В.Н. Кавцевич

Методические рекомендации

для выполнения лабораторных занятий по ботанике (раздел гистология)

Минск 2014

Тема 1. Образовательные ткани. Первичная меристема

Материалы и оборудование. Свежие препараты верхушек побегов растений элодеи (Elodea), фикуса (Ficus), сельдерея (Apium) или колеуса (Coleus); наклюнувшихся семян пшеницы или кукурузы;постоянные микропрепараты верхушки по­бега элодеи, кончика корня лука репчатого;стерео- и биологические микроскопы, предметные и покровные стекла, иллюстрации, пинцеты, препаровальные иглы, раствор J₂ в KJ, дистиллированная вода, таблицы.

Общие пояснения

Ткань– это группа клеток, объединенных выполнением одной или нескольких функций. Ткани покрытосеменных растений обеспечивают многие функции: потребление и сохранение воды, опоры, газообмена, оптимизации светопоглощения, минимизации перегрева и повреждения от солнечного излучения и многие другие, которые делают их наиболее преуспевающими растениями на земле. Ткани образуют вегетативные (корень, стебель и лист) и генеративные (цветок, семя, плод) органы растительного организма.

У растений функционируют основные типы тканей:

• меристема: апикальная меристема, первичные меристемы (прокамбий, протодерма, основная меристема), латеральные меристемы (васкулярный камбий, пробковый камбий);

• основные: сердцевина, кора, мезофилл;

• покровные: эпидерма, перидерма, пробка;

• васкулярные(сосудистые): ксилема, флоэма.

• механические: колленхима, склеренхима.

Меристемы– это группы делящихся клеток, расположенных в определенных местах на растении. Различаютпервичныйрост (травянистые растения), который осуществляется всеми растениями в определенный период их жизни, происходит на кончиках корней и стеблей, в результате увеличивается длина растения.

В результате деления клеток апикальной меристемы образуются три детерминированные первичные меристемы, которые дают начало тканям и зонам:

апикальная меристема → первичные меристемы → первичные ткани:

• основная меристема → основная ткань, мезофилл,

паренхима, колленхима,

склеренхима; сердцевина, кора;

• протодерма → эпидерма, ризодерма;

• прокамбий → первичные ксилема и флоэма.

Вторичныйрост присущ древесным растениям, он осуществляется за счет боковых меристем, которые обеспечивают увеличение объема растения за счет образования новых васкулярных и защитных тканей, которые располагаются кольцами на поперечном срезе.

• Сосудистый камбий → вторичную ксилему и вторичную флоэму;

• пробковый камбий → пробку и феллодерму.

Стебли более сложно устроены, по сравнению с корнями в основном из-за сложности первичной сосудистой (проводящей) системы. Часть сосудистых тяжей (пучков) стебля может располагаться в виде центрального кольца, а другая часть расходиться от него в листья и таким образом располагаться по периферии стебля. Такие пучки называют листовыми следами. Размер и сложность строения листьев влияет на сложность сосудистой системы стебля. Конус нарастания занимает апикальное положение на стебле, а на корне субапикальное, так как он прикрыт корневым чехликом.

Работа 1.1 Апикальная меристема вегетативного побега

Задания

1. Отпрепарировать верхушку побега элодеи под стереомикроскопом.

2. Изучить продольное строение верхушки побега.

Ход работы

• Возьмите развитый побег и отделите терминальную часть приблизительно 4 см.

• Удалите листья с базальной части (2-3 см).

• Промокните насухо основание стебелька и вставьте его в кусочек пластилина.

• Прикрепите пластилин с вертикально расположенным стеблем ко дну чашки Петри и перенесите ее на предметный столик микроскопа, поместив под объектив препарируемую часть стебля.

• Начните осторожное удаление пинцетом верхушечных листьев.

• По мере приближения к верхушке побега листья будут все мельче и мельче.

• Увеличьте разрешение микроскопа и продолжите работу.

• Можете переключиться на препарирование иглы, чтобы удалять мельчайшие листья путем мягкого надавливания.

• В итоге станет заметной гладкая, блестящая, округлая апикальная меристема с крошечными листьями – примордиями.

Самая верхняя область стебля, где образуются ткани, называется апикальной меристемой, а ниже ее находится субапикальная часть – зонаинициации листьев. Вместе они известны какверхушка побега. Самые верхние зачаточные листья называютсяпримордиями, поскольку они не обладают морфологией настоящих листьев. Хорошо развитые листья можно увидеть в базипетальном направлении (базипетальноет.е. от верхушки к основанию) (рисунок 1).

В зависимости от вида, примордии могут быть расположены по спирали, попарно, или в мутовках. Они располагаются рядом друг с другом, потому что в молодой части стебля междоузлия еще не раздвинулись.

Рисунок 1. Верхушечная меристема побега элодеи канадской: 1 – конус нарастания побега, 2 – листовые бугорки (примордии).

Работа 1.2 Апикальная меристема и возникновение тканей

Задания:

1. Изучить микроскопическое строение верхушки побега, найти отличительные признаки меристемы конуса нарастанияи тканевой дифференциации, используя постоянный препарат верхушки побега элодеи.

2. Зарисовать продольный срез верхушки побегаи сделать обозначения (апикальная меристема, протодерма, прокамбий, основная меристема коры, колончатая меристема сердцевины, примордий, сформировавшийся лист, пазушная почка).

3. Зарисовать две-три клетки конуса нарастания и специализированную клетку листа, прикрывающую конус нарастания. Обозначить элементы клетки (оболочку, ядро, ядрышко, цитоплазму, вакуоль, пропластиды).

Ход работы:

• При малом увеличении изучают и зарисовывают общий план строения верхушки побега. Находят удлиненный конус нарастания с верхушкой округлой формы (рисунок 2). Над конусом располагается свод из листьев, идущих от основания стебля.

• Передвигая препарат, прослеживают возникновение и развитие листьев. Так, на некотором расстоянии от конуса нарастания на поверхности стебля появляются бугорки – это самые молодые зачатки листьев (примордии). Чем ниже по стеблю, тем бугорки больше, постепенно они вытягиваются, приобретают характерные черты листьев. В пазухе более крупных листьев имеется еще по одно бугорку – пазушной почке, из которой в дальнейшем образуется боковой побег.

• Затем рассматривают конус нарастания при большом увеличении. Отмечают, что он образован паренхимными клетками. В центре клетки находится крупное темноокрашенное ядро. Границы клеток различаются с трудом, так как их стенки тонкие и прозрачные, а цитоплазма густая и интенсивно окрашена. Это промеристема.

• По мере удаления от конуса нарастания, в зоне образования примордиев, клетки увеличиваются, становится светлее, в цитоплазме появляются вакуоли, стенки клеток хорошо различимы, а величина ядер почти не меняется. Таким образом, промеристема превращается в детерминированную меристему, которая дает начало специализированным клеткам, хорошо заметным на крупных листьях.

• Обратите внимание на различия между клетками прокамбия и основной меристемы в отношении формы, размера и содержимого. Клетки прокамбия более вытянутые и темнее окрашенные, они дают начало тяжам проводящей ткани. Основная меристема образует кору и сердцевину стебля (колончатая меристема). Колончатаямеристема характеризуется поперечными делениями, в результате чего образуются очень упорядоченные клеточные ряды (колонны) сердцевины. Не всегда легко различить основную меристему, которая производит кору.

Все вышеуказанные характеристики невозможно увидеть на одной верхушке побега. Можно использовать иллюстрации, которые помогут установить основные участки и структуры на верхушках побегов. Особенно удобны для изучения дифференциации апикальной меристемы виды растений с супротивно расположенными листьями, такие как колеус.

Рисунок 36. Почка элодеи с конусом нарастания: А – меристема конуса нарастания побега: 1 – вершина конуса нарастания,2 – листовые бугорки (примордии), 3 – зачаточные листья, 4 – бугорки пазушных почек, 5 – вставочная меристема, 6 –зачаточный стебель. Б – вершина конуса нарастания побега. В – клетки меристемы конуса нарастания: 1– клеточная оболочка, 2– цитоплазма, 3–ядро. Г – клетка эмбрионального листа: 1– клеточная оболочка, 2– цитоплазма, 3–ядро 4 – пропластиды, 5 – вакуоль.

Работа 1.3 Интеркалярная меристема, образование междоузлий

Задания:

1. Изучить микроскопическое строение интеркалярной меристемы стебля, используяпостоянный препарат продольного среза верхушки побега хвоща полевого или элодеи.

2. Зарисовать продольный срез отрезка стебляи обозначить интеркалярную меристему.

Многие однодольные имеют интеркалярную или вставочную меристему. Такая меристема располагается между узлом и апикальной меристемой. Апикальная меристема образует небольшое число производных клеток по направлению к основанию. Одни из них те, которые распложены ближе к апикальной меристеме увеличиваются и дифференцируются. Другие же те, которое более отдалены, продолжают делиться и образовывать производные по направлению к апикальной меристеме. Это и есть интеркалярнаямеристема. Она располагается выше узлов, функционирует ограниченный промежуток времени и является детерминированной. Интеркалярная меристема также ответственна за повторный рост трав после скашивания.

Ход работы:

• Изучите готовый препарат хвоща полевого или элодеи. Определите месторасположение самых молодых узлов, проследите клеточные ряды направленные акропетально(к верхушке). Вы должны увидеть, что менее дифференцированные клетки располагаются ближе к узлу, а более дифференцированные ближе к апексу.

• Изучите иллюстрацию, чтобы разобраться в работе интеркалярной меристемы. Проследите ряды клеток, обозначенные звездочкой. Начните с узла и обратите внимание, что клетки увеличиваются по направлению к верхушке. Отметьте различную форму, которая имеется у разных клеток одного ряда. Некоторые подвергаются интенсивному удлинению параллельно вертикальной оси, другие увеличиваются в противоположном направлении, а некоторые увеличиваются равномерно в обоих направлениях.

Работа 1.4 Апикальная меристема молодого корня

Задания:

1. Изучить организацию строения верхушки молодого корешка.

2. Изучить микроскопическое строение апикальной меристемы молодого корня, используяпостоянный препарат корешка лука.

3. Зарисовать продольный срез кончика корня, сделать обозначения конуса нарастания, корневого чехлика, инициальных клеток конуса нарастания, инициальных клеток калиптрогена, основной меристемы, прокамбия, протодермы.

Ход работы:

Для изучения строения верхушечной меристемы корня можно использовать корни луковиц, наклюнувшихся семян пшеницы или кукурузы.

1. Отделить кончик корня, положить его на предметное стекло в каплю воды, накрыть покровным стеклом и рассмотреть при малом увеличении микроскопа. Вы увидите цилиндрический кончик корня, несущий на самой вершине корневой чехлик. Конус нарастания – это самая дистальная часть корня, прикрытая чехликом. Корневой чехлик имеет вид конусообразного колпачка, наруж­ные более крупные клетки потеряли с ним связь.Обработать препарат раствором J₂ в KJ. Обратить внимание на зерна оберегаемого крахмала в клетках чехлика.

2. Микроскопическое строение конуса нарастания корня изучают на постоянном препарате продольного среза кончика корня лука репчатого.

• На препарате находят корневой чехлик и апикальную меристему конуса нарастания. Клетки конуса мелкие, изодиаметрические, с тонкими оболочками, заполненные протоплаз­мой с крупным ядром. Они расположены вертикальными рядами, а у корневого чехлика загибаютсяк центру. Здесь располагаются особенно мелкие инициальные клетки промеристемы, для которых характернонаиболее интенсивное деление клеток (рисунок 3).

• Передвигая препарат в сторону, противоположную чехлику, можно увидеть, что элементы промеристемы постепенно превращаются в детерминированную меристему, из которой в дальнейшем образуются постоянные ткани. Краевые клетки, более расширенные в поперечном нап­равлении – этопротодерма, из которой образуетсяризодерма. Срединные клетки, вытянутые в длину– это прокамбий, дающий начало проводящим тканям. Между краевыми и срединными слоями клеток находятсяосновная меристема, образующая паренхиму первичной коры.

• Корневой чехлик резко отграничен от конуса нарастания корня. Однако центральные мелкие клетки чехлика, которые прочно соединены с инициальными клетками корня – это меристема чехлика –калиптроген, который дает начало корневому чехлику. Более молодые клетки чехлика, находящиеся ближе к апексу корня, наполнены цитоплазмой с ядром и лишены вакуолей. Крупные периферические более старые клетки имеют крупные вакуоли, мелкозернистую цитоплазму и ядро. Они все время отслаиваются и отпадают, а на смену им возникают новые клетки из внутренней части чехлика.

Рисунок 3. Верхушечная меристема корня: 1 – конус нарастания; 2 – корневой чехлик; 3 – инициальные клетки конуса корня, 4 – инициальные клетки корневого чехлика, 5 – наружные отслаивающиеся клетки чехлика, 6 – основная меристема, 7 – прокамбий, 8 – протодерма.

Задание для самоконтроля:

Заполните таблицы 1 и 2, впишите в пустые строки столбцов необходимую информацию относительно строения конуса нарастания побега и корня.

Таблица 1 – Сравнительная характеристика строения конуса нарастания побега и корня

№	Признаки	Апикальная меристема
		побега	корня
1.	Месторасположение в растении
2.	Детерминированные меристемы
3.	Образующиеся органы
4.	Первичные ткани, которые образуются из: а) протодермы б) основной меристемы в) прокамбия г) калиптрогена

Таблица 2 – Характеристика меристемной ткани растения

№	Признаки	Месторасположение в растении	Названия меристем	Меристемы по времени образования	Обеспечивают рост растению
1	Апикальные
2	Интеркалярные
3	Латеральные