Клітка рослини. Особливості клітин рослин

Тіла живих організмів можуть являти собою одну-єдину клітину, їх групу або величезне скупчення, яке налічує мільярди таких елементарних структур. До останніх належить більшість вищих рослин. Вивченням клітини - основного елемента будови і функцій живих організмів - займається цитологія. Цей розділ біології почав бурхливо розвиватися після відкриття електронного мікроскопа, вдосконалення хроматографії та інших методів біохімії. Розглянемо головні ознаки, а також особливості, за якими клітина рослини відрізняється від найдрібніших структурних одиниць будови бактерій, грибів і тварин.

Відкриття клітини Р. Гуком

Теорія про крихітних елементах будови всього живого пройшла шлях розвитку, вимірюваний сотнями років. Будова оболонки клітини рослин вперше побачив в свій мікроскоп британський вчений Р. Гук. Загальні положення клітинної гіпотези сформулювали Шлейден і Шванн, до цього схожі висновки робили й інші дослідники.

Англієць Р. Гук розглянув в мікроскоп зріз пробки дуба і представив результати на засіданні Королівського товариства в Лондоні 13 квітня 1663 (за іншими даними, подія сталася в 1665 році). Виявилося, що кора дерева складається з крихітних осередків, названих Гуком «клітинами». Стінки цих камер, що утворюють візерунок у вигляді бджолиних сот, вчений вважав живою речовиною, а порожнину визнав млявою, допоміжною структурою. В подальшому було доведено, що всередині клітини рослин і тварин містять субстанцію, без якої неможливо їх існування, та й діяльність всього організму.

Клітинна теорія

Важливе відкриття Р. Гука отримало розвиток в роботах інших вчених, які вивчали будову клітин тварин і рослин. Схожі елементи будови спостерігали вчені на мікроскопічних зрізах багатоклітинних грибів. Було встановлено, що структурні одиниці живих організмів мають здатність до поділу. На підставі досліджень представники біологічної науки Німеччини М. Шлейден і Т. Шванн сформулювали гіпотезу, що стала згодом клітинної теорією.

Порівняння клітин рослин і тварин з бактеріями, водоростями і грибами дозволило німецьким дослідникам прийти до наступного висновку: виявлені Р. Гуком «камери» - це елементарні структурні одиниці, а йдуть в них процеси лежать в основі життєдіяльності більшості організмів на Землі. Важливе доповнення вніс Р. Вірхов в 1855 році, зазначивши, що поділ клітин - єдиний шлях їх розмноження. Теорія Шлейдена-Шванна з уточненнями стала загальновизнаною в біології.

Клітина - найдрібніший елемент будови і життєдіяльності рослин

Згідно з теоретичними положеннями Шлейдена і Шванна, органічний світ єдиний, що доводить схоже мікроскопічну будову тварин і рослин. Крім цих двох царств, клітинне існування характерно для грибів, бактерій, а у вірусів відсутня. Ріст і розвиток живих організмів забезпечується завдяки виникненню нових клітин в процесі розподілу вже існуючих.

Багатоклітинний організм - не просто скупчення структурних елементів. Маленькі одиниці будови взаємодіють між собою, утворюючи тканини і органи. Одноклітинні організми живуть ізольовано, що не заважає їм створювати колонії. Головні ознаки клітини:

• здатність до самостійного существованію;
• власний обмін речовин;
• самовоспроізведеніе;
• розвиток.

В еволюції життя одним з найважливіших етапів стало відділення ядра від цитоплазми за допомогою захисної мембрани. Зв`язок збереглася, адже окремо ці структури не можуть існувати. В даний час виділяють два надцарства - без`ядерних і ядерних організмів. Другу групу утворюють рослини, гриби і тварини, вивченням яких займаються відповідні розділи науки і в цілому біологія. Клітка рослини має ядром, цитоплазмою і органоїдами, мова про які піде нижче.

Різноманітність клітин рослин

На зламі стиглого кавуна, яблука або картоплі можна помітити неозброєним оком структурні «осередку», заповнені рідиною. Це клітини паренхіми плодів, що мають діаметр до 1 мм. Луб`яні волокна - витягнуті структури, довжина яких значно перевищує ширину. Наприклад, клітина рослини, яка називається бавовник, досягає в довжину 65 мм. Волокна лубу льону і конопель мають лінійні розміри, складові 40-60 мм. Типові клітини набагато менше -20-50 мкм. Розглянути такі крихітні структурні елементи можна тільки під мікроскопом. Особливості найдрібніших одиниць будови рослинного організму проявляються не тільки у відмінностях за формою і розмірами, а й у виконуваних функціях у складі тканин.

Клітка рослини: основні риси будови

Ядро і цитоплазма тісно взаємопов`язані і взаємодіють між собою, що підтверджують дослідження вчених. Це головні частини еукаріотичної клітини, від них залежать всі інші елементи будови. Ядро служить для накопичення і передачі генетичної інформації, необхідної для синтезу білка.

Британський вчений Р. Броун в 1831 році вперше помітив у клітці рослини сімейства орхідних особливе тільце (нуклеус). Це було ядро, оточене полужидкой цитоплазмою. Назва цієї субстанції означає в дослівному перекладі з грецької «первинна маса клітини». Вона може бути більш рідкою або в`язкою, але обов`язково покрита мембраною. Зовнішня оболонка клітини складається в основному з целюлози, лігніну, воску. Одна з ознак, що відрізняють клітини рослин і тварин, - наявність цієї міцної целюлозної стінки.

Будова цитоплазми

Внутрішня частина рослинної клітини заповнена гиалоплазмой з завислими в ній найдрібнішими гранулами. Ближче до оболонки так звана ендоплазма переходить у більш в`язку екзоплазму. Саме ці субстанції, якими заповнена клітина рослини, служать місцем протікання біохімічних реакцій і транспорту сполук, розміщення органоїдів і включень.

Приблизно 70-85% цитоплазми становить вода, 10-20% припадає на білки, інші хімічні компоненти - вуглеводи, ліпіди, мінеральні сполуки. Клітини рослин мають цитоплазму, в якій серед кінцевих продуктів синтезу присутні біорегулятори функцій і запасні речовини (вітаміни, ферменти, масла, крохмаль).

Ядро

Порівняння клітин рослин і тварин показує, що вони мають схожу будову ядра, що знаходиться в цитоплазмі і займає до 20% її обсягу. Англієць Р. Броун, вперше розглянув під мікроскопом цей найважливіший і постійний компонент всіх еукаріотів, дав йому назву від латинського слова nucleus. Зовнішній вигляд ядер зазвичай корелює з формою і розмірами клітин, але іноді відрізняється від них. Обов`язкові елементи будови - мембрана, каріолімфа, ядерце і хроматин.

У мембрані, яка відділяє ядро від цитоплазми, є пори. Через них речовини надходять з ядра в цитоплазму і назад. Каріолімфа являє собою рідке або в`язке ядерне вміст з ділянками хроматину. Ядерце містить рибонуклеїнової кислоту (РНК), проникаючу в рибосоми цитоплазми для участі в синтезі білка. Інша нуклеїнова кислота - дезоксирибонуклеїнова (ДНК) - також присутній у великих кількостях. ДНК і РНК вперше були виявлені в тваринних клітинах в 1869 році, згодом знайдені в рослинах. Ядро - це «центр управління» внутрішньоклітинними процесами, місце зберігання інформації про спадкові ознаки всього організму.

Ендоплазматична мережа (ЕРС)

Будова клітин тварин і рослин має значну схожість. Обов`язково присутні в цитоплазмі внутрішні канальці, заповнені різними за походженням та складом речовинами. Гранулярна різновид ЕРС відрізняється від агранулярного типу наявністю рибосом на поверхні мембран. Перша бере участь у синтезі білків, друга грає роль в утворенні вуглеводів і ліпідів. Як встановили дослідники, канали не тільки пронизують цитоплазму, вони пов`язані з кожним органоїдом живої клітини. Тому значення ЕРС оцінюють дуже високо як учасника метаболізму, системи зв`язку з навколишнім середовищем.

Рибосоми

Будова клітини рослин або тварин важко уявити без цих дрібних частинок. Рибосоми дуже малі, побачити їх можна тільки в електронний мікроскоп. У складі тілець переважають білки і молекули рибонуклеїнових кислот, є незначна кількість іонів кальцію і магнію. Практично всі кількість РНК клітини зосереджено в рибосомах, вони забезпечують білковий синтез, «збираючи» протеїни з амінокислот. Потім білки надходять у канали ЕРС і розносяться мережею по всій клітці, проникають в ядро.

Мітохондрії

Ці органели клітини вважають її енергетичними станціями, їх видно при збільшенні в звичайний світловий мікроскоп. Кількість мітохондрій варіюється в дуже широких межах, їх може налічуватися одиниці або тисячі. Будова органоида не відрізняється великою складністю, є дві мембрани і матрикс всередині. Мітохондрії складаються з білка ліпідів, ДНК і РНК, відповідають за біосинтез АТФ - аденозинтрифосфорної кислоти. Для цієї речовини клітини рослин або тваринного характерно присутність трьох фосфатів. Відщеплення кожного з них дає енергію, необхідну для всіх процесів життєдіяльності в самій клітині і у всьому організмі. Навпаки, приєднання залишків фосфорної кислоти дає можливість запасати енергію і переносити в такому вигляді по всій клітці.

Розгляньте на представленому нижче малюнку органели клітини і назвіть ті, що вам вже відомі. Зверніть увагу на великий бульбашка (вакуоль) і зелені пластиди (хлоропласти). Мова про них піде дельше.

Комплекс Гольджі

Складний клітинний органоид складається з гранул, мембран і вакуолей. Комплекс був відкритий в 1898 році і отримав назву на честь італійського біолога. Особливості клітин рослин полягають в рівномірному поширенні частинок Гольджі по всій цитоплазмі. Вчені вважають, що комплекс необхідний для регулювання вмісту води і продуктів життєдіяльності, видалення надлишків речовин.

Пластида

Тільки клітини тканин рослин містять органели зеленого кольору. Крім того, є безбарвні, жовті та оранжеві пластиди. На їх будову і функції відбивається вид харчування рослини, причому вони здатні міняти колір за рахунок хімічних реакцій. Основні типи пластид:

• помаранчеві та жовті хромопласти, утворені каротином і ксантофіллом;
• хлоропласти, що містять зерна хлорофілу, - пігменту зеленого кольору;
• лейкопласти - безбарвні пластиди.

Будова клітини рослин пов`язано з йдуть в ній хімічними реакціями синтезу органічної речовини з вуглекислого газу і води з використанням світлової енергії. Назва цього дивного і дуже складного процесу - фотосинтез. Здійснюються реакції завдяки хлорофілу, саме ця речовина здатна вловлювати енергію променя світла. Наявністю зеленого пігменту пояснюється характерний колір листя, трав`янистих стебел, незрілих плодів. Хлорофіл за будовою схожий на гемоглобін крові тварин і людини.

Червона, жовта і помаранчева забарвлення різних органів рослин обумовлена присутністю в клітинах хромопластів. Їх основою є велика група каротиноїдів, що виконують важливу роль в метаболізмі. Лейкопласти відповідають за синтез і накопичення крохмалю. Пластида ростуть і розмножуються в цитоплазмі, разом з нею пересуваються уздовж внутрішньої оболонки клітини рослини. Вони багаті ферментами, іонами, іншими біологічно активними сполуками.

Відмінності в мікроскопічну будову основних груп живих організмів

Більшість клітин нагадують крихітний мішечок, наповнений слизом, тільцями, гранулами і бульбашками. Часто присутні різні включення у вигляді твердих кристалів мінеральних речовин, крапель масел, крохмальних зерен. Клітини тісно стикаються в складі тканин рослин, життя в цілому залежить від діяльності цих найдрібніших одиниць будови, що утворюють ціле.

При многоклеточном будові існує спеціалізація, яка виражається в різних фізіологічних завдання та функції мікроскопічних структурних елементів. Вони визначаються в основному місцем розташування тканин в листі, корені, стеблі або генеративних органах рослини.

Виділимо основні елементи проведеного порівняння клітини рослини з елементарними одиницями будови інших живих організмів:

1. Щільна оболонка, характерна тільки для рослин, утворена клітковиною (целюлозою). У грибів мембрана складається з міцного хітину (особливого білка).
2. Клітини рослин і грибів відрізняються за кольором завдяки наявності або відсутності пластид. Такі тільця, як хлоропласти, хромопласти і лейкопласти, присутні тільки в рослинній цитоплазмі.
3. Є органоид, який відрізняє тварин, - це центриоль (клітинний центр).
4. Тільки в складі клітини рослини присутній велика центральна вакуоль, заповнена рідким вмістом. Зазвичай цей клітинний сік забарвлений пігментами в різні кольори.
5. Головне запасне з`єднання рослинного організму - крохмаль. Гриби і тварини накопичують у своїх клітинах глікоген.

Серед водоростей відомо багато поодиноких, вільно живуть клітин. Наприклад, таким самостійним організмом є хламидомонада. Хоча рослини відрізняються від тварин присутністю целюлозної клітинної стінки, але статеві клітини позбавлені такої щільної оболонки - це ще один доказ єдності органічного світу.