Клеточное строение листьев растений

ссылки

1. Растительная клетка. Получено 5 сентября 2017 г. с сайта wikipedia.org
2. Узнайте о растительных клеточных структурах и органеллах. Получено 5 сентября 2017 г.
3. Plant Cell. Получено 5 сентября 2017 г. с веб-сайта plantcell.org
4. Plant Cell. Получено 5 сентября 2017 г. с сайта biology.tutorvista.com
5. Структура растительной клетки. Получено 5 сентября 2017 г. с сайта ck12.org
6. Молекулярная экспрессия Клеточная биология: растительная клеточная структура. Получено 5 сентября 2017 г. с сайта micromagnet.fsu.edu
7. Анатомия растительных клеток. Получено 5 сентября 2017 г. с сайта enchantedlearning.com.
8. Энциклопедия Британника. (2018, 23 января). Паренхима. Взято с britannica.com.
9. Атлас гистологии растений и животных. (с / ф). Растительные ткани Паренхимы. Взято с сайта mmegias.webs.uvigo.es.
10. Аррингтон, Д. (с / ф). Клетки колленхимы: функция, определение и примеры. Взято с study.com.
11. Энциклопедия Британника. (2018, 24 января). Склеренхима. Взято с britannica.com.
12. Редакторы Spark Notes. (с / ф). Различия в ячейках, взятые из sparknotes.com.
13. Bioenciclopedia. (с / ф). Растительная клетка. Взято с сайта bioenciclopedia.com.

Жизнедеятельность растительного организма

Растение — живой организм, для которого характерны особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, раздражимость, развитие и воспроизведение. Основные метаболические процессы — фотосинтез, кислородное дыхание, корневое питание, водный обмен (Рис. 5).

Рис. 5. Жизнедеятельность растений

Фотосинтез происходит в зеленых клетках. Суть процесса — преобразование энергии света в энергию химических связей органических соединений. В превращениях веществ и усвоении энергии велика роль зеленого пигмента хлорофилла. Конечные продукты — сахар и крахмал.

Почвенное питание — процесс поглощения корнем воды с растворенными минеральными веществами. Неорганические соединения необходимы растениям для синтеза углеводов и белков, нуклеиновых кислот, АТФ. Недостаток питательных веществ приводит к минеральному голоданию растительного организма.

Клеточное дыхание у растений — процесс окисления органических соединений до углекислого газа и воды. Кислород поступает во все органы на свету и в темноте. Фотосинтез протекает только в зеленых клетках на свету. Дыхание, фотосинтез и водный обмен тесно связаны. Недостаток света, кислорода, воды отрицательно сказывается на жизнедеятельности растительного организма.

Пероксисома

Пероксисома

Все пероксисомы содержат особый фермент, осуществляющий разложение перекиси водорода. На первый взгляд это может показаться удивительным, но в живых клетках перекись образуется в достаточно больших количествах. Это может быть опасно для клетки и ее структур. Пероксисомы разлагают перекись и так защищают клетку.

В домашних условиях можно провести простой эксперимент на обнаружение фермента пероксисомы. Попробуйте капнуть немного перекиси водорода на кусочек свежего огурца. Жидкость сразу же вспенится. Это перекись разложилась до газа и воды под действием ферментов пероксисомы.

Какие бывают увеличительные приборы?

О свойствах отполированного двояковыпуклого стекла знали ещё в Древней Греции. Поместив его в оправу, люди получили первый увеличительный прибор – лупу. Она даёт увеличение в 2-30 раз. Но большинство клеток можно увидеть только при большем разрешении. Они очень малы и при описании их величины применяют микрометры и нанометры.

Единицы измерения, используемые в микроскопии 

Человеческий глаз имеет разрешение до 100 мкм. Чтобы рассмотреть более мелкие предметы, приходится применять увеличивающие приборы. Лучший световой микроскоп способен показать нам объекты размером до 0,2 мкм, т. е. 200 нм, увеличивая его в 500 раз. Сделать оптический микроскоп с большей разрешимостью технически невозможно. Увеличение школьного светового микроскопа не превышает 300 раз.

В 20 веке учёные придумали применять вместо видимого света (потока фотонов) – поток электронов. Согласно современным представлениям, фотон является частицей с волновыми свойствами, самая длинная волна у красного света, самая короткая – у фиолетового. Электронный микроскоп разрешает увеличить предметы больше, чем оптический, в 400 раз, так как размер электрона значительно меньше размера фотона. Классический радиус электрона составляет примерно три миллионных нанометра, а наименьшая длина волны видимого света равна 380 нанометров. Поток фотонов огибает мелкие частицы, размеры которых сравнимы с длиной световой волны, а электроны отражаются от них. Чтобы увидеть изображение, которое дает электронный микроскоп, его надо вывести на специальный экран. В современный электронный микроскоп можно увидеть частички размером в 0,5 нм. Под ним рассматривают вирусы, мелкие части клетки. Существуют просвечивающие и сканирующие электронные микроскопы. Последний имеет больше преимуществ, им чаще пользуются микробиологи.

Сканирующий электронный микроскоп 

Строение и функции устьица

 Среди клеток кожицы находятся многочисленные отверстия. Они окружены замыкающими клетками, содержащими хлоропласты. Эти клеточные образования называются устьица.

Замыкающие клетки могут менять свой размер, расширятся и замыкаться. Благодаря этому отверстия меняют величину и происходит газообмен и испарение воды.

Движения устьичных клеток зависят от обеспеченности растения водой, освещенности, температуры. 

У большинства наземных растений устьица находятся на нижней поверхности листа, это предотвращает пересыхание влаги из-за солнечного света. А у растений, живущих на поверхности водоемов — на верхней. Количество устьиц на поверхности пластины может достигать 500 на 1 квадратный миллиметр.

 Функции устьиц:

1. Транспирация.
2. Поглощение кислорода из окружающей среды.
3. Выведение углекислого газа в процессе дыхания.
4. Поглощение углекислого газа для фотосинтеза.
5. Выведение кислорода при фотосинтезе.

Эволюционный процесс

Появление у растительных организмов органов и тканей связано с изменением среды обитания. Водоросли не имеют специализированных покровов. Дело в том, что все их клеточки находятся в одинаковых условиях:

• освещенность;
• температура;
• питание;
• газообмен и т. д.

Все клетки водорослей имеют хлоропласты и способны производить органические вещества из неорганических, обеспечивая тем самым полноценное питание организма. Однако после выхода на сушу предкам современных высших растений пришлось столкнуться с иными условиям.

Новая среда обитания оказалась неоднородной. В результате им пришлось решать большое количество проблем:

• сохранение спор;
• создание опоры для защиты от ветра и дождя;
• поглощение влаги из земли;
• защита от высыхания.

Поглощающие ткани

Высшие растения поглощают воду с помощью специальных тканей. У мохообразных отсутствуют корни, и всасывание воды происходит всей поверхностью тела (например, с помощью гиалиновых клеток у сфагновых мхов) или с помощью ризоидов – длинных тонкостенных клеток. Сосудистые растения имеют корни, поверхность которых покрыта ризодермой (эпиблемой) – специализированной всасывающей тканью. Ризодерма гомологична эпидерме, то есть также формируется из одного внешнего слоя клеток, покрывающих орган. Однако ризодерма не является покровной тканью, поскольку практически не выполняет защитную функцию. Ее клетки тонкостенные и специализируются на поглощении воды и минеральных солей из почвы, поглощение при этом происходит избирательно и с затратой энергии. В ризодерме различают два типа клеток: трихобласты и атрихобласты. У трихобластов наружная часть клетки выпячивается и образует длинный вырост – корневой волосок, служащий для увеличения поверхности всасывания. Корневой волосок выделяет слизь, которая помогает растворять поглощать минеральные вещества из почвы. Атрихобласты не формируют корневых волосков, но также поглощают вещества своей поверхностью.

Рисунок: Ризодерма. А – Продольный разрез корня; Б – Клетки ризодермы. 1 – зона проведения; 2 – зона всасывания; 3 – зона роста; 4 – зона деления; 5 – корневые волоски; 6 – корневой чехлик.

У некоторых тропических эпифитных растений вместо ризодермы развивается веламен. Веламен гомологичен ризодерме, но в отличие от нее является многослойной тканью и состоит из отмерших клеток. Их клеточные стенки имеют спиральные утолщения, которые служат ребрами жесткости, сами клеточные стенки частично разрушаются, а внутреннее содержимое клеток отмирает. В результате получается структура наподобие губки, которая способна впитывать воду из влажного воздуха, тумана или осадков. Таким образом, веламен поглощает вещества пассивно и не избирательно. Направленный и избирательный транспорт воды дальше внутрь корня происходит при участии экзодермы, подстилающей веламен (как, впрочем, и любую ризодерму).

Строение различных тканей

Различие в функциях типов тканей, а также разнообразие их физических свойств обусловлено наличием индивидуальных особенностей каждого из видов биологических тканей.

Эпителиальная

Отличительной особенностью эпителиальных покровов является плотное прилегание клеток друг к другу и почти полное отсутствие межклеточного вещества в крайне узких межклеточных пространствах. В зависимости от местоположения и функции эпителия его клетки могут образовывать один или несколько рядов. Например, эпителий, покрывающий кожу (эпидермис), состоит из 5 слоев.

Соединительная

Эта разновидность распространена в организме животных и человека повсеместно. Из неё состоят:

• кости;
• хрящи;
• связки;
• сухожилия;
• жировая прослойка.

Из соединительной ткани образованы и фасции, покрывающие мышцы, поддерживающие их базовый тонус — это своеобразная «одежда» мышц.

Кровь также относится к соединительной ткани.

Строение различных типов соединительной ткани определяет их физические свойства:

• Рыхлая соединительная ткань. Отличительной чертой ее строения является небольшое количество клеточных элементов, расположенных на различном расстоянии друг от друга, и большое количество межклеточного вещества, в котором разбросаны клетки.
• Плотная соединительная ткань, напротив, довольно структурирована. Количество межклеточного вещества небольшое. К этой разновидности относятся костное вещество, сухожилия.

Особенностью строения костного вещества является и состав межклеточной субстанции, состоящей на 95% из белка коллагена и на 5% — из минеральных веществ, представленных, главным образом, солями кальция. Волокна коллагена ориентированы параллельно направлению нагрузки на кость, что и обусловливает высокую прочность этого органа. Такой состав и определяет основные свойства костей — сочетание пластичности с прочностью.

Мышечная

Клетки мышечной ткани имеют веретенообразную форму; они несколько утолщенные в середине. Мышечные волокна располагаются группами, внутри которых они ориентированы параллельно друг другу.

Особенностью мышечных клеток (волокон) является их способность сокращаться в ответ на сигналы из центральной нервной системы.

Нервная

Нервная ткань состоит из нервных клеток — нейронов, имеющих звёздчатую форму и множество отростков. Отростки нервной клетки, имеющие большую протяжённость и практически без ответвлений, называемые аксонами, отвечают за проведение нервного импульса с периферии к нейрону. Тогда как дендриты — короткие и разветвлённые отростки — несут сигнал от клетки к периферическим тканевым образованиям.

Нервные клетки (нейроны) расположены локально, образуя слой серого вещества в головном и спинном мозге. Кроме того, имеются они и в нервных узлах, а также составляют подкорковые ядра. Совокупность их отростков образует так называемое белое вещество. Такая сосредоточенность нервных клеток в структурах центральной нервной системы является особенностью анатомии нервной системы.

Механические ткани

Механические ткани в растении образуют своего рода «внутренний скелет», поддерживающий все остальные ткани и препятствующий их излому или разрыву. Выделяют два вида механических тканей: колленхима и склеренхима. Колленхима представлена в органах молодого растения и придает им упругость. У взрослых растений она сохраняется только в черешках листьев и обеспечивает их ориентацию в пространстве по отношению к солнцу. Колленхима состоит из живых клеток с неравномерно утолщенными оболочками, содержащими пектиновые вещества, которые способны набухать за счет поглощения воды. Со временем колленхима заменяется склеренхимой.

Типы и функции клеток

Все клеточные формы жизни по строению составляющих их единиц можно разделить на две группы:

• прокариотические;
• эукариотические.

Прокариоты (или доядерные) возникли первыми. Они довольно простые, не обладают явно оформленным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (исключение — плоские цистерны у фотосинтезирующих видов, к примеру, цианобактерий). Область расположения ДНК в цитоплазме — нуклеоид. Единственная молекула ДНК — кольцевая и не имеет связи с белками.

К прокариотам относятся бактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

Эукариоты (ядерные) — более сложные клетки, эволюционно возникшие позже прокариотов (клетки человека являются эукариотическими). Они имеют оформленное ядро, которое отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой. В состав ядра входят хромосомы — линейные молекулы ДНК, связанные с белками. В цитоплазме есть разные мембранные органоиды.

Эукариотами являются грибы, растения и животные.

Функции животных клеток

Клетки отвечают за слаженную работу организма, воспроизводят и контролируют все происходящие в нем процессы. В зависимости от предназначения многочисленные функции клеток можно разделить на:

• соединительную (образование тканей, органов);
• энергетическую (выработка и накопление энергии);
• транспортную (перемещение молекул по организму);
• генетическую (сбор, сохранение и передача наследственной информации) и многие другие.

То есть клетки не универсальны, они специализируются на выполнении конкретных задач.

Покровные ткани

❖ Покровные ткани — ткани, покрывающие тело растения снаружи и защищающие его от неблагоприятных внешних воздействий.

■ Виды покровной ткани: эпидерма, пробка, корка, риюдерма.

❖ Кора — совокупность тканей многолетних растений, расположенных в их стеблях и корнях снаружи от камбия.

■ Кора состоит из эпидермы, пробки, лубяных волокон (механической ткани коры) и ситовидных трубок (которые выполняют проводящую функцию).

❖ Эпидерма — покровная ткань, кожица, состоящая из одного слоя плотно расположенных клеток, имеющих утолщенные наружные стенки. Снаружи клетки эпидермиса покрыты кутикулой и — нередко — многочисленными волосками и восковым налетом, защищающими растение от излишних потерь воды.

■ Эпидермой покрыты однолетние стебли и листья растений.

Кутикула — особая пленка, состоящая из жироподобных веществ, вырабатываемых клетками эпидермиса.

Устьице — своеобразный клапан в эпидермисе, представляющий собой щелевидное отверстие, ограниченное с обеих сторон двумя клетками бобовидной формы (их называют замыкающими), которые могут изменять свою форму и тем самым регулировать ширину устьичного отверстия.

■ Функции устьиц: осуществление газообмена между растительным организмом и внешней средой и испарение воды растением (транспирация).

Пробка (перидерма) — вторичная покровная ткань у стеблей и корней многолетних двудольных и голосеменных растений, со временем заменяющая эпидерму и состоящая из нескольких слоев отмерших клеток.

■ Пробка образуется из боковой образовательной ткани — пробкового камбия. Оболочки клеток этой ткани содержат особое вещество суберин, не пропускающее воду и воздух, вследствие чего клетки постепенно отмирают и заполняются воздухом, предохраняя растения от неблагоприятных воздействий среды.

■ Газообмен и испарение воды через пробку обеспечивается за счет образования в ней чечевичек — разрывов, заполненных рыхло расположенными клетками и имеющих вид небольших бугорков.

Корка — наружный слой коры, формирующийся в течение многих лет защитный слой тканей на стеблях и корнях древесных растений, образующийся в результате ежегодного наращивания отдельных слоев пробки.

Луб — вторичная флоэма древесных растений, внутренний слой их коры, представляющий собой комплекс проводящей (ситовидные трубки), механической (лубяные волокна) и основной (лубяная паренхима) тканей, расположенных кнаружи от камбия.

■ Функция луба — проведение растворов органических веществ (углеводов) от листьев к корням.

Лубяные волокна — механическая ткань стебля растения, представляющая собой клетки с разрушенным содержимым и одревесневевшими клеточными стенками.

❖ Ризодерма (эпиблема) — первичная покровная ткань корня, формирующаяся вблизи конуса нарастания и несущая корневые волоски.

■ Функция ризодермы — активное поглощение веществ из почвенного раствора.

Проводящие ткани

Проводящие ткани — это ткани, обеспечивающие передвижение воды и питательных веществ по растению.

Виды проводящих тканей: — ксилема обеспечивает восходящий ток; — флоэма обеспечивает нисходящий ток;

❖ Ксилема — сложная проводящая ткань растений, выполняющая проводящую (обеспечивает транспорт воды и минеральных веществ от корней к листьям) и механическую функции. В состав ксилемы входят трахеиды или сосуды, паренхимные клетки и клетки механической ткани.

Трахеиды — отдельные вытянутые мертвые (одревесневшие) клетки с утолщенными оболочками и скошенными концами, имеющими поры, через которые вода и растворенные в ней вещества проникают из одной трахеиды в другую. Имеются у голосеменных, папоротников, хвощей и плаунов.

Сосуды — сплошные длинные полые трубки, образованные из мертвых клеток, между которыми разрушены поперечные перегородки. Имеются только у покрытосеменных растений. По сосудам вода с растворенными в ней минеральными солями перемещается от корней к другим органам растения.

❖ Флоэма — сложная (комплексная) проводящая ткань высших растений, состоящая из собственно проводящих элементов ситовидных клеток и клеток-спутниц, а также клеток механической и основной ткани.

■ Основная функция флоэмы — транспорт органических продуктов фотосинтеза от листьев к другим органам (нисходящий ток).

Ситовидные трубки — ряд расположенных друг за другом в флоэме и проходящих по всей длине растения вытянутых живых клеток (члеников), в которых отсутствуют ядра, цитоплазма прилегает к стенкам клеток в виде тонкого слоя, а поперечные перегородки имеют сквозные округлые отверстия (наподобие сита), через которые растворы органических веществ проникают из одной клетки в другую.

Клетки-спутницы — типичные по строению растительные клетки, залегающие рядом с ситовидными трубками и способствующие передвижению по ним органических веществ. У голосеменных клетки-спутницы отсутствуют.

■ Ксилема и флоэма тесно взаимодействуют друг с другом и обычно образуют в органах растения особые тканевые комплексы — проводящие пучки.

Древесина — вторичная ксилема; ежегодно нарастающий и составляющий основную часть ствола дерева комплекс проводящей (сосуды), механической (древесные волокна) и основной тканей, расположенных внутрь от камбия.

■ Древесина является опорой стебля дерева и служит для проведения воды и минеральных солей от его корней к листьям.

Процесс воспроизводства

На протяжении всей жизни организма происходит митоз – так называют процесс деления, состоящий из четырёх стадий:

1. Профаза. Две центриоли клетки делятся и направляются в противоположные стороны. Одновременно с этим хромосомы образуют пары, а оболочка ядра начинает разрушаться.
2. Вторая стадия получила название метафазы. Хромосомы располагаются между центриолями, постепенно внешняя оболочка ядра полностью исчезает.
3. Анафаза является третьей стадией, на протяжении которой продолжается движение центриолей в противоположном друг от друга направлении, а отдельные хромосомы также следуют за центриолями и отодвигаются друг от друга. Начинает сжиматься цитоплазма и вся клетка.
4. Телофаза – окончательная стадия. Цитоплазма сжимается до тех пор, пока не появятся две одинаковые новые клетки. Формируется новая мембрана вокруг хромосом и появляется одна пара центриолей у каждой новой клетки.

Интересно! Клетки у эпителия делятся быстрее, чем у костной ткани. Все зависит от плотности тканей и других характеристик. Средняя продолжительность жизни основных структурных единиц составляет 10 дней.

Строение клетки

Строение клетки. Строение и функции клетки. Жизнь клетки.

Клеточная теория

С момента открытия интерес вокруг живых клеток и их строения не утихал. Так, в середине XIX века Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали несколько утверждений о единстве строения и развития жизни.

Так появилась клеточная теория, одно из важнейших биологических обобщений. Теория утверждает следующее:

I. Все организмы состоят из клеток. Таким образом, клетка – основная структурная и функциональная единица.

II. Клетки всех живых организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.

III. Каждая новая клетка образуется только в результате деления другой (материнской) клетки.

IV. В многоклеточных организмах клетки специализируются по функциям и образуют ткани.

V. Клетки многоклеточного организма содержат одинаковую генетическую информацию.

Клетки проводящей ткани

У проводящей ткани имеются трахеиды и членики сосудов Трахеиды имеют вытянутую форму с целостными стенками. Транспорт необходимых для роста и развития компонентов происходит благодаря пористой структуре.

Членики сосудов являются вторым важным проводящим элементом. Они находятся друг над другом, и в местах их соприкосновения образуются пространство, которое называется перфорацией. Такие промежутки нужны для транспортировки полезных веществ по всем сосудам растения. В отличие от трахеид, скорость перемещения по сосудам значительно выше.

У обоих проводящих элементов клетки не имеют протопластов, тог есть признаком живых клеток. Благодаря этому транспортировка полезных веществ происходит быстро и без преград. Сосуды и трахеиды переносят растворы не только по вертикали, но и по горизонтали.

Прочная структура клеток обусловлена наличием уплотнению на стенках клеток. По типу утолщения на проводящих элементах бывают спиральными кольчатыми, лестничатыми, сетчатыми и сетчато-поровыми.

Паренхима, или основная ткань

К паренхиме относят несколько разновидностей тканей.

Различают ассимиляционную (фотосинтезирующую), запасающую, водоносную и воздухоносную основную ткань.

Фотосинтезирующая ткань состоит из клеток, содержащих хлорофилл, т.е. зеленых клеток. Эти клетки имеют тонкие стенки, содержат большое количество хлоропластов. Основная их функция — фотосинтез. Ассимиляционная ткань составляет мякоть листьев, входит в состав коры молодых стеблей деревьев и стебли трав.

В клетках запасающей ткани накапливаются запасы питательных веществ. Эта ткань составляет эндосперм семян, входит в состав клубней, луковиц и др.

Сердцевина стебля, внутренние клетки коры стебля и корня, сочный околоплодник также обычно состоят из запасающей паренхимы.

Водоносная паренхима свойственна лишь ряду растений, обычно засушливых мест обитания. В клетках этой ткани накапливается вода. Водоносная ткань может быть как в листьях (алоэ), так и в стебле (кактусы).

Воздухоносная ткань свойственна водным и болотным растениям.

Ее особенностью является наличие большого количества межклетников, содержащих воздух. Это облегчает газообмен растению, когда он затруднен.

Проверим знания

Ключевые вопросы

1. Какие функции у растений выполняют проводящие ткани? 2. Чем отличается строение ксилемы у голосеменных и покрытосеменных? 3. Почему у травянистых растений не происходит рост стебля в толщину? 4. В чем различие колленхимы и склеренхимы? Почему склеренхима заменяет колленхиму у взрослых растений? 5. Какие виды покровных тканей и в каком порядке сменяют друг друга у древесных растений? Какой вид образовательной ткани принимает в этом участие?

Сложные вопросы

1. Из маленького кусочка растительной ткани ученые могут вырастить сотни взрослых растений. Как вы думаете, какую ткань растения берут для этих исследований? Почему не удаются подобные опыты на животных? 2. Объясните, почему в ходе эволюции растений возникли проводящие, механические и покровные ткани? 3. Каквы думаете, существуют ли у растений ткани, выполняющие выделительную функцию?