Строение клеток растений
1. Понятие о мембране клетки, ее строение и функция
Мембраны - это тончайшие (5…10 нм) пленки. Их структурную основу составляет жировая пленка - бимолекулярный слой фосфолипидов, неполярные гидрофобные «хвосты» которых погружены в толщу мембраны, а полярные гидрофильные группы ориентированы наружу, в водную среду. Молекулы мембранных белков мозаично расположены на обеих сторонах липидного бислоя или внедрены в него на различную глубину, некоторые пронизывают мембрану насквозь. Они образуют гидрофильные поры, по которым проходят полярные молекулы. В мембранах встречаются тысячи различных белков, выполняющих разнообразные функции. Многие мембранные белки являются ферментами.
Две стороны мембраны могут отличаться одна от другой и по составу белков, и по свойствам.
Одно из основных свойств клеточных мембран - их избирательная проницаемость (полупроницаемость): одни вещества проходят через них с трудом или вообще не проходят, другие проникают легко. Избирательная проницаемость мембран играет большую роль в регулировании поглощения и выделения веществ. Мембранное строение органелл обеспечивает огромное увеличение внутренней деятельной поверхности клетки. На мембранах наиболее продуктивно работают многочисленные ферментные системы: концентрация ферментов, упорядоченное их расположение ускоряют реакции, организуют их сопряжение (принцип конвейера), обеспечивают одновременное прохождение разных процессов. С помощью мембран осуществляется компартментация протопласта (подразделение на изолированные отсеки, органеллы). Компартментация обеспечивает специализацию отдельных участков цитоплазмы. Благодаря мембранам в миниатюрном общем объеме одновременно может идти синтез различных веществ из одних и тех же предшественников. В органеллах каждого типа создаются оптимальные условия для работы, отличные от условий в других органеллах.
Плазмалемма - наружная цитоплазматическая мембрана, отделяет цитоплазму от клеточной стенки. Играет важную роль в обмене веществ между цитоплазмой и внешней средой, в построении клеточной стенки. Изнутри связана с сократимыми микрофиламентами подстилающего слоя гиалоплазмы, которые обеспечивают изменение ее формы. Участвует в межклеточных контактах, образует выросты и впячивания в активных клетках.
Тонопласт - внутренняя вакуолярная мембрана, играет барьерную роль, определяя во многом физиологические свойства клетки.
Эндоплазматическая сеть, эндоплазматический ретикулум - ЭР. Непрерывно изменяющаяся разветвленная система ультрамикроскопических канальцев, пузырьков и цистерн, ограниченных элементарной мембраной и заполненных бесструктурным матриксом (энхилемой), отличным от гиалоплазмы. Канальцы эндоплазматической сети непосредственно переходят в наружную ядерную мембрану, через них осуществляется связь ядра с цитоплазмой. Часть канальцев проходит из одной клетки в другие (плазмодесмы), обеспечивая связь между ними.
. Опишите строение хлоропластов и митохондрий, видимое в электронном микроскопе, укажите их функции
митохондрия лист мембрана клетка
Хлоропласты - зеленые пластиды, осуществляют первичный синтез углеводов при участии световой энергии, т.е. органеллы фотосинтеза. В соответствии с их функцией хлоропласты находятся преимущественно в фотосинтезирующих органах и тканях, обращенных к свету, - в листьях, молодых стеблях, незрелых плодах.
Хлоропласты высших растений имеют примерно одинаковую форму двояковыпуклой линзы. Размеры хлоропластов 5… 10 мкм в длину при диаметре 2…4 мкм. Число хлоропластов в клетках высших растений 15…50. Хлоропласты водорослей, называемые хроматофорами, значительно разнообразнее по форме, структуре, набору пигментов. В клетках высших растений хлоропласты расположены в последнем слое цитоплазмы таким образом, что одна из плоских сторон обращена к освещенной стенке клетки. Положение хлоропластов меняется в зависимости от освещенности: при прямом солнечном свете они отходят к боковым стенкам.
Хлоропласт содержит воды до 75%, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты и пигменты: хлорофиллы (5… 10% сухой массы) и каротиноиды (1…2%). Существует несколько видов хлорофилла. Наиболее распространены хлорофилл а (найден у всех зеленых растений и цианобактерий) и хлорофилл б, молекула которого содержит на один атом кислорода больше и на два атома водорода меньше. В процессе фотосинтеза хлорофиллу принадлежит ведущая роль. Он может поглощать солнечную энергию, запасать ее или передавать другим молекулам.
Каротиноиды представляют собой высокомолекулярные углеводороды: оранжевый каротин С4оН56 и желтый ксантофилл С40 Н56 О2.
Тело хлоропласта состоит из бесцветной мелкозернистой гидрофильной белково-липоидной массы - стромы, или матрикса. Строма пронизана системой параллельно расположенных двухмембранных пластинок (или пузырьков), называемых ламеллами или тилакоидами. Тилакоиды размером около 0,3 мкм довольно плотно прилегают друг к другу, образуя стопки, которые называются гранами. Ламеллы связывают граны в единую систему.
Хлорофилл и каротиноиды находятся в гранах, в каждой из двух мембран тилакоида, там же протекают фотохимические реакции. Мембраны ламелл состоят из наружного слоя, образованного молекулами белка, за которыми идет слой хлорофилла, далее липидный слой с каротиноидами и затем вновь слой белка. Рядом лежащая мембрана представляет собой зеркальное отображение своей пары.
Помимо системы тилакоидов в строме хлоропластов находятся рибосомы, крахмальные зерна, структуры липидной природы (пластоглобулы) и. светлые зоны с нитями ДНК.
Митохондрии. Округлые или цилиндрические, реже нитевидные органеллы, видимые в световой микроскоп. Концентрируются около ядра, хлоропластов, жгутиков - там, где велик расход энергии. Длина их достигает 10 мкм, диаметр 0,2… 1 мкм. Митохондрии имеют двумембранное строение, внутри - бесструктурный матрикс. Внутренняя мембрана образует выросты - кристы, которые в растительных клетках обычно имеют вид трубочек. Образование крист увеличивает внутреннюю активную поверхность. В матриксе содержатся кольцевые молекулы митохондриальной ДНК, специфические иРНК, тРНКи рибосомы (прокариотического типа), отличные от цитоплазматических. Здесь происходит автономный синтез белков внутренних мембран митохондрий.
Основная функция митохондрий - образование энергии. На внутренних мембранах митохондрий в процессе внутриклеточного дыхания происходит аэробное окисление метаболитов (продуктов обмена веществ) с выделением энергии. Митохондрии - основной аппарат клетки, в котором химическая энергия метаболитов превращается в энергию макроэргических фосфатных связей АДФ и АТФ, утилизируемых клеткой в процессе жизнедеятельности.
. Меристемы (образовательные ткани), их строение, функции, расположение в органах. Типы меристем. Значение для вегетативного размножения
Меристемы являются исходными (эмбриональными) тканями, из которых образуются указанные выше постоянные ткани. По происхождению различаются меристемы первичные и вторичные; по положению в растении - верхушечные, боковые и вставочные. Верхушечные (или апикальные) меристемы, в свою очередь, подразделяют на верхушечную меристему вегетативного побега, верхушечную меристему цветоносного побега и меристему кончика корня. Таким образом, верхушечные меристемы расположены на концах стеблей и корней. Они закладываются на верхушках не только главного стебля, но и боковых, а также на кончиках многочисленных молодых ответвлений корней.
Митохондрии также многочисленны в клетке меристемы. В них липопротеиновая и фосфатидная мембранная система. Митохондрии могут увеличиваться по размерам в 4-5 раз. Полагают, что это происходит вследствие того, что оболочка митохондрии складчатая (гофрированная).
У клеток меристемы, находящихся в определенных зонах верхушек стеблей и корней и расположенных отдельными группами среди обычных клеток) меристемы, деление поперечными перегородками становится замедленным. Так как они растут и преимущественно при этом делятся продольными перегородками, то в результате образуются вытянутые в длину делящиеся клетки с густозернистым содержимым, образующие прокамбий.
Во время разрастания и развития клеток, образованных меристемой, начинают образовываться межклеточные пространства. С отдалением от верхушек стеблей и кончиков корней происходит замедление, а затем и прекращение клеточных делений. Различают три последовательные фазы изменения молодых клеток:
1)фаза деления, вызываемая усиленным приростом живого вещества протопласта,
2)фаза усиленного разрастания клеточных оболочек, за которым не поспевает прирост веществ протопласта, но зато появляется в изобилии клеточный сок, сперва во многих отдельных вакуолях, которые вскоре сливаются в одну большую вакуолю;
3)фаза детерминации, когда клетки становятся специализированными для выполнения определенных функций.
. Типы листьев по форме листовой пластинки, форме края и основания Примеры растений с различной формой листьев
Листья бывают простые и сложные. Сложным листом называется такой, черешок которого имеет несколько листовых пластинок. Они прикрепляются к главному черешку своими собственными черешочками, нередко самостоятельно, поодиночке, отпадают и называются листочками. Примерами сложного листа служит лист конопли, люпина, клевера, конского каштана, грецкого ореха. Простой лист имеет одну пластинку. От простого к сложному листу существуют разнообразные переходные формы, различаемые по характеру и степени изрезанности пластинки.
Простые листья по очертанию пластинки бывают овальными, яйцевидными, обратнояйцевидными, почковидными, продолговатыми, ланцетными, мечевидными, линейными и пр.
Если края листовой пластинки не имеют никаких выемок, лист называют целънокрайным. Если выемки по краю листа неглубокие, лист называется цельным. Цельные листья различают по характеру выемок и выступов между ними. Так, если выемки острые, а выступы округленные, лист городчатый (как у шалфея, будры и др.); если выемки клиновидные, а выступы острые, треугольные, лист зубчатый (у бука, лещины и др.); если выступы косоугольные и острые, получается пильчатый лист (у груши).
По форме верхушки пластинки листья бывают: тупые, острые, заостренные и остроконечные.
По форме основания пластинки различают листья клиновидные, сердцевидные, копьевидные, стреловидные и др.
Помимо перечисленных категорий цельного листа, различают еще лопастные, раздельные и рассеченные листья. Лопастным называется лист, у которого вырезы по краям пластинки доходят до одной четверти ее ширины (у дуба), а при большем углублении, если вырезы достигают более четверти ширины пластинки, лист называют раздельным (у мака). Лопасти раздельного листа называются долями. Рассеченным называют лист, у которого вырезы по краям пластинки доходят почти до средней жилки, образуя сегменты пластинки.
Раздельные и рассеченные листья могут быть пальчатые и перистые, дваждыпалъчатые и дваждыперистые и т.д.
Что касается сложных листьев, то среди них различают тройчатосло - ные, палъчатосложные и перистосложные. Если сложный лист состоит из трех листочков, его называют тройчатосложным или тройчатым (у клевера, люцерны, сои, пуэрарии и др.). Если черешочки листочков прикрепляются к главному черешку как бы в одной точке, а сами листочки расходятся радиально, лист называют палъчатосложнъм (у люпина, конопли, конского каштана). Если на главном черешке боковые листочки расположены с обеих сторон по длине черешка, лист называют перистосложным. Если такой лист заканчивается наверху непарным одиночным листочком, получается непарноперистый лист (у эспарцета, белой акации, рябины и др.). Если вместо верхнего одиночного листочка развивается усик (у вики), то лист относится к непарноперистым. Если конечного листочка или усика нет, лист называют парноперистым (у арахиса, рожкового дерева). Иногда у непарноперистого листа все боковые листочки редуцируются и остается только конечный, силь - норазвивающийся непарный листочек, так что лист кажется простым, а не перистым (у апельсина).
5. Ветвление и кущение побегов. Что такое чеканка побегов, каково ее применение?
Ветвление побегов. Это образование системы осей. У низших растений в результате ветвления возникает разветвленный таллом (слоевище); у высших - образуются системы побегов и корней. Прикрепленный образ жизни, линейный рост и обильное ветвление привели к характерной особенности растений - способности к длительному нарастанию с образованием новых органов. Нарастание побега - это развитие побега за счет его конуса нарастания.
Побег растет в длину обычно верхушкой вследствие деятельности верхушечной меристемы. Кроме того, побеги многих растений существенно удлиняются благодаря росту вставочной меристемы.
Если побег растет неопределенно долго за счет одной и той же верхушечной меристемы, то такое нарастание называют моноподиальным. Однако у многих растений верхушечная меристема функционирует ограниченное время, обычно в течение одного вегетационного периода. Тогда в следующий сезон рост побега продолжается за счет ближайшей боковой почки. Происходит так называемое переверншнивание. Такое нарастание побега называют симподиальным. При супротивном листорасположении после отмирания верхушки побега или верхушечного соцветия нарастание происходит за счет двух супротивных пазушных почек (сирень, клен). Такой тип симподиального нарастания называют ложнодихотомическим.
Ветвление бывает двух типов: верхушечное и боковое. При верхушечном ветвлении апекс делится (ветвится) на два (дихотомическое), три (тритомическое), много (политомическое) новых апексов, дающих начало осям следующего порядка. Такое ветвление свойственно многоклеточным низшим растениям, а также немногим высшим (плауновидные, некоторые папоротниковые). При боковом ветвлении оси подчиненных порядков формируются из боковых почек, возникающих ниже апекса материнской оси. В результате ветвления возникает система осей. При боковом ветвлении система осей может быть моноподиальной или симподиальной. При моноподиальной системе каждая ось представляет собой моноподий, т.е. нарастает моноподиально, при симподиальной системе - симподий, т.е. нарастает симподиально. Моноподиальное нарастание характерно для многих голосеменных растений, симподиальное - для большинства покрытосеменных.
Сосредоточенность почек возобновления у поверхности почвы и под землей имеет важное приспособительное значение в сезонных климатах - эти почки лучше защищены, чем верхние.
При мезотонном ветвлении наиболее сильные боковые ветви формируются в средней части материнского побега.
Неразветвленный побег формируется в случае недоразвития боковых почек на главном побеге и отсутствия вследствие этого боковых побегов (драцены, юкки, алоэ, агавы, пальмы, дынного дерева).
Чеканка растений - удаление верхушек побегов или верхних побегов у сельскохозяйственных растений для прекращения их роста. Агротехнический приём, улучшает плодообразование и ускоряет созревания урожая.
Чеканка обеспечивает усиленный приток питательных веществ к завязям, за счет прекращения роста побегов.
Это уменьшает опадение завязей, и создаёт лучшие условия для развития плодов.
6. Строение и биологическая роль цветка. Напишите формулы цветков лютика, вишни, гороха, капусты, картофеля, ландыша
Цветок - это сложный репродуктивный орган покрытосеменных (цветковых) растений.
Цветок имеет ось, или цветоложе, несущее листочки околоцветника, тычинки и пестик или пестики. Пестик состоит из одного или нескольких плодолистиков. Главные части пестика - замкнутая завязь с семязачатками внутри и воспринимающее пыльцу рыльце. Принципиальное отличие цветка от шишки голосеменных состоит в том, что семязачатки находятся внутри завязи и пыльца попадает при опылении на рыльце, а не непосредственно на семязачаток.
Цветок бывает верхушечным или выходит на пазухи кроющего видоизмененного или невидоизмененного листа (прицветника). Участок побега между прицветником и цветком называется цветоножкой. Если она не выражена, цветок сидячий (подорожник, вербена, клевер). На цветоножке располагаются также два (у двудольных) и один (у однодольных) маленьких предлиста - прицветничка. Часто они отсутствуют.
Части цветка делят на фертшьные, или репродуктивные (тычинки, пестик или пестики), и стерильные (околоцветник). Репродуктивные части цветка имеют свои прообразы в спорофиллах, предшествующих покрытосеменным отделам растений. Члены околоцветника, объединившие функции защиты репродуктивных частей, привлечения насекомых и резирвирования пластических веществ, возникли впервые у покрытосеменных. Главные части цветка-репродуктивные, стерильные - могут быть в той или иной степени, а иногда и полностью редуцированы.
Цветок содержащий тычинки и пестики, называют обоеполым. Большинству (свыше 70%) покрытосеменных свойственны обоеполые цветки. У немногих покрытосеменных цветки однополые, содержащие или только тычинки, или только пестик (пестики).
Цветоложе - укороченная стеблевая часть цветка. Разросшееся цветоложе называется тор. Оно может иметь различную форму: плоское цветоложе (пион), выпуклое полушаровидное (лютик, ветреница), удлиненное коническое (магнолия, горицвет, малина, земляника, гравилат) и вогнутое (каликант западный). У некоторых цветков в результате срастания цветоложа, нижних частей околоцветника и тычинок (цветочной трубки) образуется особая структура, называемая гипантием. Форма гипантия бывает различной: блюдцевидная (смородина альпийская), шаровидная (роза морщинистая), кувшинчатая (роза коричная), бокаловидная (мушмула японская, таволга дубровколистная), воронковидная (вишня мелкоплодная). Гипантий характерен для представителей семейств Розовые, Крыжовниковые, Камнеломковые.
Одна из характерных черт строения цветка - его симметрия. Если цветок может быть разделен вертикальной плоскостью, проходящей через ось, на две равные половинки не менее чем в двух направлениях, его называют правильным или актиноморфным (капустные, гвоздичные, первоцветные). Цветок, через который можно провести лишь одну плоскость симметрии, - неправильный, или зигоморфный (бобовые, яснотковые). Если через цветок нельзя провести ни одной плоскости симметрии, его называют несимметричным или асимметричным (валериана лекарственная, канна).
Простые. Кисть. Отдельные боковые сидят на удлиненной главной оси, при этом имеют свои цветоножки приблизительно равной длины. К растениям имеющим кисть относятся гиацинт, эремурус, наперстянка, резеда, люпин, черемуха, арахис, большинство крестоцветных и др. Щиток. Отличается от кисти тем, что нижние цветки имеют длинные цветоножки, так что в результате цветки располагаются почти в одной плоскости. Примеры: груша, спирея японская.
Колос. Главная ось также более или менее удлиненная, но цветки без цветоножек, т.е. сидячие. Примеры: подорожник, вербена, отдельный колосок сложного колоса пшеницы.
Початок. Отличается от колоса мясистой утолщенной осью. Примеры: початок у кукурузы, аронника, рогоза.
Сережка. Отличается от колоса и кисти свисающей осью. После отцветения все соцветие опадает. Примеры: орех грецкий, ива. Сережку нужно, однако, причислять иногда к сложным соцветиям, так как на главной оси часто сидят не цветки, а соцветия.
Зонтик. Главная ось укорочена; боковые цветки выходят как бы из одного места, сидят на ножках разной длины, располагаясь в одной плоскости или куполообразно. Примеры: лук, примула, вишня.
Головка. Главная ось сильно укорочена, цветки кажутся сидячими, но не сидячие, тесно расположенные. Примеры: клевер, ворсовальная шишка, скабиоза и др.
черепитчато. Корзинка свойственна растениям семейства сложноцветные (подсолнечник, василек и др.).
Сложные. Сложный колос. Главная ось моноподиально ветвится на простые колосья (колоски). Таковы сложные колосья пшеницы, ржи, у которых на общей оси сложного колоса находятся боковые оси колосков (простых колосьев).
Метелка. Сложная кисть. Главная ось длинная и растет как кисть, а боковые ветви могут носить характер также кистей, как, например, у винограда, сирени, или же характер простого колоса.
Сложный зонтик. Отличается от простого тем, что боковые оси его заканчиваются не цветками, а простыми зонтиками, которые в этом случае называются зонтичками. В сложном зонтике также имеются иногда обертки, представляющие собой прицветные листья, собранные в основании общего зонтика, и оберточки - прицветные листья у основания зонтичков. Примеры: морковь, укроп, анис, борщевик и многие другие зонтичные растения.
Сложный щиток. Смешанное соцветие, главная ось которого представляет щиток, а боковые - корзинки (у тысячелистника) или тоже щиток (рябина).
У злаковых формула цветка - 0 (2)+2ТЗП1. Плод - зерновка.
. Опишите растения моно и поликарпики. Приведите примеры
Однолетние растения бывают яровыми и озимыми. Яровые заканчивают полный цикл своего развития в течение одного вегетационного (иногда неполного) периода (овес, просо). Озимые некоторое время должны развиваться при пониженных температурах. Поэтому их жизненный цикл обычно начинается в конце одного вегетационного периода, а заканчивается в середине второго, (озимая пшеница).
Двулетние растения проходят полный жизненный цикл за два года.
Имеются также растения, у которых цветение и плодоношение наступают лишь через несколько лет, после чего они отмирают. Например, агава.
Цветёт на 6-15-м году (редко позже), образуя цветонос (высотой до 12 м) с большим числом (до 17 тысяч) цветков; после созревания плодов надземная часть растения отмирает, а у ряда видов от корневищ отрастают новые растения.
Саговая пальма растёт до 20 лет, затем после цветения и плодоношения, засыхает. Подобные растения, только один раз в жизни цветущие и плодоносящие, называются монокарпическими.
В природе существует много таких растений, которые в течение длительного времени неоднократно цветут и плодоносят. К ним относятся многолетние травы, деревья и кустарники. У них плодоношение не связано с отмиранием. Такие растения называются поликарпическими.
Литература
1.Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2003. - 528 с.
2.Жуковский П.М. Ботаника. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1982. -623 с.
3.Суворов В.В., Воронова И.Н. Ботаника с основами геоботаники. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1979. - 560 с.
4.Хржановский В.Г. Курс общей ботаники (цитология, гистология, органография, размножение): Учебник для сельхоз. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1982. - 384 с