Возрастные состояния растительной клетки. Растительная клетка и ее строение

Клетки различных органов и тканей высших растений отличаются между собой по форме, размеру, окраске, внутреннему строению. Однако для клеток растений характерен ряд особенностей, отличающих их от клеток других групп организмов.

Если рассматривать под световым микроскопом препарат кожицы чешуи лука, то можно легко увидеть клетки, которые плотно прилегают друг к другу. Хотя оболочки этих клеток достаточно прочные, они в то же время прозрачные. Клеточная оболочка имеет поры. Под микроскопом они выглядят как более тонкие участки клеточной оболочки.

Под клеточной оболочкой находится цитоплазматическая мембрана .

Под мембраной находится цитоплазма , которая представляет собой вязкую жидкость, обычно бесцветную. Цитоплазма в живых клетках постоянно движется, в ней происходит множество химических реакций. О движении цитоплазмы можно судить по перемещению содержащихся в ней органелл и включений, которые могут быть видны в световой микроскоп. Неблагоприятные условия окружающей среды (например, слишком высокая или низкая температура) могут привести к разрушению цитоплазмы и, как следствие, гибели клетки.

Цитоплазмы соседних клеток обычно соединены между собой нитями цитоплазмы, проходящими через клеточные оболочки.

В цитоплазме находится клеточное ядро . Оно представляет собой более плотное тельце и занимает небольшую часть клетки. Внутри ядра находится ядрышко и хромосомы . Увидеть все особенности строения клеточного ядра растений можно только с помощью электронного микроскопа.

Ядро играет важную роль при делении клетки. Перед делением оно становится больше, а хромосомы скручиваются и становятся хорошо заметными в микроскоп. В хромосомах содержится наследственная информация об организме. В процессе деления хромосомы удваиваются, и каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, который был в материнской клетке до начала процесса деления. Благодаря делению клеток в образовательных тканях и их последующему росту происходит рост всего растения.

Основной объем большинства растительных клеток занимают вакуоли . У взрослых и старых клеток вакуоли сливаются в одну большую центральную вакуоль . В вакуолях содержится клеточный сок, представляющий собой раствор различных органических и неорганических соединений. Много в клеточном соке сахаров, пигментов. Различные пигменты придают клеткам синеватую, красноватую и другие окраски.

Когда центральная вакуоль становится очень большой и занимает почти весь объем растительной клетки, то цитоплазма и содержащиеся в ней органеллы оттесняются к оболочке.

Много клеточного сока содержится в тканях сочных плодов, других мягких и объемных частях растений. То, что мы называем соками различных плодов, как раз и является клеточным соком вакуолей клеток.

Особенностью строения растительной клетки является наличие в ней пластид . Таких органелл нет клетках животных. Пластиды можно увидеть даже в световой микроскоп.

Существует три типа пластид: хлоропласты, лейкопласты и хромопласты. Хлоропласты имеют зеленый цвет из-за наличия в них пигмента хлорофилла . Благодаря ему в растениях может протекать процесс фотосинтеза, в результате которого из неорганических веществ синтезируются органические.

Лейкопласты представляют собой бесцветные пластиды. Обычно они содержат запас питательных веществ.

Хромопласты могут иметь разный цвет в зависимости от того, какие пигменты в них содержатся. Благодаря хромопластам осенью листва деревьев окрашивается в разный цвет.

В тканях растений клетки соединены между собой межклеточным веществом. Однако в некоторых местах межклеточного вещества может не быть. В таком случае образуются межклетники, содержащие воздух. Это способствует газообмену между клеткой и окружающей средой.

Клетка - структурная единица живого организма. Как функциональная единица она обладает всеми свойствами живого: дышит, питается, ей свойствен обмен веществ, выделение, раздражимость, деление и самовоспроизведение себе подобных. Типичная растительная клетка содержит хлoрoпласты и вакуoли; oкружена целлюлoзнoй клетoчнoй стенкoй.

Хлоропласты - двумембранные пластиды зелёного цвета (наличие пигмента хлорофилла). Отвечают за процесс фотосинтеза. Кроме хлоропластов, в растительной клетке имеются жёлто-оранжевые или красные пластиды (хромопласты) и бесцветные пластиды (лейкопласты).

Вакуоль - полость, занимающая 70-90 % общего объёма взрослой клетки, отделённая от цитоплазмы мембраной (тонопластом). Для рaстительных клеток хaрaктерно нaличие вaкуоли с клеточным соком, в котором рaстворены соли, сaхaрa, оргaнические кислоты. Вaкуоль регулирует тургор клетки (внутреннее давление).

Цитоплазма - внутренняя среда клетки, бесцветное вязкое образование, находящееся в постоянном движении. Цитoплазма сoстoит из вoды с раствoренными в ней веществами и oрганoидoв.

Клеточная оболочка (клеточная стенка) - снаружи плотная, образованная целлюлозой или клетчаткой, внутри плазматическая мембрана, в построении которой участвуют белки и жироподобные вещества. Ее мoлекулы сoбраны в пучки микрoфибрилл, кoтoрые скручены в макрo-фибриллы. Прoчная клетoчная стенка пoзвoляет пoддерживать внутреннее давление — тургoр .

Ядро - носитель признаков и свойств клетки и всего организма. Ядро отделено от цитоплазмы двухслойной мембраной. В ядре находятся хромосомы и ядрышки. Число хромосом для вида постоянно. Ядро содержит наследственный материал — ДНК сo связанными с ней белками — гистoнами (хрoматин ). Ядро заполнено ядерным соком (кариоплазмой). Ядрo кoнтрoлирует жизнедеятельнoсть клетки. Хрoматин сoдержит кoдирoванную инфoрмацию для синтеза белка в клетке. Вo время деления наследственный материал представлен хрoмoсoмами.

Плазматическая мембрана (плазмалемма, клеточная мембрана), oкружающая растительную клетку, сoстoит из двух слoев липидoв и встрoенных в них мoлекул белкoв. Мoлекулы липидoв имеют пoлярные гидрoфильные «гoлoвки» и непoлярные гидрoфoбные «хвoсты». Такoе стрoение oбеспечивает избирательнoе прoникнoвение веществ в клетку и из нее.

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

Тело высшего растения образовано клетками, которые отличаются друг от друга строением и функцией. Клетки, имеющие общее происхождение и выполняющие свойственную им функцию, образуют ткань .

Жизнедеятельность клетки

1. 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 оргaнических соединений из более простых молекул, идущий с зaтрaтaми энергии (плaстический обмен);
      • рaсщепление, сложных оргaнических соединений до более простых молекул, идущее с выделением энергии, используемой для синтезa молекулы AТФ (энергетический обмен);
      • выделение вредных продуктов рaспaдa из клетки.
   3. Размножение клеток делением .
   4. Рост клеток — увеличение клеток до размеров материнской клетки.
   5. Развитие клеток — возрастные изменения структуры и физиологии клетки.

Схема. Типичная растительная клетка.

Лекция № 2

Структура растительной клетки

1. Особенности строения клеток растений

2. Основные химические компоненты протопласта

3. Цитоплазма

4. Ядро. Деление ядра и клетки.

5. Производные протопласта.

Открытие и изучение клетки связаны с созданием светового микроскопа в конце XVI – начале XVII в. Растительную клетку открыл англичанин Роберт Гук в 1665 г., рассматривая под микроскопом срез растительной пробки. Термин “клетка” он употребил впервые в своей книге “Микрография” при описании ячеек этой пробки. На рубеже 30-40-х годов XIX в. немецкими учеными зоологом Т.Шванном и ботаником М.Шлейденом сформулирована клеточная теория, главный тезис которой – признание клеточного строения всех живых организмов. Клетка – главный компонент морфологического строения организмов, так как именно из клеток состоят ткани и органы. Клетка – основа многоклеточных организмов и в физиологическом отношении, так как является исходной единицей функциональной активности его органов и тканей. Клетка – сложная целостная система, образованная из взаимодействующих компонентов и выполняющая функцию связи между индивидуумом и видом, так как в ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие его особей.

1. Особенности строения клеток растений. Размеры большинства клеток покрытосеменных растений колеблются от 10 до 100 мкм. Число клеток в теле растения, как правило, очень велико, например, более чем 100 млн. в одном листе дерева.

По форме различают два основных типа клеток: паренхимные и прозенхимные. Клетки, диаметр которых по всем направлениям различается не сильно, называют паренхимными (греч. пара – равный, энхима - начинка). Обычно в зрелом состоянии они остаются живыми. Примером паренхимных клеток может служить большинство клеток листьев, сочных плодов. Очень часто разрастание клеток идет преимущественно в одном направлении, в результате чего образуются сильно вытянутые, прозенхимные (греч. прос – по направлению к) клетки. Концы их обычно заострены. Прозенхимные клетки характерны для древесины. В зрелом состоянии обычно они мертвы.

В растительной клетке различают пять структурных элементов: 1. Клеточная стенка; 2. Одна крупная и несколько мелких вакуолей с клеточным соком; 3. Вязкая цитоплазма, расположенная между клеточной стенкой и вакуолью; 4. Ядро, погруженное в цитоплазму; 5. Пластиды.

Все компоненты клетки можно разделить на две группы: а) протопласт – основа клетки с ее живым содержимым – органеллами; б) производные протопласта – клеточная стенка и вакуоль с клеточным соком. Большую часть протопласта растительной клетки занимает цитоплазма, меньшую по массе – ядро. От вакуоли протопласт отграничен мембраной – тонопластом, от клеточной стенки – другой мембраной – плазмалеммой. От цитоплазмы ядро также отделено мембранами.

Протопласт (греч. протос – первый, пластос - оформленный) представляет собой многофазную коллоидную систему – гидрозоль, где дисперсной средой является на 90-95 % вода, а дисперсной фазой – органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. Протопласт дифференцирован на различные компоненты, называемые органеллами (или органоидами). Органеллы погружены в гиалоплазму. Гиалоплазма с органеллами составляет цитоплазму клетки.

Своеобразие растительных клеток заключается в наличии у них прочных оболочек, пронизанных плазмодесмами (тончайшие цитоплазматические нити, или каналы, пересекающие оболочку смежных клеток), пластид и в большинстве случаев крупной центральной вакуоли.

Отличие растительной клетки от животной

2. Основные химические компоненты протопласта. Органические вещества клетки. Белки – биополимеры, образованные аминокислотами, составляют 40-50% сухой массы протопласта. Они участвуют в построении структуры и функциях всех органелл. В химическом отношении белки подразделяются на простые (протеины) и сложные (протеиды). Сложные белки могут образовывать комплексы с липидами – липопротеиды, с углеводами – гликопротеиды, с нуклеиновыми кислотами – нуклеопротеиды и т.д.

Белки входят в состав ферментов (энзимов), регулирующих все жизненно важные процессы.

Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК – важнейшие биополимеры протопласта, содержание которых составляет 1-2 % от его массы. Это вещества хранения и передачи наследственной информации. ДНК в основном содержится в ядре, РНК – в цитоплазме и ядре. ДНК содержит углеводный компонент дезоксирибозу, а РНК – рибонуклеиновую кислоту. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы или дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды бывают пяти типов в зависимости от азотистого основания. Молекула ДНК представлена двумя полинуклеотидными спиральными цепями, молекула РНК – одной.

Липиды – жироподобные вещества, содержащиеся в количестве 2-3 %. Это запасные энергетические вещества, входящие также в состав клеточной стенки. Жироподобные соединения покрывают тонким слоем листья растений, не давая им намокать во время обильных дождей. Протопласт растительной клетки содержит простые (жирные масла) и сложные липиды (липоиды, или жироподобные вещества).

Углеводы. Углеводы входят в состав протопласта каждой клетки в виде простых соединений (растворимых в воде сахаров) и сложных углеводов (нерастворимых или слаборастворимых) – полисахаридов. Глюкоза (С 6 Н 12 О 6) – моносахарид. Особенно много его в сладких плодах, он играет роль в образовании полисахаридов, легко растворяется в воде. Фруктоза, или плодовый сахар, - моносахарид, имеющий такую же формулу, но по вкусу значительно слаще. Сахароза (С 12 Н 22 О 11) – дисахарид, или тростниковый сахар; в больших количествах содержится в сахарном тростнике и корнеплодах сахарной свеклы. Крахмал и целлюлоза – полисахариды. Крахмал – резервный энергетический полисахарид, целлюлоза – основной компонент клеточной стенки. В клеточном соке корнеклубней георгина, корнях цикоря, одуванчика, девясила и других сложноцветных встречается еще один полисахарид – инулин.

Из органических веществ в клетках также содержатся витамины – физиологически активные органические соединения, контролирующие ход обмена веществ, гормоны, регулирующие процессы роста и развития организма, фитонциды – жидкие или летучие вещества, выделяемые высшими растениями.

Неорганические вещества в клетке. Клетки включают от 2 до 6 % неорганических веществ. В составе клетки обнаружено более 80 химических элементов. По содержанию элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на три группы.

Макроэлементы. На их долю приходится около 99 % всей массы клетки. Особенно высока концентрация кислорода, углерода, азота и водорода. Их доля составляет 98 % всех макроэлементов. К оставшимся 2 % относятся - калий, магний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор.

Микроэлементы. К ним принадлежат преимущественно ионы тяжелых металлов, входящие в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ. Содержание их в клетке колеблется от 0,001 до 0,000001 %. К микроэлементам относятся бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром и др.

Ультрамикроэлементы. Доля их не превышает 0,000001 %. К ним относятся уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и другие редкие металлы.

Вода – составная часть любой клетки, это основная среда организма, принимающая непосредственное участие во многих реакциях. Вода - источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции диоксида углерода. Вода – растворитель. Различают гидрофильные вещества (от греч. «hydros» - вода и «phileo» - люблю), хорошо растворимые в воде, и гидрофобные (греч. «phobos» - боязнь) – вещества, трудно или совсем не растворимые в воде (жиры, жироподобные вещества и др.). Вода – основное средство передвижения вещества в организме (восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам растений) и в клетке.

3. Цитоплазма. В протопласте большую часть занимает цитоплазма с органоидами, меньшую - ядро с ядрышком. Цитоплазма имеет плазматические оболочки: 1) плазмалемму – наружную мембрану (оболочку); 2) тонопласт – внутреннюю мембрану, соприкасающуюся с вакуолью. Между ними расположена мезоплазма – основная масса цитоплазмы. В мезоплазму входят: 1) гиалоплазма (матрикс) – бесструктурная часть мезоплазмы; 2) эндоплазматическая сеть (ретикулум); 3) аппарат Гольджи; 4) рибосомы; 5) митохондрии (хондриосомы); 6) сферосомы; 7) лизосомы; 8) пластиды.

Цитоплазма представляет собой густой прозрачный коллоидный раствор. В зависимости от выполняемых физиологических функций каждая клетка имеет свой химический состав. Основу цитоплазмы составляет ее гиалоплазма, или матрикс, роль которой заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними. Цитоплазма имеет щелочную реакцию среды и на 60-90 % состоит из воды, в которой растворены различные вещества: до 10-20 % белков, 2-3 % жироподобных веществ, 1,5 % органических и 2-3 % неорганических соединений. В цитоплазме осуществляется важнейший физиологический процесс – дыхание, или гликолиз, в результате которого происходит расщепление глюкозы без доступа кислорода в присутствии ферментов с освобождением энергии и образованием воды и диоксида углерода. Цитоплазма пронизана мембранами – тончайшими пленками фосфолипидного строения. Мембраны образуют эндоплазматическую сеть – систему мелких канальцев и полостей, образующих сеть. Эндоплазматическая сеть называется шероховатой (гранулярной), если на мембранах канальцев и полостей находятся рибосомы или группы рибосом, которые выполняют синтез белка. Если эндоплазматическая сеть лишена рибосом, то называется гладкой (агранулярной). На мембранах гладкой эндоплазматической сети синтезируются липиды и углеводы.

Аппарат Гольджи – система уплощенных цистерн, лежащих параллельно и ограниченных двойными мембранами. От концов цистерн отшнуровываются пузырьки, через которые удаляются конечные или ядовитые продукты жизнедеятельности клетки, обратно же в диктиосомы поступают вещества, необходимые для синтеза сложных углеводов (полисахаридов) на построение клеточной стенки. Также комплекс Гольджи участвует в формировании вакуолей. Одно из важнейших биологических свойств цитоплазмы – циклоз (способность к движению), интенсивность которого зависит от температуры, степени освещения, снабжения кислородом и других факторов.

Рибосомы – мельчайшие частицы (от 17 до 23 нм), образованные рибонуклеопротеидами и молекулами белка. Они присутствуют в цитоплазме, ядре, митохондриях, пластидах; бывают одиночными и групповыми (полисомы). Рибосомы – центры синтеза белка.

Митохондрии – «энергетические станции» всех эукариотических клеток. Форма их разнообразна: от округлых до цилиндрических и даже палочковидных телец. Численность их – от нескольких десятков до нескольких тысяч в каждой клетке.Размеры не более 1 мкм. Снаружи митохондрии окружены двухмембранной оболочкой. Внутренняя мембрана представлена в виде пластинчатых выростов – крист. Размножаются путем деления.

Основная функция митохондрий – участие в дыхании клетки с помощью ферментов. В митохондриях в результате реакции окислительного фосфорилирования синтезируются богатые энергией молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Механизм окислительного фосфорилирования был открыт английским биохимиком П.Митчелом в 1960 г.

Пластиды. Эти органеллы, характерные только для растений, встречаются во всех живых растительных клетках. Пластиды – относительно крупные (4-10 мкм) живые растительные тельца разной формы и окраски. Различают три типа пластид: 1) хлоропласты, окрашенные в зеленый цвет; 2) хромопласты, окрашенные в желто-красные цвета; 3) лейкопласты, не имеющие окраски.

Хлоропласты встречаются во всех зеленых органах растений. У высших растений пластид в клетках несколько десятков, у низших (водорослей) – 1-5. Они крупные, разнообразны по форме. В хлоропластах содержится до 75 % воды, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты и красящие вещества – пигменты. Для образования хлорофилла необходимы определенные условия – свет, соли железа и магния в почве. От цитоплазмы хлоропласт отделен двойной мембранной оболочкой; тело его состоит из бесцветной мелкозернистой стромы.Строма пронизана параллельно расположенными пластинками – ламеллами, дисками. Диски собраны в стопки – граны. Основная функция хлоропластов – фотосинтез.

Хромопласты встречаются в корнеплодах моркови, плодах многих растений (облепиха, шиповник, рябина и др.), в зеленых листьях шпината, крапивы, в цветках (розы, гладиолусы, календула), окраска которых зависит от присутствия в них пигментов каротиноидов: каротина – оранжево-красного цвета и ксантофилла – желтого цвета.

Лейкопласты – бесцветные пластиды, пигменты отсутствуют. Они представляют собой белковые вещества в виде шаровидных, веретонообразных зернышек, концентрирующихся вокруг ядра. В них осуществляется синтез и накопление запасных питательных веществ, в основном крахмала, белков и жиров. Лейкопласты находятся в цитоплазме, эпидерме, молодых волосках, подземных органах растений и в тканях зародыша семени.

Пластиды могут переходить из одного вида в другой.

4. Ядро. Ядро – одно из главных органелл эукариотической клетки. В растительной клетке одно ядро. В ядре хранится и воспроизводится наследственная информация. Размеры ядра у разных растений разные, от 2-3 до 500 мкм. Форма чаще округлая или чечевицеобразная. В молодых клетках ядро крупнее, чем в старых, и занимает центральное положение. Ядро окружено двойной мембраной с порами, регулирующими обмен веществ. Наружная мембрана объединена с эндоплазматической сетью. Внутри ядра заключен ядерный сок – кариоплазма с хроматином, ядрышками и рибосомами. Хроматин – бесструктурная среда из особых нуклеопротеидных нитей, богатых ферментами. В хроматине сосредоточена основная масса ДНК. В процессе клеточного деления хроматин превращается в хромосомы – носители генов. Хромосомы образованы двумя одинаковыми нитями ДНК – хроматидами. Каждая хромосома в середине имеет перетяжку – центромеру. Число хромосом у разных растений неодинакова: от двух до нескольких сотен. Каждый вид растений имеет постоянный набор хромосом. В хромосомах синтезируются нуклеиновые кислоты, необходимые для образования белков. Совокупность количественных и качественных признаков хромосомного набора клетки называют кариотипом. Изменение числа хромосом происходит в результате мутаций. Наследственное кратное увеличение числа хромосом у растений получило название полиплоидии.

Ядрышки – сферические, довольно плотные тельца диаметром 1-3 мкм. В ядре содержатся 1-2, иногда несколько ядрышек. Ядрышко является основным носителем РНК ядра. Основная функция ядрышка – синтез рРНК.

Деление ядра и клетки. Размножение клеток происходит путем их деления. Период между двумя последовательными делениями составляет клеточный цикл. При делении клеток наблюдается рост растения и увеличение его общей массы. Существуют три способа деления клеток: митоз, или кариокинез (непрямое деление), мейоз (редукционное деление) и амитоз (прямое деление).

Митоз характерен для всех клеток органов растений, кроме половых. В результате митоза растет и увеличивается общая масса растения. Биологическое значение митоза заключается в строго одинаковом распределении редуплицированных хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически равноценных клеток. Митоз впервые был описан русским ботаником И.Д.Чистяковым в 1874 г. В процессе митоза выделяют несколько фаз: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Промежуток между двумя делениями клетки называется интерфазой. В интерфазе осуществляется общий рост клетки, редупликация органоидов, синтез ДНК, формирование и подготовка структур к началу митотического деления.

Профаза – самая длительная фаза митоза. В профазе хромосомы становятся видны в световой микроскоп. В профазе ядро претерпевает два изменения: 1. стадия плотного клубка; 2. стадия рыхлого клубка. В стадии плотного клубка хромосомы становятся видны в световой микроскоп, раскручиваются из клубка или из спирали и вытягиваются. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, расположенных параллельно друг другу. Постепенно они укорачиваются, утолщаются и обособляются, исчезают ядерная оболочка и ядрышко. Ядро увеличивается в объеме. На противоположных полюсах клетки образуется ахроматиновое веретено – веретено деления, состоящее из неокрашивающихся нитей, протягивающихся от полюсов клетки (стадия рыхлого клубка).

В метафазе заканчивается формирование веретена деления, хромосомы приобретают определенную форму того или иного вида растения и собираются в одной плоскости – экваториальной, на месте бывшего ядра. Ахроматиновое веретено постепенно сокращается, и хроматиды начинают отделяться друг от друга, оставаясь связанными в области центромеры.

В анафазе происходит деление центромеры. Образовавшиеся сестринские центромеры и хроматиды направляются к противоположным полюсам клетки. Самостоятельные хроматиды становятся дочерними хромосомами, и, следовательно, их будет точно столько, сколько в материнской клетке.

Телофаза – последняя фаза деления клетки, когда дочерние хромосомы достигают полюсов клетки, постепенно исчезает веретено деления, хромосомы удлиняются и становятся плохо заметными в световой микроскоп, в экваториальной плоскости формируется срединная пластинка. Постепенно образуется клеточная стенка и одновременно – ядрышки и ядерная оболочка вокруг двух новых ядер (1. стадия рыхлого клубка; 2. стадия плотного клубка). Образовавшиеся клетки вступают в очередную интерфазу.

Длительность митоза примерно 1-2 часа. Процесс от момента образования срединной пластинки до формирования новой клетки называют цитокинезом. Дочерние клетки в два раза мельче материнских, но затем они растут и достигают размеров материнской клетки.

Мейоз. Впервые был открыт русским ботаником В.И.Беляевым в 1885 г. Этот тип деления клеток связан с образованием спор и гамет, или половых клеток, имеющих гаплоидное число хромосом (n). Сущность его заключается в уменьшении (редукции) числа хромосом в 2 раза в каждой образовавшейся после деления клетке. Мейоз состоит из двух следующих друг за другом делений. Мейоз в отличие от митоза состоит из двух видов деления: редукционного (увеличение); экватоционного (митотическое деление). Редукционное деление происходит при первом делении, которое состоит из нескольких фаз: профаза I, метафаза I, анафаза I, телофаза I. В экватоционном делении различают: профаза II, метафаза II, анафаза II, телофаза II. В редукционном делении существует интерфаза.

Профаза I. Хромосомы имеют форму длинных двойных нитей. Хромосома состоит из двух хроматид. Это стадия лептонемы. Затем гомологичные хромосомы притягиваются друг к другу, образуя пары – биваленты. Эта стадия называется зигонемой. Спаренные гомологичные хромосомы состоят из четырех хроматид, или тетрад. Хроматиды могут быть расположены параллельно друг другу либо перекрещиваться между собой, обмениваясь участками хромосом. Эта стадия получила название кроссинговера. В следующей стадии профазы I – пахинеме, хромосомные нити утолщаются. В следующей стадии – диплонеме – тетрады хроматид укорачиваются. Конъюгирующие хромосомы сближаются друг с другом так, что становятся неразличимыми. Исчезают ядрышко и ядерная оболочка, формируется ахроматиновове веретено. В последней стадии – диакинезе – биваленты направляются к экваториальной плоскости.

Метафаза I. Биваленты располагаются по экватору клетки. Каждая хромосома прикреплена ахроматиновым веретеном к центромере.

Анафаза I. Происходит сокращение нитей ахроматинового веретена, и гомологичные хромосомы в каждом биваленте расходятся к противоположным полюсам, причем на каждом полюсе окажется половинное число хромосом материнской клетки, т.е. происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и образуются два гаплоидных ядра.

Телофаза I. Эта фаза слабо выражена. Хромосомы деконденсируются; ядро принимает вид интерфазного, но в нем не происходит удвоения хромосом. Эта стадия называется интеркинезом. Она непродолжительная, у некоторых видов отсутствует, и тогда клетки сразу после телофазы I переходят в профазу II.

Второе мейотическое деление происходит по типу митоза.

Профаза II. Наступает быстро, вслед за телофазой I. Видимых изменений в ядре не происходит и сущность этой стадии заключается в том, что происходит рассасывание ядерных оболочек и появление четырех полюсов деления. Возле каждого ядра возникает два полюса.

Метафаза II. Удвоенные хромосомы выстраиваются у своих экваторов и стадия носит название стадии материнской звезды или экваториальной пластинки. От каждого полюса деления отходят нити веретена деления, которые прикрепляются к хроматидам.

Анафаза II. Полюса делений натягивают нити веретена деления, которые начинают рассасываться и натягивать удвоенные хромосомы. Наступает момент разрыва хромосом и расхождения их к четырем полюсам.

Телофаза II. Вокруг каждого полюса у хромосом происходит стадия рыхлого клубка и стадия плотного клубка. После чего рассасываются центриоли и вокруг хромосом восстанавливаются ядерные оболочки и ядрышки. После чего делится и цитоплазма.

Итогом мейоза является образование четырех дочерних клеток из одной материнской с гаплоидным набором хромосом.

Для каждого вида растений характерно постоянное число хромосом и постоянная их форма. Среди высших растений часто встречается явление полиплоидии, т.е. многократное повторение в ядре одного набора хромосом (триплоиды, тетераплоиды и т.д.).

В старых и больных клетках растений можно наблюдать прямое (амитоз) деление ядра путем простой его перетяжки на две части с произвольным количеством ядерного вещества. Впервые это деление было описано Н.Железновым в 1840 г.

5. Производные протопласта. К производным протопласта относятся: 1) вакуоли; 2) включения; 3) клеточная стенка; 4) физиологически активные вещества: ферменты, витамины, фитогормоны и др.; 5) продукты обмена веществ.

Вакуоли – полости в протопласте – производные эндоплазматической сети. Они ограничены мембраной – тонопластом и заполнены клеточным соком. Клеточный сок накапливается в каналах эндоплазматической сети в виде капелек, которые затем сливаются, образуя вакуоли. В молодых клетках содержится много мелких вакуолей, в старой клетке обычно присутствует одна крупная вакуоль. В клеточном соке растворены сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, инулин), растворимые белки, органические кислоты (щавелевая, яблочная, лимонная, винная, муравьиная, уксусная и др.), разнообразные гликозиды, дубильные вещества, алкалоиды (атропин, папаверин, морфин и др.), ферменты, витамины, фитонциды и др. В клеточном соке многих растений имеются пигменты – антоциан (красный, синий, фиолетовый цвет разных оттенков), антохлоры (желтый цвет), антофеины (темно-бурый цвет). В вакуолях семян содержатся белки-протеины. В клеточном соке растворены также многие неорганические соединения.

Вакуоли – места отложений конечных продуктов обмена веществ.

Вакуоли формируют внутреннюю водную среду клетки, с их помощью осуществляется регуляция водно-солевого обмена. Вакуоли поддерживают тургорное гидростатическое давление внутри клеток, что способствует поддержанию формы неодревесневших частей растений – листьев, цветков. Тургорное давление связано с избирательной проницаемостью тонопласта для воды и явлением осмоса – односторонней диффузией воды через полупроницаемую перегородку в сторону водного раствора солей большей концентрации. Поступающая в клеточный сок вода оказывает давление на цитоплазму, а через нее – на стенку клетки, вызывая упругое ее состояние, т.е. обеспечивая тургор. Нехватка воды в клетке ведет к плазмолизу, т.е. к сокращению объема вакуолей и отделению протопластов от оболочки. Плазмолиз может быть обратимым.

Включения – вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности клетки либо про запас, либо как отбросы. Включения локализуются либо в гиалоплазме и органоидах, либо в вакуоле в твердом или жидком состоянии. Включения представляют собой запасные питательные вещества, например, зерна крахмала в клубнях картофеля, луковицах, корневищах и в других органах растений, откладывающиеся в особом типе лейкопластов – амилопластах.

Клеточная стенка – это твердое структурное образование, придающее каждой клетке форму и прочность. Она выполняет защитную роль, предохраняя клетку от деформации, противостоит высокому осмотическому давлению большой центральной вакуоли и препятствует разрыву клетки. Клеточная стенка - продукт жизнедеятельности протопласта. Первичная клеточная стенка образуется сразу после деления клеток и состоит в основном из пектиновых веществ и целлюлозы. Разрастаясь, она округляется, образуя межклетники, заполненные водой, воздухом или пектиновыми веществами. При отмирании протопласта мертвая клетка способна проводить воду и выполнять свою механическую роль. Клеточная стенка может разрастаться только в толщину. На внутренней поверхности первичной клеточной стенки начинает откладываться вторичная клеточная стенка. Утолщение бывает внутренним и наружным. Наружные утолщения возможны только на свободной поверхности, например, в виде шипов, бугорков и других образований (споры, пыльцевые зерна). Внутреннее утолщение представлено скульптурными утолщениями в виде колец, спиралей, сосудов и т.д. Неутолщенными остаются только поры – места во втроричной стенке клетки. Через поры по плазмодесмам – тяжам цитоплазмы – осуществляется обмен веществ между клетками, передается раздражение из одной клетки в другую и т.д. Поры бывают простые и окаймленные. Простые поры встречаются в паренхимных и прозенхимных клетках, окаймленные – сосудах и трахеидах, проводящих воду и минеральные вещества.

Вторичная клеточная стенка построена главным образом из целлюлозы, или клетчатки (С 6 Н 10 О 5)n – очень стойкого вещества, нерастворимого в воде, кислотах и щелочах.

С возрастом клеточные стенки претерпевают видоизменения, пропитываются различными веществами. Типы видоизменений: опробковение, одревеснение, кутинизация, минерализация и ослизнение. Так, при опробковении клеточные стенки пропитываются особым веществом суберином, при одревеснении – лигнином, при кутинизации – жироподобным веществом кутином, при минерализации – минеральными солями, чаще всего углекислым кальцием и кремнеземом, при ослизнении клеточные стенки поглощают большое количество воды и сильно разбухают.

Ферменты, витамины, фитогормоны. Ферменты – это органические катализаторы белковой природы, присутствуют во всех органоидах и компонентах клетки.

Витамины – органические вещества разного химического состава, присутствуют в качестве компонентов в ферментах и выполняют роль катализаторов. Витамины обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D и др. Различают водорастворимые витамины (В, С, РР, Н и др.) и жирорастворимые (А, D, Е).

Водорастворимые витамины находятся в клеточном соке, а жирорастворимые – в цитоплазме. Известно более 40 витаминов.

Фитогормоны – физиологически активные вещества. Наиболее изучены гормоны роста – ауксин и гиббереллин.

Жгутики и реснички. Жгутики – двигательные приспособления у прокариот и у большинства низших растений.

Реснички имеют многие водоросли, мужские половые клетки высших растений, за исключением покрытосеменных и части голосеменных.

Растения и животные имеют клеточное строение. Все органы растения (корни, стебли, листья и др.) состоят из мельчайших частиц, которые называются клетками. Для примера рассмотрим мякоть зрелого яблока или арбуза.

Простым глазом или в лупу на тонком срезе заметны округлые мельчайшие пузырьки — это и есть клетки, которые можно рассмотреть только с помощью микроскопа (особого прибора, дающего увеличение в сотни раз).

Впервые люди обратили внимание на клеточное строение растений еще в половине XVII в., когда ученый Роберт Гук с помощью усовершенствованного им микроскопа заметил и описал строение бутылочной пробки, состоящей из множества мельчайших полостей, которые он сравнивал с ячейками пчелиных сот и назвал клетками.

Позднее клетки стали сравнивать с мельчайшими пузырьками, наполненными слизистым содержимым. Много внимания уделял микроскопу М. В. Ломоносов, применявший его при разнообразных исследованиях. С помощью современных микроскопов, дающих увеличение в 1000 и больше раз, изучаются подробности строения клеток.

Клетки, их строение и жизнедеятельность

Для изучения клеток, из которых состоят живые части растений, изготовляют микроскопический препарат. С этой целью из толстого непрозрачного объекта, например из корня или стебля, делают острой бритвой тонкие срезы, которые окрашивают различными красками.

Эти срезы помещают в каплю воды на стеклянную пластинку (предметное стекло) и прикрывают тонким покровным стеклышком.

Тонкие прозрачные части растений, например листик мха, кожица листа или волоски, снятые с растения, прямо используются для приготовления препарата.

Такие препараты рассматриваются в микроскоп при различных увеличениях, а затем зарисовываются или особым способом фотографируются.

Более сложно изготовляют постоянные микроскопические препараты, в которых изучаемый объект заклеивается в глицеринжелатину или в канадский бальзам (получаемый из смолы пихты). Такие препараты могут долго сохраняться.

Растительная клетка

Растительная клетка состоит из следующих частей: оболочки, протоплазмы, ядра, клеточного сока и пластид. Живыми частями клетки считаются протоплазма, ядро и пластиды. Оболочка и клеточный сок появляются в клетке как продукты ее жизнедеятельности.

Форма и величина клеток весьма различны. Клетки бывают паренхимпые, т. е. равномерно развитые во всех направлениях, округлые, кубические, многогранные. Встречаются также прозенхимные клетки, т. е. вытянутые в длину, имеющие форму волосков или волокон с заостренными концами. Иногда клетки приобретают ветвистую, звездчатую или иную форму.

Размер клеток невелик. Клетки мякоти арбуза и яблока, едва различимые простым глазом, считаются крупными клетками. Обычно клетки значительно мельче и не видны простым глазом.

Их измеряют микронами, т. е. тысячными долями миллиметра. Клетки меньше 0,2 микрона уже не видны в обычные оптические микроскопы. Однако попадаются и клеткигиганты, например клетки, из которых состоит пучок волокон льна, достигающие длины 4 см при ничтожном диаметре. Твердая оболочка, окружающая жидкое содержимое клетки, придает клетке определенную форму и прочность.

Каждая растительная клетка имеет свою оболочку. У двух соседних клеток оболочки склеены между собой особыми (пектиновыми) веществами. В местах соединения нескольких клеток оболочки иногда расходятся, и тогда образуются между клетками межклеточные пространства, заполняющиеся воздухом. Клеточные оболочки прозрачны, бесцветны, состоят из вещества, называемого целлюлозой или клетчаткой.

Клетки, их строение и жизнедеятельность (Клеточные оболочки)

Клеточные оболочки, отделяющие одну клетку от других, легко проницаемы для жидкостей и газов. Между клетками, а также между ними и окружающей внешней средой происходит беспрестанный обмен веществ. В утолщенной клеточной оболочке имеются поры, т. е. утонченные места, через которые поддерживается взаимный обмен веществ. Кроме того, оболочки пронизаны тончайшими канальцами (плазмодесмами), заполненными протоплазмой. Благодаря всему этому организм обладает целостностью.

Целлюлозные оболочки в живой клетке растения обладают способностью видоизменяться. Они часто пропитываются особым веществом, вызывающим одревесн ен и е, вследствие чего многие клетки, а в деревьях большая часть клеток, превращаются в древесину.

Клеточные оболочки пропитываются иногда пробковым веществом, что наблюдается у деревьев и кустарников в коре. У некоторых деревьев, например у пробкового дуба, у амурского бархатного дерева, на поверхности коры образуется сплошной слой пробки, используемой в промышленности. Опробковевшие клетки отмирают, так как пробка не пропускает через себя ни воду, ни газы, а живые части клетки до тех пор остаются живыми, пока у них происходит беспрестанный обмен веществ с внешней "средой.

Клеточные оболочки часто пропитываются кремнеземом. В таком случае оболочки их делаются твердыми и ломкими, например солома злаков, осок и других растений. Как одревесневшие, опробковевшие, так и пропитавшиеся минеральными солями клеточные оболочки или совсем не перевариваются желудком животных или плохо перевариваются.

Вот почему перестоявшая трава, ржаная солома, осоки, ситники, белоусы малопригодны для питания животных. Наибольшей питательностью обладают такие растения и их части, у которых оболочки остаются целлюлозными и клетки которых сохраняют в себе живые части, т. е. протоплазму, ядро, пластиды, а также запасные питательные вещества — крахмал, сахар, белки.

Протоплазма

Протоплазма — полужидкое белковое живое вещество, содержащее в себе жироподобные, а также минеральные вещества и. разнообразные продукты жизнедеятельности клетки. В молодых клетках она заполняет всю клетку, а в более старых в ней появляются капельки клеточного сока (вакуоли).

В клетках, достигших полного возраста, протоплазма располагается в виде тонкого слоя только возле клеточных оболочек. В таких клетках почти вся внутренняя полость заполнена клеточным соком.

Живая протоплазма обладает полупроницаемостью, т. е. одни вещества она свободно пропускает через себя, а другие, наоборот, задерживает. Смерть протоплазмы влечет за собой свертывание белков; мертвая протоплазма не способна задерживать в клетке вещества.

В живых клетках протоплазма находится в движении. В клетках волоска стебля тыквы под микроскопом наблюдается движение протоплазмы. Видно, как по тонким нитям движутся ее мельчайшие частицы, направляясь к ядру и в противоположном направлении.

В листьях некоторых растений видно, как в длинных клетках протоплазма движется вдоль оболочки; сначала она движется вдоль одной стороны клетки, затем переходит на другую, противоположную сторону и вдоль этой стороны течет в противоположном направлении, увлекая за собой зеленые хлорофилловые зерна и ядро. Движение протоплазмы внутри клеток облегчает обмен веществ между клетками.

Клеточные ядра

Клеточные ядра постоянно встречаются в клетках растении. Они плотнее протоплазмы и сильнее окрашиваются красками. Клеточное ядро имеет свою оболочку и полужидкое содержимое. В нем бывает заметно более плотное тельце — ядрышко, одно или несколько. Форма ядра шаровидная, несколько сплюснутая, а иногда удлиненная.

По химическому составу ядро сходно с протоплазмой, состоит из белков, но содержит в себе еще особые белковые вещества (нуклеины), богатые фосфором. В молодой клетке ядро располагается в средней части клетки, а в старых клетках возле оболочки. Оно всегда бывает окружено протоплазмой. Обычно в клетке бывает одно ядро, но иногда их бывает два, реже много.

К живым частям клетки относятся так-же пластиды. Это мелкие белковые тела, вкрапленные в протоплазму.

Они бывают трех родов.

Бесцветные — лейкопласты, имеющие форму округлых зернышек — служат для образования крахмала.

Зеленые пластиды — хлоропласты.

Хлорофилловые зерна — придают зеленую окраску растениям.

Роль их особенно важная: в них образуются ценные органические вещества — углеводы (сахар и крахмал). Образование углеводов происходит при посредстве света из углекислого газа воздуха и воды.

Этот важнейший процесс жизни растения называется фотосинтезом, т. е. образованием сложных соединений, возникающих из более простых под влиянием света.

Ткани растений

Растительной тканью называется совокупность клеток, выполняющих одну и ту же физиологическую (жизненную) роль и сходных между собой по строению и происхождению.

Образовательные ткани состоят из наиболее молодых клеток, обладающих способностью размножаться делением. Само название «образовательные» говорит о том, что из делящихся клеток возникают другие ткани. Образовательные ткани встречаются, например, в кончиках стеблей и корней, где имеются конусы нарастания, состоящие из молодых клеток, образующих конусовидные окончания этих органов.

На тонком продольном разрезе корня в микроскоп можно проследить отдельные фазы сложного деления растительной клетки. Эти клетки обладают тонкими оболочками, густой протоплазмой и крупными ядрами. После образования новых клеток начинается их рост и видоизменение.

В протоплазме появляются многочисленные капли клеточного сока (вакуоли), клетки удлиняются и одни из них дают начало основным тканям, а другие — покровным, проводящим, механическим и выделительным.

Основные ткани широко распространены в органах растений. В их клетках главным образом совершаются важнейшие процессы жизни растения — образование и накопление органического вещества.

Живые клетки основных тканей крупнее клеток образовательной ткани. В них находятся пластиды, запасные вещества, как в твердом состоянии (крахмал, алейрон), так и в растворе клеточного сока (сахар, инулин). Кроме того, характерным для этой ткани является наличие межклеточных пространств. В них скопляется воздух, кислород которого необходим для дыхания живых клеток. Из основной ткани состоит мякоть листа, сердцевина стеблей, внутренние части семян, сочных плодов, клубней, корневищ.

Вследствие наличия межклеточных пространств все органы растений имеют малый удельный вес. Поэтому на поверхность воды всплывают погруженные в нее не только листья и стебли растений, но и плоды с большим весом, например яблоки, арбузы, груши.

Иногда в основной ткани растений развиваются крупные межклеточные пространства, превращающиеся во вместилище выделений и в воздухоносные ходы. Последние особенно развиты у болотных растений, корни и корневища которых произрастают в среде, бедной кислородом воздуха.

Покровные ткани находятся на поверхности органов растения. К ним относятся кожица (эпидермис), пробковая ткань и корка. Листья растений покрыты кожицей.

Она находится на поверхности зеленых стеблей, сочных плодов. Кожица защищает органы растения от высыхания и от проникновения микроорганизмов внутрь органов. Очищенное яблоко быстрее высыхает, чем неочищенное. Оно же быстрее и загнивает.

Кожица иногда легко сдирается с листьев, и тогда ее можно хорошо рассмотреть в микроскоп. У длинных листьев клетки кожицы вытянуты в длину. У широких листьев клетки более равномерно развиты и оболочки их часто имеют извилистую форму. Как в том, так и в другом случае клетки плотно, без межклетников соединены между собой. На поперечном срезе клетки кожицы имеют прямоугольную форму.

Весьма часто клетки кожицы с поверхности покрыты толстой пленкой — кутикулой, а иногда и восковым налетом, отчего листья кажутся плотными, блестящими, как будто покрытые лаком. Такие листья лучше защищены от испарения воды, с таких листьев во время дождя быстрее скатываются капли воды, они лучше защищены от загнивания и других невзгод. Припомним, например, листья капусты, хвою сосны, листья лука.

Часто на поверхности кожицы развиваются волоски, вследствие чего растения приобретают сероватый оттенок, например растения сухих степей: чистец, шалфей, коровяк, или медвежье ухо.

Листья яблони, лоха, маслины также покрыты волосками, особенно с нижней стороны. Иногда волоски придают жесткость растениям и делают их менее съедобными, например у растений из семейства бурачниковых. Жгучие волоски крапивы защищают растения от животных.

При рассматривании кожицы в микроскоп среди обычных клеток видны многочисленные устьица, служащие для проветривания листа, т. е. для газообмена. Устьице состоит из щелевидного отверстия и прилегающих к нему двух замыкающих клеток слегка изогнутой формы.

Замыкающие клетки в отличие от других клеток кожицы, кроме протоплазмы, ядра и вакуоли, имеют еще зеленые пластиды — хлоропласты.

Так как у замыкающих клеток оболочки неравномерно утолщены, то они при изменении клеточного тургора способны изгибаться то в большей, то в меньшей степени и расширять, суживать или совсем закрывать щель.

Чаще всего у замыкающих клеток оболочки, обращенные к щелевидному отверстию, бывают утолщены, а оболочки, примыкающие к соседним клеткам эпидермиса, остаются тонкими. Вот почему увеличение тургора в устьичных клетках влечет за собой больший изгиб их и открывание щели, а уменьшение тургора вызывает выпрямление замыкающих клеток и закрывание щели.

При недостатке воды в растении устьица закрываются, а при избытке ее устьица открываются. Раскрывание устьиц связано с увеличением сахара в замыкающих клетках, вследствие чего увеличивается тургор замыкающих клеток, в которые больше поступает воды.

Закрывание устьиц связано с уменьшением количества сахара в замыкающих клетках, вследствие чего уменьшается клеточный тургор этих клеток и устьичная щель закрывается.

Днем, благодаря фотосинтезу, сахара в замыкающих клетках больше и устьица обычно бывают открыты, а ночью его меньше и устьица закрываются.

Пробковая ткань

Пробковая ткань на поверхности органов растений появляется взамен кожицы. Ее можно обнаружить на многолетних стеблях, корнях и корневищах, на клубнях.

Например, молодые клубни картофеля бывают покрыты кожицей, а позднее, при созревании клубней, кожица лопается, слущивается и заменяется пробковой тканью.

Возникновение пробковой ткани начинается с того, что клетки основной ткани, находящиеся под кожицей, а у некоторых растений — клетки кожицы начинают делиться перегородками параллельно поверхности органа и превращаются в слой вторичной образовательной ткани — в пробковый камбий.

Пробковый камбий кнаружи откладывает клетки, быстро отмирающие, так как оболочки их пропитываются особым пробковым веществом, а внутрь откладывается несколько рядов живых клеток. На поверхности молодых веток кустарников видна также пробковая ткань. Она, например, хорошо видна на ветвях смородины, крыжовника, бузины. На поперечном срезе тонкой ветки бузины в микроскоп видны клетки пробки, располагающиеся всегда правильными рядами, образовавшимися из пробкового камбия.

Межклетников между этими клетками не возникает, и потому они являются хорошей защитой для глубже лежащих живых тканей.

Однако живые ткани, находящиеся внутри органа, нуждаются в кислороде воздуха. Эта потребность удовлетворяется благодаря наличию в пробковой ткани особых отдушин в виде чечевичек.

Чечевички хорошо видны, например, на поверхности веток бузины в виде продольных трещинок, заполненных рыхлой тканью. На тонких срезах, проведенных через чечевички, хорошо видна кожица, разорванная над чечевичкой и рыхлая ткань, состоящая из мертвых клеток, выполняющих чечевичку. Через межклетники этих мертвых клеток устанавливается газообмен между наружным воздухом и живыми тканями стебля.

У старых деревьев кора на поверхности трескается и образуется корка, которая время от времени спадает с дерева.

Корка — это отмершая часть коры, пронизанная прослойками пробковой ткани.

Проводящие ткани служат для передвижения веществ по растению. Из почвы вверх по корню и стеблю к листьям передвигаются вода и растворенные в ней минеральные соли. Этот ток жидкости называется восходящим.

Из листьев по стеблю оттекает ток жидкости с растворенными органическими веществами. Такой ток жидкости называется нисходящим током пластических веществ.

Два встречных тока жидкости протекают по разным проводящим тканям. Для восходящего тока существуют сосуды древесины — тончайшие трубочки в древесине, по которым поднимаются вверх столбики воды, а нисходящий ток жидкости передвигается по ситовидным трубкам луба.

Как сосуды, так и ситовидные трубки образуются из удлинившихся клеток. Рассмотреть их можно только в микроскоп на продольных срезах.

Сосуды древесины — это мертвые сплошные полые трубочки, тянущиеся вдоль всего растения. Они образуются из ряда живых вертикальных клеток, вытягивающихся в длину и утрачивающих свое содержимое.

Горизонтальные перегородки у таких клеток растворяются, и от них остается лишь узенький ободок и на вертикальных внутренних стенках возникают различные утолщения.

Строение и прорастание семян

Многие растения размножаются семенами. У покрытосемянных растений семена развиваются в плодах. Например, в плоде гороха (бобе) созревает несколько семян. Плод возникает из завязи цветка, а семена из семяпочек, находящихся в завязи. Плоды и семена обычно развиваются после опыления и оплодотворения семяпочек.

Семян в плодах бывает различное количество. Например, у вишни, пшеницы по одному семени, а у мака свыше тысячи.

Одно растение заразихи дает сто тысяч мельчайших семян. Мелкие семена имеют мятлик, полевица. Крупными считаются семена дуба, конского каштана, грецкого ореха.

Иногда неправильно семенами называют плоды. Например, у злаков односемянные плоды — зерновки —называют семенами. Также у подсолнечника плоды — семянки — неправильно называют семенами. У свеклы несколько сросшихся плодов — соплодие — называют семенами. Последние следует называть клубочками.

При размножении растений семенами и плодами новые растения в силу наследственности приобретают свойства материнского и отцовского растений. Семена и растения, вырастающие из них, несут в себе признаки не только своих родителей, но и прародителей, а также и новые признаки, приобретенные под влиянием внешней среды.

Органические вещества, находящиеся в эпдосперме (крахмал, белки, масла), не могут непосредственно проникать через клеточные оболочки. Особыми веществами— ферментами — они превращаются в другие вещества, растворимые в воде, и тогда уже свободно проникают из клеток эндосперма в клетки щитка и зародыша.

Ферментами называются специализированные вещества, весьма распространенные в организмах (растениях и животных), которые облегчают ход превращения нерастворимых веществ в вещества растворимые, а сами почти не расходуются на эти превращения.

Щиток выделяет из себя фермент диастаз, превращающий крахмал в сахар. Сахар—вещество, растворимое в воде, и потому легко проникает через оболочки из клетки в клетку и поступает в зародыш, который питается им.

Семядоли двудольных растений

Семена двудольных растений в отличие от семян однодольных имеют в зародыше семени две семядоли. Так же как и семена однодольных, они часто имеют не только зародыш, но и эндосперм (гречиха, клещевина, мак, вьюнок и др.).

У этих растений небольшой зародыш, состоящий из корешка, стебелька и двух семядолей, со всех сторон окружается запасной питательной тканью — эндоспермом, а вокруг последнего образуется кожура. У других двудольных растений (горох, фасоль, тыква, дуб и др.) созревшие семена не содержат эндосперма, а запасные питательные вещества скопляются в самих семядолях зародыша.

Питательные вещества эндосперма и зародыша состоят из углеводов, белков и жиров, а также из многих других органических и минеральных веществ. В семенах находится еще вода (от 7 до 15% воздушно-сухого веса).

В семенах различных растений количество и состав питательных веществ сильно колеблются. Злаки, например, богаты крахмалом (около 60%), бобовые—белком (24— 40%), масличные растения (лен, конопля, подсолнечник и до.)—растительным маслом (30—60%).

Семена отличаются большой устойчивостью против неблагоприятных внешних условий. Сухие семена способны переносить весьма низкие температуры, не теряя своей всхожести. Например, они не боятся морозов, достигающих иногда 60. Известны случаи, когда семена выносили температуру —180° и даже —235°. Воздушно-сухие семена выносят температуры—62—75°, а высушенные даже до —100 и —110°. Набухшие семена непродолжительное время выносят температуры —10,—20° и —45—50°.

Прорастание живых семян

Прорастание живых семян начинается с набухания, что ведет к увеличению их объема. Количество воды, поглощаемое семенами различных растений, сильно колеблется: масличные растения поглощают 30—40% воды, злаки — 50—70%, бобовые — до 100% и больше.

Объем семян при набухании значительно увеличивается. Насыпем горох в бутылку, нальем туда воды и заткнем бутылку пробкой. Через несколько часов бутылка с треском лопается. Набуханию подвергаются также и мертвые семена, однако набухание таких семян приводит к их загниванию, а набухание живых семян — к их дальнейшему прорастанию.

Вода нужна прорастающим растениям для жизненных процессов, для прохождения сложнейших химических реакций, связанных с действием ферментов, а также для создания клеточного тургора.

Вторым условием прорастания является подходящая температура. Различают наименьшие, наилучшие и наибольшие температуры прорастания семян. Например, хлебные злаки, гречиха, клевер, лен, горох начинают прорастать при температуре 1—5°; наиболее энергично они прорастают при 20—30° и замедляют прорастание при 32—37°. Для кукурузы и подсолнечника самая низкая температура равна 5—10°, наилучшая 30—35° и наибольшая 40—44°. Для тыквы, дыни, риса, табака, хлопчатника наинизшая температура равна 10—15°, наилучшая 30—37° и наивысшая 40—48°.

Третьим условием прорастания является наличие кислород а воздуха. При недостатке кислорода семена плохо прорастают, а при отсутствии его прорастание прекращается.

Кислород воздуха необходим для дыхания, которое особенно энергично происходит при прорастании семян.

Прорастание семян древесных (лесных и плодовых), а также травянистых растений происходит значительно энергичнее, если семена подвергнуть стратификации, т. е. сохранению их в осенний и зимний периоды в ящике с влажным песком, закопанным в землю; семена при этом переслаиваются песком. Действие низких температур на семена приводит впоследствии к более энергичному их прорастанию.

Благоприятное действие на прорастание семян оказывает также воздушный обогрев семян и тепловая сушка. Данное мероприятие прерывает период покоя семян, что имеет большое значение, когда промежуток времени между уборкой урожая и посевом озимых растений слишком короток, например в северных районах.

Только от семян хорошего для данных условий сорта можно получать высокие и устойчивые урожаи. Также и посевные качества семян играют в этом отношении важную роль.

Всхожесть семян

Всхожесть семян определяют проращиванием их в специальных приборах (термостатах) или раскладыванием 100 семян на увлажненный песок или на фильтровальную бумагу в тарелке или ящике, которые прикрывают стеклом и ставят в теплое место. Число проросших семян в течение 7—10 дней показывает процент всхожести, который для хороших семян должен быть не менее 96—100.

Для большей точности берут четыре отдельных пробы и в конце проращивания высчитывают среднюю арифметическую цифру, которую и принимают за процент всхожести. Энергию прорастания определяют по проценту семян, проросших через три дня для хлебных злаков, через четыре дня для большинства бобовых, через 5—6 дней для свеклы, моркови и большинства луговых трав. Исследуются также чистота семян, хозяйственная годность, вес 1000 семян, блеск, цвет, запах и другие свойства.

Сочетание внешних условий (влажности, температуры, доступа кислорода воздуха) оказывает влияние на всхожесть семян и энергию их прорастания, а также на последующее развитие растений. По внешним изменениям прорастающих семян и по появлению всходов различные растения сильно отличаются между собой. При прорастании зерновок злаков сперва показываются первичные корни.

У пшеницы, например, вслед за первым корнем показываются еще два, которые быстро догоняют в росте первый. Позднее появляются последующие придаточные корни. У ржи и ячменя первичных корней появляется больше. У кукурузы, проса, сорго, чумизы сперва появляется один корень, а значительно позднее показываются придаточные корни.

После появления корня из зародыша показывается росток, Который растет вверх. Под защитой тонкой полупрозрачной пленочки — колеоптил е — растет первый настоящий лист, который выходит из земли наружу и зеленеет.

Прорастание семян двудольных растений происходит различно: у одних при прорастании семядоли остаются в земле (у дуба, гороха, вики, боба) и запасы питательных веществ постепенно расходуются на рост молодого растения, у других двудольных растений семядоли появляются над поверхностью земли и зеленеют.

Семядоли—первые листья. У фасоли зазеленевшие семядоли сморщиваются и опадают. У тыквы, подсолнечника, клена семядоли после израсходования питательных веществ разрастаются в две зеленые пластинки и долгое время играют роль зеленых листьев, но позднее также отсыхают и опадают.

Многие ключевые различия между растениями и животными берут начало в структурных различиях на клеточном уровне. У одних есть некоторые детали, которые есть у других, и наоборот. Прежде, чем мы найдем главное отличие животной клетки от растительной (таблица далее в статье), давайте выясним, что они имеют общего, а затем исследуем то, что делает их разными.

Животные и растения

Вы, сгорбившись в кресле, читаете эту статью? Старайтесь сидеть прямо, вытяните руки к небу и потянитесь. Чувствуете себя хорошо, верно? Нравится вам это или нет, но вы - животное. Ваши клетки - это мягкие сгустки цитоплазмы, но вы можете использовать ваши мышцы и кости, чтобы стоять на ногах и передвигаться. Геторотрофы, как и все животные, должны получать питание из других источников. Если вы чувствуете голод или жажду, вам нужно просто встать и дойти до холодильника.

Теперь подумайте о растениях. Представьте себе высокий дуб или крохотные травинки. Они стоят в вертикальном положении, не имея мышц или костей, но они не могут позволить себе ходить куда-то, чтобы получить еду и питье. Растения, автотрофы, создают свои собственные продукты, используя энергию Солнца. Отличие животной клетки от растительной в таблице №1 (смотри далее) очевидно, но есть также и много общего.

Общая характеристика

Растительная и животная клетки являются эукариотическими, а это уже большое сходство. Они имеют мембранно-связанное ядро, которое содержит генетический материал (ДНК). Полупроницаемая плазматическая мембрана окружает оба типа ячеек. Их цитоплазма содержит многие из тех же частей и органелл, в том числе рибосомы, комплексы Гольджи, эндоплазматический ретикулум, митохондрии и пероксисомы и другие. В то время как растительные и животные клетки являются эукариотическими и имеют много общего, они также отличаются по нескольким параметрам.

Особенности растительных клеток

Теперь давайте рассмотрим особенности Как большинство из них могут стоять вертикально? Эта способность имеется благодаря клеточной стенке, которая окружает оболочки всех растительных клеток, обеспечивает поддержку и жесткость и часто дает им прямоугольный или даже шестиугольной внешний вид при наблюдении в микроскоп. Все эти структурные единицы имеют жесткую правильную форму и содержат много хлоропластов. Стенки могут быть толщиной в несколько микрометров. Их состав варьируется в зависимости от групп растений, но они обычно состоят из волокон углеводной целлюлозы, погруженных в матрицу из белков и прочих углеводов.

Клеточные стенки помогают сохранить прочность. Давление, создаваемое поглощением воды, способствует их жесткости и дает возможность для вертикального роста. Растения не способны передвигаться с места на место, поэтому они нуждаются в том, чтобы делать свои собственные продукты питания. Органелла, называемая хлоропластом, отвечает за фотосинтез. Растительные клетки могут содержать несколько таких органелл, иногда сотни.

Хлоропласты окружены двойной мембраной и содержат стеки мембраносвязанных дисков, в которых специальными пигментами поглощается солнечный свет, и эта энергия используется для питания растения. Одной из самых известных структур является крупная центральная вакуоль. занимает большую часть объема и окружена мембраной, называемой тонопласт. В ней хранится вода, а также ионы калия и хлорида. По мере того, как клетка растет, вакуоль поглощает воду и помогает удлинить ячейки.

Отличия животной клетки от растительной (таблица №1)

Растительные и животные структурные единицы имеют некоторые отличия и сходства. Например, у первых нет клеточной стенки и хлоропластов, они круглые и неправильной формы, в то время как растительные имеют фиксированную прямоугольную форму. И те и те являются эукариотическими, поэтому они имеют ряд общих особенностей, таких как наличие мембраны и органелл (ядро, митохондрии и эндоплазматический ретикулум). Итак, рассмотрим сходства и отличия между растительной и животной клетки в таблице №1:

Животные против растений

Какой позволяет сделать таблица «Отличие животной клетки от растительной» вывод? Обе являются эукариотическими. Они имеют настоящие ядра, где находится ДНК и отделены от других структур ядерной мембраной. Оба типа имеют сходные процессы по воспроизводству, включая митоз и мейоз. Животные и растения нуждаются в энергии, они должны расти и поддерживать нормальную в процессе дыхания.

И там и там есть структуры, известные как органеллы, которые являются специализированными для выполнения функций, необходимых для нормального функционирования. Представленные отличия животной клетки от растительной в таблице №1 дополняются некоторыми общими чертами. Оказывается, они имеют много общего. И те и те имеют некоторые из тех же компонентов, в том числе ядра, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, рибосомы, митохондрии и так далее.

В чем отличие растительной клетки от животной?

В таблице №1 сходства и отличия представлены достаточно кратко. Рассмотрим эти и другие моменты более подробно.

• Размер. Животные клетки обычно имеют меньшие размеры, чем клетки растений. Первые составляют от 10 до 30 микрометров в длину, в то время как растительные клетки имеют диапазон длины от 10 до 100 микрометров.
• Форма. Животные клетки бывают различных размеров и, как правило, имеют круглую или неправильную форму. Растительные больше похожи по размеру и, как правило, имеют прямоугольную или кубическую форму.
• Хранение энергии. Животные клетки запасают энергию в виде сложных углеводов (гликогена). Растительные запасают энергию в виде крахмала.
• Дифференцировка. В клетках животных только стволовые клетки способны переходить в другие Большинство видов растительной клетки не способно к дифференциации.
• Рост. Животные клетки увеличиваются в размерах за счет числа клеток. Растительные же поглощают больше воды в центральной вакуоли.
• Центриоли. Клетки животных содержат цилиндрические структуры, которые организуют сборку микротрубочек во время деления клетки. Растительные, как правило, не содержат центриолей.
• Реснички. Они встречаются в клетках животных, но не являются обычным явлением в растительных клетках.
• Лизосомы. Эти органеллы содержат ферменты, которые переваривают макромолекулы. Клетки растений редко содержат функцию выполняет вакуоль.
• Пластиды. Животные клетки не имеют пластид. Клетки растений содержат пластиды, такие как хлоропласты, которые необходимы для фотосинтеза.
• Вакуоль. Животные клетки могут иметь много мелких вакуолей. Растительные клетки имеют большую центральную вакуоль, которая может занимать до 90% объема клетки.

Структурно растительные и животные клетки очень похожи, они содержат мембраносвязанные органеллы, такие как ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы и пероксисомы. Оба также содержат аналогичные мембраны, цитозоль и цитоскелетные элементы. Функции этих органелл также очень похожи. Однако то небольшое отличие растительной клетки от животной (таблица №1), которое существуют между ними, является весьма существенным и отражает разницу в функциях каждой клетки.

Итак, мы провели выяснив, в чем их сходство и отличия. Общими являются план строения, химические процессы и состав, деление и генетический код.

В то же время эти мельчайшие единицы принципиально отличаются способом питания.