Клеточное строение растений. Клетка растений
Клеточное строение растительного организма : Мир растений (Растения) : Виртуальная школа БАКАЙ
Рассмотрим строение растительной клетки под микроскопом. Видны продолговатые клетки, плотно прилегающие одна к другой. Каждая клетка имеет плотную прозрачную оболочку, в которой местами есть более тонкие участки - поры. Под оболочкой находится живое бесцветное вязкое вещество - цитоплазма. Цитоплазма медленно движется. Движение цитоплазмы способствует перемещению в клетках питательных веществ и воздуха. При сильном нагревании и замораживании цитоплазма разрушается, и тогда клетка погибает. В цитоплазме находится небольшое плотное тельце - ядро, в котором можно различить ядрышко. С помощью электронного микроскопа было установлено, что ядро имеет очень сложное строение. Почти во всех клетках, особенно в старых, хорошо заметны полости - вакуоли (от латинского слова "вакуус" - пустой). Они заполнены клеточным соком. Клеточный сок - это вода с растворенными в ней сахарами и другими органическими и неорганическими веществами. В цитоплазме растительной клетки находятся многочисленные мелкие тельца - пластиды. При большом увеличении пластиды хорошо видны. В клетках разных органов растений число их различно. От цвета пластид и от красящих веществ, содержащихся в клеточном соке, зависит окраска тех или иных частей растений. Зеленые пластиды называют хлоропластами. Все органы растений состоят из клеток. Следовательно, растение имеет клеточное строение, и каждая клетка - это микроскопическая составляющая часть растения. Клетки прилегают одна к другой и соединены особым межклеточным веществом, которое находится между оболочками соседних клеток. Если все межклеточное вещество разрушается, клетки разъединяются. Нередко живые растущие клетки всех органов растения несколько округляются. При этом их оболочки местами отходят друг от друга; в этих участках межклеточное вещество разрушается. Возникают межклетники, заполненные воздухом. Сеть межклетников соединяется с воздухом, окружающим растение, через особые межклетники, расположенные на поверхности органов.
Каждая живая клетка дышит, питается и в течение определенного времени растет. Вещества, необходимые для питания, дыхания и роста клетки, поступают в нее из других клеток и из межклетников, а все растение получает их из воздуха и почвы. Сквозь клеточную оболочку проходят в виде растворов почти все вещества, необходимые для жизни клетки.
ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ
Делению клетки предшествует деление ее ядра. Перед делением клетки ядро увеличивается и в нем становятся хорошо заметными тельца обычно циллиндрической формы - хромосомы (от греческих слов "хромо" - цвет, "сома" - тело). Они передают наследственные признаки от клетки к клетке. 
Перед деление число хромосом удваивается. Все живое содержимое клетки также равномерно распределяется между новыми клетками. Итак, деление клетки начинается с деления ядра и каждая из образовавшихся клеток содержит то же самое число хромосом, что и ядро исходной клетки.
Молодые клетки, в отличие от старых, неспособных делиться, содержат много мелких вакуолей. Ядро молодой клетки располагается в центре. В старой клетке обычно имеется одна большая вауоль, а цитоплазма, в которой 
ТКАНИ КЛЕТКИ
Группу клеток, имеющих сходное строение и выполняющих одинаковые функции, называют тканью. Органы растений сложены разными тканями. Ткань, клетки которой постоянно делятся, называют образовательной.Покровные ткани защищают растения от неблагоприятных воздействий внешней среды. За проведением веществ во все органы растения отвечает проводящая ткань. В клетках запасающей ткани откладываются в запас питательные вещества. В зеленых клетках ткани листьев и молодых стеблей происходит фотосинтез. Такие ткани называют фотосинтезирующими.Механическая ткань придает прочность органам растения.
Опубликовано:30/07/1999Автор:ВШБЧитателей:11922
Статьи в разделе
Другие статьи
school.bakai.ru
Клеточное строение растений
Растения и животные имеют клеточное строение. Все органы растения (корни, стебли, листья и др.) состоят из мельчайших частиц, которые называются клетками. Для примера рассмотрим мякоть зрелого яблока или арбуза.
Простым глазом или в лупу на тонком срезе заметны округлые мельчайшие пузырьки — это и есть клетки, которые можно рассмотреть только с помощью микроскопа (особого прибора, дающего увеличение в сотни раз).
Впервые люди обратили внимание на клеточное строение растений еще в половине XVII в., когда ученый Роберт Гук с помощью усовершенствованного им микроскопа заметил и описал строение бутылочной пробки, состоящей из множества мельчайших полостей, которые он сравнивал с ячейками пчелиных сот и назвал клетками.
Позднее клетки стали сравнивать с мельчайшими пузырьками, наполненными слизистым содержимым. Много внимания уделял микроскопу М. В. Ломоносов, применявший его при разнообразных исследованиях. С помощью современных микроскопов, дающих увеличение в 1000 и больше раз, изучаются подробности строения клеток.
Клетки, их строение и жизнедеятельность
Для изучения клеток, из которых состоят живые части растений, изготовляют микроскопический препарат. С этой целью из толстого непрозрачного объекта, например из корня или стебля, делают острой бритвой тонкие срезы, которые окрашивают различными красками.
Эти срезы помещают в каплю воды на стеклянную пластинку (предметное стекло) и прикрывают тонким покровным стеклышком.
Тонкие прозрачные части растений, например листик мха, кожица листа или волоски, снятые с растения, прямо используются для приготовления препарата.
Такие препараты рассматриваются в микроскоп при различных увеличениях, а затем зарисовываются или особым способом фотографируются.
Более сложно изготовляют постоянные микроскопические препараты, в которых изучаемый объект заклеивается в глицеринжелатину или в канадский бальзам (получаемый из смолы пихты). Такие препараты могут долго сохраняться.
Растительная клетка
Растительная клетка состоит из следующих частей: оболочки, протоплазмы, ядра, клеточного сока и пластид. Живыми частями клетки считаются протоплазма, ядро и пластиды. Оболочка и клеточный сок появляются в клетке как продукты ее жизнедеятельности.
Форма и величина клеток весьма различны. Клетки бывают паренхимпые, т. е. равномерно развитые во всех направлениях, округлые, кубические, многогранные. Встречаются также прозенхимные клетки, т. е. вытянутые в длину, имеющие форму волосков или волокон с заостренными концами. Иногда клетки приобретают ветвистую, звездчатую или иную форму.
Размер клеток невелик. Клетки мякоти арбуза и яблока, едва различимые простым глазом, считаются крупными клетками. Обычно клетки значительно мельче и не видны простым глазом.
Их измеряют микронами, т. е. тысячными долями миллиметра. Клетки меньше 0,2 микрона уже не видны в обычные оптические микроскопы. Однако попадаются и клеткигиганты, например клетки, из которых состоит пучок волокон льна, достигающие длины 4 см при ничтожном диаметре. Твердая оболочка, окружающая жидкое содержимое клетки, придает клетке определенную форму и прочность.
Каждая растительная клетка имеет свою оболочку. У двух соседних клеток оболочки склеены между собой особыми (пектиновыми) веществами. В местах соединения нескольких клеток оболочки иногда расходятся, и тогда образуются между клетками межклеточные пространства, заполняющиеся воздухом. Клеточные оболочки прозрачны, бесцветны, состоят из вещества, называемого целлюлозой или клетчаткой.
Клетки, их строение и жизнедеятельность (Клеточные оболочки)
Клеточные оболочки, отделяющие одну клетку от других, легко проницаемы для жидкостей и газов. Между клетками, а также между ними и окружающей внешней средой происходит беспрестанный обмен веществ. В утолщенной клеточной оболочке имеются поры, т. е. утонченные места, через которые поддерживается взаимный обмен веществ. Кроме того, оболочки пронизаны тончайшими канальцами (плазмодесмами), заполненными протоплазмой. Благодаря всему этому организм обладает целостностью.
Целлюлозные оболочки в живой клетке растения обладают способностью видоизменяться. Они часто пропитываются особым веществом, вызывающим одревесн ен и е, вследствие чего многие клетки, а в деревьях большая часть клеток, превращаются в древесину.
Клеточные оболочки пропитываются иногда пробковым веществом, что наблюдается у деревьев и кустарников в коре. У некоторых деревьев, например у пробкового дуба, у амурского бархатного дерева, на поверхности коры образуется сплошной слой пробки, используемой в промышленности. Опробковевшие клетки отмирают, так как пробка не пропускает через себя ни воду, ни газы, а живые части клетки до тех пор остаются живыми, пока у них происходит беспрестанный обмен веществ с внешней "средой.
Клеточные оболочки часто пропитываются кремнеземом. В таком случае оболочки их делаются твердыми и ломкими, например солома злаков, осок и других растений. Как одревесневшие, опробковевшие, так и пропитавшиеся минеральными солями клеточные оболочки или совсем не перевариваются желудком животных или плохо перевариваются.
Вот почему перестоявшая трава, ржаная солома, осоки, ситники, белоусы малопригодны для питания животных. Наибольшей питательностью обладают такие растения и их части, у которых оболочки остаются целлюлозными и клетки которых сохраняют в себе живые части, т. е. протоплазму, ядро, пластиды, а также запасные питательные вещества — крахмал, сахар, белки.
Протоплазма
Протоплазма — полужидкое белковое живое вещество, содержащее в себе жироподобные, а также минеральные вещества и. разнообразные продукты жизнедеятельности клетки. В молодых клетках она заполняет всю клетку, а в более старых в ней появляются капельки клеточного сока (вакуоли).
В клетках, достигших полного возраста, протоплазма располагается в виде тонкого слоя только возле клеточных оболочек. В таких клетках почти вся внутренняя полость заполнена клеточным соком.
Живая протоплазма обладает полупроницаемостью, т. е. одни вещества она свободно пропускает через себя, а другие, наоборот, задерживает. Смерть протоплазмы влечет за собой свертывание белков; мертвая протоплазма не способна задерживать в клетке вещества.
В живых клетках протоплазма находится в движении. В клетках волоска стебля тыквы под микроскопом наблюдается движение протоплазмы. Видно, как по тонким нитям движутся ее мельчайшие частицы, направляясь к ядру и в противоположном направлении.
В листьях некоторых растений видно, как в длинных клетках протоплазма движется вдоль оболочки; сначала она движется вдоль одной стороны клетки, затем переходит на другую, противоположную сторону и вдоль этой стороны течет в противоположном направлении, увлекая за собой зеленые хлорофилловые зерна и ядро. Движение протоплазмы внутри клеток облегчает обмен веществ между клетками.
Клеточные ядра
Клеточные ядра постоянно встречаются в клетках растении. Они плотнее протоплазмы и сильнее окрашиваются красками. Клеточное ядро имеет свою оболочку и полужидкое содержимое. В нем бывает заметно более плотное тельце — ядрышко, одно или несколько. Форма ядра шаровидная, несколько сплюснутая, а иногда удлиненная.
По химическому составу ядро сходно с протоплазмой, состоит из белков, но содержит в себе еще особые белковые вещества (нуклеины), богатые фосфором. В молодой клетке ядро располагается в средней части клетки, а в старых клетках возле оболочки. Оно всегда бывает окружено протоплазмой. Обычно в клетке бывает одно ядро, но иногда их бывает два, реже много.
К живым частям клетки относятся так-же пластиды. Это мелкие белковые тела, вкрапленные в протоплазму.
Они бывают трех родов.
Бесцветные — лейкопласты, имеющие форму округлых зернышек — служат для образования крахмала.
Зеленые пластиды — хлоропласты.
Хлорофилловые зерна — придают зеленую окраску растениям.
Роль их особенно важная: в них образуются ценные органические вещества — углеводы (сахар и крахмал). Образование углеводов происходит при посредстве света из углекислого газа воздуха и воды.
Этот важнейший процесс жизни растения называется фотосинтезом, т. е. образованием сложных соединений, возникающих из более простых под влиянием света.
Ткани растений
Растительной тканью называется совокупность клеток, выполняющих одну и ту же физиологическую (жизненную) роль и сходных между собой по строению и происхождению.
Образовательные ткани состоят из наиболее молодых клеток, обладающих способностью размножаться делением. Само название «образовательные» говорит о том, что из делящихся клеток возникают другие ткани. Образовательные ткани встречаются, например, в кончиках стеблей и корней, где имеются конусы нарастания, состоящие из молодых клеток, образующих конусовидные окончания этих органов.
На тонком продольном разрезе корня в микроскоп можно проследить отдельные фазы сложного деления растительной клетки. Эти клетки обладают тонкими оболочками, густой протоплазмой и крупными ядрами. После образования новых клеток начинается их рост и видоизменение.
В протоплазме появляются многочисленные капли клеточного сока (вакуоли), клетки удлиняются и одни из них дают начало основным тканям, а другие — покровным, проводящим, механическим и выделительным.
Основные ткани широко распространены в органах растений. В их клетках главным образом совершаются важнейшие процессы жизни растения — образование и накопление органического вещества.
Живые клетки основных тканей крупнее клеток образовательной ткани. В них находятся пластиды, запасные вещества, как в твердом состоянии (крахмал, алейрон), так и в растворе клеточного сока (сахар, инулин). Кроме того, характерным для этой ткани является наличие межклеточных пространств. В них скопляется воздух, кислород которого необходим для дыхания живых клеток. Из основной ткани состоит мякоть листа, сердцевина стеблей, внутренние части семян, сочных плодов, клубней, корневищ.
Вследствие наличия межклеточных пространств все органы растений имеют малый удельный вес. Поэтому на поверхность воды всплывают погруженные в нее не только листья и стебли растений, но и плоды с большим весом, например яблоки, арбузы, груши.
Иногда в основной ткани растений развиваются крупные межклеточные пространства, превращающиеся во вместилище выделений и в воздухоносные ходы. Последние особенно развиты у болотных растений, корни и корневища которых произрастают в среде, бедной кислородом воздуха.
Покровные ткани находятся на поверхности органов растения. К ним относятся кожица (эпидермис), пробковая ткань и корка. Листья растений покрыты кожицей.
Она находится на поверхности зеленых стеблей, сочных плодов. Кожица защищает органы растения от высыхания и от проникновения микроорганизмов внутрь органов. Очищенное яблоко быстрее высыхает, чем неочищенное. Оно же быстрее и загнивает.
Кожица иногда легко сдирается с листьев, и тогда ее можно хорошо рассмотреть в микроскоп. У длинных листьев клетки кожицы вытянуты в длину. У широких листьев клетки более равномерно развиты и оболочки их часто имеют извилистую форму. Как в том, так и в другом случае клетки плотно, без межклетников соединены между собой. На поперечном срезе клетки кожицы имеют прямоугольную форму.
Весьма часто клетки кожицы с поверхности покрыты толстой пленкой — кутикулой, а иногда и восковым налетом, отчего листья кажутся плотными, блестящими, как будто покрытые лаком. Такие листья лучше защищены от испарения воды, с таких листьев во время дождя быстрее скатываются капли воды, они лучше защищены от загнивания и других невзгод. Припомним, например, листья капусты, хвою сосны, листья лука.
Часто на поверхности кожицы развиваются волоски, вследствие чего растения приобретают сероватый оттенок, например растения сухих степей: чистец, шалфей, коровяк, или медвежье ухо.
Листья яблони, лоха, маслины также покрыты волосками, особенно с нижней стороны. Иногда волоски придают жесткость растениям и делают их менее съедобными, например у растений из семейства бурачниковых. Жгучие волоски крапивы защищают растения от животных.
При рассматривании кожицы в микроскоп среди обычных клеток видны многочисленные устьица, служащие для проветривания листа, т. е. для газообмена. Устьице состоит из щелевидного отверстия и прилегающих к нему двух замыкающих клеток слегка изогнутой формы.
Замыкающие клетки в отличие от других клеток кожицы, кроме протоплазмы, ядра и вакуоли, имеют еще зеленые пластиды — хлоропласты.
Так как у замыкающих клеток оболочки неравномерно утолщены, то они при изменении клеточного тургора способны изгибаться то в большей, то в меньшей степени и расширять, суживать или совсем закрывать щель.
Чаще всего у замыкающих клеток оболочки, обращенные к щелевидному отверстию, бывают утолщены, а оболочки, примыкающие к соседним клеткам эпидермиса, остаются тонкими. Вот почему увеличение тургора в устьичных клетках влечет за собой больший изгиб их и открывание щели, а уменьшение тургора вызывает выпрямление замыкающих клеток и закрывание щели.
При недостатке воды в растении устьица закрываются, а при избытке ее устьица открываются. Раскрывание устьиц связано с увеличением сахара в замыкающих клетках, вследствие чего увеличивается тургор замыкающих клеток, в которые больше поступает воды.
Закрывание устьиц связано с уменьшением количества сахара в замыкающих клетках, вследствие чего уменьшается клеточный тургор этих клеток и устьичная щель закрывается.
Днем, благодаря фотосинтезу, сахара в замыкающих клетках больше и устьица обычно бывают открыты, а ночью его меньше и устьица закрываются.
Пробковая ткань
Пробковая ткань на поверхности органов растений появляется взамен кожицы. Ее можно обнаружить на многолетних стеблях, корнях и корневищах, на клубнях.
Например, молодые клубни картофеля бывают покрыты кожицей, а позднее, при созревании клубней, кожица лопается, слущивается и заменяется пробковой тканью.
Возникновение пробковой ткани начинается с того, что клетки основной ткани, находящиеся под кожицей, а у некоторых растений — клетки кожицы начинают делиться перегородками параллельно поверхности органа и превращаются в слой вторичной образовательной ткани — в пробковый камбий.
Пробковый камбий кнаружи откладывает клетки, быстро отмирающие, так как оболочки их пропитываются особым пробковым веществом, а внутрь откладывается несколько рядов живых клеток. На поверхности молодых веток кустарников видна также пробковая ткань. Она, например, хорошо видна на ветвях смородины, крыжовника, бузины. На поперечном срезе тонкой ветки бузины в микроскоп видны клетки пробки, располагающиеся всегда правильными рядами, образовавшимися из пробкового камбия.
Межклетников между этими клетками не возникает, и потому они являются хорошей защитой для глубже лежащих живых тканей.
Однако живые ткани, находящиеся внутри органа, нуждаются в кислороде воздуха. Эта потребность удовлетворяется благодаря наличию в пробковой ткани особых отдушин в виде чечевичек.
Чечевички хорошо видны, например, на поверхности веток бузины в виде продольных трещинок, заполненных рыхлой тканью. На тонких срезах, проведенных через чечевички, хорошо видна кожица, разорванная над чечевичкой и рыхлая ткань, состоящая из мертвых клеток, выполняющих чечевичку. Через межклетники этих мертвых клеток устанавливается газообмен между наружным воздухом и живыми тканями стебля.
У старых деревьев кора на поверхности трескается и образуется корка, которая время от времени спадает с дерева.
Корка — это отмершая часть коры, пронизанная прослойками пробковой ткани.
Проводящие ткани служат для передвижения веществ по растению. Из почвы вверх по корню и стеблю к листьям передвигаются вода и растворенные в ней минеральные соли. Этот ток жидкости называется восходящим.
Из листьев по стеблю оттекает ток жидкости с растворенными органическими веществами. Такой ток жидкости называется нисходящим током пластических веществ.
Два встречных тока жидкости протекают по разным проводящим тканям. Для восходящего тока существуют сосуды древесины — тончайшие трубочки в древесине, по которым поднимаются вверх столбики воды, а нисходящий ток жидкости передвигается по ситовидным трубкам луба.
Как сосуды, так и ситовидные трубки образуются из удлинившихся клеток. Рассмотреть их можно только в микроскоп на продольных срезах.
Сосуды древесины — это мертвые сплошные полые трубочки, тянущиеся вдоль всего растения. Они образуются из ряда живых вертикальных клеток, вытягивающихся в длину и утрачивающих свое содержимое.
Горизонтальные перегородки у таких клеток растворяются, и от них остается лишь узенький ободок и на вертикальных внутренних стенках возникают различные утолщения.
Строение и прорастание семян
Многие растения размножаются семенами. У покрытосемянных растений семена развиваются в плодах. Например, в плоде гороха (бобе) созревает несколько семян. Плод возникает из завязи цветка, а семена из семяпочек, находящихся в завязи. Плоды и семена обычно развиваются после опыления и оплодотворения семяпочек.
Семян в плодах бывает различное количество. Например, у вишни, пшеницы по одному семени, а у мака свыше тысячи.
Одно растение заразихи дает сто тысяч мельчайших семян. Мелкие семена имеют мятлик, полевица. Крупными считаются семена дуба, конского каштана, грецкого ореха.
Иногда неправильно семенами называют плоды. Например, у злаков односемянные плоды — зерновки —называют семенами. Также у подсолнечника плоды — семянки — неправильно называют семенами. У свеклы несколько сросшихся плодов — соплодие — называют семенами. Последние следует называть клубочками.
При размножении растений семенами и плодами новые растения в силу наследственности приобретают свойства материнского и отцовского растений. Семена и растения, вырастающие из них, несут в себе признаки не только своих родителей, но и прародителей, а также и новые признаки, приобретенные под влиянием внешней среды.
Органические вещества, находящиеся в эпдосперме (крахмал, белки, масла), не могут непосредственно проникать через клеточные оболочки. Особыми веществами— ферментами — они превращаются в другие вещества, растворимые в воде, и тогда уже свободно проникают из клеток эндосперма в клетки щитка и зародыша.
Ферментами называются специализированные вещества, весьма распространенные в организмах (растениях и животных), которые облегчают ход превращения нерастворимых веществ в вещества растворимые, а сами почти не расходуются на эти превращения.
Щиток выделяет из себя фермент диастаз, превращающий крахмал в сахар. Сахар—вещество, растворимое в воде, и потому легко проникает через оболочки из клетки в клетку и поступает в зародыш, который питается им.
Семядоли двудольных растений
Семена двудольных растений в отличие от семян однодольных имеют в зародыше семени две семядоли. Так же как и семена однодольных, они часто имеют не только зародыш, но и эндосперм (гречиха, клещевина, мак, вьюнок и др.).
У этих растений небольшой зародыш, состоящий из корешка, стебелька и двух семядолей, со всех сторон окружается запасной питательной тканью — эндоспермом, а вокруг последнего образуется кожура. У других двудольных растений (горох, фасоль, тыква, дуб и др.) созревшие семена не содержат эндосперма, а запасные питательные вещества скопляются в самих семядолях зародыша.
Питательные вещества эндосперма и зародыша состоят из углеводов, белков и жиров, а также из многих других органических и минеральных веществ. В семенах находится еще вода (от 7 до 15% воздушно-сухого веса).
В семенах различных растений количество и состав питательных веществ сильно колеблются. Злаки, например, богаты крахмалом (около 60%), бобовые—белком (24— 40%), масличные растения (лен, конопля, подсолнечник и до.)—растительным маслом (30—60%).
Семена отличаются большой устойчивостью против неблагоприятных внешних условий. Сухие семена способны переносить весьма низкие температуры, не теряя своей всхожести. Например, они не боятся морозов, достигающих иногда 60. Известны случаи, когда семена выносили температуру —180° и даже —235°. Воздушно-сухие семена выносят температуры—62—75°, а высушенные даже до —100 и —110°. Набухшие семена непродолжительное время выносят температуры —10,—20° и —45—50°.
Прорастание живых семян
Прорастание живых семян начинается с набухания, что ведет к увеличению их объема. Количество воды, поглощаемое семенами различных растений, сильно колеблется: масличные растения поглощают 30—40% воды, злаки — 50—70%, бобовые — до 100% и больше.
Объем семян при набухании значительно увеличивается. Насыпем горох в бутылку, нальем туда воды и заткнем бутылку пробкой. Через несколько часов бутылка с треском лопается. Набуханию подвергаются также и мертвые семена, однако набухание таких семян приводит к их загниванию, а набухание живых семян — к их дальнейшему прорастанию.
Вода нужна прорастающим растениям для жизненных процессов, для прохождения сложнейших химических реакций, связанных с действием ферментов, а также для создания клеточного тургора.
Вторым условием прорастания является подходящая температура. Различают наименьшие, наилучшие и наибольшие температуры прорастания семян. Например, хлебные злаки, гречиха, клевер, лен, горох начинают прорастать при температуре 1—5°; наиболее энергично они прорастают при 20—30° и замедляют прорастание при 32—37°. Для кукурузы и подсолнечника самая низкая температура равна 5—10°, наилучшая 30—35° и наибольшая 40—44°. Для тыквы, дыни, риса, табака, хлопчатника наинизшая температура равна 10—15°, наилучшая 30—37° и наивысшая 40—48°.
Третьим условием прорастания является наличие кислород а воздуха. При недостатке кислорода семена плохо прорастают, а при отсутствии его прорастание прекращается.
Кислород воздуха необходим для дыхания, которое особенно энергично происходит при прорастании семян.
Большая часть семян прорастает как на свету, так и в темноте. Однако семена омелы — паразитного для деревьев растения, а также лютика ядовитого прорастают только на свету. Прорастание табака, лука, мятлика, моркови, повилики ускоряется на свету. Семена щирицы и амаранта прорастают только в темноте.
Прорастание семян древесных (лесных и плодовых), а также травянистых растений происходит значительно энергичнее, если семена подвергнуть стратификации, т. е. сохранению их в осенний и зимний периоды в ящике с влажным песком, закопанным в землю; семена при этом переслаиваются песком. Действие низких температур на семена приводит впоследствии к более энергичному их прорастанию.
Благоприятное действие на прорастание семян оказывает также воздушный обогрев семян и тепловая сушка. Данное мероприятие прерывает период покоя семян, что имеет большое значение, когда промежуток времени между уборкой урожая и посевом озимых растений слишком короток, например в северных районах.
Только от семян хорошего для данных условий сорта можно получать высокие и устойчивые урожаи. Также и посевные качества семян играют в этом отношении важную роль.
Кислород воздуха необходим для дыхания, которое особенно энергично происходит при прорастании семян.
Большая часть семян прорастает как на свету, так и в темноте. Однако семена омелы — паразитного для деревьев растения, а также лютика ядовитого прорастают только на свету. Прорастание табака, лука, мятлика, моркови, повилики ускоряется на свету. Семена щирицы и амаранта прорастают только в темноте.
Прорастание семян древесных (лесных и плодовых), а также травянистых растений происходит значительно энергичнее, если семена подвергнуть стратификации, т. е. сохранению их в осенний и зимний периоды в ящике с влажным песком, закопанным в землю; семена при этом переслаиваются песком. Действие низких температур на семена приводит впоследствии к более энергичному их прорастанию.
Благоприятное действие на прорастание семян оказывает также воздушный обогрев семян и тепловая сушка. Данное мероприятие прерывает период покоя семян, что имеет большое значение, когда промежуток времени между уборкой урожая и посевом озимых растений слишком короток, например в северных районах.
Только от семян хорошего для данных условий сорта можно получать высокие и устойчивые урожаи. Также и посевные качества семян играют в этом отношении важную роль.
Всхожесть семян
Всхожесть семян определяют проращиванием их в специальных приборах (термостатах) или раскладыванием 100 семян на увлажненный песок или на фильтровальную бумагу в тарелке или ящике, которые прикрывают стеклом и ставят в теплое место. Число проросших семян в течение 7—10 дней показывает процент всхожести, который для хороших семян должен быть не менее 96—100.
Для большей точности берут четыре отдельных пробы и в конце проращивания высчитывают среднюю арифметическую цифру, которую и принимают за процент всхожести. Энергию прорастания определяют по проценту семян, проросших через три дня для хлебных злаков, через четыре дня для большинства бобовых, через 5—6 дней для свеклы, моркови и большинства луговых трав. Исследуются также чистота семян, хозяйственная годность, вес 1000 семян, блеск, цвет, запах и другие свойства.
Сочетание внешних условий (влажности, температуры, доступа кислорода воздуха) оказывает влияние на всхожесть семян и энергию их прорастания, а также на последующее развитие растений. По внешним изменениям прорастающих семян и по появлению всходов различные растения сильно отличаются между собой. При прорастании зерновок злаков сперва показываются первичные корни.
У пшеницы, например, вслед за первым корнем показываются еще два, которые быстро догоняют в росте первый. Позднее появляются последующие придаточные корни. У ржи и ячменя первичных корней появляется больше. У кукурузы, проса, сорго, чумизы сперва появляется один корень, а значительно позднее показываются придаточные корни.
После появления корня из зародыша показывается росток, Который растет вверх. Под защитой тонкой полупрозрачной пленочки — колеоптил е — растет первый настоящий лист, который выходит из земли наружу и зеленеет.
Прорастание семян двудольных растений происходит различно: у одних при прорастании семядоли остаются в земле (у дуба, гороха, вики, боба) и запасы питательных веществ постепенно расходуются на рост молодого растения, у других двудольных растений семядоли появляются над поверхностью земли и зеленеют.
Семядоли—первые листья. У фасоли зазеленевшие семядоли сморщиваются и опадают. У тыквы, подсолнечника, клена семядоли после израсходования питательных веществ разрастаются в две зеленые пластинки и долгое время играют роль зеленых листьев, но позднее также отсыхают и опадают.
Источник: landreform.kgwww.my-article.net
РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА
Растение, как и всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Клетка — это простейшая и обязательная единица живого, это его элемент, основа строения, развития и всей жизнедеятельности организма.
Существуют растения, построенные из однойединственной клетки. К ним относятся одноклеточные водоросли и одноклеточные грибы. Обычно это микроскопические организмы, но есть и довольно крупные одноклеточные (длина одноклеточной морской водоросли ацетабулярии достигает 7 см). Большинство растений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни,— это многоклеточные организмы, построенные из большого числа клеток. Например, в одном листе древесного растения их около 20 000 000. Если дерево имеет 200 000 листьев (а это вполне реальная цифра), то число клеток во всех них составляет 4000 000 000 000. Дерево в целом содержит еще раз в 15 больше клеток.
Растения, за исключением некоторых низших, 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 собрание клеток, сходных по строению и функциям. Клетки каждой ткани имеют свою специальность. Выполняя работу по своей специальности, они вносят вклад в жизнь целого растения, которая состоит в сочетании и взаимодействии разных видов работы различных клеток, органов, тканей.
Основными, самыми общими компонентами, из которых построены клетки, являются ядро, цитоплазма с многочисленными органоидами различного строения и функций, оболочка, вакуоль. Оболочка покрывает клетку снаружи, под ней находится цитоплазма, в ней — ядро и одна или несколько вакуолей. Как строение, так и свойства клеток разных тканей в связи с их разной специализацией резко различаются. Перечисленные основные компоненты и органоиды, о которых речь пойдет дальше, развиты в них в различной степени, имеют неодинаковое строение, а иногда тот или иной компонент может вовсе отсутствовать.
Главнейшими группами тканей, из которых построены вегетативные (непосредственно не связанные с размножением) органы высшего растения, являются следующие: покровные, основные, механические, проводящие, выделительные, меристематические. В каждую группу обычно входит несколько тканей, имеющих сходную специализацию, но построенных каж дая по-своему из определенного вида клеток. Ткани в органах не изолированы друг от друга, а составляют системы тканей, в которых элементы отдельных тканей чередуются. Так, древесина — это система из механической и проводящей, а иногда и основной ткани.
, 
Возьмем для примера два органа высшего растения — лист и стебель. И мы увидим, насколько разнообразны по строению и работе клетки, образующие их ткани (рис. 22 и 23). Мы увидим также, как приспособлено строение клеток каждой ткани к выполнению их специальных функций.
Покровные ткани — эпидермис, пробка, корка — защищают органы растения от неблагоприятных воздействий: от высыхания, перегрева, переохлаждения, лучистой энергии, механических повреждений, излишнего намокания, от проникновения чужеродных организмов, например бактерий. Эпидермис покрывает обе поверхности листа, молодые побеги и лепестки. Как правило, это один слой клеток. Те стенки клеток, которыми они соприкасаются между собой, обычно извилистые, причем выступ одной заполняет вогнутость соседней. Это способствует прочному соединению клеток, которые в результате образуют единый плотный пласт. Внешние, граничащие с воздухом стенки клеток более толстые.
Эпидермальные клетки выделяют вещества, откладывающиеся на них снаружи в виде пленки (например, кутин, образующий плотную кутикулу, и воск; кутин к тому же пропитывает и сами внешние стенки эпидермальных клеток). Толстая внешняя оболочка и наружная пленка из кутина и воска обеспечивают изоляционные, защитные свойства этой ткани. Сквозь ее слой затруднено проникновение газов, воды, бактерий. Однако воздух обязательно должен входить внутрь зеленых частей растения, а наружу выходят водяные пары и кислород. Обмен газами, а также водяным паром между атмосферой и внутренними тканями молодых органов, покрытых эпидермисом, осуществляется с помощью устьиц.
Устьица образованы специальными клетками эпидермиса, между двумя из которых (так называемыми замыкающими клетками устьица) имеется отверстие регулируемой величины — устьичная щель. Через нее осуществляется связь между атмосферой и воздухоносными межклеточными пространствами толщи листа или другого органа, покрытого эпидермисом. Замыкающие клетки устьиц под влиянием перемены условий влажности или освещения меняют свою форму, смыкаясь друг с другом или размыкаясь. При этом они открывают или, соответственно, закрывают устьичную щель. На свету, когда растение фотосинтезирует и нуждается в притоке углекислого газа из атмосферы, устьичные щели открыты. Ночью они закрываются; замыкающие клетки закрывают просветы устьиц и в жаркое время дня, что предохраняет растение от большой потери воды, от увядания.
Часто эпидермальные клетки образуют выросты — волоски (рис. 24). Иногда это многоклеточные образования, в других случаях каждый волосок представляет собой отросток одной клетки, лежащей в общем слое эпидермиса. Они играют защитную, опорную (например, у вьющихся или стелющихся растений), выделительную роль. Важны корневые волоски — трубчатые выросты эпидермальных клеток корня. Они увеличивают всасывающую поверхность последнего. Подсчитано, что на 14 млн. боковых корней одного растения ржи развивается до 14 млрд. корневых волосков. Площадь поверхности корней составляет при этом 232 м2, а волосков — 400 м2. Эпидермис многих семян или плодов образует волоски, способствующие расселению семян, а тем самым растений. Часто волоски использует и человек. Пример этого — хлопок, представляющий собой эпидермальные волоски семян хлопчатника; его волоски имеют толстые целлюлозные оболочки и достигают в длину 70 мм.
В стебле многолетних растений под эпидермисом, на смену ему, развивается более грубая защитная ткань — пробка. Клетки ее отмирают, утрачивают протопласт и состоят только из толстых стенок, которые окружают полость, заполненную воздухом или смолистыми веществами. Стенки пропитаны суберином, делающим их водо- и воздухонепроницаемыми, теплоизолирующими, а также прочными, упругими. Они могут к тому же и одревесневать. Примером этой ткани служит береста. Она довольно тонка, а вот пробка пробкового дуба достигает толщины в несколько десятков сантиметров. Пробка в некоторых местах прерывается чечевичками — образованиями из иной ткани, которая проницаема для воды и воздуха. Через чечевички осуществляется обмен внутренних частей ствола с окружающей средой. Чечевички развиваются на местах устьиц.
В стебле под покровными тканями находятся клетки луба. Луб — это система из элементов нескольких тканей: проводящей, опорной, основной. Важнейший элемент луба — ситовидные трубки. Они построены иэ удлиненных клеток, вытянутых вдоль стебля, сочлененных друг с другом концами. Это живые, но безъядерные клетки, элементы цитоплазмы в которых расположены пристенно. Оболочки в местах стыка этих клеток имеют многочисленные отверстия, так что нерегородки подобны ситу. В результате этого смежные клетки сообщаются между собой и тем самым оказываются объединенными в длинные трубки, тянущиеся сквозь жилки и черешки листьев, по стеблю и корню.
По системе ситовидных трубок продукты, образующиеся в зеленых частях растений, перемещаются ко всем его другим частям, питают их. Основным из транспортируемых продуктов является сахароза. Ситовидные трубки — это элемент проводящей ткани. Около клеток ситовидных трубок имеются клетки-спутники. Они содержат ядра, и их протопласт имеет непосредственные связи с цитоплазмой безъядерных ситовидных клеток. В лубе встречаются также участки, состоящие из паренхимных клеток (т. е. клеток, длина, ширина и высота которых близки по величине). В них откладываются различные вещества — крахмал, масла, смолы. Это клетки основной ткани.
Кроме того, луб содержит элементы опорной ткани — лубяные волокна. Это очень длинные клетки с утолщенными стенками; длина клетки может превышать ее ширину в тысячи раз. У льна длина тонких вытянутых лубяных волокон достигает 4 см, а у рами — даже 35 см. Обычно это мертвые клетки, без протопласта. Они выполняют механическую функцию, создавая прочность стебля.
Большинство специализированных клеток не способно к размножению. Однако растение растет всю свою жизнь, и в течение всей жизни в нем образуются новые клетки. Они развиваются из клеток образовательных — меристематических — тканей. Размножение делением является специализацией меристематических клеток, их функцией в организме. Происшедшие из них клетки развиваются, превращаясь в те или иные специализированные клетки — клетки ситовидных трубок, клетки пробки, волокна и т. д. Образовательная ткань находится в разных частях растения (например, в точках роста — на верхушках побегов, корней). В толще стебля обычно есть несколько слоев образовательной ткани. Под слоем пробки находятся клетки феллогена, которые, делясь, пополняют число клеток пробки, корки. Внутрь от луба располагается слой клеток камбия. Те из порождаемых ими клеток, которые образуются снаружи от камбия, развиваются в клетки луба (рис. 25). Оказавшиеся внутри, т. е. ближе к оси ствола, дают начало клеткам древесины.
Древесина состоит из элементов проводящей, опорной и основной тканей. К первым относятся волокна древесины — длинные мертвые клетки с одревесневшими стенками; ко вторым — сосуды, представляющие собой результат слияния многих клеток; к третьим — клетки древесной паренхимы. Клетки, дифференцирующиеся из камбиальных элементов в проводящие (сосуды), растут в длину и ширину. Их боковые стенки утолщаются и одревесневают. В стенках, однако, остаются поры, закрытые лишь тонкой оболочкой. Перегородки на стыках смежных клеток исчезают, протопласт отмирает. В результате образуются длинные сосуды, состоящие из одних стенок. Проводящая система тянется сквозь корень и стебель в лист. По таким сосудам осуществляется восходящий ток воды и растворенных в ней солей от корней ко всем органам растения.
В центре стебля находятся клетки сердцевины — округлые или многогранные паренхимные клетки. Это элементы основной ткани. Иногда они полые, и в них находится воздух; иногда они заполнены запасными питательными веществами, различными кристаллами, таннинами. Стенки их могут быть рдревесневшими. Древесину и луб пронизывают радиальные лучи. Их клетки являются производными камбия и несут запасающую функцию. На уровне луба эти лучи заметно расширяются.
В мякоти листа между верхним и нижним эпидермисом находится основная ткань — клетки с тонкими оболочками и большим количеством зеленых пластид — хлоропластов. В этих клетках происходит фотосинтез. Верхние слои состоят большей частью из продолговатых клеток, плотно прилегающих друг к другу,— это столбчатая паренхима. Нижние слои рыхлые, между клетками расположены межклетники — пространства, заполненные воздухом; это губчатая паренхима. Паренхима пронизана ветвящимися жилками, которые построены из пучков механической (разнообразные волокна) и проводящей (ситовидные трубки и водоносные сосуды) тканей.
Это краткое и схематичное изложение плана строения стебля, листа показывает, насколько разнообразны по величине, форме, строению, функции клетки одного и того же растения. Если взять разные растения, то можно встретиться с еще большим многообразием клеток. Однако, как правило, клетки одноименных тканей даже весьма далеких друг от друга растений сходны, поскольку эти клетки выполняют аналогичные функции. Клетки эпидермиса листа березы и, например, одуванчика более похожи друг на друга, чем эпидермальная клетка одуванчика и его же ситовидная клетка. Отличительные черты клетки связаны в первую очередь с ее специальной функцией. Клетки, специализированные в механической функции, имеют утолщенные и нередко одревесневшие оболочки. Специализация в фотосинтезе ведет к появлению в клетках хлоропластов. Специализация в проводящей функции связана с удлинением клеток, с утратой протопласта, с изменениями в оболочках клеток на стыках, благодаря которым полости смежных клеток сообщаются. Для клеток, специализированных в защитной функции, характерны многообразные изменения внешних стенок, наличие волосков, способность вырабатывать защитные вещества.
Специализация в функции запасания питательных веществ может привести к увеличению размеров клеток, к появлению в них очень крупных вакуолей. В клетках меристематических, усиленно делящихся, особенно развиты те внутриклеточные структуры, которые обеспечивают синтез веществ — составных частей клетки.
В зависимости от характера специализации одни черты строения и работы клетки развиты очень сильно, другие, напротив, мало развиты или вовсе отсутствуют. Как мы видели, некоторые клетки, став специализированными, умирают и именно в мертвом состоянии начинают выполнять свою специальную функцию в много клеточном организме (клетки пробки, древесинные волокна, сосуды).
, 
Очень разнообразны и своеобразны клетки многоклеточных нитчатых водорослей и одноклеточных растений (рис. 26 и 27). Клетка любого из последних к тому же сильно отличается от клеток многоклеточных растений. Ей одной приходится выполнять несколько функций, которые у многоклеточных растений поделены между клетками разных тканей. • В то же время даже очень отличающиеся между собой клетки обладают глубоким сходством в строении и функциях. Для многоклеточных это связано, во-первых, с тем, что все клетки организма (если исключить вегетативное размножение, при котором от материнского растения сразу отделяется в качестве новой особи или ее зачатка целый многоклеточный комплекс) являются потомками одной и той же клетки-родоначальницы. Поэтому, каким бы образом ни были специализированы клетки, они имеют общий исток, а потому являются родственницами.
Во-вторых, общие черты в строении клеток растений разных видов связаны с тем, что все растения состоят в той или иной степени родства. Все растения развились путем эволюции от одноклеточных общих предков. Общие черты унаследованы клетками современных растений от древних прародительских клеток. С этим связано также наличие общих черт строения и работы растительных и животных клеток.
В-третьих, сходство связано с тем, что все живые клетки, какую бы специальную функцию они ни несли в организме, прежде всего должны обеспечивать собственную жизнь. Клетки поглощают питательные вещества, перерабатывают их, добывая энергию и строя собственное тело, дышат, освобождаются от ненужных веществ, борются с различными повреждениями, реагируют на изменения внешних условий, перестраивая свою жизнедеятельность, растут. Все эти процессы у разных клеток осуществляются сходно и с помощью однотипных структур, общих по плану строения не только для разных растительных клеток, но и для клеток растений и животных. Надо сказать, что выполнение любой специальной функции клетки основывается на ее общих свойствах. Та или иная черта, способность, присущая всем клеткам, у специализированной клетки развивается особенно сильно и обеспечивает выполнение клеткой ее основной, специальной функции. Те общие черты, без которых невозможно выполнение этой специальной функции, в клетке сохраняются, а остальные могут утратиться. Мертвые специализированные клетки — крайний, предельный случай этого. Специальная функция таких клеток связана с их оболочкой; протопласт нужен лишь до тех пор, пока он создает оболочку; после этого он отмирает, и вся клетка состоит только из неживой оболочки, которая и работает на нужды растения.
Рассматривая общие черты строения и жизнедеятельности растительных клеток, удобно говорить о некоей типовой клетке, вобравшей в себя общие черты разных специализированных клеток. Такую клетку, хотя она и не существует в «чистом виде», можно даже изобразить (табл. 7, рис. 28). Из реальных клеток более других похожи на такую «типовую» клетки паренхимы листа (табл. 8, рис. 29).
Перейдем к описанию строения и работы растительной клетки.
Снаружи растительная клетка покрыта оболочкой, неодинаковой по толщине и строению у разных клеток. Образующие ее вещества вырабатываются в цитоплазме и откладываются снаружи от нее, постепенно создавая оболочку. Этими веществами прежде всего являются крупномолекулярные полисахариды —пектин, гемицеллюлоза и в небольших количествах целлюлоза. Они образуют так назынаемую первичную оболочку. Она довольно эластична, по мере роста клетки растягивается и тоже растет, а потому не препятствует росту клетки. Однако она создает определенную прочность клетки и способна защитить ее от механических повреждений. Есть клетки, которые лишены такой первичной оболочки,— это некоторые клетки, служащие для бесполого и полового размножения (зооспоры и гаметы водорослей и низших грибов, мужские гаметы высших растений). У многих клеток имеется не только первичная, но еще и вторичная оболочка. Она образуется под первичной и построена главным образом из целлюлозы. Целлюлоза — это полисахарид, молекулы которого образуют тончайшие нити — микрофибриллы. В оболочке нити целлюлозы погружены в аморфное вещество, состоящее из пектиновых соединений. У одних клеток эти микрофибриллы целлюлозы расположены поперек длины клетки, кольцами; благодаря этому такие клетки могут растягиваться в длину, но не в ширину (например, клетки сосудов стебля). У других нити лежат продольно; клетки с такой оболочкой эластичны при растягивании поперек, но очень жестки на продольное растяжение. У третьих они расположены наискось, образуя спираль (эпидермальные волоски семян хлопчатника, лубяные волокна). Все это напоминает железобетонные конструкции, причем нити целлюлозы играют здесь роль железных прутьев, а пектиновые вещества — роль цемента. Клетки, имеющие вторичную оболочку, весьма прочны. Они образуют механические, опорные ткани растения. Иногда вторичная оболочка играет и роль склада питательных продуктов: образующие ее вещества могут превращаться в другие, более простые, которые расходуются как питание.
В оболочке имеются неутолщенпые места — поры (в первичной оболочке они называются поровыми полями), через которые осуществляется связь между соседними клетками. Сквозь норовые поля и поры проходят тонкие тяжи цитоплазмы. Это плазмодесмы, которые связывают цитоплазму соседних клеток (табл. 9). По ним осуществляется обмен веществами между соседними клетками. Плазмодесмы наряду с элементами проводящей ткани соединяют клетки и ткани организма в единое целое.
Обмен веществами и распространение возбуждения позволяют клеткам влиять на развитие и работу друг друга, и каждая ткань влияет на жизнедеятельность всех других тканей. Этим создается координация работы всех частей единого организма—целого растения.
Во многих клетках клеточная оболочка с возрастом пропитывается веществами, еще более укрепляющими ее. Накопление в ней лигнина ведет к одревеснению оболочки. Одревесневают стенки клеток древесины и, часто, лубяных волокон, оболочки клеток кожуры семян, иногда околоплодника (рис. 30) и даже лепестков. Клетки с одревесневшими стенками не только прочнее, но и менее проницаемы для микробов, для воды. Оболочки некоторых других клеток — покровных тканей, а также на поверхностях поранений — опробковеватот, пропитываясь суберином. Содержимое клеток после этого отмирает, так как суберин непроницаем для воды и газов, но ткань из таких мертвых клеток защищает внутренние живые части растения от вредных внешних воздействий. Как уже говорилось, наружные оболочки клеток эпидермиса обычно пропитываются или покрываются кутином и воском, и это сохраняет клетки от излишнего испарения воды, от проникновения инфекции. Оболочка может пропитываться и минеральными веществами, преимущественно солями кальция.
Бывают, однако, в жизни клеток и такие моменты, когда их оболочка должна стать менее прочной, чем была до этого. Это происходит, например, при прорастании семян.
Полисахаридная клеточная оболочка — характерная черта строения растительной клетки, отличающая ее от животной клетки.
Оболочка, или клеточная стенка, — это защитное образование. Под оболочкой находится цитоплазма. Самый наружный ее слой, примыкающий к оболочке,— поверхностная клеточпая мембрана — плазмалемма. Она представляет собой комбинацию слоев жироподобных н белковых молекул. Такие мембраны называются липопротеиновыми («липос» — жир, «протеин» — белок). Мембрана подобной конструкции отграничивает цитоплазму от вакуолей, эта мембрана называется тонопластом. Многие органоиды клетки построены из липопротеиновых мембран. Однако в каждом случав мембрана построена из жироподобных веществ (липидов) и белков, присущих именно данной мембране. Качественное разнообразие липидов и особенно белков колоссально, отсюда огромное разнообразие мембран, отличающихся по свойствам, и в пределах одной клетки, и в разных клетках.
Плазмалемма регулирует вход веществ в клетку и выход их из нее, обеспечивает избирательное проникновение веществ в клетку и из клетки. Скорость проникновения сквозь мембрану разных веществ различна. Хорошо проникают через нее вода и газообразные вещества. Легко проникают также жирорастворимые вещества,— вероятно, благодаря тому, что она имеет липидный слой. Предполагается, что липидный слой мембраны пронизан порами. Это позволяет проникать сквозь мембрану веществам, нерастворимым в жирах. Поры несут электрический заряд, поэтому проникновение через них ионов не вполне свободно. При некоторых условиях заряд пор меняется, и этим регулируется проницаемость мембран для ионов. Однако мембрана неодинаково проницаема и для разных ионов с одинаковым зарядом, и для разпых незаряжепных молекул близких размеров. В этом проявляется важнейшее свойство мембраны — избирательность ее проницаемости: для одних молекул и ионов она дропицаема лучше, для других хуже.
Вещество движется в клетку, диффундируя в нее, если его концентрация снаружи больше, чем концентрация внутри. В противном случае оно должно диффундировать из клетки. Но, проникнув в клетку, молекулы данного вещества могут тут же вовлечься в обмен веществ и подвергнуться превращению в другие вещества. Тогда концентрация этого вещества внутри клетки снова падает, и новая порция его молекул диффундирует внутрь клетки. В результате в клетки, активно расходующие то или иное вещество, последнее усиленно поступает из окружающих клеток.
Другой механизм усиленного поглощения вещества клеткой состоит в его связывании белками или другими веществами. Связываясь, вещество уходит из внутриклеточного раствора и не препятствует дальнейшей диффузии этого же вещества. Оно продолжает поступать в клетку и скапливается в ней в связанной форме. Так, в клетках некоторых морских водорослей йод накапливается в концентрациях, в миллион раз превышающих его концентрацию в морской воде.
Во всех этих случаях речь идет о движении веществ путем диффузии. Однако клеточные мембраны располагают и механизмами перемещения веществ через себя от меньшей их концентрации к большей. Среди белков мембраны имеются белковые вещества, работа которых состоит в перемещении различных веществ с одной стороны мембраны на другую. Они называются транспортными ферментами. Вероятно, такой транспортный фермент образует с переносимым веществом промежуточное соединение; последнее проходит сквозь мембрану, расщепляется затем на исходные части, после чего фермент возвращается назад, а перенесенное вещество остается по другую сторону мембраны. Детали этого процесса неизвестны, но сам факт такого активного транспорта веществ несомненен. В отличие от диффузного, пассивного, ферментативный транспорт нуждается в затрате энергии. Вероятно, именно благодаря такому активному транспорту ионов клетки эпидермиса корней способны всасывать из почвы нужные растению неорганические вещества и затем передавать их по растению от клетки к клетке.
При химических или физических изменениях во внешней и внутренней среде клеточные мембраны изменяют свою проницаемость, а также степень и сам характер ее избирательности. На этом основываются механизмы регуляции движения веществ в клетку и из клетки. Изменение проницаемости мембран для питательных веществ отражается на интенсивности обменных процессов в клетке, на характере протекающих в ней синтезов, на всей ее жизнедея тельности. В изменении проницаемости мембран для ионов натрия и калия состоит механизм распространения клеточного возбуждения — возникновения и перемещения биотока. К поверхности мембраны присоединено большое количество катионов, главным образом ионов калия. Поэтому она несет снаружи положительный заряд. Под влиянием раздраячителей ионы калия отщепляются от участка, подвергшегося воздействию, заряд участка падает и он становится электроотрицательным по отношению к соседним участкам мембраны. Эта электроотрицательность является, в свою очередь, раздражителем для соседних участков, тем же путем снимая их заряд, деполяризуя их. Волна электроотрицательности распространяется по мембране — это и есть биоток. Затем ионы калия снова садятся на мембрану, придавая ей исходный заряд,— за волной деполяризации следует волна восстановления. Поверхности плазмодесм, проходящих сквозь клеточные стенки и соединяющих цитоплазму соседних клеток, тоже образованы такими мембранами. Биоток движется и по ним, распространяясь от клетки к клетке. Биотоки растительной клетки пока еще мало изучены. Однако ясно, что они являются способом сигнализации, используемым в растительной клетке для пуска в ход одних химических реакций и торможения других. Дело в том, что все химические процессы, протекающие в клетке и составляющие сущность ее жизнедеятельности, идут с участием биологических катализаторов — ферментов. Каждая реакция возможна лишь тогда, когда фермент, пускающий ее в ход, активен. Большинство ферментов становятся активными под действием тех или иных неорганических катионов: К", Na', Са", Mg", Мn". Биоток, меняя проницаемость мембран для заряженных веществ, создает условия для их проникновения сквозь мембраны и контакта с ферментами. Тем самым биоток включает в действие те или иные ферменты и этим регулирует, направляет обмен веществ в клетке. Регуляция обмена веществ биотоками — это лишь один из многих способов регуляции внутриклеточного метаболизма.
Сказанное о проницаемости поверхностной мембраны клетки — плазмалемме — относится и к другим внутриклеточным мембранам, в том числе к тем, из которых построены многие органоиды клетки.
Цитоплазма, когда-то считавшаяся однородным коллоидным раствором белковых веществ, на самом деле сложно структурирована. По мере развития микроскопической техники исследования выяснялись все более тонкие детали строения цитоплазмы. В цитоплазме были открыты различные органоиды (органеллы) — структуры, каждая из которых выполняет определенные физиологические и биохимические функции. Важнейшими органоидами цитоплазмы являются митохондрии, эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть), аппарат Гольджи, рибосомы, пластиды, лизосомы. У подвижных клеток (зооспоры и гаметы водорослей, сперматозоиды хвощей, папоротников, саговников, некоторые одноклеточные и колониальные водоросли) имеются органоиды движения — жгутики.
Особенно много новых фактов о тонком строении цитоплазмы принесло и приносит использование электронного микроскопа, позволяющего исследовать детали строения самих органоидов. Современные биофизические и биохимические методы позволяют выделять в чистом виде те или иные органоиды цитоплазмы и затем изучать их химический состав и их функции. Вне клетки, в средах сложного состава, многие органоиды способны выполнять ту работу, которую они производят, когда находятся в клетке.
Часть цитоплазмы, в которую погружены органоиды и которая пока что представляется бесструктурной, называется основным веществом цитоплазмы или гиалоплазмой. Гиалоплазма — это отнюдь не пассивный наполнитель, а активно работающая часть цитоплазмы. В ней протекает ряд жизненно необходимых химических процессов, в ее состав входят многие белки-ферменты, при помощи которых эти процессы осуществляются.
Жизнь клетки состоит в непрерывной химической работе, которая в своей совокупности называется обменом веществ. Но существу, клетка представляет собой химический завод, вырабатывающий большой ассортимент продукции и самостоятельно добывающий энергию, необходимую для ее производства. Ее продукцией являются вещества, которые необходимы и ей самой для поддержания ее собственной жизни (для построения своего тела при росте и развитии, для замены своих сносившихся частей), и для создания дочерних клеток при размножении, и для нужд других клеток организма.
Все химические реакции, протекающие в клетке, можно разделить на две группы. В результате одних те или иные вещества распадаются на более мелкомолекулярные. В результате других из мелкомолекулярных веществ синтезируются вещества с более крупными молекулами. Молекула любого вещества состоит из атомов, которые удерживаются между собой химическими связями, т. е. тем или иным количеством сконцентрированной потенциальной химической энергии. Когда молекула дробится, связи рвутся и их химическая энергия освобождается. Для синтеза, т. е. для образования более крупной молекулы из мелких, нужно создать новые химические связи, В них необходимо вложить некоторую порцию энергии. Напротив, реакции распада в конечном итоге идут с освобождением энергии, так как при них связи между атомами рвутся. Биологический смысл реакций распада, идущих в клетке, состоит в том, что при них освобождается химическая энергия, используемая затем клеткой для реакций синтеза и для производства иных видов работы (электрической, механической, работы по транспорту веществ). Так как клетка всю свою жизнь синтезирует различные вещества, то ей приходится непрерывно расщеплять другие вещества. Освобождающаяся энергия используется для синтезов не сразу. Сначала она запасается путем образования специальных веществ — аккумуляторов химической энергии — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и родственных ей соединений. В нужный момент и в соответствующей точке клетки АТФ расщепляется и отдает энергию для синтеза необходимого клетке вещества.
Все химические реакции, протекающие в клетке,— и синтеза и распада — осуществляются с помощью ферментов. Ферменты — белковые вещества, ускоряющие течение реакций. Ускорение это настолько велико, что без ферментов подобные реакции вообще были бы невозможны в клетке. Известны случаи, когда благодаря ферменту реакция ускоряется в 10/11 раз. Это значит, что реакция, заканчивающаяся с участием фермента в течение 0,01 сек, без него протекала бы 31 год. Понятно, что такие реакции без фермента были бы просто нереальными.
Кроме того, благодаря ферментам течение химических реакций в клетке управляемо, регулируемо. Активность ферментов в клетке меняется в соответствии с ее потребностью в определенном веществе или в энергии, т. е. в конечном результате работы этих самых ферментов. Когда появляется потребность в каком-то веществе, включаются в действие или заново синтезируются те ферменты, благодаря которым оно образуется. Образование веществ, освобождение и запасание энергии — это итог последовательных реакций, результат работы целой цепи ферментов. Все структуры живых частей клетки построены именно из ферментов и из веществ, скрепляющих эти ферменты. При этом ферменты, участвующие в смежных, последовательно протекающих реакциях, и расположены рядом. Они передают молекулы превращаемых ими веществ друг другу, как по конвейеру, причем каждый из них совершает над молекулой свою рабочую операцию.
В гиалоплазме содержатся ферменты, расщепляющие молекулы глюкозы на более простые молекулы п Поделитесь на страничкеslovar.wikireading.ru
