Тема 1. Клетка. Ткани растений

Клетка – основная структурно–функциональная единица всех живых организмов. Содержимое живой клетки – её цитоплазма и ядро: протоплазма. В каждой клетке имеется генетический аппарат, который в клетке эукариот заключен в ядре, отделенном мембранами от цитоплазмы, а в клетке прокариот, лишенных оформленного ядра, в нуклеоиде. Клетки эукариот способны к самовоспроизведению путем митоза, половые клетки образуются в результате мейоза.

Многообразные функции клетки выполняются специализированными внутриклеточными структурами – органоидами. Универсальные органоиды эукариотных клеток в ядре – хромосомы (определяют наследственные свойства клетки и организмов). Органоиды цитоплазмы. В цитоплазме – рибосомы (на них происходит синтез белка). Митохондрии (на их мембранах происходит процесс клеточного дыхания). Эндоплазматическая сеть (функции – образование липидов клетки, обмен некоторых полисахаридов, выведение из клетки ядовитых веществ, синтез гормонов). Комплекс Гольджи (функции – модификация белков, синтез некоторых полисахаридов, формирование клеточной мембраны, образование лизосом). Лизосомы (органоид клеток животных и грибов, осуществляющий внутриклеточное пищеварение). В цитоплазме растительной клетки имеются специализированные органоиды–пластиды. Дифференцированные растительные клетки имеют несколько или одну центральную вакуоль с клеточным соком, комплекс Гольджи представлен рассеянными по цитоплазме диктиосомами. Клеточная оболочка у растительной клетки состоит из целлюлозы (клетчатки), оболочки имеют поры, через которые с помощью выростов цитоплазмы соседние клетки связаны друг с другом. Все клетки эукариот имеют сходный набор органоидов, сходно регулируют метаболизм, запасают и расходуют энергию. У эукариотных и прокариотных клеток принципиально сходно функционирует клеточная мембрана. Общие признаки клеток свидетельствуют о единстве их происхождения.

Ткани растений – система клеток, структурно и функционально взаимосвязанных друг с другом и обычно сходных по происхождению. Если ткань состоит из одного типа клеток, её называют простой , например колленхима, если из разных – сложной, например эпидерма, ксилема, флоэма. Одна из особенностей растений – способность к длительному росту - определяется наличием у них образовательных тканей – меристем, которые дают начало самостоятельным тканям. Меристемы на верхушках корня и побега обеспечивают их первичный рост и называются первичными. Дальнейшее разрастание стебля и корня по диаметру (вторичный рост) обеспечивается вторичными меристемами – камбием и феллогеном. Соответственно, постоянные ткани будут первичными, если начало им дали первичные меристемы, или вторичными, если они происходят от вторичных меристем. Обычно различают три системы постоянных тканей: покровную, проводящую и основную, начало которым при первичном росте дают соответственно протодерма, прокамбий и основная меристема. У одного и того же растения на разных органах и в разные периоды морфо – и онтогенеза покровная система может быть представлена первичными покровными тканями (эпидермой, эпиблемой, или ризодермой, экзодермой, а также веламеном – наружной покровной тканью воздушных, реже почвенных корней, которая выполняет защитную и всасывающую функции) и вторичной покровной тканью (перидермой – защитной покровной тканью, образующейся главным образом на многолетних осевых органах, претерпевающих вторичное утолщение). Третичной покровной тканью называют корку, образующуюся на многолетних корнях и древесных стеблях при отмирании наружных перидерм и заключенных между ними других тканях коры.

Проводящая система состоит из клеток двух типов: первичной и вторичной флоэмы и первичной и вторичной ксилемы.

Флоэма – ткань растений, осуществляющая транспорт продуктов фотосинтеза от листьев к местам потребления и отложения в запас (подземным органам, точкам роста, зреющим плодам и семенам и т. д.) Первичная флоэма, которую подразделяют на протофлоэму и метафлоэму, дифференцируется из прокамбия. Вторичная флоэма – луб, производная камбия. В стеблях флоэма находится снаружи (у некоторых растений и с внутренней стороны) от ксилемы. В листьях флоэма обращена к нижней стороне пластинки, в корнях с радиальным проводящим пучком тяжи флоэмы чередуются с тяжами ксилемы. Флоэма участвует также в отложении запасных веществ, выделении конечных продуктов обмена, создании опорной системы растения. Флоэма состоит из проводящих элементов, клеток флоэмной паренхимы, волокон и склереид. У растений с активным вторичным утолщением имеются радиальные слои паренхимных клеток – лубяные лучи. У архегониальных растений проводящие элементы представлены прозенхимными ситовидными клетками, на боковых стенках которых расположены участки с тонкими канальцами – ситовидные поля. Для цветковых растений характерны ситовидные трубки – однорядные тяжи удлиненных клеток (члеников), конечные стенки которых несущие ситовидные поля, называются ситовидными пластинками. Зрелые ситовидные элементы обычно безъядерные, поэтому для их нормального функционирования важно наличие контактов с живыми паренхимными клетками. У голосеменных растений это клетки Страсбургера, находящиеся в тяжевой паренхиме или лучах, прилегающих к ситовидным клеткам, у цветковых растений – сопровождающие клетки, развивающиеся из той же материнской клетки, что и членик ситовидной трубки. Остальные клетки флоэмной паренхимы могут быть крахмалоносными, некоторые из них участвуют в образовании вместилищ выделений (напр., смолы) или склерифицируются, превращаясь в склереиды. Состав элементов флоэмы, особенности их строения и расположения специфичны для каждого вида растений.

Ксилема – водопроводящая ткань сосудистых растений. Вместе с флоэмой образует проводящую систему, объединяющую все органы растений. По времени и месту образования ксилема делится на первичную (производную прокамбия) и вторичную (производную камбия). Вторичная ксилема, или древесина, включает в себя следующие типы тканей. 1. Трахеальные элементы: сосуды, трахеиды – мертвые полые клетки, осуществляющие дальний, или осевой, транспорт растворов. 2. Паренхимные элементы: околососудистые клетки, клетки лучевой и тяжевой паренхимы, осуществляющие ближний, или радиальный транспорт солей, регуляуию дальнего транспорта солей, запасание и ближний транспорт пластических веществ. 3. Волокнистые трахеиды и волокна либриформа – клетки, выполняющие опорную, иногда запасающую функции. Вторичная ксилема накапливается в течение всей жизни растения и состоит из годичных колец прироста. Соотношение между функционирующей (заболонной) и нефункционирующей (ядровой) древесиной варьирует у разных растений и зависит от климатических условий. Древесина хвойных и древесина двудольных – основной источник промышленных лесоматериалов, сырье для бумажной и химической промышленности. Древесина подразделяется на мягкую, у хвойных растений и твердую ,у двудольных растений.

Основная система включает первичные паренхимные ткани: хлоренхима, аэренхима и механические ткани, такие как колленхима и склеренхима. Различают также выделительные структуры, группы клеток, или одиночные клетки - идиобласты, включаемые в другие ткани, систему проветривания -совокупность межклетников, устьиц и чечевичек.

Цветковое растение имеет вегетативные органы – побег и корень и репродуктивные – цветок, семя, плод.