Лекция № 1. ВВЕДЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
1. Жуковский П.М. Ботаника. - М: Колос, 1982. - 623с.
2. Хржановський В.Г., Пономаренко С.П. Ботаніка: Підручник. -2-е вид., перероб. І доп. - К.: Вища шк., 1993. - 328с.
3. Тихомиров Ф.К., Навроцька А.А., Григора И.М. Ботаника. - К.: Урожай, 1998. - 416с.
4. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1980. - 314с.
7. Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Колос - 1999. - 484с.
8.
9. Програма навчальної практики з ботаніки / Якубенко Б.Г., Григора И.М., Царенко П.М. и др. К.: вид-вл НАУ – 2004. – 137с.
.....
Дополнительная
Флора СССР. 1-30 т. /под ред. В.Л. Комарова. - М. - Л: Изд. АН СССР, 1932- 1949.
Флора УРСР в 12 т. / под ред Є.І. Бордзіловського.- К.: Вид –во АНУРСР, 1953.
Жизнь растений В 6 томах. - М.: Просвещение, 1976 - 1982с.
Определитель высших растений Украины. - К.: Наук. думка, 1987.- 1987. - 548с.
Васильев А.Е., Н.С. Воронин, А.Г. Еленевский, Т.И. Серебрякова, Н.И. Шорина. Ботаника морфология и анатомия растений. - М.: "Просвещение", 1988.- 480с.
Інформаційні ресурси
http://www.ecosystema.ru/08nature/trees/morf-win/morf.htm
http://e-lib.gasu.ru/eposobia/papina/bolprak/
http://www.ebio.ru/images/
http://flower.onego.ru/kustar/celtis.html.
ПЛАН
1.Ботаника как наука. Многообразие растительного мира.
2.Разделы ботаники.
3.Роль ботаники в ветеринарной медицине.
БОТАНИКА (от греч. «ботанэ»-трава, овощ, зелень) – наука о растениях, их строении, биологии, экологии, распространении, эволюции и классификации. Растения весьма разнообразны самые маленькие - это вирусы и фаги рассмотреть их возможно только при увеличении в 100-300 тыс. раз, так размер бактериофагов составляет 50-100нм (1нм.=10 –9м.). Самое крупное растение секвоядендрон (Sequoiadendron giganteum) высотой 100м., а в диаметре 10м.(произрастает в Калифорнии находиться под охраной). На сегодняшний день известно около 500тыс. видов растений. В зависимости от типа питания растения делят на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы- организмы, самостоятельно создающие органическое вещество из неорганических (углекислоты, воды и минеральных солей) за счет энергии солнечного света (фотосинтеза) или химических превращений (хемосинтеза). К А. Относятся все зелёные растения и хемотрофные водные и почвенные бактерии. Гетеротрофы- организмы не способные самостоятельно синтезировать сами органические соединения, а использующие для питания готовые органические вещества (грибы, некоторые высшие паразитические растения).
Жизнь на Земле в целом обеспечивается воздействием Солнца, и атмосферы на зелёный растительный покров суши и океана. Благодаря фотосинтезу, который осуществляется растениями, в атмосферу поступает кислород (460 млрд.т), необходимый для дыхания, горения, окисления и т.д. Растения, не содержащие хлорофилла также имеют важное значение для круговорота веществ в природе, в частности, при минерализации 1г. почвы принимает участие несколько миллиардов бактерий. На естественную растительность приходиться 60-80% очистительных возможностей биосферы. Растения накапливают органические вещества необходимые для питания человека и животных, а промышленности сырьём. Культурные растения насчитывают 1500 видов, среди них растения продовольственные, технические и лекарственные. Растительное происхождение имеют: уголь, нефть, газ, торф, то есть основные виды топлива.
Сохранение видового состава растений на Земле важно для человечества не только потому, что каждый вид несет в себе неповторимую генетическую информацию, важную для эволюции, а ещё и потому, что нам не известны все потенциальные возможности того или иного вида. Поэтому утрачивая какой либо вид мы можем навсегда лишиться возможности в решении какой либо из таких глобальных проблем как: голод, лечение СПИДа, рака и т.д.
В ходе развития ботаники как науки дифференцировались разделы: морфология растений, цитология, гистология, анатомия, систематика, эмбриология, физиология, география, фитоценология (геоботаника), экология, палеоботаника, генетика.
Лекции 2-4
ТЕМА№ 1. РАЗДЕЛ 1. ЦИТОЛОГИЯ
Основы учения о клетке.
План
1.Основы учения о клетке.
2.Строение и функции растительной клетки.
3.Структурная система «цитоплазма». Физико-химические особенности.
4.Основные органеллы цитоплазмы их строение и функции.
5.Структурная система «ядро». Физико-химические особенности. Ядерная оболочка ядерный сок, ядрышко, хромосомы. Строение и функции. Деление клетки: митоз, мейоз, амитоз.
6.Производные протопласта: запасные продукты, и физиологически активные вещества, клеточный сок, клеточная стенка.
КЛЕТКА - основная структурная и функциональная единица организма. Снаружи она ограничена стенкой, внутри ее живое содержимое протопласт. Она характеризуется всеми свойствами живого: обменом веществ, ростом, развитием и т.д. Большинство растений это многоклеточные организмы, например в одном листе древесного растения около 20млн. клеток.
Первые представления о клетке человек получил сравнительно недавно. В 1665г. английский физик Роберт Гук опубликовал результаты исследования пробки растений под микроскопом, что послужило основой для клеточной теории сформулированной впервые в книге М. Шлейдена (1804-1881) «Данные по развитию растений».
В 1671г. Н. Грю и М. Мальпиги в труде «Начала растительной анатомии» уделили большое внимание форме и строению оболочек клеток.
В 1839г. Я. Пуркинье было предложено название содержимого клетки протоплазма (то есть живая материя в первозданной форме).
В 1833г. Р Броун обнаружил клеточное ядро и высказал идею о его ведущей роли в жизнедеятельности клетки.
В 1838г. М. Шлейден открыл наличие ядрышка в клетке лука.
В 1862г. Р. Кёллер ввёл термин «цитоплазма» для материала окружающего ядро.
Строение и функции растительной клетки.
Растительная клетка обычно состоит из 3 частей: стенки, протопласта и вакуоли, как правило, заполненной клеточным соком. Клеточная стенка и вакуоль являются производными протопласта.
Протопласт- это живое содержимое клетки. Он включает в себя различные компоненты. Компоненты клетки условно подразделяют на 2 категории:
1.органеллы (выполняют определённые функции и имеют специфическое строение, к ним относятся: ядро, пластиды, митохондрии, эндоплазматичный ретикуллум, аппарат Гольджи, рибосомы, сферосомы и др).
2.продукты жизнедеятельности и их производные (продукты запаса, экскреты, физиологически активные вещества-ферменты, витамины и т.д.).
Протопласт состоит из 2 частей цитоплазмы и ядра.
Цитоплазма – внеядерная часть протоплазмы клетки ограниченная биомембраной. ЦИТОПЛАЗМА образована по принципу мембранной организации.
Мембраны - живые компоненты цитоплазмы, обладающие избирательной проницаемостью, что во многом определяет химический состав цитоплазма и создаёт возможность её подразделения на подразделения - компартаменты различного химического состава. Пограничными мембранами цитоплазма. являются плазмолемма (наружная мембрана прилегающая к оболочке клетки) и тонопласт (вакуолярная мембрана). Растворимую часть ЦИТОПЛАЗМА называют цитозолем, которая содержит систему микрофилламентов.
Плазмолемма (клеточная мембрана) регулирует поступление веществ в клетку и выделения их из неё, воспринимает раздражения, а так же может выполнять синтезирующие функции, так в ней происходит образование целлюлознх микрофибрилл клеточной оболочки. Образована 2 слоями белков и 1 липидов.
Гиалоплазма (матрикс)- основное вещество цитоплазмы, связывающее все органеллы клетки представляет собой непрерывную каллоидную фазу клетки с определённой вязкостью. Она обеспечивает связь и взаимодействие погружённых в неё органелл. Количество и состав её изменяется в зависимости от фазы развития и активности клетки, в молодых клетках её как правило больше, в зрелых её меньше.
Тонопласт –мембрана, окружающая вакуоль клетки и сходная по структуре с плазмолеммой, обладает избирательной проницаемостью и способностью к активному транспорту ионов.
Плазмодесмы тонкие цитоплазматические нити, связывающие цитоплазму 2 клеток через тонкую пору в клеточной стенке.
Микротрубочки состоят из белков, образуют в клетках внутренний каркас, помогающий клеткам сохранять форму и служат направляющими при перемещении различных органелл. Микрофилламенты способствуют току цитоплазмы.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ.
ЦИТОПЛАЗМА - представляет собой сложную коллоидную систему, главным компонентом которой являются белки, находящиеся в соединении с различными органическими веществами (липидами, углеводами, органическими кислотами и др.). Цитоплазма содержит неорганические соли и воду от 70 до 90%. Химический состав цитоплазма непрерывно изменяется под влиянием реакций обмена. Цитоплазма способна осуществлять движения: вращательные или струйчатые. Тонопласт и плазмалемма цитоплазмы находиться в состоянии геля, а гиалоплазма в состоянии золя, чем старше клетка тем большая её часть находиться в состоянии геля (повышается вязкость, уменьшается содержание воды, вакуолизация цитоплазмы). В стареющей клетке накапливается желтый пигмент липофуцин, который снижается активность ферментов.
Система мембран пронизывающая цитоплазму называют эндоплазматический ретикулум (ЭПС), служит местом прикрепления рибосом и ферментов биосинтеза липидов, делит цитоплазма на отдельные компартаменты. Есть рибосомальная ЭПС, по которой транспортируется белок синтезированый на рибосомах, и гладкая ЭПС, которая служит местом синтеза липидов и стероидов.
Сферосомы – субмикроскопические округлые тельца с гомогенным содержимым, выполняют функцию синтеза и превращения липидных веществ, полагают, что их функция связана с деятельностью ЭПС.
Аппарат Гольджи (совокупность диктиосом, которые представляют собой мембранные пузырьки с продуктами жизнедеятельности )- состоит из мембран, участвует в процессе секреции, образовывает лизосомы.
Лизосомы -состоят из мембран и пищеварительных ферментов, выполняют функцию переваривания питательных элементов и клеточных компонентов отслуживших свой срок (автофагия, эктоцитоз, автолиз).
Митохондрии состоят их 2 мембран, белков, ДНК и митохондриальных рибосом, выполняют функцию дыхания и извлечения энергии из питательных веществ.(кристы, матрикс, внутренняя и наружная стенки). Главным продуктом дыхания является АТФ. Клетки растущих тканей содержат, как правило большое количество митохондрий.
Пластиды встречаются только в растительных клетках. Они состоят их 2 мембран, пигментов, ферментов, ДНК и рибосомальных пластид. выполняют функцию фотосинтеза (хлоропласты) и запаса питательных веществ. От пластид зависит зеленая окраска растений. В клетках высших растений встречаются 3 типа пластид: хлоропласты (зелёные), лейкопласты (бесцветные), хромопласты (оранжевые или красные). В процессе развития растения пластиды одного типа могут переходить другой тип, то есть хлоропласты могут легко переходить в хромопласты и наоборот. Зеленную окраску обеспечивает пигмент хлорофилл, красную –каротины и ксантофиллы.
Субмикроскопическое строение хлоропластов – имеют форму линзы в клетке их 25-50шт, способны перемещаться по клетке (липопротеиновые мембраны, ламелы, граны, оболочка, строма- матрикс, ДНК, ферменты, способствующие образованию липидов, капли жира).
Лейкопласты имеют слабо развитую внутреннюю мембрану подразделяют, в зависимости от веществ которые они синтезируют на амилопласты (крахмал), протеинопласты (белок), олеопласты (жир). Содержатся в органах растения лишенных света. Хромопласты –гран не имеют, возникают из протопластид или хлоропластов. У водорослей фотосинтез осуществляется хроматофорами.
ЯДРО - обязательная и главная составная часть живой клетки. От цитоплазмы ядро отделено двухслойной мембраной, содержащей поры –ядерной оболочкой. Внутри ядро заполнено кариолимфой (ядерным соком), в которую как бы погружена хроматиновая сеть и ядрышки. Размеры ядра обуславливаются размерами клетки (10-25нм.) и её возрастом (у делящихся клеток оно может занимать до 50% объема, у зрелых клеток его относительный объем уменьшается за счет увеличения объема клеточного содержимого). В ядре находится ДНК (15-30% химического состава)- генетический материал клетки, объединённый с большим количеством белка (гистона) в структуры, называемые хромосомами. В промежутках между делениями ядра хромосомы раскручиваются, и их вещество распределяется по клетке в виде рыхлой массы. Хромосомная ДНК управляет образованием молекул РНК в процессе синтеза белков в цитоплазме. Ядро является регуляторным центром клетки поскольку образуемая им РНК определяет какие белки будут синтезироваться на рибосомах в цитоплазме.
Функции ядра:
1генетическая
2.метаболическая (обмен)
3.формативная (какой формы ядро такой и будет и клетка, ядро сферическое - клетка округлая, ядро палочковидное -клетка вытянутая).
Если ядро удалить клетка быстро погибает.
ХРОМОСОМЫ - самовоспроизводящиеся ядерные структуры, носители генов, состоят из 2 хроматиновых нитей соединённых центромерой. В основе хромосом лежит молекула ДНК (двойная спираль). Количество хромосом специфично для каждого вида (кариотип). В нормальном состоянии эукариотические клетки имеют четное число хромосом диплоидное (2п), в результате редукционного деления в клетках набор хромосом уменьшается в двое, и получается гаплоидный набор (п). В соматических (сома- тело) клетках набор хромосом всегда диплоидный. Под влиянием различных факторов (радиации, химического воздействия и др.) кариотип может изменяться кратное увеличение числа хромосом называется полиплоидией (возникают 3п, 4п и полиплоидные формы).
ЯДРЫШКО - находящаяся внутри ядра округлая структура, образуется спутниковыми хромосомами, в нём происходит синтез рибосомальной РНК, в ядре их может быть 1или несколько.
МИТОЗ- это деление ядра, приводящее к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется такой же набор хромосом как в родительском ядре. Митозу предшествует удвоение хромосом, происходящее в промежутке между делениями, то есть в интерфазе.
В интерфазе выделяют: фазу большого роста (когда дочерние клетки увеличиваются до размеров взрослых), удвоение ДНК и малого роста (синтез белков подготовка к делению).
Выделяют 4 стадии деления.1.Профаза - (про- до)- объём ядра увеличивается, происходит спирализация хромосом, ядерная оболочка растворяется, ядрышки исчезают.
2. Метафаза (мета- середина) распад ядерной оболочки, формируется ахроматиновое веретено в виде нитей, которые тянутся от полюса к полюсу, хромосомы располагаются по середине, каждая материнская хромосома делится на 2 дочерние, центромеры делятся.
3.Анафаза (ана-вдоль) дочерние хромосомы идут к полюсам, и делятся вдоль
4
.Телофаза
(телос- конец) клетка делиться на 2 части,
восстанавливается ядро. Происходит
цитокинез – деление цитоплазмы.
Продолжительность митоза от 1 до 24 часов.
МЕЙОЗ (мейон- уменьшение, редукция ) редукционное деление клетки с образованием 4 клеток с гаплоидным (гаплос- простой) набором хромосом, Характерен при половом размножении. Состоит из 2 быстро следующих друг за другом делений ядра. В результате первого деления (гетеротипного) порисходит редукция числа хромасом. Второе деление (гомотипное) типичное митотичное. Перед началом мейоза каждая хромосома удваивается (реплицируется), и удвоенные хромосомы, в течении некоторого времени остаются связанными через центромеру.Мейоз состоит из профазы1, метафазы1, анафазы 1, телофазы1 и метафазы2, анафазы2 и телофазы2.
Исходное ядро Х Х
4 хромосомных эквивалента
Ядро после
1-го деления Х Х
2 хромосомных эквивалента 2 хромосомных эквивалента
Ядро после
2-го деления 1 1 1 1
1 хромасома 1 хромасома 1 хромасома 1 хромасома
Мейоз обеспечивает возможности для полового размножения, так как позволяет сохранять видовую специфичность кариотипа и предусматривает возможности для комбинаций.
ПРОИЗВОДЕЫЕ ПРОТОПЛАСТА это продукты жизнедеятельности (метаболизма) живых компонентов клетки, большинство из них находится в цитоплазме, но некоторые, например клеточная стенка, находятся за её пределами. К производным протопласта относят физиологически активные вещества (ферменты, фитогормоны, витамины и др.), продукты обмена – твёрдые включения (крахмальные зёрна, кристаллы и др.) и растворённые в цитоплазме, а так же клеточную стенку.
КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ –это продукты обмена веществ, они то возникают, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки, представляют собой плотные частицы –гранулы, жирные капли либо кристаллы.
ВАКУОЛЬЮ называют мембранный мешочек (окруженный тонопластом), содержащий клеточный сок.
КЛЕТОЧНЫЙ СОК – жидкость, выделяемая цитоплазмой и заполняющая вакуоли - это концентрированный раствор различных веществ, таких как минеральные соли, сахара, пигменты и др. Химический состав и концентрация клеточного сока специфичны для вида, органа, ткани растения и очень изменчивы. В клетках корнеплодов сахарной свеклы накапливаются полисахариды, в клетках созревающих семян - белки, клетки коры и стеблей содержат танины, которые выполняют защитную функцию. У некоторых акаций в вакуолях содержатся цианиды. Содержание пигментов специфично для каждого вида. Наиболее распространенным является антоциан, который обуславливает яркую окраску лепестков и плодов (кроме зелёного и жёлтого). Этот пигмент может менять окраску в зависимости от реакции (рН) клеточного сока. Кислая реакция обуславливает розовую окраску, нейтральная – фиолетовую, а щелочная - синюю. Иногда этот пигмент содержится в листьях (у бегонии, у традесканции).
В растительной клетке вакуоли, как правило занимают центральное положение, в молодых клетках они мелкие с возрастом они увеличиваются. Кроме того, содержимое вакуоли обуславливает осмотические свойства клетки (направление движения растворов). Осмотическое давление обусловлено экологическими условиями обитания растений, так у пресноводных растений оно равно 1 атм., у степных 30атм, а у растений засолённых почв 100атм.
ВКЛЮЧЕНИЯ - образуются вследствие локальной концентрации некоторых продуктов обмена веществ в определённых участках клетки (гиалоплазме, органеллах, клеточной оболочке) часто имеют вид кристаллов. Наличие включений их форма и распределение специфичны для видов, родов и семейств. Функционально они представляют собой временно выведенные из обмена веществ соединения (запасные вещества) или конечные продукты обмена. К категории запасных веществ относятся: крахмальные зёрна (в пластидах злаковых, картофеля), липидные капли (липидные капли в гиалоплазме древесины хвойных, дуба, семян подсолнечника, арахиса), отложения белков (в ядре, в гиалоплазме клубней картофеля, пластидах фасоли, в ЭПС мяты). Запасные вещества откладываются в семенах в очень больших количествах в зрелом сухом семени в вакуолях могут выпадать в осадок и кристаллизоваться беки, в результате чего они превращаются в алейроновые зёрна. Кристаллы оксалата кальция могут накапливаются в вакуолях и имеют специфичную форму для групп растений (кристаллический песок у бузины и паслёновых, игольчатые кристаллы - виноград). Полагают, что, не имея, возможностей для выделения продуктов обмена растения накапливают конечный продукт жизнедеятельности протопласта в виде кристаллов, для выведения из обмена веществ излишков кальция, однако в отдельных случаях они могут исчезать, и тогда их следует рассматривать как запасные вещества.
Растительная клетка окружена толстой КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКОЙ, лежащей кнаружи от клеточной мембраны. Благодаря клеточной стенке каждая отдельная клетка сохраняет свою форму, обеспечивает тургорное давление (давление протопласта на клеточную стенку изнутри, в следствии поглощения воды), способствующее усилению опорной функции. Благодаря тургору органы и ткани растения находятся в напряженном состоянии и не поникают, именно тургорное давление обеспечивает возможность растущим корням пробивается сквозь твёрдую почву и даже скалы. При попадании в среду с повышенной концентрацией солей клетка начинает терять воду и цитоплазма отходит от стенок клетки – это явление называется ПЛАЗМОЛИЗОМ. В случае если после наступления плазмолиза клетка попадает в условия, когда окружающий её раствор имеет меньшую концентрацию солей наступает явление ДЕПЛАЗМОЛИЗА, то есть вода поступает в клетку и она снова приходит в состояние тургора. При увядании растений наблюдается явление ЦИТОРИЗА, когда при потере тургора цитоплазма увлекает за собой отдельные участки стенки, которая при этом сморщивается. Таким образом цитолиз наступает в результате испарения воды (в отличие от плазмолиза, когда потеря воды происходит осмотическим путём).
Клеточная стенка построена из целлюлозных микрофибрил погруженных в матрикс (в состав которого входят полисахариды). Она обеспечивает механическую прочность, регулирует рост клеток посредством ограничения и направления, система клеточных стенок служит путем для передвижения веществ, посредством кутикулы выполняет защитную функцию, иногда способствует запасу питательных элементов (в некоторых семенах). Пектиновые вещества углеводной природы как бы склеивают соседние клетки.
Клеточная стенка имеет поры и перфорации.
ПОРЫ- представляют собой углубления в оболочке клетки. ПЕРФОРАЦИИ- сквозные отверстия в оболочках, соединяющие полости соседних клеток, через которые проходят плазмадесмы. Располагаются одна против другой в соседних клетках.
В зависимости от выполняемых клетками функций на стенках образуются различные утолщения. При наружном утолщении стенок они пропитываются жироподобным веществом кутином. Клетки механических тканей утолщаются по всей поверхности неравномерно. С возрастом, в связи с выполнением водопроводящей и механической функций стенки некоторых клеток пропитываются лигнином (полимер фенольной природы), в результате чего одревесневают. Обычно одревеснение приводит к смерти живого содержимого клетки. Однако в некоторых случаях одревеснение не препятствует нормальной жизни клетки (древесная паренхима деревьев, каменистые клетки плодов груши).
Часто стенки клеток с поверхности стебля или корня пропитываются суберином (вещество, состоящее из глицерина, феллоновой и пробковой кислот) и подвергаются опробковению. Опробковевшие клетки не пропускают не жидкости не газы, не проводят тепло и электричество. Опробковение имеет место при заживлении ран и образовании прослоек у черешка листа перед листопадом. Наружные клетки иногда подвергаются кутинизации, то есть пропитываются кутином (веществом, состоящим из смеси воскоподобных веществ). Кутин откладывается в виде сплошного слоя различной толщины, который называется кутикулой, она не пропускает жидкость, газы, через неё не проникают живые организмы и отражаются солнечные лучи. Считают, что кутикула может служить радиационным экраном, так как она поглощает ультрафиолетовые лучи.
Минерализация – это инкрустация стенки клетки различными минеральными солями (кремнезёмом, углекислым кальцием), имеет защитное значение. Наблюдается на стенках клеток покровных тканей и волосков злаковых, на стенках жгучих волосков у жгучей крапивы. Иногда на стенках клеток образуются слизи и камеди, способные впитывать большое количество воды и набухать. Химизм этих веществ изучен недостаточно (по-видимому это полимеры родственные пептину).
Ослизнение распространено у водорослей при высвобождении спор или гамет и в клетках паренхимных тканей при заживлении ран. Камеди выделяются при прорастании семян косточковых, в набухшем состоянии вытягиваются в нити. У некоторых растений (каркас) в стенках стареющих клеток накапливаются гемицелюлозы, в результате чего стенки набухают в полость клетки.
Лекции 5-7