Биология

Урок 2: Клеточное строение растений

Клеточное строение растений

Из клеток состоят все живые существа, кроме вирусов. Это наименьшая система организма, её называют структурной и функциональной элементарной единицей жизни. Клетку можно сравнить с квартирой в многоэтажном доме или с небольшой деревянной избушкой. Стены – это оболочки, двери и окна – поры, кухня – рибосомы и пластиды, мусоропровод – лизосомы, печки – митохондрии и т. д. Как в квартиру поступает вода, приносят еду, уносят из неё отходы и мусор, так и клетка не может обойтись без питания, дыхания, поступления полезных веществ и выбрасывания вредных. Клетки разных особей, органов и тканей многоклеточных существ имеют значительные отличия. Особенно сильно отличаются они у видов, относящихся к разным царствам.

План урока:

Какие бывают клетки у растений?

Кто первым увидел клетку? Увеличительные приборы

Какие бывают увеличительные приборы?

Как устроена клетка растений?

 

Растения – клеточные организмы

Когда мы сравнивали растения с другими царствами живой природы, то выяснили, что они тоже состоят из клеток. Чтобы понимать, как живёт растение, важно познакомиться со строением этой его составной части. Наука о клетках называется цитологией. Сегодня мы тоже станем настоящими цитологами.

 

Какие бывают клетки у растений?

Мельчайшие растения – одноклеточные водоросли состоят из одной клетки. Их форма может быть очень разной – амёбоидной, веретёновидной, овальной, шарообразной, звездчатой. Она в виде гирьки, кустика с веером, диска, треугольников, бус – у одиночных и колониальных диатомовых водорослей, которые сверху прикрыты панцирем из диоксида кремния.

1 diatomovye vodorosli
Диатомовые водоросли

Большинство многоклеточных зелёных, бурых или красных водорослей, построены из одинаковых клеток, а самые крупные растения состоят из миллиардов таких ячеек, каждая из которых выполняет свою функцию и поэтому отличается друг от друга. Сравнение клеток растений можно провести, наблюдая их самостоятельно. Сложно представить, сколько их находится в одном дереве, если только его лист содержит примерно 20 000 000 штук.

А теперь сложное научное определение: клетка – это система, а это значит, что она состоит из более мелких, но взаимосвязанных частей. Этими частями являются её детали, построенные из биополимеров – нуклеиновых кислот и белков, которые совместно поддерживают энергетические и метаболические процессы всего организма в целом.

 

Кто первым увидел клетку? Увеличительные приборы

Большинство клеток нельзя увидеть невооружённым глазом. Только после изобретения увеличительных приборов люди узнали, что всё живое сделано из них, а клетка появляется из другой (материнской) клетки.

  • Оптический (световой) микроскоп изобрели в 16 веке. По одной версии в 1591 году его придумали отец и сын Янсены. По другой – немого раньше в 1538 г. итальянский врач Франкастро впервые скомбинировал две линзы так, что получилось небольшое увеличение.
  • Галилео Галилей в 1609 г собрал прибор с вогнутой и выпуклой линзой.
  • Английский учёный Роберт Гук в 1665 году приспособил ранее изобретённый окуляр к микроскопу и получил 30-кратное увеличение, он описал строение некоторых растительных тканей, в частности пробки коры дуба. Эта ткань состояла из маленьких ячеек, разделённых перегородками. Это были мёртвые клетки, но Роберт Гук их увидел первым и дал им название «клетки». Но слово в современном его значении стали употреблять только 150 лет спустя.

2 mikroskop guka
Микроскоп Роберта Гука 

А А. Левенгук в 1675 г обнаружил протисты, используя микроскоп с одной хорошо отшлифованной линзой, увеличивающей объект в 100 и 300 раз.

  • В 1838 г. немецкий ботаник Матиас Шлейден пришёл к выводу, что все растительные ткани имеют клеточное строение.

3 kletki
Разнообразие растительных клеток

 

Какие бывают увеличительные приборы?

О свойствах отполированного двояковыпуклого стекла знали ещё в Древней Греции. Поместив его в оправу, люди получили первый увеличительный прибор – лупу. Она даёт увеличение в 2-30 раз. Но большинство клеток можно увидеть только при большем разрешении. Они очень малы и при описании их величины применяют микрометры и нанометры.

4 edinicy izmerenia
Единицы измерения, используемые в микроскопии 

Человеческий глаз имеет разрешение до 100 мкм. Чтобы рассмотреть более мелкие предметы, приходится применять увеличивающие приборы. Лучший световой микроскоп способен показать нам объекты размером до 0,2 мкм, т. е. 200 нм, увеличивая его в 500 раз. Сделать оптический микроскоп с большей разрешимостью технически невозможно. Увеличение школьного светового микроскопа не превышает 300 раз.

В 20 веке учёные придумали применять вместо видимого света (потока фотонов) – поток электронов. Согласно современным представлениям, фотон является частицей с волновыми свойствами, самая длинная волна у красного света, самая короткая – у фиолетового. Электронный микроскоп разрешает увеличить предметы больше, чем оптический, в 400 раз, так как размер электрона значительно меньше размера фотона. Классический радиус электрона составляет примерно три миллионных нанометра, а наименьшая длина волны видимого света равна 380 нанометров. Поток фотонов огибает мелкие частицы, размеры которых сравнимы с длиной световой волны, а электроны отражаются от них. Чтобы увидеть изображение, которое дает электронный микроскоп, его надо вывести на специальный экран. В современный электронный микроскоп можно увидеть частички размером в 0,5 нм. Под ним рассматривают вирусы, мелкие части клетки. Существуют просвечивающие и сканирующие электронные микроскопы. Последний имеет больше преимуществ, им чаще пользуются микробиологи.

5 skaniruushchii elektronnyi mikroskop
Сканирующий электронный микроскоп 

 

Как устроена клетка растений?

Размеры клетки растений колеблются от 10 до 100 мкм. Значит, их можно увидеть в световой микроскоп. Есть и гигантские клетки. Например, хорошо видны невооружённым глазом волокна апельсина, а это всего одна клетка. Семена хлопчатника имеют волоски, состоящие из одной клетки, их длина равна 5 см. У китайской крапивы волокна ещё длиннее – до 55 см. Но их ширина намного меньше, всего от 50 до 100 мкм.

По форме у многоклеточных организмов, в том числе и у растений, бывают паренхимные (примерно одинаковые при измерении во всех направлениях) и прозенхимные (вытянутые) клетки. У всех клеток есть 2 компонента: плазмалемма (цитоплазматическая мембрана) и протопласт (живая часть). Клетки делятся на доядерные (прокариотические) и ядерные (эукариотические). Мы говорим про клетку растений, она эукариотическая (с ядром). Протопласт ядерных клеток делят на цитоплазму и ядро.

Цитоплазму подразделяют на цитоплазматический матрекс, называемый гиалоплазмой (цитозолем) и органоиды (органеллы), как органы у человека, выполняющие каждый свою работу (функцию). Органеллы бывают немембранные, одномембранные и двумембранные.

6 stroenie kletki rastenia
Строение клетки растения 

В живой клетке растений цитоплазма постоянно движется. Этот процесс называется током цитоплазмы (циклозом). Течение перемещает все органоиды клетки, капли и кристаллы гиалоплазмы.

В процессе жизни протопласт выделяет разнообразные нужные клетке растений вещества. Они либо сохраняются внутри – в гиалоплазме, в вакуоли, либо становятся частью клеточной стенки. Простейшие из этих веществ: липиды, углеводы и белки. Среди углеводов известными являются крахмал, глюкоза и сахароза. Секретируемый протопластом воск – это липид, его растения вырабатывают для создания защитного слоя – кутикулы, препятствующего потере влаги в пустынях. А у хищного непентиса воск служит веществом-ловушкой, в котором попавшие внутрь растения животные застревают, не имея возможности спастись.

7 hishchnoe rastenie nepentis
Хищное растение непентис (лат. Nepenthes)

Вторичные метаболиты протопласта, или группа защитных веществ: танины, алкалоиды и др., выполняют разные задачи, главной из которых является защита от съедания растений животными, проникновения болезнетворных микробов. Например, стрекательные клетки крапивы производят муравьиную кислоту, которая впрыскивается в кожу прикоснувшегося к растению человека или животного, вызывая у них жгучую боль.

Стрекательными называют клетки, которые при раздражении впрыскивают в тело жертвы какие либо вещества: парализующие или раздражающие. У гидры они содержат нечто походе на гарпун или жёсткую нить, у крапивы это просто «ампулы» с жидкостью, отламывающиеся при прикосновении.

8 strekalnaya kletka krapivy
Стрекательная клетка крапивы

Теперь рассмотрим особенности строения растительной клетки более подробно. Сходство клеток растений выражается в наличии этих частей.

  • Клеточная стенка – это прочная углеводная оболочка, расположенная снаружи, за пределами плазмолеммы, она непосредственно контактирует с окружающей средой и другими клетками. У растений она состоит в основном из клетчатки (целлюлозы), образуемой протопластом, проходящей через мембрану и откладывающейся снаружи. Клеточная стенка растений прочная, но растяжимая. Всё благодаря её строению. Пока она контактирует с живой частью клетки, она растёт. Она придаёт клетке форму и сопротивляется давлению растущей вакуоли, делает её прочной, участвует в проведении полезных и задерживании вредных веществ. Через поры (отверстия) в клеточной стенке проходят цитоплазматические тяжи (плазмодесмы) при помощи которых клетка сообщается с другими клетками.
  • Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) – тонкая (4-10 нм) эластичная плёнка, расположенная под клеточной стенкой, покрывающая внутреннюю часть клетки и контактирующая с цитоплазмой. Её толщину можно сравнить со скорлупой яйца по сравнению с белком и желтком в нём. Выполняет транспортную, барьерную и рецепторную функции. Главная её работа – пропускать нужные вещества в клетку, задерживать вредные и лишние снаружи. Но она трудится сразу на нескольких работах – в ней строятся внеклеточные структуры и через неё проходит транспортные каналы из клетки.
  • Гиалоплазма (цитозоль) – это полужидкая (гелеобразная) часть протопласта, основная функция которой – обеспечение обмена веществ клетки. Она объединяет все её части и помогает им взаимодействовать. На 90-95% цитозоль состоит из воды. Остальная часть – несмешивающиеся между собой органические и минеральные включения.
  • Рибосомы – самые мелкие органеллы клетки, увидеть которые можно только под электронным микроскопом, в них происходит сборка белков. Они лежат на цитоплазматической сети (сложный органоид, который изучают в старших классах) или внутри гиалоплазмы.
  • Цитоскелет – система трубочек, проходящих сквозь всю клетку. Они поддерживают её форму и служат местом транспорта веществ.
  • Ядро и хромосомы. В них хранится наследственная информация. Ядро как мозг животного руководит всеми процессами в клетке растений и не только. Мало влияет оно только на митохондрии и пластиды. Ядра бывают круглой или овальной формы, их размер колеблется от 2 до 500 мкм. При правильном окрашивании клетки они видны под световым микроскопом. В молодых клетках ядро расположено в центре, в старых оно отталкивается вакуолью к плазмалемме.
  • Пластиды, но по большей мере их разновидность хлоропласты – органеллы, функцией которых является превращение тепловой солнечной энергии в энергию химических связей АТФ и производство органических веществ в процессе фотосинтеза. Пластиды имеют клетки растений, некоторых бактерий и протист. Они образуются из пропластид (крошечных бесцветных телец), появляющихся в делящихся клетках побегов и корней. Без солнечного света они так и остаются бесцветными и называются этиопластами. На свету пропластиды становятся хлоропластами – пластидами, в которых преобладает хлорофилл (зелёный пигмент). Есть и другие виды пластид – лейкопласты (бесцветные) и хромопласты (оранжевые, красные или жёлтые). Все эти типы пластид могут «превращаться» друг в друга при изменении концентрации красителя (пигмента). Это крупные органеллы, у высших растений они равны 4-10 мкм, поэтому в оптический микроскоп их легко можно увидеть. У высших растений хлоропласты по форме напоминают линзу, лейкопласты и хромопласты бывают разными. У водорослей они разнообразные по форме, очень большие и называются по-другому – хроматофорами.

9 forma hromatofor vodoroslei
Форма хроматофор водорослей

  • Вакуолярная система – это цитоплазматическая сеть, вакуоли и аппарат Гольджи. Вместе они обеспечивают синтез, хранение и транспорт клеточных мембран и белков. Сейчас нам важно рассмотреть только одну часть этой системы – центральную вакуоль, остальные органеллы вы будете учить в старших классах. У растений вакуоль в клетке играет очень важную роль. Это одномембранный пузырёк, заполненный клеточным соком. В молодой клетке существует много мелких вакуолей. С возрастом они наполняются веществами и сливаются вместе, образуя крупный пузырёк. Функции вакуоли: участие в солевом и водном обмене клетки, запасание питательных веществ и обеспечение объёма клетки при помощи тургорного давления. Крупные вакуоли арбуза, яблока, томата легко можно рассмотреть под световым микроскопом.

10 vakuoli v kletkah yabloka i kartofelya
Вакуоли в клетках яблока и картофеля

  • Митохондрии – есть во всех ядерных (эукариотических) клетках. В них производится АТФ, но совсем другим путём, нежели в пластидах. Они мелкие, не более 1 мкм, эллиптические или округлые. Это полусамостоятельные органеллы клетки, ранее бывшие клетками бактерий, которые каким-то способом оказались внутри другой более крупной клетки и стали её частью. Но они по прежнему появляются только путём деления материнского органоида, а если организму при половом размножении не досталась ни одна митохондрия, то она и не появится в ней никак. В них есть своя ДНК, рибосомы и синтезируются свои белки.
  • Органоиды движения – образования, напоминающие волоски – реснички, жгутики, ундулиподии, служащие для передвижения клеток. При помощи жгутика двигается одноклеточная водоросль хламидомонада, мужские половые клетки мхов и папоротников. Ундулиподии – органоиды движения многих водорослей, чаще на одноклеточной стадии их жизненного цикла. У высших растений ими снабжены мужские половые клетки.

11 sravnenie ctroenia kletok
Отличие клеток растений от клеток других живых организмов

В школе для того, чтобы понять, как устроены клетки, чаще всего рассматривают под микроскопом плёнку луковицы. Окрасив эту тонкую ткань, ты сможешь увидеть в клетке в световой микроскоп лейкопласты, ядро, цитоплазму и оболочку. Изучи инструкцию и сделай лабораторную работу самостоятельно. Не забудь сначала прочитать правила обращения с микроскопом.

12 kak rassmotret kletki luka pod mikroskopom
Как рассмотреть клетки лука под микроскопом

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
У каких живых организмов нет клеток?
1У растений
2У вирусов
3У бактерий
4У животных
Ответить
2
Вопрос: 2
Кто впервые увидел клетку и дал ей название?
1Галилео Галилей
2А. Левенгук
3Матиас Шлейден
4Роберт Гук
Ответить
4
Вопрос: 3
Что нельзя увидеть под световым микроскопом?
1Ядро
2Пластиды
3Рибосомы
4Вакуоль
Ответить
3
Вопрос: 4
Главная функция плазмалеммы:
1Избирательная проницаемость
2Синтез глюкозы
3Барьерная
4Контактная
Ответить
1
Вопрос: 5
Какой органоид есть только в клетках растений, некоторых протист и бактерий?
1Клеточная стенка
2Ядро
3Пластиды
4Плазмалемма
Ответить
3
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

У каких живых организмов нет клеток?
1) У растений 2) У вирусов 3) У бактерий 4) У животных
2 вопрос:

Кто впервые увидел клетку и дал ей название?
1) Галилео Галилей 2) А. Левенгук 3) Матиас Шлейден 4) Роберт Гук
3 вопрос:

Что нельзя увидеть под световым микроскопом?
1) Ядро 2) Пластиды 3) Рибосомы 4) Вакуоль
4 вопрос:

Главная функция плазмалеммы:
1) Избирательная проницаемость 2) Синтез глюкозы 3) Барьерная 4) Контактная
5 вопрос:

Какой органоид есть только в клетках растений, некоторых протист и бактерий?
1) Клеточная стенка 2) Ядро 3) Пластиды 4) Плазмалемма
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: У вирусов
2 вопрос: Роберт Гук
3 вопрос: Рибосомы
4 вопрос: Избирательная проницаемость
5 вопрос: Пластиды