Характерные черты растительной клетки

Характерные черты растительной клетки

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.

             ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ  Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского                                                   В.П. Воротников                                                    А.В. Чкалов   ОСОБЕННОСТИ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ                  Учебно-методическое пособие           Рекомендовано методической комиссией биологического      факультета для студентов ННГУ, обучающихся по направле-     нию подготовки 020200 «Биология» и специальностям 020201        «Биология», 020801 «Экология» и 020207 «Биофизика».                            Нижний Новгород                             2010           УДК 581.4         ББК 28.56             В-75      В-75    Воротников В.П., Чкалов А.В. ОСОБЕННОСТИ РАСТИ- ТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ: Учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. – 78 с.           Р е ц е н з е н т – кандидат биол. наук, доцент Л.В. Шержукова         В пособии представлен один из разделов курса «Анатомия и мор- фология растений». Характеризуются отличительные особенности клеток высших растений.       Предназначено для обучения студентов 1 курса биологического фа- культета (специальности № 020201 «Биология», № 020801 «Экология» и № 020207«Биофизика»). Задания ориентируют студентов на самостоятель- ную работу и самоконтроль знаний.       Ответственный за выпуск: председатель методической комиссии биологического факультета ННГУ, доктор пед. наук, профессор И.М. Швец.          Иллюстрация на обложке: http://www.rkm.com.au/cell/plant/plant-cell. html.                                                                       УДК 581.4                                                                   ББК 28.56                                       © Нижегородский      государственный                                   университет им. Н.И.Лобачевского, 2010                              Предисловие        Изучение ботаники студенты университетов начинают с освоения курса «Анатомия и морфология растений», служащего введением к позна- нию разнообразия высших растений. Программа названного курса включает раздел о строении клетки растений, несмотря на то, что несколько позднее студенты слушают курс «Цитология». Причем в курсе цитологии строение клеток традиционно изучается преимущественно на материале о клетках жи- вотных. Потому при освоении курса анатомии и морфологии растений неиз- бежно изложение материала о строении клетки высших растений, хотя бы в кратком варианте. Поскольку на изучение этого объемного курса отводится всего один семестр, перед лектором стоит трудная задача отбора материала, который выносится на лекции, и материала для самостоятельной работы сту- дентов. Одним из разделов, который студенты отчасти могут освоить само- стоятельно, является строение клетки высших растений.       Настоящее пособие предназначено для выполнения этой задачи. В нем в конспективной форме изложен материал об основных особенностях строения клеток высших растений. В основу его положен соответствующий раздел курса лекций «Анатомия и морфология растений». Пособие иллюст- рировано рисунками, заимствованными из отечественной и зарубежной спе- циальной литературы, а также из сети Интернет.       Авторы искренне признательны сотрудникам кафедры ботаники ННГУ – А.Г. Охапкину, А.И. Широкову, Н.А. Старцевой, В.В. Сыровой за замеча- ния и ценные советы, высказанные при подготовке пособия к печати.                                             В.П. Воротников, А.В. Чкалов                                  Введение       Одно из важнейших биологических обобщений, утверждающее един- ство принципа строения и развития мира растений и мира животных, а так- же общность их происхождения - клеточная теория. Согласно клеточной теории основным структурным элементом растений и животных является клетка.        Открытие клеток и создание клеточной теории исторически не совпа- дают. Впервые клеточное строение у растений на срезах пробки и стеблей различных живых растений наблюдал под микроскопом Р. Гук, описавший свои наблюдения в сочинении «Микрография» (1665). Английский ботаник Н. Грю (1682) полагал, что стенки клеток образованы переплетенными во- локнами, наподобие текстиля, откуда и возник биологический термин «тка- ни» (рис. 1-1,2).       В XVIII веке в биологию начинает проникать мысль о единстве жи- вой природы. Попытку найти общие черты в строении растений и животных сделал К.Ф. Вольф. Он отмечал общность процессов развития «пузырьков», «зёрнышек» и «клеток» у растений и животных. Немецкий ученый Л. Окена указывал на построение организмов из «пузырьков» или «инфузорий». Но все это были лишь провозвестники будущей клеточной теории.        В начале XIX века изучение растений с помощью микроскопа успеш- но продолжалось. Стало ясно, что клетки - не пустоты в общей массе рас- тительного вещества, а структуры, имеющие собственную оболочку, что их        Рис. 1. Развитие представлений о клеточном строении растений: 1 – клетки- пустоты в непрерывном растительном веществе (Р.Гук, 1665); 2 – стенки клеток или пузырьков построены из переплетенных волокон, образующих ткань (Н.Грю, 1682); 3 – клетки-камеры, имеющие общую стенку (начало XIX в.); 4 – каждая клетка имеет собственную оболочку (Г.Линк, И.Мольденхавер, 1812); 5 – образователь клетки - ядро («цитобласт»), исчезающее в процессе её образования (М.Шлейден, 1838); 6 – клетки, состоящие из протоплазмы и ядра (Х.Молль, 1844)   можно изолировать друг от друга. Немного позднее выяснилось, что почти все органы растений имеют клеточное строение. В учебнике немецкого бота- ника Ф. Мейена (1830) клетка уже рассматривается как общий структурный элемент тканей растений. Но клетку ещё понимали примитивно - как каме- ру, главной частью которой является оболочка, а содержимое имеет второ- степенное значение. Ядро в растительной клетке впервые описал Р. Броун (1831). Однако внимание к нему привлек М. Шлейден (1838), считавший ядро «цитобластом» (т.е. образователем клетки). Он полагал, что из зерни- стой субстанции конденсируется ядрышко, вокруг него формируется ядро, а вокруг ядра - клетка. Причём, согласно М. Шлейдену, ядро в процессе обра- зования клетки исчезает (рис. 1-5). Большой материал по микроскопическо- му строению тканей животных дали в середине XIX века работы чешского биолога Я. Пуркине (1837, 1845). Он разработал «теорию зернышек» (так он называл клетки, ядра, а иногда и секреторные включения), в которой не смог провести границу между различными «зернышками».          Впервые клеточную теорию сформулировал немецкий биолог Т. Шванн (1839) в книге «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Т. Шванн, ознакомившись с ис- следованиями М. Шлейдена, увидел в ядре критерий для сопоставления тканевых структур животных и клеток растений. Однако Т. Шванн продол- жал считать главным компонентом клетки ее оболочку и воспринял ложное представление М. Шлейдена о новообразовании клеток из бесструктурного вещества (цитобластемы). Впоследствии клеточная теория была распростра- нена на одноклеточные организмы - простейших (К. Зибольд, 1848).         Дальнейшее развитие клеточной теории связано с открытием прото- плазмы и клеточного деления. К середине XIX века выяснилось, что глав- ным в клетке является её «содержимое» - протоплазма. Немецкий патолог Р. Вирхов (1858) в книге «Целлюлярная патология» распространил клеточную теорию на явления патологии. Он также обратил внимание на ведущее зна- чение ядра в клетке, провозгласив принцип образования клеток путём деле- ния (“omnis cellula ex cellula” - «каждая клетка из клетки»). Деление вначале трактовалось как перешнуровка ядра и клеточного тела. В 70-80-х гг. XIX века был открыт митоз как универсальный способ клеточного деления, ти- пичный для всех клеточных организмов. В конце XIX века были открыты клеточные органоиды. Клетку перестали рассматривать как простой комочек протоплазмы. Тем не менее, в конце XIX века наметилась механистическая трактовка организма как суммы клеток.         Современная клеточная теория исходит из единства расчленённости многоклеточных организмов на клетки и целостности организма, основан- ной на взаимодействии клеток. Чем сложнее организм, тем более выступает его целостность. У животных целостность осуществляется нервной и гумо- ральной системами, а у растений - непосредственной цитоплазматической связью клеток (плазмодесмами), а также фитогормонами. Исследования с по- мощью электронного микроскопа укрепили основные положения клеточной теории. Доказана универсальность клеточных органоидов в растительных и животных клетках. Тем не менее, показано, что есть организмы (Procariota), у которых нуклеиновые кислоты генома не заключены в оформленное ядро                                     5   (например, бактерии и, в том числе, сине-зелёные водоросли).       Особым пунктом клеточной теории является представле-       ние о том, что клетка – наименьшая частица живого веще-       ства, обладающая всеми признаками живого, в частности,       способностью расти и размножаться (упомянутый принцип       «клетка – от клетки»). То есть никакие неклеточные биоло-       гические объекты, например, вирусы, не являются живыми,       пока не инфицируют клетку-хозяина. Моментом зарождения       жизни тогда следует считать момент формирования первой       самовоспроизводящейся клетки. И последнее: каждый живой       организм (не принимая во внимание клоны) начинает своё су-       ществование с единственной клетки (зиготы, например, или       материнской клетки в случае одноклеточных).                                    6        ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТКИ Содержание      Строение и разнообразие растительных клеток         Форма и размеры растительных клеток         Основные черты своеобразия растительных клеток         Компоненты растительных клеток         Учебные задачи:       1. Составить представление о размерах и количестве клеток в теле растения. Выяснить пределы изменчивости размеров клеток растений. По- нять взаимосвязь формы и размеров клеток с их расположением и выполняе- мыми функциями.       2. Усвоить основные различия между строением растительных и жи- вотных клеток. Выяснить причины этих различий, коренящиеся в различии образа жизни и способа питания организмов.        3. Усвоить названия основных структур клетки. Понять принцип классификации внутриклеточных компонентов клетки растений.          Глоссарий       Автотрофный тип питания – способность организма самостоя-  тельно синтезировать органические вещества из неорганических.       Вакуом – совокупность вакуолей – неживых образований, как бы  мембранных мешков, служащих резервуарами или хранилищами клет-  ки.       Включения – оформленные частицы различных веществ (напри-  мер, кристаллы солей ряда органических кислот, зерна крахмала, кап-  ли масла и др.), находящиеся в клетке.       Гиалоплазма (цитозоль) – основная плазма, матрикс цитоплаз-  мы, сложная бесцветная коллоидная система протопласта клетки.       Клеточный сок – содержимое вакуолей – водный раствор погло-  щенных клеткой неорганических солей и простых органических ве-  ществ, в том числе, продуктов метаболизма клетки.       Оболочка – структура, одевающая клетку снаружи, обычно более  или менее жесткая и прочная, состоящая преимущественно из слож-  ных высокомолекулярных углеводов (полисахаридов) и других веществ,  выделяемых протопластом.       Органоиды (органеллы) – постоянные внутриклеточные струк-  туры, органы клетки, имеющие специфическое строение и выполняю-  щие определенные функции в жизнедеятельности клетки.       Паренхимные клетки (паренхима) – клетки, величина которых  более или менее одинакова во всех трех измерениях.         Прозенхимные клетки (прозенхима) – вытянутые клетки, у ко-  торых длина превышает ширину и толщину в 5-10 и более раз.       Протопласт – живое содержимое клетки, заключающее все кле-  точные органоиды; протопласт в виде тонкого постенного слоя при-  жат к оболочке, от которой отделён плазматической мембраной, а  изнутри граничит с тонопластами (вакуолярными мембранами).       Рост растяжением – увеличение объема клетки за счет осмоти-  ческих процессов (поглощения воды), обеспечиваемых вакуолью, в про-  цессе которого растягивается и достраивается клеточная оболочка.       Тотипотентность (омнипотентность) – способность любой (в  том числе, дифференцированной) клетки растения дать начало цело-  му организму.       Цитоплазма – живое содержимое клетки (часть протопласта) за  исключением ядра.       Ядро – специфическая мембранная органелла эукариотических  клеток, служащая вместилищем генетического материала клетки,  обеспечивающая хранение, реализацию и передачу генетической инфор-  мации.    1.1. Строение и разнообразие растительных клеток 1.1.1. Форма и размеры растительных клеток      Форма клеток. Согласно клеточной теории клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов.        Форма и размеры растительных клеток сильно варьируют и        зависят от положения клеток в теле растения и выполняе-        мых ими функций.       Если клетка выращивается изолированно, то её форма обычно прибли- жается к сферической. Если она растет в окружении других клеток, то все они имеют форму многогранников. Такая форма обусловлена их взаимным давлением. Многогранник обычно имеет 14 граней, состоящих из 5-6-уголь- ников. Поэтому на срезах сомкнутые друг с другом клетки часто выглядят как 5-6-угольники. Причем длина всех граней неодинаковая. Если клетки разъединить, они становятся округлыми.       Многие одноклеточные водоросли, обладающие эластичной оболоч- кой, имеют округлую форму (например, Chlamydomonas, Chlorococcus и др.). Форма клеток водорослей с твердой оболочкой бывает самой разнообразной и, подчас, очень сложной (например, Euastrum, Micrasterias и др. десмидие- вые, многие диатомеи (рис. 2)).       По форме различают два основных типа клеток: паренхимные и про- зенхимные.       Конфигурация клеток при этом может быть самой разной. В зрелом                                    8     Рис. 2. Клетки водорослей: 1 – Chlamydomonas, 2 – Chlorococcus, 3 – Euastrum,   4 – Micrasterias  состоянии паренхимные клетки обычно остаются живыми. Пример – клетки мякоти сочных плодов, большинство клеток листьев (рис. 3, 5-б-г). Прозен- химные клетки особенно характерны для механических и проводящих тка- ней. Концы их обычно заостренные. В зрелом состоянии они иногда мертвы (например – клетки древесины – рис. 4, рис. 5-и).       Форма взрослых растительных клеток всегда постоянна, независимо от того, прозенхимные они или паренхимные. Взрослые же клетки живот- ных могут менять свою форму, поскольку у них нет жесткой клеточной обо- лочки, как у клеток растительных.         Рис. 3. Паренхимные ткани: 1-3 - хлорофиллоносная (столбчатая, губчатая и складчатая соответственно); 4 - запасающая (клетки с зернами крахмала); 5 - аэренхима       Рис.4. Трахеиды                                           9       Рис. 5. Разнообразие клеток высших растений: а, б - меристематические клетки; в - крахмалоносная клетка запасающей паренхимы; г - клетка эпидермиса; д - двуядерная клетка секреторного слоя пыльцевого гнезда; е - клетка ассимиляционной ткани листа; ж - членик ситовидной трубки с клеткой-спутницей; з - каменистая клетка; и - членик сосуда         Размеры клеток       Размеры растительных клеток сильно варьируют. Однако они       находятся в определенных пределах, характерных для данного       рода растения и типа клетки. Размеры клеток не зависят от       размеров самого растения.       Отношение поверхности клетки к её объёму уменьшается с       увеличением объёма. Чем крупнее клетка, тем более затруд-       нены её связи с внешней средой. Поэтому величина клетки не       может быть особенно большой. Так, наиболее метаболически       активные клетки (например, в меристемах) имеют очень мел-       кие клетки, а неактивные, например, запасающие – крупные.       Самые мелкие клетки, как известно, имеют бактерии. Так, диаметр клеток ряда бактерий не превышает 1 мкм (одной тысячной миллиметра). Длина же некоторых прозенхимных клеток высших растений может изме- ряться сантиметрами. Однако у большинства высших растений диаметр кле- ток обычно находится в пределах 10-100 мкм. Паренхимные клетки имеют большие размеры в том случае, если они выполняют запасающую функцию. Например, клетки клубней картофеля, клетки сочных плодов. Так, мякоть плодов цитрусовых, арбуза состоит из клеток диаметром в несколько милли- метров; эти клетки видны невооруженным глазом.                                     10        

Характерные черты растительной клетки Характерные черты растительной клетки

Источник: window.edu.ru


Добавить комментарий