Строение растительных клеток, клеточных структур, их химический состав, функции

Тема 1. Строение растительных клеток, клеточных структур, их химический состав, функции.

 

1. Базовые термины и понятия. Клеточная оболочка, протопласт, цитоплазма, органеллы, вакуоль, включения, запасные вещества, производные протопласта, митоз, мейоз, паренхимные и прозенхимные клетки.
2. Лекция. Строение, основные функции клетки и клеточных структур.

Все растения состоят  из клеток. Форма и размеры клеток очень различны и зависят от их положения в теле растения и функций, которые они выполняют. Клетки бывают очень мелкие (видимы только под микроскопом) и довольно крупные, можно видеть невооружённым глазом. Форма чаще в виде многогранников, иногда округлая, лопастная, цилиндрическая и др. Различают паренхимные клетки, диаметр которых по всем направлениям различается не сильно и прозенхимные, длина которых в несколько раз превышает поперечник.

В растительной клетке имеется её наружный покров - клеточная оболочка, очень прочная, жёсткая, определяющая форму клетки. Внутреннее содержимое клетки (под оболочкой) – протопласт- живое содержимое клетки. Протопласт состоит из различных компонентов – органелл (органоидов), которые отличаются характерным строением, химическим составом и выполняющими функциями. К органеллам относятся ядро, пластиды, митохондрии, пероксисомы, лизосомы, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, диктиосомы. Органеллы погружены в гиалоплазму. Гиалоплазма со всеми органеллами (кроме ядра) называется цитоплазмой.

Строение клеток и органелл у растений и животных имеют общую сходную молекулярную организацию  и близки по химическому составу и выполняемым функциям. Однако есть и существенные различия. Так у растительных клеток имеется прочная клеточная оболочка, пластиды и вакуоли, которые  отсутствуют у животных клеток. В отличие от животных клеток, у клеток высших растений отсутствуют центриоли, участвующие в делении клетки.

Цитоплазма. В основе организации структуры цитоплазмы лежат биологические мембраны – тончайшие, довольно плотные плёнки, построенные в основном фосфолипидов и белков – липопортеидов. Липиды образуют структурную основу мембран. Мембраны – живые компоненты цитоплазмы, которые ограничивают протопласт от внеклеточной среды.

Одно из важных свойств мембран  – их избирательная проницаемость (полупроницаемость) – хорошо пропускают одни вещества и с трудом или совсем не пропускают другие. Наличие мембран и их избирательная проницаемость способствует разделению цитоплазмы на изолированные отсеки – компартименты, в которых одновременно и независимо друг от друга могут осуществляться различные биохимические процессы.

Цитоплазма имеет пограничную  мембрану, прилегающую к клеточной  оболочке – плазмалемму, которая регулирует обмен веществ клетки с внешней средой. Внутренняя мембрана, которая  ограничивает вакуоль называется тонопластом.

Гиалоплазма (матрикс) – основное вещество цитоплазмы, представляет собой непрерывную водную коллойдную фазу клетки, обладает вязкостью. Она связывает все погруженные в неё органеллы, обеспечивая их взаимодействие. Она способна к активному движению  и поэтому участвует во внутриклеточном транспорте веществ.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) или Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представляет собой ограниченную мембранами систему субмикроскопических каналов пронизывающих гиалоплазму. Он имеет две формы – гранулярную (или шероховатую) и агранулярную (гладкую).

Гранулярный ретикулум  выполняет  ряд важных функций: с помощью  прикреплённых на нём рибосом  он синтезирует запасные белки и  специфические ферменты. Он также  является центром образования и  роста клеточных мембран.

Агранулярный ретикулум развит слабее и обнаружен в делящихся и некоторых дифференцируемых клетках.

Рибосомы – почти сферические гранулы, видны только в электронный микроскоп. Они располагаются на ЭПР (гранулярный ретикулум), обнаружены в митохондриях и пластидах. Рибосомы – центры синтеза белка и т.о. ответственны за образование живой материи. Генетическая информация из ядра переносится к рибосомам с помощью и-РНК и тем самым определяется структура и свойства синтезируемых белковых молекул.

Аппарат Гольджи в растительных клетках обнаружен сравнительно недавно, чем у животных. В растительных клетках он состоит из отдельных диктиосом и пузырьков. Диктиосома – стопка из 5-7 (до 20) округлых цистерн, ограниченных агранулярной мембраной, распределение в клетке хаотично, число их сильно колеблется (от 10 до 50).

Диктиосомы – центры накопления и выделения аморфных полисахаридов (пектиновых веществ, гемицеллюлозы).

Пузырьки гольджи транспортируют полисахариды к плазмалемме, встраиваются в неё, способствуя растяжению последней  при росте клеток.

Митохондрии – мелкие, слегка вытянутые и округлые образования, имеют две мембраны. Наружная – контролирует обмен веществ между митохондрией и глалоплазмой. Внутренняя имеет выросты в виде складок  внутрь митохондрии, так называемые кристы. Они значительно увеличивают внутреннюю поверхность митохондрий, в которых имеются  очень мелкие рибосомы. Основная функция митохондрий – синтез АТФ из АФФ при окислительно-восстановительных реакциях, при дыхании, т.е. митохондрии поставщики энергии в клетке.

Пластиды – это органеллы, характерные только для растений. в зависимости от окраски, связанной с наличием пигментов, различают 3 типа пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.

Хлоропласты – зелёные пластиды, в них содержится зелёный пигмент хлорофилл, который принимает участие в фотосинтезе. Поэтому основная функция хлоропластов – фотосинтез, образование органических веществ из неорганических за счёт энергии солнечного света. Строение хлоропластов довольно сложное: они имеют двумембранную оболочку, основное вещество пластид – строма, в которых расположены тилакойды – в виде плоских мешков. Некоторые телакойды имеют дисковидную форму небольшого размера и собраны в стопки, называемые гранами, в которых находится хлорофилл.

Хромопласты – отличаются красно-оранжевой окраской, т.к. в них содержатся пигменты каротин и ксантофилл. Косвенное значение хромопластов в том, что они обуславливают яркую окраску цветков и плодов, привлекающих насекомых для опыления, а животных, для распространения плодов.

Лейкопласты – бесцветные мелкие пластиды. Они встречаются чаще в наземных органах растений – корнях, корневищах, клубнях, семенах. Форма их разнообразна. Как правило, в них откладываются запасные питательные вещества.

Ядро – наиболее крупная органелла, обычно округлой формы. Отличается высоким содержанием ДНК. В ядре различают нуклеоплазму, в которую погружен хроматин, содержащий всю ДНК и ядрышко. Хроматин – активная форма хромосом. Ядро отделено от гиалоплазмы ядерной оболочкой, которая имеет ядерные норы, через которые осуществляется обмен веществ.

Ядро служит центром  управления обмена веществ в клетке, ростом и развитием, контролирует деятельность всех других органелл.

Поэтому, если ядро удалить  из клетки, она погибает. Но есть и  безъядерные организмы – прокариоты, у которых эквивалентом ядра является округлый нуклеотид. Он содержит всего одну замкнутую в кольцо двойную спираль ДНК.

Вакуоли, содержатся почти во всех взрослых клетках. Это полости, заполненные водным раствором – клеточным соком. От цитоплазмы он изолирован тонопластом. У большинства зрелых клеток вакуоль одна и занимает до 70-90% объёма клетки.

Клеточный сок – это водный раствор различных веществ, которые являются продуктами жизнедеятельности протопласта (углеводы, белки, органические кислоты, их соли, и др. соединения).

Функции вакуолей – 1) накопление запасных веществ и отбросов; 2) поддержание тургора клетки.

В результате жизнедеятельности  протопласта образуются различные  вещества – производные протопласты, которые: 1) временно могут быть выведены из обмена веществ клетки – запасные питательные вещества, 2) их высокая концентрация в определённых участках гиалоплазмы приводит к выпадению их в осадок в форме кристаллов – включений, которые и остаются в клетке до конца её жизни.

К запасным веществам  относятся крахмал, липидные капли в клетках многолетних растений, белки в виде алейроновых зёрен.

К включениям относятся  кристаллы оксалата  кальция –  рафиды, друзы, кристаллический песок.

Клеточная оболочка также является производным протопласта, и поэтому может расти только находясь в контакте с ним. Клеточная оболочка в основном состоит из полисахаридов целлюлозы (клетчатка), и др. Кроме полисахаридов, в состав оболочки могут входить белки, минеральные соли и некоторые другие вещества.

Клеточная оболочка придаёт клетке определённую форму и прочность, и защищает живое содержимое – протопласт. Она имеет поры – неутолщённое место оболочки, через которые проходят плазмодесмы, соединяющие протопласты соседних клеток. Плазмодесмы, протопласты клеток в растительном организме образуют единое целое, называемое  симпластом, а транспорт веществ через плазмодесмы называется симпластическим, в отличие от анопластического – по оболочкам клеток и межклетникам.

Контроль усвоения учебного материала.

• В чём отличие в строение растительной и животной клетки?
• Что такое протопласт и производные протопласта?
• Что собой представляют пластиды, каковы их функции?
• Какие вещества называются запасными?
• Что такое апопласт и симпласт?
• Что собой представляют кристаллы?
• Что собой представляет ядро, его функции?
• Какова роль клеточной оболочки?
• Каков химический состав клетки?
• Что такое вакуоль, её значение для клетки?

 

 

Тема 2. Растительные ткани, их классификация, строение, функции.

 

2.1. Базовые понятия: ткани, меристемы, камбий, проводящие пучки, флоэма, ксилема, гидатоды, трихомы.

2.2. Лекция. Понятия о тканях, их классификация, особенности строения, функции.

Тканями называется группа клеток, сходные по строению, происхождению и выполняемыми функциями.

Большинство растительных тканей многофункциональны, т.е. одна и та же ткань может выполнять 2-3 функции. Или одна ткань может состоять из разных элементов, выполняющих разные функции. Такую ткань называют сложной, в отличие от простой, состоящей только из однородных элементов.

Классификация тканей. В зависимости от выполняемых функций выделяют следующие типы тканей.

1. Образовательные ткани (меристемы)
2. Покровные ткани.
3. Основные ткани.
4. Механические ткани.
5. Проводящие ткани.
6. Выделительные ткани.

Характеристика  тканей.

Образовательные ткани (меристемы).

Характерной чертой растений, в отличие от животных, является их рост всю жизнь. Такой рост возможен благодаря наличию образовательных  тканей или меристем. Меристемы могут  сохраняться очень долго, в течении  всей жизни, так как содержат некоторое  число инициальных клеток, способных делиться неограниченное число раз с сохранением меристематического характера.

По происхождению образовательные  ткани делятся на:

1. Первичные (к ним относятся прокамбий и перецикл);
2. Боковые (латеральные);
3. Вставочные (интеркалярные);
4. Раневые (травматические).

Верхушечные (апикальные) меристемы локализуются на кончике зародышевого корешка и в первичной почке стебля. Они обеспечивают рост в длину корня и стебля.

Боковые (латеральные) меристемы локализуют цилиндрические слои (на поперечном срезе они видны в виде колец) и способствуют их утолщению.

Вставочные (интеркалярные) меристемы находятся в междоузлиях. В этих меристемах нет инициальных клеток, поэтому они имеют временный характер деления и, в конце концов, прекращаются деление и они превращаются в постоянные ткани.

Раневые (травматические) меристемы возникают в пораненных местах органа и способствуют залечиванию повреждённых тканей и органов.

Покровные ткани. В соответствии с происхождением из различных меристем и строением выделяют три типа покровных тканей – эпидерму (первичная покровная ткань), перидерму (вторичная) и корку (третичная покровная ткань).

Главная функция покровных  тканей – защитная. Кроме того, эпидерма выполняет функцию регуляции  газообмена и транспирации, принимает  участие в синтезе различных веществ.

Эпидерма состоит из клеток основной паренхимы, плотно прилегающих  друг к другу; межклетники отсутствуют. В основных клетках эпидермы хлоропласты  отсутствуют. Кроме того, среди основных клеток размещены устьица. Каждое устьице состоит из двух бобовидных замыкающих клеток, между которыми находится устьичная щель, через которую испаряется вода из листа (процесс испарения воды через устьица называется транспирацией).

На эпидермисе могут  возникать различные образования (трихомы), которые усиливают защитные функции эпидермы. К ним относятся железистые и кроющие волоски.

Перидерма – вторичная покровная ткань, т.к. состоит из комплекса клеток различных по строению и функциям: