Структурная ботаника Лекция 1 Растительные клетки и ткани

Структурная ботаника Лекция 1 Растительные клетки и ткани Кафедра ботаники и микробиологии доцент И. Н. Волкова

Литература по курсу Ботаника, раздел 2 - Структурная ботаника (анатомия и морфологии растений) Основная 1. Долгачева В. С. Ботаника: учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / В. С. Долгачева, Е. М. Алексахина. – М. : Издательский центр «Академия» , 2007. – 416 с. 2. Практикум по анатомии и морфологии растений: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учебн. заведений / В. П. Викторов, М. А. Гуленкова, Л. Н. Дорохина и др. ; Под. Ред. Л. Н. Дорохиной. – 2 -е изд. , испр. – М. : Издательский центр «Академия» , 2001. -176 с. 3. Руководство к лабораторным занятиям по анатомии и морфологии растений: Метод. указания/ Сост. И. Н. Волкова, И. К. Ирбе; Яросл. гос. ун. -т. Ярославль, 2002. 32 с. 1. 2. 3. 4. Дополнительная Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений: Учеб. для вузов/Т. И. Серебрякова, Н. С. Воронин, А. Г. Еленевский и др. -М. : ИКЦ «Академкнига» , 2007. - 543 с. Тимонин А. К. Ботаника: в 4 т. Т. 3. Высшие растения: учебник для студентов высш. Учеб. заведений / А. К. Тимонин. - М. : Издательский центр «Академия» , 2007. – 352 с. Лотова Л. И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений: Учебник. Изд. 3 -е. испр. – М. : Ком. Книга, 2007. -512 с. Рейвн П. , Эверт Р. , Айкхорн С. Современная ботаника: В 2 т. / Пер. с англ. М. : Мир, 1990

Морфология растений (структурная ботаника) – наука о закономерностях строения и процессах формообразования растений (от греч. morphе - форма, logos - учение) Структурная ботаника включает разделы: - эпиморфология (наука о внешнем строении); - анатомия растений (наука о внутреннем строении от греч. anatome – разрезать ); - сравнительная морфология; - экологическая морфология ( от греч. oikos – жилище)

Место морфологии растений в системе ботанических дисциплин Морфология растений (структурная ботаника) Систематика растений Палеоботаника Фитоценология Эпиморфология География растений Анатомия растений Сравнительная морфология Экологическая морфология Физиология растений Экология растений

Важнейшие признаки растений 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Автотрофное питание (абсолютное большинство растений); Жесткая углеводная клеточная оболочка; Осмотрофный способ поглощения пищи (всасывание); Прикрепленный образ жизни; Полярность в организации тела; Способность расти в течение всей жизни за счет меристем (открытый рост); Метамерия и модульность тела растений

Отличие растительных и животных клеток Растительная клетка: • - наличие целлюлозной клеточной стенки, которая играет роль скелета; • - наличие пластид; • отсутствие центриолей; • - наличие вакуолей; • - рост за счет увеличения объема вакуоли; • - деление протопласта за счет образования клеточной пластинки (от центра к краям); • - абсолютное большинство растительных организмов неподвижны Животная клетка: • - оболочка эластичная, не несет скелетную функцию; • - пластиды отсутствуют; • -наличие центриолей; • - вакуолярная система развита слабо; • - вакуоль в росте клетки не участвует; • - деление перетяжкой (образуется от краев к центру); • - абсолютное большинство животных подвижно

Схема компонентов растительной клетки Клетка Производные протопласта Протопласт Цитоплазма Органоиды: мембраны клетки и органелл; ЭПР; пластиды; митохондрии; рибосомы; лизосомы; вакуоль; аппарат Гольджи; пероксисомы Гиалоплазма Ядро Ядерная оболочка Нуклеоплазма хроматин включения клеточный сок клеточная стенка

Строение «типичной» растительной клетки 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Вакуоль Хлоропласт с системой гран Гиалоплазма Диктиосома Криста митохондрии Клеточная стенка Матрикс хлоропласта Межклетник Митохондрия Межклеточная пластинка Плазмалемма Плазмодесмы Рибосомы Межгранный тилакоид Хлоропласт ЭПР Ядро Ядрышко

Строение пластид разных типов а- хлоропласт, форма линзовидная, 4 -7 х 1 -3 мкм б -лейкопласт, форма разнообразная в – амилопласт, форма округлая г- хромопласт, форма разнообразная 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. внешняя мембрана внутренняя мембрана матрикс тилакоиды стромы грана тилакоиды гран крахмальное зерно липидная капля

Строение хлоропласта • Клетка проводящего пучка листа кукурузы – Zea mays видны хлоропласты с системой тилакоидов и зернами крахмала • Внутренняя поверхность тилакоида

Функции клеточной оболочки 1. Придает механическую прочность клетке – заменяет скелет; 2. Определяет форму клеток; 3. Участвует в поглощении и проведении воды и минеральных веществ, осуществляет секрецию некоторых веществ; 4. Способна насыщаться водой и служить ее резервом; 5. Защищает клетку от внешних воздействий Состав клеточной оболочки • Целлюлоза (клетчатка) • Гемицеллюлоза (полуклетчатка ) • Пектин • Структурные белки (гликопротеиды) и ферменты • Вещества, инкрустирующие вторичную оболочку (лигнин, кутин, суберин, кремнезем)

Схема строения клеточной стенки (по Гуляеву, 1965) а– общий вид, б – при большом увеличении в - вид сверху на поровое поле : 1 – срединная пластинка (две первичные оболочки соседних клеток; 2 -4 – внешний, средний и внутренний слои вторичной оболочки соответственно; 5 – пора; 6 – слепая пора; 7 – плазмодесменные канальцы

Оболочка трахеиды (по Эзау, 1980) 1 – бородавчатый слой; 2 -4 слои вторичной оболочки; 5 – первичная оболочка; 6 – срединная пластинка

Ткани – устойчивые, т. е. закономерно повторяющиеся комплексы клеток, сходные по происхождению, строению, местоположению и выполняемым функциям.

Растительные ткани 1. Образовательные - верхушечные; - боковые; - вставочные; - раневые. 2. Ассимиляционные 3. Всасывающие: - ризодерма: - веламен; - всасывающий слой щитка в зародышах злаков; - гаустории растений-паразитов; - гидропоты. 4. Запасающие 5. Покровные: эпидерма, перидерма, корка. 6. Механические (колленхима и склеренхима); 7. Проводящие (ксилема и флоэма). 8. Выделительные (наружные и внутренние); 9. Вентиляционные (аэренхима)

Образовательные ткани – меристемы (от meristeme – делитель) способны к делению и дифференциации Меристемы обладают свойством тотипотентности , т. е. способностью давать при развитии целый организм

Образовательные ткани по местоположению 1. 2. 3. 4. верхушечные (апикальные) - апексы побега и корня боковые (латеральные): - первичные (прокамбий, перицикл); - вторичные (камбий, феллоген). вставочные (интеркалярные). раневые (травматические)

Цитологическая характеристика клеток меристем • оболочки клеток тонкие – первичные, легко растягиваются; • межклетников нет; • высокая физиологическая активность (много рибосом, митохондрий, диктиосом); • густая цитоплазма; • относительно крупное ядро Строение апекса побега колеуса (Coleus blumei) Строение апекса корня кукурузы (Zea mays)

Схема распределения меристем в стебле 1 - апикальная меристема 2 - интеркалярная меристема 3 - прокамбий 4 - незрелые элементы флоэмы 5 - зрелые элементы флоэмы 6 - незрелые элементы ксилемы 7 - зрелые элементы ксилемы 8 - камбий

Эпидерма - первичная покровная ткань на поверхности молодых, растущих органов растений Цитологическая характеристика клеток эпидермы • Клетки имеют утолщения вторичной оболочки, обращенной к поверхности органа; • плотно прижаты друг к другу, иногда образуют складки; • имеют крупную центральную вакуоль; • много диктиосом, рибосом; • наружные стенки клеток эпидермы покрыты кутикулой; • клетки могут образовывать трихомы (живые и мертвые). Эпидерма листа картофеля (Solanum tuberosum)

Строение основных клеток эпидермы (по А. Е. Васильеву и др. , 1978) 1 – эпикутикулярный воск; 3 – прожилки пектина в форме дендритов; 4 – кутикула; 6 – межклеточная пектиновая пластинка; 7 – пора; 8 – пектиновый слой; 9 – клеточная стенка.

Поверхность листьев и трихомы некоторых цветковых растений эписция левкадендрон гвоздика Фишера А – цепляющийся одноклеточный волосок хмеля; Б – шиповидный у ясменника; В – многоклеточный у сенполии; Г, Д – двураздельные у свербиги; Е – многоклеточный у лопуха; Ж, З – звездчатые у икотника; И – перистый у коровяка; К – одноклеточный водозапасающий у рохеи; Л – чешуйчатый у облепихи; М – папиллы у люпина

Перидерма – многослойная вторичная покровная ткань многолетних вегетативных органов растений Функции перидермы 1. Защита - от механических повреждений - колебаний температуры - потери влаги - химических и биологических воздействий 2. Транспирация 3. Газообмен Строение перидермы

Типы корки: А – шелушащаяся (Betula sp. ); Б – лохматая (Caria ovata); В – чешуйчатая (Рlatanus occidentalis); Г – глубокобороздчатая дуба бархатного (Quercus velutina)

Механические ткани растений Колленхима (первичная) уголковая Склеренхима (вторичная) рыхлая волокна склереиды пластинчатая древесинные лубяные

Цитологическая характеристика клеток колленхимы и склеренхимы Колленхима • -клетки живые, с крупной центральной вакуолью; • -форма вытянутая прозенхимная; • оболочки неравномерно утолщены ; • -могут выполнять функцию фотосинтеза; • -располагаются во всех растущих органах под эппидермой Склеренхима • - клетки мертвые, состоящие только из оболочек; • -форма различная (волокнистая, звездчатая, округлая), ; • -оболочки имеют равномерные вторичные утолщения ; • - могут запасать влагу в полости мертвой клетки; • - располагаются в осевых органах растения

Колленхима (от греч. кolla – клей, enchyma - ткань) – первичная механическая ткань растущих вегетативных органов растений, состоящая из живых клеток (в состоянии тургора) Г Типы колленхимы на поперечном (А, Б, В) и продольном (Г) срезах (по Л. И. Лотовой) А – уголковая колленхима; Б – пластинчатая; В - рыхлая

Склеренхима (от греч. scleros – твердый) - вторичная механическая ткань, состоящая из мертвых клеток Виды склеренхимы (по В. Кауссманну, 1963): А – звездчатая склереида; Б – волокно; В – каменистая клетка; Г – тяж волокон; 1 – пора; 2 – поровый канал

Ксилема (от греч. хylon – дерево) – комплексная ткань, проводящая минеральные растворы от корня к вышележащим органам растения Флоэма (от греч. ) – комплексная ткань, проводящая сахара от листьев к другим органам растений Флоэма Ксилема (ситовидные трубки, (трахеиды/сосуды, древес. волокна, древес. паренхима) Первичная ксилема протоксилема клетки спутницы, лубяные волокна, луб. паренхима) Вторичная ксилема (элементы пористые) метаксилема (провод. элементы кольчатые, пористые) спиральные) Первичная флоэма протофлоэма метафлоэма Вторичная флоэма

Типы утолщений водопроводящих элементов ксилемы (по Л. И. Лотовой) А – кольчато-спиральный; Б, В – спиральный; Г, Д – пористый Обозначения: о. в. – отложения вторичных оболочек; г. ч. с. – граница между двумя члениками сосудов; о. п. – окаймленная пора; п. п. – поровое поле

Эволюция перфораций сосудов ксилемы • Вверху: 1 – лестничная поровость трахеиды (перфорации отсутствуют); 2, 3 – лестничные перфорации; 4, 5 – простые перфорации • Внизу: А – простая перфорационная пластинка между члениками сосудов липы (Tilia americana); Б – лестничная перфорационная пластинка между члениками сосуда ольхи (Alnus rubra)

Флоэма (от греч. phloios – кора) – комплексная ткань, проводящая растворы сахаров (ассимиляты) от листьев к нижележащим органам растений Флоэма тыквы на поперечном (А) и продольном (Б) срезах: б. с. - боковые ситовидные поля; к. з. – камбиальная зона; кл. – каллоза; к. с. п. - канальцы ситовидного поля; м. т. – мозолистое тело; п – паренхима; с – сосуд ксилемы; с. к. – сопровождающие клетки; с. п. - ситовидные пластинки в плане (А) и в разрезе (Б); с. т. – ситовидные трубки

Типы проводящих пучков 1 – открытый коллатеральный; 2 – открытый биколлатеральный; 3 – закрытый (без камбия); 4 – амфивазальный; 5 – амфикрибральный; К – камбий; Кс – ксилема; Ф - флоэма

Всасывающие ткани Строение ризодермы: А – молодой корневой волосок; Б, В – развитие корневых волосков; Г, Д, Е – развитие трихобластов и атрихобластов в ризодерме; Ж – расположение корневых волосков Ниже: этапы развития корневых волосков редьки

Гиалодерма и веламен А – гиалодерма сфагнума (Sphagnum sp. ) Б – веламен орхидеи (Dendrobium sp. ) В – веламен орхидеи (Sobralia macrantha): 1 – веламен; 2 – гиалодерма; 3 – кроющая клетка; 4 – отверстия в стенках; 5 – кортикальная паренхима; 6 – пропускная клетка; 7 – склеродерма; 8 - экзодерма

Аэренхима на поперечных срезах органов А – вторичная аэренхима у жюссиеи (Jussieua peruviana); Б – первичная аэренхима ситника(Juncus effusus); В – первичная аэренхима кубышки желтой (Nuphar luteum)

Запасающие ткани А – крахмалоносная паренхима клубня картофеля (Solanum tuberosum); Б – клетка этой паренхимы; В, Г – простые и полусложные зерна крахмала; Д – сложные зерна крахмала у овса (Ovena sativa); Е – запасающая паренхима хурмы восточной (Diospyros kaki)