). Протяжённость  этой зоны не превышает нескольких миллиметров.

По мере завершения линейного роста  наступает третий этап формирования корня – его дифференциация, образуется зона дифференциации и специализации  клеток (или зона корневых волосков и всасывания). В этой зоне уже  различают наружный слой эпиблемы (ризодермы) с корневыми волосками, слой первичной коры и центральный цилиндр.

Строение корневого  волоска

Корневые волоски – это сильно удлинённые выросты наружных клеток, покрывающих корень. Количество корневых волосков очень велико (на 1 мм² от 200 до 300 волосков). Их длина достигает 10 мм. Формируются волоски очень быстро (у молодых сеянцев яблони за 30-40 часов). Корневые волоски недолговечны. Они отмирают через 10-20 дней, а на молодой части корня отрастают новые. Это обеспечивает освоение корнем новых почвенных горизонтов. Корень непрерывно растёт, образуя всё новые и новые участки корневых волосков. Волоски могут не только поглощать готовые растворы веществ, но и способствовать растворению некоторых веществ почвы, а затем всасывать их. Участок корня, где корневые волоски отмерли, некоторое время способен всасывать воду, но затем покрывается пробкой и теряет эту способность.

Рисунок 6 – Строение корневого  волоска

Оболочка волоска очень тонкая, что облегчает поглощение питательных  веществ. Почти всю клетку волоска  занимает вакуоль, окружённая тонким слоем  цитоплазмы. Ядро находится в верхней  части клетки. Вокруг клетки образуется слизистый чехол, который содействует  склеиванию корневых волосков с частицами  почвы, что улучшает их контакт и  повышает гидрофильность системы. Поглощению способствует выделение корневыми волосками кислот (угольной, яблочной, лимонной), которые растворяют минеральные соли.

Корневые волоски играют и механическую роль – они служат опорой верхушке корня, которая проходит между частичками почвы.

Под микроскопом на поперечном срезе  корня в зоне всасывания видно  его строение на клеточном и тканевом уровнях. На поверхности корня – ризодерма, под ней – кора. Наружный слой коры – экзодерма, вовнутрь от неё – основная паренхима. Её тонкостенные живые клетки выполняют запасающую функцию, проводят растворы питательных веществ в радиальном направлении – от всасывающей ткани к сосудам древесины. В них же происходит синтез ряда жизненно важных для растения органических веществ. Внутренний слой коры – эндодерма. Растворы питательных веществ, поступающие из коры в центральный цилиндр через клетки эндодермы, проходят только через протопласт клеток.

Рисунок 7 – Клеточное строение корня в зоне поглощения

Кора окружает центральный цилиндр  корня. Она граничит со слоем клеток, долго сохраняющих способность  к делению. Это перицикл. Клетки перицикла  дают начало боковым корням, придаточным  почкам и вторичным образовательным  тканям. Вовнутрь от перицикла, в центре корня, находятся проводящие ткани: луб и древесина. Вместе они образуют радиальный проводящий пучок.

Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня  в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых  пучков. Основными слагаемыми частями  пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к  корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня). Основные проводящие элементы флоэмы – ситовидные трубки, ксилемы – трахеи (сосуды) и трахеиды.

Процессы жизнедеятельности  корня

Транспорт воды в корне

Всасывание воды корневыми волосками  из почвенного питательного раствора и проведение её в радиальном направлении  по клеткам первичной коры через  пропускные клетки в эндодерме к  ксилеме радиального проводящего  пучка. Интенсивность поглощения воды корневыми волосками называется сосущей силой (S), она равна разнице  между осмотическим (P) и тургорным (T) давлением: S=P-T.

Когда осмотическое давление равно  тургорному (P=T), то S=0, вода перестаёт поступать в клетку корневого волоска. Если концентрация веществ почвенного питательного раствора будет выше, чем внутри клетки, то вода будет выходить из клеток и наступит плазмолиз – растения завянут. Такое явление наблюдается в условиях сухости почвы, а также при неумеренном внесении минеральных удобрений. Внутри клеток корня сосущая сила корня возрастает от ризодермы по направлению к центральному цилиндру, поэтому вода движется по градиенту концентрации (т. е. из места с большей её концентрацией в место с меньшей концентрацией) и создаёт корневое давление, которое поднимает столбик воды по сосудам ксилемы, образуя восходящий ток. Это можно обнаружить на весенних безлистных стволах, когда собирают «сок», или на срезанных пнях. Истекание воды из древесины, свежих пней, листьев, называется «плачем» растений. Когда распускаются листья, то они тоже создают сосущую силу и притягивают воду к себе – образуется непрерывный столбик воды в каждом сосуде – капиллярное натяжение. Корневое давление является нижним двигателем водного тока, а сосущая сила листьев – верхним. Подтвердить это можно с помощью несложных опытов.

Почва как среда обитания корней

Почва для растений является средой, из которой оно получает воду и  элементы питания. Количество минеральных  веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской  горной породы, деятельности организмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.

Почвенные частицы конкурируют  с корнями за влагу, удерживая  её своей поверхностью. Это так  называемая связанная вода, которая  подразделяется на гигроскопическую и плёночную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы.

Между влагой и воздушной фазой  почвы складываются антагонистические  отношения. Чем больше в почве  крупных пор, тем лучше газовый  режим этих почв, тем меньше влаги  удерживает почва. Наиболее благоприятный  водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу – вода заполняет капилляры внутри структурных  агрегатов, а воздух – крупные  поры между ними.

Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени  связан с поглотительной способностью почвы – способностью удерживать или связывать химические соединения.

Микрофлора почвы разлагает  органические вещества до более простых  соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов  зависит от типа почвы, химического  состава растительных остатков, физиологических  свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры  почвы принимают участие почвенные  животные: кольчатые черви, личинки  насекомых и др.

4. Естественное вегетативное  размножение

Вегетативное размножение - это образование новой особи из части родительской, один из способов бесполого размножения, свойственный многоклеточным организмам. Различают естественное и искусственное вегетативное размножение.

Естественное:

а) Корневищами размножаются пырей, ландыш, ирисы, купена и др. Старый отрезок ветвистого корневища отмирает, молодые отрезки с придаточными корнями, почками и надземными побегами становятся самостоятельными растениями.

б) Луковицами - лилии, тюльпаны, нарциссы. У луковицы от донца развиваются молодые луковицы (детки). Из каждой луковицы-детки со временем вырастает новое взрослое растение. Маленькие луковички могут образовываться в пазухах листьев некоторых лилейных.

в) Надземными видоизмененными побегами (усами) размножаются ползучий лютик, лесная земляника.

г) Черенками — отломившаяся ветка тополя, ивы, попав в благоприятные условия, укореняется.

е) Корневыми отпрысками — осот и другие сорные растения размножаются корнями, на которых образуются придаточные почки, а из них развиваются побеги-отпрыски.

ж) Клубнем — картофель.

з) Листьями — чаще всего комнатные растения: фиалка, бегония и др.

В основе вегетативного  размножения лежит способность  растений восстанавливать весь организм из части тела. Эта способность  называется регенерацией (от лат. «регенератио» — восстанавливаю).

Рисунок 8 – Виды вегетативного  размножения

Большое разнообразие способов вегетативного  размножения является одним из приспособлений цветковых растений, позволившим  им занять господствующее место на Земле. Человек широко использует это  свойство растений в своей практической деятельности.

Список использованной литературы

 Барабанов Е.И. Ботаника: учебник  для студ. высш. учеб. заведений / Е.И. Барабанов, С.Г. Зайчикова. – М.: Издательский центр «Академия»,  2006. – с. 185-377

2. Ботаника с основами фитоценологии. Анатомия и морфология растений. Серебрякова Т.И. - М: Академкнига, 2006. - 543 с.
3. Ботаника: в 4 т. Т. 1. Клеточная биология. Анатомия. Морфология. Зитте П., Вайлер Э.В., Кадерайт Й.В. и др. / под ред. А.К. Тимонина, В.В. Чуб — М: Академия, 2008. — 368 с. 
4. Ботаника: в 4 т. Т. 3: Высшие растения. Тимонин А.К. — М: Академия, 2007. — 352 с.