Протопласт. Химический состав и состояние протопласта

План контрольной  работы

1. Протопласт. Химический состав и состояние протопласта. Строение биологической мембраны.
2. Выделительная ткань. Её строение и значение.
3. Естественное и искусственное вегетативное размножение.
4. Строение семени покрытосеменных растений. Кормовое и пищевое значение семян.
5. Развитие и строение плода. Классификация плодов.

 

1. Протопласт. Химический состав и состояние протопласта. Строение биологической мембраны.

В растительной клетке, как правило, можно различить три основные части: более или менее жесткую и прочную углеводную оболочку, одевающую клетку снаружи; протопласт (греч. протос — первый; пластос — оформленный) — живое содержимое клетки,— прижатый в виде обычно довольно тонкого постенного слоя к оболочке, и, наконец, вакуоль —   пространство в центральной части клетки, заполненное в типичном случае водянистым содержимым — клеточным соком.

Клеточная оболочка и вакуоль являются продуктами жизнедеятельности протопласта  и образуются им на определенных этапах развития клетки. Протопласт представляет собой чрезвычайно сложное образование, дифференцированное на различные компоненты, называемые органеллами (или органоидами), которые постоянно в нем встречаются, имеют характерное строение, позволяющее легко отличать их друг от друга, и выполняют специфические функции (рис. 1). К органеллам клетки относятся ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, диктиосомы, пероксисомы (микротельца), лизосомы. Характерная особенность растительных клеток, связанная с наличием у них прочной оболочки и вакуоли,— рост путем растяжения. При таком росте увеличение размера клетки происходит в основном за счет увеличения объема вакуоли, а не протопласта. В отличие от животных клеток у клеток высших растений отсутствуют центриоли, участвующие в делении клетки.

Хотя размеры клеток сильно колеблются, они лежат в  определенных пределах, которые характерны для рода растения и типа клетки. Как правило, клетки настолько мелки, что видны только под микроскопом. У высших растений диаметр клеток обычно находится в пределах 10—100 мкм (чаще всего 15—60 мкм). Более крупными обычно бывают клетки, запасающие воду и питательные вещества (например, паренхимные клетки клубней картофеля, клетки сочных плодов).

 Химический состав и физические свойства протопласта. Вещества, из которых построена живая клетка и которые она выделяет в определенные периоды жизнедеятельности, чрезвычайно разнообразны, их насчитывается десятки и сотни тысяч. Эти вещества грубо можно объединить в конституционные, т. е. входящие в состав живой материи и участвующие в обмене веществ (метаболизме), запасные (временно выключенные из обмена) и отбросы (конечные его продукты). Запасные вещества и отбросы вместе часто называют эргастическими (греч. эрг — работа) веществами клетки. Основными классами конституционных органических веществ являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы.

Белки — вещества, определяющие строение и свойства живой материи. Они представляют собой полимерные соединения, макромолекулы которых, построенные из аминокислот, создают особую структуру протопласта. На долю белков приходится значительная часть органических веществ клетки. Они участвуют в построении структуры и функциях всех органелл.

Белки служат не только строительным материалом протопласта, но в качестве ферментов регулируют жизненные процессы. Огромная роль белков как ферментов обусловлена тем, что жизнедеятельность клетки включает множество химических реакций, лежащих в основе функций различных органелл. Даже в клетке, которая не растет (не увеличивает массы), происходит постоянное обновление ее структурных элементов, связанное с процессами синтеза и распада конституционных веществ протопласта.

Относительное постоянство  химического состава протопласта, выявляемое химическим анализом, является результатом динамического равновесия между этими двумя группами процессов. Кроме ферментативной, белки могут выполнять структурную, сократительную и транспортную функции, в некоторых случаях они служат источниками энергии. Белки могут быть и эргастическими веществами, откладываясь в запас в определенные фазы развития клетки.

Нуклеиновые (лат. nucleus — ядро) кислоты — ДНК и  РНК — составляют вторую важнейшую группу биополимеров протопласта. Хотя содержание их невелико (1—2% массы сырого протопласта), роль их огромна, поскольку они являются веществами хранения и передачи информации, необходимой для синтеза белков и других веществ протопласта. Основное количество ДНК сосредоточено в ядре клетки, а РНК встречается как в ядре, так и в цитоплазме.

Липиды (греч. липос — жир; эйдос — вид) включают большую группу соединений биологического происхождения. Они характеризуются относительной нерастворимостью в воде и растворимостью в органических растворителях. Протопласт растительной клетки содержит простые (жирные масла) и сложные липиды (липоиды, или жироподобные вещества). К липоидам относятся фосфо- и гликолипиды, некоторые пигменты (каротиноиды). Они являются структурными компонентами клетки (входят в состав клеточных мембран). Большая часть липидов представляет собой эргастические вещества.

Углеводы также входят в состав протопласта каждой клетки в виде простых соединений (растворимых в воде Сахаров) и сложных углеводов (нерастворимых или слаборастворимых) — полисахаридов. Примеры Сахаров — глюкоза, фруктоза и сахароза; полисахаридов — целлюлоза, крахмал. Последние являются эргастическими веществами клетки. Сахарарибоза и дезоксирибоза входят в состав РНК и ДНК- Связываясь с другими биологически активными веществами, сахара могут образовывать гликозиды, а полисахариды — гликопротеиды, играющие важную роль в молекулярной организации живой материи.

Каждая клетка обычно сама синтезирует для себя все  белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды и другие сложные вещества, а не получает их из других клеток.

Непосредственным источником доступной энергии для всех живых клеток служит в основном АТФ, обладающий макроэргическими связями, при разрыве которых освобождается большое количество энергии.

Из всех химических соединений живая клетка больше всего содержит воды (60—90%), в которой растворено большинство других веществ. Высокое содержание воды в протопласте необходимо главным образом для того, чтобы эти вещества могли вступать в характерные для жизнедеятельности клетки реакции, происходящие только тогда, когда они находятся в водных растворах. В состав растительной клетки входят, наконец, неорганические вещества, главным образом ионы минеральных солей.

Все компоненты протопласта  растительных клеток обычно бесцветны, за исключением пластид, которые  могут быть окрашены в зеленый, красный или оранжевый цвет. По физическим свойствам протопласт представляет собой многофазный коллоидный раствор (плотность 1,03—1,1), поскольку биологические макромолекулы и некоторые липиды являются типичными коллоидами. Поэтому протопласт в целом имеет слизистую консистенцию, напоминающую консистенцию яичного белка. Обычно он представляет собой гидрозоль, т.е. коллоидную систему с преобладанием дисперсионной среды — воды.

Мембраны  биологические (лат. membrana оболочка, перепонка) - функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.

 

2. Выделительная ткань. Её строение и значение.

Едва ли не во всех учебниках  ботаники пишут о выделительной системе растений и относят к ней разнообразные структуры: млечники, схизогенные и лизигенные вместилища, нектарии, железки. Все эти образования в теле растения заслуживают подробного рассмотрения. Однако ничего общего с выделительной системой в общепринятом смысле, как, например, у животных, они не имеют. В таком, смысле ни выделительных органов, ни тканей, ни даже клеток у растений нет. В процессе обмена у животных образуются не используемые организмом, часто ядовитые соединения (прежде всего азот), которые непременно должны удаляться в виде мочевины. Растения же только накапливают азот в организме, и даже перед сбрасыванием листьев, как показал К. Мотес, значительная часть азота из них уходит в остающиеся органы для последующей реутилизации.

Структуры внутренней секреции. Имеются две группы тканей, относимых к «выделительной системе»: ткани внутренней секреции и ткани внешней секреции. К первым относят особые вместилища — схизогенные и лизигенные ходы, специализированные секреторные клетки—идиобласты, а также нечленистые, членистые или сложные млечники. Продуктами внутренней секреции служат дубильные вещества, смолы, эфирные масла, кристаллы и др.

К элементам внешней секреции относят разнообразные железистые волоски и железки, расположенные на поверхности органов, как вегетативных, так и репродуктивных. Веществами внешней секреции служат эфирные масла, нектар, вода и др.

Млечники, или млечные  сосуды,— это отдельные клетки и продольные цепочки слившихся клеток, которые содержат млечный сок, или латекс (латекс по-латыни — сок). Его содержат виды, стоящие на разных уровнях филогенетического развития и разные жизненные формы: деревья и травы, лианы и кустарники. Наблюдается большое разнообразие млечников по структуре, а латекса — по химическому составу.

Млечники особенно широко распространены и выполняют важную роль у видов семейств астровые, маковые, молочайные. По происхождению и структуре все млечники можно разделить на две большие группы: членистые и нечленистые (рис.1)

Членистые, или сложные, млечники многоклеточны. Их можно наблюдать уже в зародыше (в гипокотиле и семядолях). Развитие всей системы млечников идет в акропетальном направлении за счет присоединения новых клеток в ходе дифференциаций апикальной меристемы. Постепенно млечники проникают в цветки и плоды.                                               

Нечленистые, или простые, млечники формируются в результате ветвления и разрастания одной клетки (а иногда и нескольких клеток), расположенной в зародыше на границе семядолей и зародышевого корешка. Важная особенность этой клетки состоит в том, что ее рост не сопровождается, как обычно, образованием перегородок. Такие клетки, как правило, не сливаются в одну систему. При разрастании клетки наблюдается деление ядер.

Млечники выполняют  несколько функций. Важнейшие из них три: проводящая, запасающая и экскреторная

Таким образом, физиологическая  роль млечников так же разнообразна, как и их структура. Отмечают важную роль млечников в регуляции водного и кислородного баланса растения, поскольку латекс легко поглощает воду и кислород из соседних тканей.

 

Схизогенные и лизигенные вместилища — это разнообразные по форме и величине вместилища в виде полостей или каналов. В них накапливаются и длительно хранятся многие конечные продукты жизнедеятельности, которые выключаются из обмена веществ.

Схизогенные ходы   (или вместилища)  формируются в результате расширения межклетников в молодых тканях, т. е. вследствие раздвигания клеток. Это живые крупноядерные клетки, заполненные густой цитоплазмой (рис. 2),

Совершенно иная структура  и происхождение лизигенных вместилищ (рис. 2). Они образуются в результате растворения — лизиса — группы клеток, в которых перед лизисом накапливаются экскреторные продукты и которые затем превращаются в капельку экскреторного вещества. Лизигенные вместилища характерны для цитрусовых.

Между схизогенными и  лизигенными вместилищами есть разнообразные  переходные формы. Дело в том, что вместилища выделений в некоторых случаях образуются одновременно и лизигенно и схизогенно. В общем же лизигенные вместилища, как и схизогенные, характеризуются не только общностью строения, но и определенным составом содержимого, особенно экскреторного вещества, например эфирного масла.

Железистые волоски (трихомы) — это образования эпидермы, в которых накапливаются экскреторные вещества. В отличие от схизогенных и лизигенных ходов желёзки представляют собой не только хранилище смол, эфирных масел и т. д., но и выделительную систему; они могут выводить из тела растения во внешнюю среду разнообразные экскреторные вещества в газообразном, жидком и твердом виде. Поэтому их можно назвать выделительными волосками (рис. 3). По строению они достаточно разнообразны, но сохраняют морфологическое постоянство у растений каждой природной группы.

 

 

Желёзки можно классифицировать: а) по местоположению— наружные и внутренние; б) по строению— головчатые о одноклеточной головкой и с многоклеточной головкой; в) по продуктам выделения — солевые, камедевые, масляные, слизевые. Экскреторные вещества, выделяемые желёзками, нередко имеют важное промышленное или лекарственное значение.

Гидатоды—водяные устьица. Гидатоды относят к выделительной системе лишь формально, поскольку продуктом выделения служит вода, а не экскреторные вещества. Место средоточия гидатод— край листа, преимущественно верхушка зубчиков.

Нектарин представляют собой специализированные желёзки, выделяющие нектар. По происхождению и местоположению различают два типа нектариев — флоральные и экстрафлоральные. Первые расположены на цветках, вторые — на вегетативных органах.

Секреторная ткань нектариев в  одних случаях формируется только клетками эпидермы, в других — клетками субэпидермальных слоев. К секреторной ткани обычно примыкает проводящая. Экскретируется нектар через особые устьица или непосредственно через стенку клетки. Кутикула в таких случаях разрывается.