Растения. Растительная клетка

Растение, как и всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Существуют растения, построенные из одной-единственной клетки, к ним относятся од­ноклеточные водоросли. Большинство растений, с которыми мы сталки­ваемся в повседневной жизни - это многоклеточные организмы, пост­роенные из большого числа клеток.

Растения состоят из органов, каждый из которых выполняет свою функцию в организме. Например, у цветковых растений органами яв­ляются корень, стебель, лист, цветок. Каждый орган обычно построен из нескольких тканей. Ткань – это группа клеток, сходных по строе­нию и функциям. Клетки каждой ткани имеют свою специальность. В зависимости от выполняемых функций растительные клетки имеют раз­ную форму, размеры и особенности строения (табл. 6). Если взять разные растения, то можно встретиться с еще большим многообразием клеток. В то же время даже очень отличающиеся между собой клетки обладают глубоким сходством в строении.

В растительной клетке можно вычленить три главные зоны: клеточную стенку, протопласт и вакуоль (табл. 7, рис. 1 - 2). Клеточная стенка – сравнительно жесткое образование, представляющее собой сложную смесь веществ, выделяемых протопластом. В основном она построена из целлюлозы. У некоторых клеток (например, мякоти листа) на всем протяжении их жизни имеется только первичная клеточная оболочка, образовавшаяся во время деления клеток. Однако у большинства клеток на внутреннюю поверхность первичной оболочки отлагаются дополнительные слои целлюлозы, т.е. возникает вторич­ная клеточная стенка. Обычно это происходит после того, как клетка достигает своего максимального размера. Вторичная клеточная стенка пронизана многочисленными порами. В области поры клеточная стенка очень тонка, вторичного утолщения нет. Через поры по специальным цитоплазматическим нитям – плазмодесмам – молекулы могут диффунди­ровать из клетки в клетку. Благодаря этому осуществляется связь соседних клеток. Оболочки некоторых клеток (сосуды проводящих тка­ней, механические волокна) претерпевают одревеснение (лигнифика­цию), что придает им особую прочность. В пробковой ткани клеточные стенки пропитываются суберином – веществом, не пропускающим воду и газ. Клеточная стенка обеспечивает отдельным клеткам и растению в целом механическую прочность, опору.

Вакуоли также участвуют в выполнении этой функции – за счет давления, оказываемого их содержимым на цитоплазму и стенку клет­ки. Вакуоли – образования, находящиеся в центре растительной клет­ки. Это мембранные мешки, служащие хранилищами клетки; они запол­нены концентрированным раствором, содержащим минеральные соли, са­хара, органические кислоты, пигменты и некоторые отходы жизнедея­тельности.

Вакуоли выполняют следующие функции.

1. Обеспечивают поступление воды в клетку. Если концентрация клеточного сока выше, чем веществ в окружающей среде, то вода про­никает в клетку, вакуоль увеличивается в объеме и давит на цито­плазму и стенку клетки. Это давление называется тургорным. Клетка при этом находится в состоянии напряжения. Если же концентрация клеточного сока ниже, чем окружающего раствора, то вода будет вы­ходить из клетки (табл. 7, рис. 2-7).

2. В клетках некоторых растений в вакуолярном соке присутст­вуют пигменты, называемые антоцианами. Они имеют красную, синюю или пурпурную окраску. Именно вакуолярные пигменты определяют ок­раску лепестков цветков.

3. В вакуолях могут накапливаться отходы жизнедеятельности и некоторые продукты метаболизма: кристаллы оксалата кальция, алка­лоиды, таннины и т.д; может накапливаться латекс (млечный сок).

4. Некоторые компоненты клеточного сока играют роль запасных веществ, при необходимости используемых цитоплазмой. Это в первую очередь сахара и минеральные соли.

Протопласт – живая часть клетки, состоящая из цитоплазмы, од­ного или более ядер и всех органелл. Наружный слой цитоплазмы (цитоплазматическая мембрана) прилегает изнутри к оболочке клетки и, благодаря своей избирательной проницаемости, создает уникальную внутреннюю среду клетки. Хотя число органелл в клетке очень вели­ко, отстоят они друг от друга на довольно значительное расстояние и каждая окружена избирательно проницаемой мембраной. Содержимому многих растительных клеток свойственно довольно быстрое движение. При этом вся цитоплазма клетки вращается, скользя вдоль внутренней поверхности клеточной стенки и увлекая за собой различные органел­лы. Движение цитоплазмы способствует транспортировке питательных веществ, аэрации клетки и т.д.

Ядро – неотъемлемая часть каждой живой растительной клетки. Это самая крупная органелла, хорошо видимая в световой микроскоп. Как правило, клетки содержат одно ядро. Ядра имеют обычно шаровид­ную или яйцевидную форму, плотнее цитоплазмы и поэтому отчетливо видны в клетке без окрашивания. Ядро необходимо для жизни клетки, т.к. именно оно регулирует всю ее активность. Ядро отделено от ци­топлазмы мембраной, содержит ядрышко, хроматин и нуклеоплазму. Во время деления клетки хроматин образует туго скрученные нити, назы­ваемые хромосомами. Основной составляющей хроматина является ДНК.

В ДНК зашифрована информация о составе всех белков, которые могут образовываться в клетке. Клеточные белки являются ферментами и оп­ределяют течение всех реакций, составляющих суть жизнедеятельности клетки, формируют все свойства, отличающие ее от клеток других ра­стений. Т.о., ДНК содержит информацию о всех свойствах клетки и организма. ДНК обладает способностью к репликации, причем реплика­ция предшествует делению ядра и клетки, благодаря чему в ядрах до­черних клеток образуется полный и одинаковый объём наследственного вещества, точно такой же, какой содержался в ядре материнской кле­тки. Эта особенность ДНК обеспечивает полную передачу наследствен­ных свойств от клетки к клетке и от растения к растениям-потомкам.

Особенностью растительной клетки является присутствие в ней ряда специальных органелл, называемых пластидами (табл. 7, рис. 8 - 18). Прежде всего, это хлоропласты, благодаря которым типичная растительная клетка имеет зеленую окраску. Хлоропласты осуществляют фотосинтез и нахо­дятся главным образом в листьях; в травянистых растениях они могут находиться и в стеблях. Кроме этих пластид, во взрослой раститель­ной клетке могут присутствовать хромопласты (красного, оранжевого, желтого цветов) и лейкопласты (бесцветные, не содержащие пигмен­та). Хромопласты – нефотосинтезирующие пластиды. Больше всего хро­мопластов в плодах. Оранжевый пигмент, от которого зависит окраска корня моркови, тоже находится в хромопластах. Хромопласты могут развиваться из зеленых хлоропластов; последние при этом теряют хлорофилл и внутренние мембранные структуры и накапливают каротиноиды – пигменты, придающие красную, оранжевую и желтую окраску. Это происходит, например, при созревании многих фруктов. Лейкопласты приспо­соблены для хранения запасов питательных веществ (белков, жиров и углеводов), поэтому их особенно много в запасающих органах - кор­нях, семенах и молодых листьях. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты.

Остальные органеллы очень мелкие и не видны в световой микроскоп. Растительной клетке свойственны все типичные для эукариотной клетки органеллы: митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы. В митохондриях осуществляется процесс дыхания, в результате которого молекулы органического вещества расщепляются, освобождающаяся при этом энергия запасается в форме АТФ. Эндоплазматический ретикулум – это обширная система мембран, в которой происходит синтез очень многих веществ. Она может связываться с ядром и служить местом прикрепления рибосом. Встречаются и свободные рибосомы. В рибосомах аминокислоты соединяются друг с другом, образуя белки. Термином «аппарат Гольджи» обозначают мембранные системы, представляющие собой группы плоских, дископодобных цистерн, от которых отпочковываются многочисленные пузырьки. В этих мембранных системах, по-видимому, накапливаются и упаковываются сложные углеводы и другие вещества, которые в пузырьках переносятся к границам клетки. Аппарат Гольджи особенно развит в выделительных клетках. Он также синтезирует и выделяет вещества, образующие клеточную оболочку. Лизосомы – довольно мелкие округлые тельца. Содержимое лизосом – ферменты, переваривающие белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды. Те части клетки, которые отмирают в процессе ее развития, разрушаются с помощью ферментов лизосом. В умершей клетке лизосомы разрушаются, ферменты оказываются в цитоплазме, и вся клетка, за исключением оболочки, подвергается перевариванию.

Несмотря на разнообразие, все растительные клетки можно разделить на две основные группы: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех плоскостях. Из них построены основные ткани всех органов растения. Про­зенхимные клетки вытянутые, длина в 5-10 и более раз превышает ши­рину. Часто эти клетки мертвые, лишенные протопласта, а оболочка одревесневшая или опробковевшая.

Перечислим особенности, свойственные растительным клеткам.

1. Наличие пластид. Многочисленные хлоропласты осуществляют превращение лучистой энергии в химическую, что делает клетку автотрофной.

2. Клеточная стенка той или иной степени жесткости. Она слу­жит скелетом растения; протопласт заключен в ней, как в жестком футляре.

3. Центральная вакуоль, на долю которой во взрослой клетке приходится около 90% объема клетки.

4. Плазмодесмы. Они обеспечивают практически во всем растении непрерывность протопласта.