АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Методы исследования растительных клеток

Основными методами изучения структуры растительной клетки являются методы визуального наблюдения с помощью увеличительных приборов.

Световая микроскопия – изучение объекта с использованием световых микроскопов. Так как в этих оптических приборах используются источники видимого света (400–700 нм), они повышают разрешающую способность человеческого глаза в 1000 раз, что позволяет видеть объекты величиной 0,2–0,3 мкм.

Метод «темного поля» позволяет различать объекты величиной менее 0,2 мкм.

Фазово-контрастная, интерференционная и поляризационная микроскопия позволяют изучать детальную структуру живых клеток.

С помощью световой микроскопии можно увидеть многие органоиды клетки: клеточную стенку, ядро, хлоропласты, митохондрии.

Электронная микроскопия – изучение ультраструктуры клеток, зафиксированных специальным образом. Разрешающая способность электронных микроскопов – 0,1 нм. Электронная микроскопия позволяет изучать особенности мембранных структур органоидов, зависимость их изменений от влияния различных факторов.

1.5.2. Общий план строения растительной клетки

Клеточная стенка

Протопласт

Плазмалемма

Ядро

· Ядерная оболочка

Цитоплазма

· Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс)

· Органоиды (органеллы)

- Немембранные (рибосомы, центриоли (у низших растений) микротрубочки, микрофиламенты)

- Одномембранные (ЭПР, аппарат Гольджи, вакуоль, лизосомы, микротельца)

- Двумембранные (митохондрии, пластиды).

Клеточная стенка

Придает клетке определенную форму, прочность и защищает протопласт, она уравновешивает тургорное давление и препятствует, таким образом, разрыву плазмалеммы. Клеточная стенка бесцветна и прозрачна, легко пропускает солнечный свет. Обычно стенки пропитаны водой. По системе клеточных стенок осуществляется транспорт воды и растворенных в ней низкомолекулярных соединений.

Клеточная стенка состоит в основном из полисахаридов, которые можно подразделить на скелетные вещества (целлюлоза) и вещества матрикса.

Целлюлоза нерастворима и не набухает в воде. У грибов скелетным веществом клеточной стенки является хитин – полисахарид, построенный из остатков глюкозамина. Хитин еще более прочен, чем целлюлоза. Полисахариды матрикса делят на две группы – пектиновые вещества и гемицеллюлозы.

Пектиновые вещества сильно набухают или растворяются в воде. Они легко разрушаются под действием щелочей и кислот.

Гемицеллюлозы представляют собой разветвленные цепи, построенные из остатков нейтральных сахаров, чаще встречаются глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза; степень полимеризации 50-300.

Одревеснение, или лигнификация происходит в том случае, если в матриксе откладывается лигнин – полимерное соединение фенольной природы, нерастворимое в воде. Одревесневшая клеточная стенка теряет эластичность, резко повышается ее твердость и прочность на сжатие, снижается проницаемость для воды.

Опробковение, или суберинизация происходит в результате отложения с внутренней стороны клеточной стенки гидрофобных полимеров – суберина и воска.

Кутинизации подвергаются наружные стенки клеток покровной ткани эпидермы. Кутин и воск откладываются чередующимися слоями на наружной поверхности клеточной стенки в виде пленки – кутикулы. Кутин представляет собой жироподобное полимерное соединение, близкое по химической природе и свойствам суберину. Кутикула предохраняет растение от излишнего испарения воды с поверхности растения.

Минерализация клеточной стенки происходит вследствие отложения в матриксе большого количества минеральных веществ, чаще всего кремнезема (оксида кремния), реже оксалата и карбоната кальция. Минеральные вещества придают стенке твердость и хрупкость. Отложение кремнезема характерно для клеток эпидермы хвощей, осок и злаков.

У некоторых специализированных клеток наблюдается ослизнение клеточной стенки в виде слизей и камедей, близких по химической природе к пектиновым веществам. Выделяемая растительными клетками слизь выполняет различные функции. Так, слизь корневого чехлика служит в качестве смазки, облегчающей рост кончика корня в почве. Выделение камедей обычно происходит при поранении растений. Камедь выполняет защитную функцию, закрывая рану с поверхности.

Клеточная стенка является продуктом жизнедеятельности протопласта. Полисахариды матрикса, гликопротеид стенки, лигнин и слизи образуются в аппарате Гольджи. Синтез целлюлозы, образование и ориентация микрофибрилл осуществляются плазмалеммой. Образование клеточной стенки начинается во время деления клетки.

Характерная особенность вторичной стенки – ее неравномерное отложение поверх первичной стенки, в результате чего во вторичной стенке остаются неутолщенные участки – поры.

Плазмодесмы имеются только у растительных клеток. Они представляют собой тяжи цитоплазмы, пересекающие стенку смежных клеток. Таким образом, протопласты клеток не полностью изолированы друг от друга, а сообщаются по каналам плазмодесм. По ним происходит межклеточный транспорт ионов и мелких молекул, а также передаются гормональные стимулы.

Рис. 1. Строение растительной клетки

Протопласт

Состоит из плазмалеммы, ядра и цитоплазмы.

Плазмалемма

Плазмалемма – наружная, поверхностная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной стенке. Она регулирует обмен веществ клетки с окружающей средой, воспринимает раздражения и гормональные стимулы, координирует синтез и сборку микрофибрилл клеточной стенки.

В основе структуры цитоплазмы, в том числе и плазмалеммы лежат биологические мембраны –тончайшие (4-10 нм) пленки, построенные из фосфолипидов и белков – липопротеидов. Фосфолипиды располагаются двумя параллельными слоями таким образом, что их гидрофильные части направлены наружу, в водную среду, а гидрофобные остатки жирных кислот – внутрь. Часть молекул белков располагается мозаичным слоем на поверхности липидного каркаса с одной или обеих его сторон, часть их погружена в этот каркас, а некоторые проходят через него насквозь (рис.2).

Рис. 2. Схема строения биологической мембраны

Мембраны – живые компоненты цитоплазмы. Они отграничивают протопласт от внеклеточной среды, создают внешнюю границу органелл и участвуют в создании их внутренней структуры. Одно из основных свойств биологических мембран – их избирательная проницаемость (полупроницаемость): одни вещества проходят через них с трудом или вообще не проходят (барьерное свойство), другие проникают легко.

Ядро – основная и обязательная часть эукариотической клетки. Ядро является центром управления обменом веществ клетки, ее ростом и развитием, контролирует деятельность всех других органелл. Ядро хранит генетическую информацию и передает ее дочерним клеткам в процессе клеточного деления. Ядро имеется во всех живых растительных клетках, исключение составляют только зрелые членики ситовидных трубок флоэмы. Клетки с удаленным ядром, как правило, быстро погибают.

Ядро – самая крупная структура, его размер составляет 10-25 мкм. Клетка, как правило, содержит одно ядро. В молодых (меристематических) клетках оно обычно занимает центральное положение. По мере роста центральной вакуоли ядро смещается к клеточной стенке и располагается в постенном слое цитоплазмы.

В ядре сосредоточено 99% ДНК клетки, она образует с ядерными белками комплексы – дезоксирибонуклеопротеиды. В ядре содержатся также в значительных количествах РНК (в основном иРНК и рРНК) и белки.

Структура ядра одинакова у всех эукариотических клеток. В ядре различают хроматин, ядрышко, которые погружены в ядерный сок (кариоплазму); от цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой с порами (рис. 3).

Ядерная оболочка состоит из двух мембран. Наружная мембрана, граничащая с гиалоплазмой, несет прикрепленные рибосомы. Оболочка пронизана крупными порами, благодаря которым обмен между цитоплазмой и ядром значительно облегчен; через поры проходят макромолекулы белка, рибонуклеопротеиды, субъединицы рибосом и др. Наружная ядерная мембрана в некоторых местах объединяется с эндоплазматической сетью.

Кариоплазма (нуклеоплазма, или ядерный сок) – основное вещество ядра, служит средой для распределения структурных компонентов – хроматина и ядрышка. В ней содержатся ферменты, свободные нуклеотиды, аминокислоты, иРНК, тРНК, продукты жизнедеятельности хромосом и ядрышка.

Ядрышко - плотное, сферическое тельце диаметром 1-3 мкм. Обычно в ядре содержатся 1-2, иногда несколько ядрышек. Ядрышки являются основным носителем РНК ядра, состоят из рибонуклеопротеидов. Функция ядрышек – синтез рРНК и образование субъединиц рибосом.

Хроматин - важнейшая часть ядра. Хроматин состоит из молекул ДНК, связанных с белками. Во время деления клетки хроматин дифференцируется в хромосомы. Хромосомы представляют собой уплотненные спирализованные нити хроматина, они хорошо различимы в метафазе митоза, когда можно подсчитать число хромосом и рассмотреть их форму. Хроматин и хромосомы обеспечивают хранение наследственной информации, ее удвоение и передачу из клетки в клетку.

Число и форма хромосом (кариотип) одинаковы во всех клетках тела организмов одного вида. В ядрах соматических (неполовых) клеток содержится диплоидный (двойной) набор хромосом – 2n. Он образуется в результате слияния двух половых клеток с гаплоидным (одинарным) набором хромосом – n. В диплоидном наборе каждая пара хромосом представлена гомологичными хромосомами, происходящими одна от материнского, а другая от отцовского организма. Половые клетки содержат по одной хромосоме из каждой пары гомологичных хромосом.

Число хромосом у разных организмов варьирует от двух до нескольких сотен. Как правило, каждый вид имеет характерный и постоянный набор хромосом, закрепленный в процессе эволюции данного вида.

Изменение хромосомного набора происходит только в результате хромосомных и геномных мутаций. Наследственное кратное увеличение числа наборов хромосом получило название полиплоидии, некратное изменение хромосомного набора – анеуплоидии. Растения – полиплоиды характеризуются более крупными размерами, большей продуктивностью, устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды. Они представляют большой интерес как исходный материал для селекции и создания высокопродуктивных сортов культурных растений. Полиплоидия играет большую роль в видообразовании у растений.

Рис. 3. Строение ядра растительной клетки

По форме различают два основных типа клеток:

1. Паренхимные - их величина более или менее одинакова во всех трех измерениях (наибольший диаметр не больше чем в 2-3 раза превышает наименьший диаметр). Форма клеток при этом может быть самой разнообразной.

2. Прозенхимные клетки - вытянутые, у которых длина превышает ширину и толщину в 5 - 10 и более.

Несмотря на разнообразие, все живые клетки имеют сложный обмен веществ и способны к превращению энергии.

Цитоплазма состоит из жидкой части- гиалоплазмы и включенных в нее крупных органелл, видимых в световой микроскоп

· Гиалоплазма – сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, она связывает все погруженные в нее органеллы, обеспечивая их взаимодействие.

Гиалоплазма содержит ферменты и активно участвует в клеточном метаболизме, в ней протекают такие биохимические процессы, как гликолиз, синтез аминокислот, синтез жирных кислот и масел и др. Она способна к активному движению и участвует во внутриклеточном транспорте веществ.

Часть структурных белковых компонентов гиалоплазмы формирует надмолекулярные агрегаты со строго упорядоченным расположением молекул - микротрубочки и микрофиламенты.

· Органоиды (органеллы)

Дата добавления: 2016-06-06 | Просмотры: 3062 | Нарушение авторских прав