Пластиды. Тургор. Плазмолиз

<2 3 456 7 8 >

Пластиды – это мембранные органеллы, свойственные одним только растительным клеткам, в которых осуществляется первичный синтез органических веществ. Пластиды окружены двойной мембраной (оболочкой). Самая простая классификация пластид – деление их на три группы: лейкопласты, хромопласты и хлоропласты.

Хлоропласты – это пластиды, содержащие хлорофилл и каротиноиды и обуславливающие накопление углеводов и запасание энергии в виде АТФ в процессе фотосинтеза. Хлоропласт окружен двумя мембранами. Внутренняя имеет выросты внутрь хлоропласта в виде уплощенных трубочек, которые образуют мембранную систему хлоропласта. Вся мембранная система состоит из множества плоских заполненных жидкостью мешков – тилакоидов. Тилакоиды уложены в стопы – граны. Граны соединены одиночными слоями – ламеллами. Тилакоиды заключают в себе Н+ резервуар, мембрана тилакоида содержит электронно-транспортную цепь, в нее встроен фермент АТФ-синтетаза, участвующий в синтезе АТФ. Фотосинтетические мембраны окружены стромой – основным веществом хлоропласта, которое содержит ферменты темновой фазы фотосинтеза. В строме находятся рибосомы хлоропласта (70S), собственная кольцевая ДНК, а также запасные питательные вещества: зерна крахмала, капельки жира.

Лейкопласты–бесцветные мелкие пластиды, встречающиеся в запасающих органах растений (клубнях, корневищах, семенах и т. д.). Для лейкопластов характерно слабое развитие внутренней системы мембран, представленной одиночными тилакоидами, иногда трубочками и пузырьками. Остальные компоненты лейкопластов (оболочка, строма, рибосомы, ДНК, пластоглобулы) сходны с описанными для хлоропластов. Основная функция лейкопластов – синтез и накопление запасных питательных веществ, в первую очередь крахмала, иногда белков. Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют амилопластами, белок – протеопластами, жирные масла – олеопластами.

Пластиды, окрашенные в желтый, оранжевый, красный цвета, носят название хромопластов. Их можно встретить в лепестках (лютик, одуванчик, тюльпан), корнеплодах (морковь), зрелых плодах (томат, роза, рябина, хурма) и осенних листьях. Яркий цвет хромопластов обусловлен наличием каротиноидов, растворенных в пластоглобулах. Внутренняя система мембран в данном типе пластид, как правило, отсутствует. Хромопласты имеют косвенное биологическое значение: яркая окраска лепестков и плодов привлекает опылителей и распространителей плодов.

Рис. 4. Пластиды в клетке. Хлоропласты а, б, хромопласты 6,7,8

при увеличении электронного микроскопа

Задание 1

1. При большом увеличении зарисовать клетки эпидермиса с нижней стороны листа традесканции, помещаемые в раствор сахарозы (в воде лейкопласты разрушаются), отметив ядро, цитоплазменные тяжи и лейкопласты, расположенные преимущественно вокруг ядра.

2. Рассмотреть при малом, а затем при большом увеличении клетки мякоти плода рябины (или шиповника, томата и т.п.), обозначив на рисунке хромопласты.

3. Подпишите составные части хлоропласта

Тургор. Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет диффундировать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении, т. е. из клетки в среду. Чем больше концентрация содержащихся в клеточном соке веществ, тем сильнее сосущая сила - сила, с которой клетка всасывает воду. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора (рис. 5, А). Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки - происходит плазмолиз.

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым (рис. 5, Б).

Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым (рис. 5, В).

Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого (рис. 5, Г ).

Если у протопласта связь с клеточной стенкой в отдельных местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает неправильную форму. Протопласт остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта. Такой плазмолиз носит название судорожного (рис. 5, Д).

При длительном нахождении клеток в растворе нитрата калия (15 мин. и более) цитоплазма набухает в удлиненных клетках, там, где протопласт не касается клеточных стенок, образуются так называемые колпачки цитоплазмы. Такой плазмолиз носит название колпачкового (рис. 5, Е).

Рис. 5. Плазмолиз растительной клетки:

А - клетка в состоянии тургора; Б - уголковый; В - вогнутый; Г - выпуклый; Д - судорожный; Е - колпачковый.

1 - оболочка, 2 - вакуоль, 3 - цитоплазма, 4 - ядро, 5 - нити Гехта.

Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет диффундировать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение - произойдет деплазмолиз.

Задание 2

1. Рассмотреть клетки листа элодеи, находящиеся в состоянии тургора и зарисовать. Целый лист элодеи (Elodea canadensis) положить на предметное стекло в каплю воды, накрыть его покровным стеклом. На препарате найти тонкий участок, где хорошо видны клетки. Препарат рассмотреть при малом и большом увеличениях микроскопа. Обратить внимание на то, что цитоплазма прижата к клеточным стенкам. Клетки находятся в состоянии полного насыщения водой - состояние тургора. Зарисовать отдельную клетку, обозначив основные компоненты.

2. Пронаблюдать явление плазмолиза в клетках листа элодеи. Сняв препарат (со столика микроскопа, вплотную к покровному стеклу нанести на предметное стекло каплю 6-8% раствора селитры (KNO3) - более концентрированного, чем раствор веществ, содержащихся в вакуолях. С другой стороны на предметное стекло вплотную к покровному стеклу положить полоску фильтровальной бумаги, которую нужно держать до тех пор, пока раствор селитры не войдет под покровное стекло, заменив воду. Через 5-10 минут обратить внимание на отрыв цитоплазмы от оболочки клеток, т.е. плазмолиз. Колпачковый плазмолиз наступает через 15 и более минут. Зарисовать формы плазмолиза (уголковый, вогнутый выпуклый, судорожный, колпачковый).

3.Пронаблюдать явление деплазмолиза в клетках элодеи, т.е. вернуть в первоначальное состояние плазмолизированную клетку. Следует заменить раствор селитры водой, оттянув раствор фильтровальной бумагой. Отметить возвращение цитоплазмы к оболочке клетки, т.е. в ее нормальное состояние. Деплазмолиз происходит медленнее, чем плазмолиз.

Митоз. Мейоз

Митоз– основной способ деления ядра эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении генетического материала между дочерними клетками, что обеспечивает образование абсолютно идентичных клеток и сохраняет преемственность в ряду

клеточных поколений. В процессе митоза условно выделяют 5 стадий: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Мейоз– редукционное деление ядра. Мейоз включает два следующих друг за другом деления, в каждом из которых выделяют те же фазы, что и в обычном митозе.

Таблица 1 - Сравнение митоза и мейоза

Фаза	Митоз	Мейоз
1 деление	2 деление
Интерфаза	Набор хромосом 2n Идет интенсивный синтез белков, АТФ и других органических веществ Удваиваются хромосомы, каждая оказывается состоящей из двух сестринских хроматид, скрепленных общей центромерой.	Набор хромосом 2n Наблюдаются те же процессы, что и в митозе, но более продолжительна, особенно при образовании яйцеклеток.	Набор хромосом гаплоидный (n). Синтез органических веществ отсутствует.
Профаза	Непродолжительна, происходит спирализация хромосом, исчезают ядерная оболочка, ядрышко, образуется веретено деления	Более длительна. В начале фазы те же процессы, что и в митозе. Кроме того, происходит конъюгация хромосом, при которой гомологичные хромосомы сближаются по всей длине и скручиваются. При этом может происходить обмен генетической информацией (перекрест хромосом) - кроссинговер. Затем хромосомы расходятся.	Короткая; те же процессы, что и в митозе, но при n хромосом.
Метофаза	Происходит дальнейшая спирализация хромосом, их центромеры располагаются по экватору.	Происходят процессы, аналогичные тем, что и в митозе.	Происходит то же, что и в митозе, но при n хромосом.
Анафаза	Центромеры, скрепляющие сестринские хроматиды, делятся, каждая из них становится новой хромосомой и отходит к противоположным полюсам.	Центромеры не делятся. К противоположным полюсам отходит одна из гомологичных хромосом, состоящая из двух хроматид, скрепленных общей центромерой.	Происходит то же, что и в митозе, но при n хромосом.
Телофаза	Делится цитоплазма, образуются две дочерние клетки, каждая с диплоидным набором хромосом. Исчезает веретено деления, формируются ядрышки.	Длится недолго Гомологичные хромосомы попадают в разные клетки с гаплоидным набором хромосом. Цитоплазма делится не всегда.	Делится цитоплазма. После двух мейотических делений образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом.

Задание 1

1. На постоянном препарате продольного среза кончика корня при большом увеличении рассмотреть клетки, находящиеся в состоянии различных фаз митоза и зарисовать профазу, метафазу, анафазу, телофазу и интерфазу, отметив особенности клетки в каждой фазе (рис.6).