Вакуоли и клеточный сок

1.6.1. Общая характеристика. Клеточный сок образуется в процессе жизнедеятельности протопласта. Полости, заполненные клеточным соком и ограниченные тонопластом, называются вакуолями. Для большинства зрелых клеток характерна крупная центральная вакуоль, которая занимает 70...90 % объема клетки.

1.6.2. Клеточный сок— слабоконцентрированный водный раствор минеральных и органических соединений, образующих истинные и коллоидные растворы. Клеточный сок имеет в основном кислую реакцию. Химический состав его зависит от вида растения, его возраста и состояния (рис. 17).

Физиологическая роль веществ клеточного сока различна. В нем накапливаются и запасные питательные вещества (простые белки, углеводы), и вещества, регулирующие взаимовлияние растений, растений и животных (гликозиды, пигменты, алкалоиды), и осмотически деятельные соединения (соли органических и неорганических кислот).

Функции вакуолей заключаются, с одной стороны, в накоплении запасных и изоляции эргастических веществ (отбросов, конечных продуктов обмена), с другой — в поддержании тургора и регуляции водно-солевого обмена.

Включения

1.7.1. Общая характеристика. Запасные питательные вещества - это временно выведенные из обмена веществ клетки соединения. Они накапливаются в клетках растений в течение вегетационного периода и используются частично зимой, а главное, весной, в период бурного роста и цветения. Перед листопадом или завяданием надземных частей многолетних трав резервные вещества оттягиваются в зимующие органы. У однолетников они концентрируются в семенах или плодах. Запасные вещества могут откладываться в клетках растений, прежде всего в семенах, в очень больших количествах, поэтому семена некоторых растений являются основой питания человека и домашних животных (рис. 18).

Широко распространено у растений отложение запасных жиров в виде липидных капель в цитоплазме. Наиболее богаты ими семена и плоды. Около 90 % семян покрытосеменных содержат жиры в виде основного запасного вещества. В семенах подсолнечника их накапливается более 50 % сухой массы, в семенах клещевины — 60, в плодах маслины — 50 %. Жиры — наиболее калорийное запасное вещество. Основную массу растительных жиров добывают из семян. Многие из них используют в пищу: подсолнечное, льняное, конопляное, хлопковое, кукурузное,, горчичное масло, масло грецкого ореха, лещины. Жирные масла применяют для изготовления высококачественного мыла, в производстве олифы и лаков. Масло клещевины (касторовое) используют в медицине.

Запасные белки (протеины) наиболее часто встречаются в виде алейроновых зерен в клетках семян бобовых, гречишных, злаков и других растений (рис. 19). Алейроновые зерна образуются при созревании семян из высыхающих вакуолей. Они имеют различную форму, размеры от 0,2 до 20 мкм. Алейроновое зерно окружено тонопластом и содержит аморфный белок альбумин, в который погружены белковые кристаллы глобулина ромбоэдрической формы и глобоид фитина (содержит запасной фосфор). Это сложное алейроновое зерно (у льна, тыквы, подсолнечника и др.) Алейроновые зерна, содержащие только аморфный белок, называют простыми (у бобовых, риса, кукурузы, гречихи).

При прорастании семян алейроновые зерна набухают, белки и фитин подвергаются ферментативному расщеплению, продукты которого используются растущим зародышем. При этом алейроновые зерна постепенно превращаются в типичные вакуоли, лишенные белка. Они сливаются друг с другом, формируя центральную вакуоль.

Наиболее распространенное запасное вещество растений — полисахарид крахмал. Его молекула состоит из огромного числа молекул глюкозы. В клетках крахмал легко переходит в сахар и сахар в крахмал, что позволяет растению быстро накопить этот ценный полисахарид или использовать его для создания других органических веществ в процессах дыхания и роста клеток. Громадное значение имеет крахмал как источник пищи для людей: крахмал зерновок хлебных злаков (рис, пшеница, кукуруза, рожь), клубней картофеля, плодов банана. Пшеничная мука, например, почти на 3/4 состоит из зерен крахмала, в клубнях картофеля он составляет 20.. .30 %. С размером зерен крахмала связаны кулинарные свойства картофеля. Если зерна крахмала мелкие, то при варке клетки тканей клубней разрываются, консистенция становится полужидкой. При крупных зернах крахмала клетки остаются цельными и как бы набухают, вареный картофель получается рассыпчатым. Крахмал — самое важное соединение, используемое в пищу травоядными животными.

Запасной крахмал откладывается в лейкопластах (амилопластах) в виде крахмальных зерен (рис. 20). Крахмальные зерна бывают простые, сложные и полусложные. Простые зерна имеют один центр крахмалообразования, вокруг которого формируются слои крахмала (рис. 21). У сложных зерен в одном лейкопласте несколько центров, имеющих свои собственные слои. В полусложных зернах также несколько центров (два и больше), но кроме слоев крахмала, возникших возле каждого центра, по периферии зерна имеются общие слои. Число центров крахмалообразования зависит от числа инвагинаций внутренней мембраны лейкопласта. Крахмальное зерно в живой клетке всегда окружено двумембранной пластидной оболочкой, даже если строма пластиды практически вся вытеснена крахмалом.

Простые зерна имеют пшеница, рожь, кукуруза, сложные — рис, овес, гречиха. В клубнях картофеля встречаются все три типа крахмальных зерен. Форма, размер, строение крахмальных зерен обычно специфичны для вида растения и иногда даже для отдельных сортов одного вида. Анализ муки, основную массу которой составляет крахмал, позволяет установить, из какого растения она получена и нет ли в ней примесей.

1.7.2. Физиологически активные вещества клетки.Процессы роста и развития клетки и всего растения регулируются веществами, продуцируемыми цитоплазмой. Ферменты, витамины, фитогормоны и фитонциды находятся в цитоплазме или, утрачивая с ней непосредственную связь, выделяются вовне. При разрушении клетки эти вещества сохраняют свою активность (рис. 22).

Понятие о тканях

Общая характеристика.Ткань - совокупность сходных по строению и происхождению клеток и межклеточного вещества, приспособленных к выполнению одной или нескольких определенных функций.

Строение растений усложнялось в процессе эволюции в течение многих миллионов лет. Ткани возникли у высших растений в связи с выходом их на сушу и максимальной специализации достигли у покрытосеменных. У водорослей, даже наиболее сложноустроенных, число различных типов клеток не превышает 10, у мхов их уже около 20, у папоротников — около 40, а у покрытосеменных — более 80.

Специализация клеток происходит в процессе их онтогенеза, или жизненного цикла. Это возможно благодаря тотипотентности клеток. Ведь клетки многоклеточного организма, образовавшиеся путем митоза, обладают одинаковыми наследственными свойствами. Они генетически равнозначны, и каждая из них может теоретически развиться в целый организм. Свойство клеток реализовать всю генетическую информацию ядра, обеспечивающую их дифференцировку и развитие до целого организма – тотипотентность. Реализуется и тотипотентность оплодотворенной яйцеклетки, развивающейся в многоклеточный организм. Основная масса клеток реализует в онтогенезе не все наследственные свойства, активна лишь часть генов, остальные блокируются.

В многоклеточном организме клетки выполняют различные функции и имеют разное строение, приобретенное в ходе онтогенеза или жизненного цикла.

Наибольшее разнообразие тканей наблюдается у взрослых покрытосеменных растений. Однако если рассмотреть под микроскопом строение зародыша любого семени, то видно, что весь он состоит из однородных клеток с тонкими целлюлозными стенками. Все клетки живые, с густой цитоплазмой и относительно крупными ядрами. При прорастании семени они интенсивно делятся путем митоза. Это клетки образовательной ткани. Большинство возникших из них клеток взрослого растения видоизменяются ипревращаются в другие — уже постоянные ткани. В отличие от клеток образовательных тканей клетки постоянных тканей дифференцируются в пресинтетическом периоде интерфазы и, следовательно, к делению не способны.

Классификации тканей весьма многочисленны. Наиболее часто различают шесть типов тканей: образовательные, или меристемы, и постоянные: покровные; основные; механические; проводящие; выделительные.