Лабораторная работа №4 Тема: Растительная клетка. Продукты жизнедеятельности протопласта – эргастические вещества. Деление растительной клетки.

Вещества живого содержимого растительной клетки - протопласта и продукты его жизнедеятельности очень разнообразны. Условно их объединяют в две группы:

1) конституционные, входящие в состав живой материи, и участвующие в обмене веществ (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др.);

2) эргастические включения (греч. эргон - работа) - представляющие собой компоненты протопласта, играющие вспомогательную роль в его жизни и являющиеся либо источниками материи и энергии при росте и работе живой клетки, либо отбросными продуктами ее метаболизма. Одни из них - запасные вещества, т.е. временно исключенные из процесса обмена веществ (белки, липиды, углеводы: крахмал, инулин сахар и др.). Другие вещества - конечные продукты, например, соли кальция.

Крахмал (после целлюлозы) является самым распространенным в растительном мире углеводом. Крахмал образуется в хлоропластах во время фотосинтеза (ассимиляционный или первичный крахмал) и имеет вид мелких крупинок. Однако здесь он не накапливается. При помощи ферментов первичный крахмал осахаривается и в виде глюкозы транспортируется из листа на построение органов или в запас. Вторичное превращение уже из сахара в крахмал происходит в лейкопластах (амилопластах), где образуются простые, полусложные или сложные зерна вторичного крахмала. Если в лейкопласте имеется одна точка, вокруг которой откладываются слои крахмала, то образуется простое зерно, если две и более, то образуется сложное зерно, состоящее как бы из нескольких простых. Полусложное зерно образуется в том случае, если крахмал сначала откладывается вокруг нескольких точек, а затем после соприкосновения простых зерен вокруг них возникают общие слои. Видимая слоистость крахмальных зерен обусловлена неодинаковым гидротированием (обводнением) слоев крахмала. Она проявляется в различной степени.

Возникновение слоистости приписывают чередованию двух углеводов амилазы (линейные молекулы) и амилопектина (разветвленные молекулы). Расположение слоев может быть концентрическим (например, у злаков и бобовых) и эксцентрическим (например, у картофеля). В последнем случае, точка, вокруг которой откладываются слои, находится не в центре зерна, а сдвинута вбок.

Вторичный крахмал — это запасный продукт. Он накапливается в специализированных органах: корневищах, клубнях, семенах, плодах и т. д. Каждому виду растений свойственна определенная форма крахмальных зерен. Это обстоятельство используют при анализе состава муки.

В клубнях растений семейства сложноцветных клеточный сок содержит близкий к крахмалу углевод инулин, отличающийся от крахмала растворимостью в воде.

Белки - это основные органические вещества, определяющие строение и свойства живой материи. Запасные белки наиболее часто откладываются в виде зерен округлой или овальной формы, называемых алейроновыми. Это простые белки - протеины. Они откладываются в вакуолях или лейкопластах (алейронопласты). Запасными белками очень богаты семена бобовых и злаковых растений. Большое количество белков находится в клетках, расположенных под семенной кожурой, в так называемом алейроновом слое.

Липиды включают большую группу соединений биологического происхождения. Липиды являются структурными компонентами клетки (входят в состав мембран, образуют липидные капли в цитоплазме) или эргастическими веществами. Запасные масла обычно откладываются в лейкопластах, называемых олеопластами.

Работа 1. Вещества запаса.

Последовательность работы:

1. Приготовить и рассмотреть временные микропрепараты крахмальных зерен клубня картофеля (Solanum tuberosum L.).

Отрезать маленький кусочек клубня картофеля и сделать им мазок на предметном стекле в капле воды. При этом из разрушенных клеток в воду переходят крахмальные зерна, в результате чего она мутнеет. Каплю накрыть покровным стеклом и рассмотреть при малом и большом увеличении. При большом увеличении хорошо видны овальные и яйцевидные зерна крахмала с эксцентрической слоистостью (рис. 21, А). При рассмотрении слоистости следует прикрыть диафрагму конденсора и слегка вращать микрометренный винт. Найти и зарисовать простые, сложные и полусложные крахмальные зерна.

Рис. 1. Запасной крахмал в клетках клубней картофеля : (Solanum tuberosum L.); 1 - простое крахмальное зерно, 2 - сложное, 3 - полусложное.

Рис. 1. Запасные вещества в зерновке пшеницы (Triticum aestivum) на поперечном срезе:

1 - околоплодник, 2 - кожура семени, 3 - алейроновый слой, 4 - ядро, 5 - клетки эндосперма с крахмальными зернами, 6 - крахмальные зерна.

 

Задание 2. Рассмотреть алейроновый слой, алейроновые и крахмальные зерна на постоянном микропрепарате поперечного среза зерновки пшеницы (Triticum aestivum). Зарисовать фрагмент среза и сделать обозначения.

Последовательность работы. При малом увеличении найти тонкий участок среза, на котором видна золотистая полоска из клеток алейронового слоя, расположенного сразу же под кожурой семени и покровами зерновки. В результате реакции с йодом белок приобретает желтую окраску. При большом увеличении рассмотреть плотно сомкнутые клетки алейронового слоя, имеющие кубическую форму, заполненные мелкими алейроновыми зернами. Иногда в центре клетки заметно ядро. В глубже лежащих клетках эндосперма зерновки видны крахмальные зерна. Зарисовать несколько клеток алейронового слоя, кожуру семени, сросшуюся с околоплодником, и клетки эндосперма с крахмальными зернами и сделать обозначения.

Работа 2.

Кристаллические включения растительной клетки.

В отличие от животных клеток, которые выделяют избыток ионов во внешнюю среду вместе с мочой, растения, не имеющие развитых органов выделения, вынуждены накапливать их в тканях. Избыточное накопление веществ, выключаемых из обмена, часто приводит к выпадению их в осадок в аморфном виде или в форме кристаллов, носящих название включений.

Одним из токсичных продуктов жизнедеятельности клеток является щавелевая кислота. Растение освобождается от нее при помощи ионов кальция. Щавелевокислый кальций откладывается в растениях главным образом в старых и отмирающих клетках в виде кристаллов разнообразной формы; одиночных, друз, рафид и др. (рис.). Друзы - шаровидные образования, состоящие из многих мелких сросшихся кристаллов (в клетках корневищ, коры, корки, черешков и эпидермы многих растений). Рафиды - игольчатые кристаллы, соединенные в пучки (в корневищах купены, стебле винограда). Кристаллический песок - скопление множества мелких одиночных кристаллов (в чешуе лука, стебле бузины). Как правило, друзы встречаются у двудольных растений, а рафиды - у однодольных. Встречаются одиночные кристаллы более простых и сложных комбинационных форм. Кристаллы, имеющие форму сильно вытянутых призм, называют стилоидами. Также бывают цистолиты (греч. китос - пузырь, или мешок, литос - камень). Они чаще всего состоят из карбоната кальция или кремнезема и представляют собой гроздевидные образования внутри клеток, возникшие на выступах клеточной оболочки (фикус, крапивные, тутовые).

Последовательность работы:

Задание 1.

Рассмотреть и зарисовать друзы на поперечном срезе черешка бегонии борщевиколистной (Begonia manicata).

Последовательность работы. Сделать тонкий поперечный срез черешка бегонии в капле воды. При малом увеличении микроскопа найти тонкостенные паренхимные клетки. В их содержимом имеется тонкий постенный слой цитоплазмы с немногочисленными хлоропластами. В клеточном соке многих клеток встречаются отложения оксалата кальция либо в виде одиночных кристаллов - ромбоидров, либо в виде сростков многочисленных мелких кристаллов - друз. В некоторых клетках могут встретиться переходные формы, у которых на поверхности крупных одиночных кристаллов видны спаянные с ними более мелкие кристаллы. Найти клетки с разными по форме кристаллами (ромбоидры, друзы, переходные формы) и зарисовать.

Задание 2.

Приготовить временный микропрепарат продольного среза корневища купены лекарственной (Polygonatum officinale) в капле глицерина, рассмотреть и зарисовать клетки с рафидами.

Последовательность работы. Для получения хороших препаратов срезы желательно делать с фиксированного материала в продольном направлении. Рассмотреть их в воде или глицерине. Найти клетки, содержащие рафиды. Они обычно вытянутые и крупнее, чем окружающие их соседние паренхимные клетки. Рассмотреть в клетках игольчатые кристаллы, лежащие группами параллельно друг к другу. Они обычно окружены слизистым мешком и погружены в протоплазму клетки, занимая иногда почти всю ее полость.

 

 

Рис. 25. Кристаллы щавелевокислого кальция в клетках:

А - одиночные и крестообразные в клетках сухой чешуи луковицы лука (Allium cepa); Б - одиночный кристалл, сросток кристаллов и друза (черешок бегонии борщевиколистной - Begonia manicata); В - пучок рафид в клетке корневища купены (Polygonatum officinale); Г - стилоид (лист эйхгорнии - Eichhornia crassipes); Д - кристаллический песок (картофель - Solanum tuberosum).