какое строение имеет растительная клетка
Параграф 18. Водоросли.
Вопросы в начале параграфа
1. Какое строение имеет растительная клетка
Растительная клетка состоит из:
• клеточной стенки, которая защищает клетку и придает ейформу;
• цитоплазмы – бесцветного вещества, наполняющего клетку, в которой находятся остальные части клетки;
• мембраны, окружающей цитоплазму;
• ядра с ядрышком – самойважной части клетки;
• пластид (хлоропластов), в которых проходит процесс фотосинтеза;
• вакуоли – полости, заполненной клеточным соком.
2. Что такое пластиды?
Пластидами называют крохотные тельца, находящиеся внутри растительной клетки. Они принимают участие в синтезе органических веществ и могут быть разной окраски или вовсе ее не иметь. От того, какой цвет имеют пластиды, зависит окраска всей клетки.
3. Какие пластиды вы знаете?
В зависимости от окраски, различают три вида пластид:
1) Хлоропласты – пластиды зеленого цвета, выполняющие функцию фотосинтеза.
2) Хромопласты – пластиды красного, желтого или оранжевого цвета. Это связано с накоплением в них каротиноидов. От хромопластов зависит окраска осенних листьев, цветочных лепестков, созревших плодов.
3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, встречающиеся в клетках, скрытых от солнечного света (корнях, клубнях, семенах). Их деятельность связана с накоплением запасных веществ: крахмала, белков, масел.
4. Что такое пигменты?
Биологические пигменты – это вещества, входящие в состав пластид и обладающие способностью окрашивать.
5. Что называют растительной тканью?
Растительной тканью называют группу клеток с общим строением и происхождением, приспособленных для выполнения одной или нескольких функций.
Вопросы в конце параграфа
1. Почему водоросли относят к низшим растениям?
У водорослей нет тканей и органов. У них есть только единое вегетативное тело, не делящееся на листья, стебли и корни. Поэтому они и относятся к низшим растениям.
2. Где обитают зеленые одноклеточные водоросли?
Зеленые одноклеточные водоросли обитают там, где повышенная влажность: в сырых, затененных местах, на поверхности камней, деревьев, зданий. Они есть даже на поверхности ледников
3. Какое строение имеет хламидомонада?
Хламидомонада – это одноклеточная зеленая водоросль, имеющая овальную форму, немного зауженную с одной стороны и способная передвигаться при помощи двух жгутиков, прикрепленных к этому узкому краю.
Клетка хламидомонады покрыта прозрачной оболочкой, внутри которой в цитоплазме находятся:
1) Две сократительные вакуоли,которые находятсяближе к жгутикам и избавляют хламидомонаду от лишней воды.
2) Светочувствительный красный глазок. Он определяет, где находится свет. Хламидомонада движется в этом направлении, осуществляя процесс фотосинтеза.
3) Хлоропласт, называемый хроматофором. Помимо процесса фотосинтеза, он откладывает крахмал.
4) Ядро.
4. Где обитают и какое строение имеют зеленые многоклеточные водоросли?
Многоклеточные зеленые водоросли представляют собой слоевище нитчатой или листовидной формы. Тело их состоит из ряда коротких клеток. В каждой клетке имеется оболочка, цитоплазма, ядро и хроматофор. Некоторые водоросли имеют образования, напоминающие корни. Их называют ризоиды. Многоклеточные водоросли обитают только в водной среде, как в пресной, так и в соленой.
5. Где обитают и какое строение имеют бурые водоросли?
Бурые водоросли – это многоклеточные растения со слоевищами разнообразной формы:нитевидными, шаровидными, пластинчатыми, кустообразными. Они могут быть прямостоящими и стелющимися. Длина бурых водорослей может колебаться от микроскопических до гигантских размеров. Внизу слоевища находятся ризоиды, при помощи которых водоросли крепятся к грунту. Бурые водоросли обитатели морей и океанов. Самым известным представителем бурых водорослей является ламинария, известная нам, как морская капуста.
6. Где обитают и какое строение имеют красные водоросли?
Красные водоросли обитают в морях и океанах. Большинство красных водорослей имеют многоклеточное строение, но есть и одноклеточные формы. Клеточная стенка красных водорослей состоит из двух слоев. Внутренний слой – целлюлозный и внешний – аморфный. Их слоевища (талломы) крупны и разнообразны. Они могут быть нитевидными, листостебельными, кустистыми, кораллоподобными. В хлоропластах красных водорослей содержится не только хлорофилл, но и другие пигменты, имеющие синий, красный, желто-оранжевый цвета. Смешиваясь с хлорофиллом, они придают слоевищам водорослей различную окраску. Благодаря дополнительным пигментам улавливаетсябольше солнечного света для процесса фотосинтеза, поэтому красные водоросли могут обитать на гораздо большей глубине по сравнению с бурыми водорослями.
7. Что такое слоевище?
Слоевище или таллом – это тело многоклеточных низших растений, не разделяющееся на стебель, корень и листья.
8. Что такое хроматофор?
Хроматофор – это отвечающие за окраску крупные чашеобразные пластиды низших растений.
9. Что такое ризоиды? Почему их нельзя назвать корнями?
Ризоиды – это бесцветные ветвистые нитеобразные клетки, при помощи которых слоевище водорослей прикрепляется к грунту. Корнями их нельзя назвать потому, что по своему строению ризоиды не имеют ничего общего с этими органами высших растений.
10. Какое значение имеют водоросли в природе?
Для природы водоросли имеют большое значение. Они активно участвуют в круговороте веществ в природе. Как и все растения, водоросли способны поглощать углекислый газ и выделять кислород, который необходим живым организмам, обитающим в воде. Причем они выделяют настолько много кислорода, что он не только растворяется в воде, но и попадает в атмосферу. Водоросли участвуют в образовании почвы и формировании осадочных пород. Кроме того, водоросли служат пищей для многих обитателей водоемов.
11. Как человек использует водоросли?
Многие виды водорослей человек использует для своих нужд.
1) В химической промышленности из них получают йод, калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту, клеящие вещества, агар-агар.
2) В сельском хозяйстве водоросли используются, как биодобавка в рацион животных и как калийное удобрение.
3) В медицине водоросли используются для производства лекарств и лечебной грязи.
4) С помощью водорослей очищают загрязненные водоемы и сточные воды.
5) Отдельные виды водорослей (ламинарию, порфиру, ульву) человек употребляет в пищу. Они содержат много витаминов, йода, углеводов и поэтому очень полезны.
Почему даже у многоклеточных водорослей, имеющих большие размеры, отсутствует сосудистая система?
Она им не нужна, так как водоросли обитают в воде и со всех сторон окружены питательной средой. Поэтому каждая клетка сама, без помощи дополнительной транспортной системы, способна впитывать питательные вещества.
Задания для любознательных
Клетка
На заре развития жизни на Земле все клеточные формы были представлены бактериями. Они всасывали органические вещества, растворённые в первичном океане, через поверхность тела.
Со временем некоторые бактерии приспособились производить органические вещества из неорганических. Для этого они использовали энергию солнечного света. Возникла первая экологическая система, в которой эти организмы были производителями. В результате этого в атмосфере Земли появился кислород, выделяемый этими организмами. С его помощью можно из той же самой пищи получить гораздо больше энергии, а добавочную энергию использовать на усложнение строения тела: разделение тела на части.
Одно из важных достижений жизни — разделение ядра и цитоплазмы. В ядре находится наследственная информация. Специальная мембрана вокруг ядра позволила защитить от случайных повреждений. По мере необходимости цитоплазма получает из ядра команды, направляющие жизнедеятельность и развитие клетки.
Таким образом, клетка — основа организации растений и животных — возникла и развилась в ходе биологической эволюции.
Даже не вооружённым глазом, а ещё лучше под лупой можно видеть, что мякоть зрелого арбуза состоит из очень мелких крупинок, или зёрнышек. Это клетки — мельчайшие «кирпичики», из которых состоят тела всех живых организмов, в том числе и растительных.
Жизнь растения осуществляется соединённой деятельностью его клеток, создающих единое целое. При многоклеточности частей растения существует физиологическое разграничение их функций, специализация различных клеток в зависимости от местоположения их в теле растения.
Растительная клетка отличается от животной тем, что имеет плотную оболочку, покрывающую внутреннее содержимое со всех сторон. Клетка не является плоской (как её принято изображать), она скорей всего похожа на очень маленький пузырёк, наполненный слизистым содержимым.
Строение и функции растительной клетки
Рассмотрим клетку как структурно-функциональную единицу организма. Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки — поры. Под ней находится очень тонкая плёнка — мембрана, покрывающая содержимое клетки — цитоплазму. В цитоплазме есть полости — вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце — ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме распределены мелкие тельца — пластиды.
Строение растительной клетки
Строение и функции органоидов растительной клетки
Клеточная стенка или плазматическая мембрана
Бесцветная, прозрачная и очень прочная
Пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества.
Клеточная мембрана полупроницаемая
Густое тягучее вещество
В ней располагаются все другие части клетки
Находится в постоянном движении
Ядро (важная часть клетки)
Округлое или овальное
Обеспечивает передачу наследственных свойств дочерним клеткам при делении
Центральная часть клетки
Сферической или неправильной формы
Принимает участие в синтезе белка
Резервуар, отделённый от цитоплазмы мембраной. Содержит клеточный сок
Накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности ненужные клетке.
По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль
Используют световую энергию солнца и создают органические из неорганических
Форма дисков, отграниченных от цитоплазмы двойной мембраной
Образуются в результате накопления каротиноидов
Жёлтые, оранжевые или бурые
Содержатся в корнях, клубнях, луковицах
Состоит из двух мембран (наружная и внутренняя) с порами
Отграничивает ядро от цитоплазмы
Даёт возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой
Живая часть клетки — это ограниченная мембраной, упорядоченная, структурированная система биополимеров и внутренних мембранных структур, участвующих в совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.
Важной особенностью является то, что в клетке нет открытых мембран со свободными концами. Клеточные мембраны всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон.
Современная обобщенная схема растительной клетки
Плазмалемма (наружная клеточная мембрана) — ультрамикроскопическая плёнка толщиной 7,5 нм., состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Это очень эластичная плёнка, хорошо смачивающаяся водой и быстро восстанавливающая целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, т.е.типичное для всех биологических мембран. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы) — нерастворимого в воде полисахарида.
Плазмодесмы растительной клетки, представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки и выстланные плазматической мембраной, которая таким образом переходит из одной клетки в другую, не прерываясь. С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. По ним же идёт передача биопотенциалов и другой информации.
Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка. Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры.
Клеточная оболочка имеет хорошо выраженную, относительно толстую оболочку полисахаридной природы. Оболочка растительной клетки продукт деятельности цитоплазмы. В её образовании активное участие принимает аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть.
Строение клеточной мембраны
Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма, — сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними в процессах клеточного метаболизма.
Гиалоплазма (или матрикс цитоплазмы) составляет внутреннюю среду клетки. Состоит из воды и различных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов), из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества.
Биополимеры образуют с водой коллоидную среду, которая в зависимости от условий может быть плотной (в форме геля) или более жидкой (в форме золя), как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через билипидную мембрану гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является динамической средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клеток в целом.
Цитоплазматические образования – органеллы
Органеллы (органоиды) — структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму и размеры, являются обязательными цитоплазматическими структурами клетки. При их отсутствии или повреждении клетка обычно теряет способность к дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению и самовоспроизведению. Размеры их настолько малы, что их можно видеть только в электронный микроскоп.
Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.
Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.
Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами.
Ядрышко
Ядрышко — как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.
В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.
Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.
Лизосомы
Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых — осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).
Микротрубочки
Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.
Вакуоль
Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом.
Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.
Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.
В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.
Пластиды
Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.
Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.
Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.
Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.
Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.
Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.
Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.
Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.
Митохондрии
Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.
Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.
Строение эндоплазматической сети
Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.
Рибосомы
Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.
Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы.