Строение и химический состав растений

Органы растений и функций каждого из них, клеточное строение и оболочка клеток. Основные химические вещества растительных клеток. Вакуоли и вещества клеточного сока: органические кислоты, дубильные вещества, пигменты, алкалоиды, фитонциды и кристаллы.

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 14.07.2010
Размер файла 426,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ

1 ОРГАНЫ РАСТЕНИЙ И ИХ КЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ

Окружающий нас растительный мир состоит главным образом из цветковых и голосеменных (хвойных) растений. В лесу мы увидим деревья, кустарники и травянистые растения, на лугу - злаки, бобовые, осоки и разнообразно цветущее разнотравье. В искусственно посаженном парке, кроме древесной растительности, увидим клумбы с крупными цветами, которые специально выведены садоводами. У любознательного человека невольно возникает вопрос: а как же устроены растения и как они живут?

Органы растения выполняют определенные функции в его жизни.

Листья, используя солнечную энергию, из неорганических веществ, углекислого газа и воды синтезируют углеводы (сахар, крахмал). В листьях идет интенсивное образование белков из углеводов и неорганических форм азота, а также ряда других веществ. Корень поглощает минеральные вещества и воду из почвы, в нем также образуются сложные органические вещества за счет углеводов и поглощенных из почвы солей. Между корнем и листом идет постоянный обмен веществами, которые движутся по стеблю от корня к листу и из листа в корень. Так все органы связаны в растении в единое целое. Только благодаря этой связи между органами и может нормально протекать жизнь растения как целого.

Если мы захотим узнать строение растения более детально, то для этого надо проникнуть внутрь растения. В этом нам поможет световой и электронный микроскоп.

Световой микроскоп откроет нам наличие в растении специализированных тканей, состоящих из клеток определенной формы и несущих ту или иную функцию.

Все живые организмы (растения и животные) построены из клеток.

Клетка представляет собой не плоское образование, как это кажется при рассмотрении ее под микроскопом, а объемное; по форме напоминающее обыкновенную коробочку. Снаружи со всех сторон клетки одеты целлюлозной оболочкой.

Внутреннее содержимое клетки состоит из цитоплазмы и органоидов: ядра с ядрышком, пластид.

Схематическое изображение плазмодесм ядра с ядрышком, пластид (лейкопласты, хлоропласты, хромопласты) и митохондрий.

Кроме того, в клетке имеется вакуоль - полость, наполненная клеточным соком, в котором растворены различные вещества. Это могут быть сахара, соли, органические кислоты, пигменты (красящие вещества). В ряде случаев в клетках имеется не одна большая центральная вакуоль, а целая система, состоящая из более мелких вакуолей.

Клетки одной ткани соединены друг с другом так, как в кирпичной кладке, т. е. стенки их в двух смежных рядах не совпадают. Этим, как известно, достигается наибольшая прочность. Образующаяся после деления клетки первоначальная перегородка клетки называется срединной пластинкой. Она состоит из трех слоев. Две первичные оболочки (по одной у каждой клетки), которые склеены друг с другом пектиновым веществом, не препятствуют росту клеток. Клетки имеют неутолщенные места оболочки - поры, сквозь которые соседние клетки соединяются цитоплазматическими нитями, получившими название плазмодесм (рис. 3). По плазмодесмам происходит передвижение веществ из одной клетки в другую, а также передаются раздражения от клетки к клетке.

Благодаря наличию плазмодесм содержимое клеток всего растения составляет как бы единое целое, и соответственно весь организм как единое целое может реагировать на воздействие, полученное какой-либо его частью в листе, корне или стебле.

Перейдем теперь к более детальному знакомству с химическим составом растительного организма.

2 ОСНОВНЫЕ ВЕЩЕСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК

Элементарный состав растения. Растительные и животные организмы состоят из органических веществ, в состав которых обязательно входит углерод. Этот четырехвалентный элемент способен к многочисленным химическим реакциям и образует массу сложных соединений. Если сжечь любое органическое соединение, например сахар или крахмал, то его углерод соединится с кислородом и выделится в виде углекислого газа. Входящий в белки азот при их сгорании улетучивается в виде окислов азота (соединений азота с кислородом). После сжигания организма остается зола, которая содержит ряд окислов фосфора, серы, калия, натрия, магния, кальция и других элементов, и составляет в среднем 5% от массы высушенного растения.

Перед нами сразу же возникает вопрос: из каких химических элементов состоит органическое вещество растения? Соответственные анализы показывают, что основными элементами, входящими в состав органического вещества, являются углерод, кислород, водород и азот. Из них в среднем в растении содержится: углерода - 45%, кислорода - 42%, водорода - 6,5% и азота - 5%.

Разнообразие органических веществ. Растение состоит в основном из соединений, образуемых вышеупомянутыми четырьмя элементами. Большое количество различных химических соединений растительных организмов можно объединить в несколько типов веществ в зависимости от их физиологического значения. Прежде всего, это запасные питательные вещества, отложенные организмом. Кроме того, имеются вещества, образующиеся в биохимических процессах (метаболиты) и играющие большую роль в обмене веществ, а значит, и в жизни растений. Запасные вещества используются растением в дальнейшей жизнедеятельности, сравнительно небольшая часть образует отбросы, а другая часть идет на построение скелетной системы клеток - их оболочек. Наибольшую роль в клетке играют конституционные вещества, образующие живое содержимое клеток - их протопласт, т. е. цитоплазму и органоиды.

Запасные вещества клетки в растении бывают двух категорий: безазотистые вещества - углеводы и жиры и азотистые вещества - белки.

К углеводам относятся соединения, состоящие из углерода, кислорода и водорода. Углеводы играют большую роль в жизни растений.

Крахмал - очень рспространенный в растениях углевод, имеющий формулу (С6Н10О5)п. Запасной крахмал встречается в виде крахмальных зерен определенного строения, характерного для отдельных видов или групп растений. Крахмальные зерна отличаются слоистостью, так как они сложены из слоев неодинаковой плотности. Характерной реакцией на крахмал является его посинение от действия иода. Этой реакцией можно обнаружить даже мельчайшие примеси крахмала. В растении крахмал гидролизуется при участии фермента амилазы (от латинского слова амилум - крахмал). При гидролизе крахмала ферментом амилазой сначала образуется солодовый сахар мальтоза, который затем под действием другого фермента - мальтазы гидролизуется в виноградный сахар, или глюкозу:

Существуют различные формы крахмальных зерен: простые, сложные и полусложные (рис. 4). Простое крахмальное зерно состоит из одного зернышка. Сложные зерна состоят из отдельных зернышек, склеенных вместе в одно зерно. Полусложные зерна, как и сложные, состоят йз нескольких зернышек, которые окружены общими СЛОЯМИ.

Фермент амилаза используется для приготовления солода в пищевой промышленности. Для его изготовления проращивают семена ячменя и других злаков, затем их высушивают и размалывают. Получается продукт, называемый солодом. Солод содержит значительные количества фермента амилазы, при помощи которой можно осахаривать крахмал. Солод используется при приготовлении пива, кваса и других напитков.

Инулин. По своему химическому составу инулин близок к крахмалу, однако при его гидролизе ферментом инулазой получается не глюкоза, а фруктоза. Значение коэффициента п другое, чем у крахмала.

Сахара. Ряд растений в качестве запасных веществ, находящихся главным образом в клеточном соке, содержат сахара, присутствие которых сразу заметно на вкус в плодах (виноград, земляника, арбуз, груша и др.).

К сахарам относятся дисахариды общей формулы С11Н22О11 и моносахариды с общей формулой С6Н12О6.

К дисахаридам относятся мальтоза и сахароза, или тростниковый сахар. Тростниковым он назван потому, что раньше добывался исключительно из сахарного тростника. В тропических странах и до сих пор он добывается из сахарного тростника, а в умеренных широтах - из сахарной свеклы. Сахарная свекла в клеточном соке корней может содержать до 22% сахара, а в среднем содержит 16-18%.

Характерным реактивом на глюкозу и фруктозу является фелингова жидкость, при нагревании с которой выпадает кирпично-красный осадок окиси меди (I). Фелингова жидкость содержит раствор сульфата меди (CuSО4), сегнетову соль и гидроксид калия (КОН). Сахароза не дает реакции с фелинговой жидкостью.

Жиры. Другой группой запасных безазотистых веществ наряду с углеводами являются растительные масла, или жиры, которые имеют широкое распространение в первую очередь как запасные питательные вещества в семенах. Семена подсолнечника, хлопчатника, конопли, льна, кунжута, горчицы, сои, мака содержат значительные количества масла. Семена, содержащие много жиров, обычно содержат мало крахмала: одно безазотистое вещество как бы заменяет другое.

Жиры состоят из глицерина и жирных кислот. Под влиянием щелочей они распадаются на эти составные части. В растениях расщепление жиров на глицерин и жирные кислоты производит фермент липаза.

Жиры гораздо беднее кислородом, чем углеводы, поэтому они более калорийны, т. е. дают больший выход энергии при окислении в процессе дыхания.

Кристаллы инулина

Характерной реакцией на жиры является окрашивание их в оранжево-красный цвет от спиртового раствора красителя судана. От осмиевой кислоты масла чернеют.

Белки - наиболее сложные соединения, содержащие, помимо углерода, водорода и кислорода, также азот, откладываются в запас в виде алеионовых зерен. Белковые вещества, находящиеся в клеточном соке в виде растворов, при потере влаги превращаются в твердые зернышки, которое имеют вид небольших комочков (например, у злаков) и образуют тельца своеобразного строения. У растений, содержащих в семенах большое количество масла, например у клещевины, алейроновые зерна, кроме кристаллов белка, содержат круглые включения - глобоиды, состоящие из органических и минеральных веществ (рис. 6). Одной из характерных реакций на белок является биуретовая реакция. При действии водного раствора сульфата меди и едкой щелочи на 4 (белок при нагревании наблюдается его окрашивание в фиолетовый цвет. Белки состоят из сочетания многих аминокислот. Различных аминокислот насчитывают свыше 20. Их разнообразные |комбинации и создают многообразие белков в растительном и животном мире. К числу аминокислот принадлежат гликокол, цистин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, серии, метионин, триптофан и др. Под влиянием ферментов-протеаз белки распадаются на составляющие их аминокислоты.

3 ВАКУОЛИ И ВЕЩЕСТВА КЛЕТОЧНОГО СОКА

Образование вакуолей. Молодые клетки сплошь заполнены цитоплазмой. Затем по мере роста в цитоплазме появляются полости - вакуоли. При дальнейшем увеличении размеров клетки вакуоли также увеличиваются и нередко сливаются вместе, образуя несколько вакуолей или одну большую вакуоль. Вакуоли заполнены клеточным соком. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных неорганических и органических веществ. В нем содержатся сахара, инулин, соли и другие вещества.

Органические кислоты. К ним относятся уксусная, яблочная, винная, щавелевая, лимонная и другие кислоты. Они играют большую роль в обмене веществ у растений, в частности в процессе дыхания. Органические кислоты накапливаются* обычно в клеточном соке, придавая растению кислый вкус (плоды лимона, клюквы, незрелые плоды растений, листья щавеля, кислицы и т. д.).

Дубильные вещества. Название «дубильные вещества» произошло от слова «дуб», так как это дерево в своей коре содержит их в большом количестве. Дубильные вещества образуют сложные соединения с белками. На этом свойстве основано дубление кож. Под влиянием особых ферментов дубильные вещества в растении могут распадаться на сахар и другие соединения, например танины. Дубильные вещества имеют вяжущий вкус. В растениях они, по-видимому, играют защитную роль, защищая их от микроорганизмов, и участвуют в реакциях окисления при дыхании.

Особенно богаты дубильными веществами галлы - наросты на листьях дуба, которые вызываются личинками насекомых. Если взять каплю сока из галлов и прибавить к нему немного 0,5-процентного раствора хлорида железа (III), то в результате происходящей реакции образуется темно-окрашенное вещество - чернила. До развития промышленности анилиновых красителей чернила обычно приготовлялись этим способом из галлов.

Пигменты. В клеточном соке многих растений содержатся в растворенном виде различные органические красящие вещества - пигменты. Самым распространенным из них является особое органическое вещество антоциан. Окраска антоциана различна и зависит от реакции клеточного сока: в кислой среде она красная, в щелочной - синяя. Окраска листьев красной капусты, корня красной свеклы, лепестков многих растений (например, медуницы, незабудки и др.) обусловлена наличием антоциана. Цветки некоторых растений, например медуницы, за время цветения изменяют свою окраску от розовой до синей, так как реакция клеточного сока меняется от кислой до слабощелочной.

Алкалоиды. К числу веществ, по-видимому представляющих собой побочные продукты обмена, относятся ядовитые вещества, содержащие азот, алкалоиды (например, морфий у мака, атропин у белены и беладонны и др.). В последнее время выяснено, что они могут играть известную роль в азотном обмене растений. Все они имеют определенное биологическое значение. Так, многие содержащие алкалоиды растения не поедаются животными, поэтому они и сохранились в процессе естественного отбора. К подобным же веществам, играющим защитную роль, относятся эфирные масла, смолы и др.

Фитонциды. Многие органические вещества, образуемые растением (эфирные масла, органические кислоты, некоторые аминокислоты, алкалоиды), играют биологическую роль, защищая растения от различных паразитов. Все эти вещества получили название фитонцидов (от греч. фитон - растение и лат. цедере - убивать).

Фитонциды являются природными антибиотиками растений. Так, например, фитонциды плодов лимона и апельсина, находящиеся в кожуре плода, действуют губительно на дизентерийную бактерию. Фитонциды выделяются растением в жидком или газообразном виде. Все знают, как пахнут луковицы чеснока, лука, листья герани, примулы и цветки многих растений. Характерный запах растений связан с выделением ими летучих эфирных масел. Особенно богаты фитонцидами такие растения, как чеснок, лук, подорожник, черемуха, горчица и плоды цитрусовых.

Фитонциды используются для хранения плодово-овощных и ягодных соков. Для продолжительного хранения виноградного сока в него приливают алиловое масло, добываемое из растения горчицы, из расчета 25 мг на 1 л сока.

Наиболее губительно действуют на бактерии фитонциды, только что выделенные из растений. Эфирные масла используются человеком в медицине для приготовления ряда лекарств (валериановые, ландышевые и др. капли), а также в парфюмерной промышленности для изготовления духов и одеколонов (розовые, гераниевые и др. эфирные масла).

Кристаллы. К числу отбросов обычно причисляют образующиеся ^в растениях кристаллы. Клетки, в которых образуются кристаллы, как правило, отмирают. Кристаллы образуются главным образом в листьях. Наиболее распространены кристаллы оксалата кальция, встречающиеся у различных растений в разнообразных формах: то в виде одиночных кристаллов, то в виде их сростков - друз или игольчатых кристаллов - рафид (рис. 7). Кроме кристаллов оксалата кальция, в растениях откладываются также кристаллы карбоната кальция. Кристаллы оксалата кальция часто попадаются в форме цистолитов - выростов оболочки клетки, пропитанных оксалатом кальция, например в листьях комнатного растения фикуса (рис. 8).

Какова же роль кристаллов? Можно считать, что роль их сводится к нейтрализации избытка кальция в растении. Кальций в больших количествах находится в почках, из которых легко поглощается растением. Избыточное количество кальция отрицательно влияет на растение, так как ионы кальция очень уплотняют цитоплазму, снижая обмен. Растение связывает его имеющимися кислотами: щавелевой и угольной. Наибольшие количества кристаллов откладываются в листьях, которые, опадая во время листопада, освобождают растение от избытка кальция.

Цистолит в листе фикуса

4 ОБОЛОЧКА КЛЕТОК

Химический состав. Оболочка одевает клетку снаружи и представляет собой прозрачную перепонку, тесно примыкающую к цитоплазме. Оболочка является производной живой части клетки - протопласта. У большинства растений она построена из клетчатки. Клетчатка является сложным углеводом - полисахаридом. По своему составу она близка к крахмалу. Химическая формула клетчатки такая же, как и крахмала (C6Hio05)„, но значение коэффициента п другое.

Клетчатка - очень стойкое химическое соединение, которое разлагается только некоторыми микроорганизмами (бактериями и грибами), выделяющими особый фермент. Она не растворяется не только в воде и щелочах, но даже в ряде кислот. Хорошо растворяется клетчатка в реактиве Швейцера (водный раствор окиси меди в аммиаке). Клетчатка не окрашивается иодом в синий цвет, и только после действия серной кислоты, которая химически изменяет клетчатку, иод окрашивает ее в синий цвет. Это характерная реакция на клетчатку, по которой ее можно отличить от других веществ.

В растительном мире клетчатка едва ли не самое распространное соединение. Она составляет основной скелет растения, Входя в состав оболочек его клеток.

Помимо строительной клетчатки, образующей оболочки клеток, в растениях встречается еще и запасная клетчатка - гемицеллюлоза, откладывающаяся в запас главным образом в оболочках семян. При прорастании семян гемицеллюлоза осахаривается и используется на образование растительного организма и на процесс дыхания. Такую клетчатку мы встречаем в семенах финика, настурции ряда других растений.

Пектиновые вещества представляют собой продукты олимеризации, близкой к углеводам галактуроновой кислоты некоторых сахаров. Это очень гидрофильные аморфные вещества, набухающие в воде и способные образовывать слизи студни. Пектиновые вещества входят в состав многих клеточных оболочек и склеивают соседние клетки в тканях растений. Соединяясь с кальцием или магнием, образуют нерастворимые в воде пектаты. Оболочка некоторых низших астений, например водоросли хламидомонады, состоит из хитиновых веществ.

Химические изменения клетчатковых оболочек клеток. В процессе жизнедеятельности растения клетчатка оболочек моет подвергаться химическим изменениям: одревеснению, опробковению и ослизнению.

В процессе одревеснения происходит отложение в ободочках клеток особого вещества лигнина. Одревеснение часто влечет за собой отмирание живого содержимого клеток, лигнин меняет физические свойства оболочек - они становится более твердыми. Поэтому деревья, у которых центральная часть ствола одревеснела, могут достигать очень большой высоты: наши сосны и ели достигают 30-35 м, американские секвойи - 100 м.

При опробковении в оболочках клеток откладывается жирообразное вещество суберин. Пропитанная этим веществом клетчатка становится почти непроницаемой для воды и газов, и опробковевшая клетка очень быстро отмирает.

Ослизнение оболочек клеток наблюдается реже. Ослизняются, например, прорастающие семена льна. Поверхность многих водорослей покрыта слизью. Кроме этих нормальных случаев, ослизнение оболочки клеток наблюдается при поражении их особыми микроорганизмами.

Рост оболочки (рис. 9) происходит вследствие жизнедеятельности протопласта клетки и совершается двумя путями: внедрением и наложением. При сильном вытягивании клеток новые частицы целлюлозы внедряются между старыми. При утолщении клеточной оболочки новые слои целлюлозы накладываются на внутренней ее стороне. Это и проявляется в виде характерных слоев, которые обычно видны в клетках с утолщенной оболочкой.

При нарастании клеточной оболочки в толщину отложение новых слоев ее происходит неравномерно. В оболочке всегда остаются места неутолщенные. Они хорошо видны в оболочках каменистых клеток, которые встречаются в некоторых плодах (например, груша, рябина), а также в оболочках многих плодов (подсолнечник) или семян (кедровые орехи). Каменистые клетки представляют собой клетки с сильно утолщенной одревесневшей оболочкой. Клетки эти мертвые, так как по окончании роста содержимое каменистой клетки отмирает. О неравномерности роста клетки говорят ее неутолщенные места - поры. Поры, если рассматривать каменистые клетки с поверхности, имеют вид точек. Если сделать оптический разрез клетки, т. е. опустить объектив микроскопа несколько ниже, то видно, что поры представляют собой каналы, идущие от полости клетки к ее периферии (рис. 10).

Оболочка отличается двумя характерными свойствами: слоистостью и полосатостью. Слоистость видна в оболочках многих клеток, а полосатость хорошо заметна на клетках, имеющих сильно утолщенную оболочку. Очень хорошо она видна на волокнах льна (рис. 11). Слоистость оболочки свидетельствует о неравномерной плотности ее слоев, которые отлагаются с внутренней стороны оболочки, т. е. со стороны полости клетки, и различно преломляют свет.

Оболочка состоит из отдельных молекул клетчатки, образующих друг с другом длинные цепи (первичные волокна). Последние образуют сложную сеть. Характерным выражением их расположения и является полосатость клеточной оболочки.

Последовательность этапа роста растительной клетки


Подобные документы

  • Организация ксилемы центрального цилиндра плаунов. Ветвление побегов семенных растений. Органические и минеральные вещества в вакуолях растительных клеток. Развитие пластинки листа. Морфологическая организация перидермы. Анатомическое строение стебля.

    шпаргалка [27,5 K], добавлен 23.09.2011

  • Функции и строение эпителия, регенерация его клеток. Типы соединительной ткани, преобладание межклеточного вещества над клетками. Химический состав и физические свойства межклеточного вещества. Костная, жировая, хрящевая, мышечная и нервная ткани.

    реферат [1,1 M], добавлен 04.06.2010

  • Признаки и уровни организации живых организмов. Химическая организация клетки. Неорганические, органические вещества и витамины. Строение и функции липидов, углеводов и белков. Нуклеиновые кислоты и их типы. Молекулы ДНК и РНК, их строение и функции.

    реферат [13,5 K], добавлен 06.07.2010

  • Основные разновидности живых клеток и особенности их строения. Общий план строения эукариотических и прокариотических клеток. Особенности строения растительной и грибной клеток. Сравнительная таблица строения клеток растений, животных, грибов и бактерий.

    реферат [5,5 M], добавлен 01.12.2016

  • Клеточные структуры, строение, состав и свойства основных компонентов растительной клетки. Поглощение и выделение веществ и энергии клеткой. Хлоропласты, их строение, химический состав и функции. Строение молекулы хлорофилла, флавоноидные пигменты.

    контрольная работа [1,0 M], добавлен 05.09.2011

  • Строение и функции оболочки клетки. Химический состав клетки. Содержание химических элементов. Биология опухолевой клетки. Клонирование клеток животных. А была ли Долли? Клонирование - ключ к вечной молодости? Культивирование клеток растений.

    реферат [27,3 K], добавлен 16.01.2005

  • Покровная, пучковая и основная ткани растений. Ткани и локальные структуры, выполняющее одинаковые структуры функции. Клеточное строение ассимиляционного участка листа. Внутреннее строение стебля. Отличие однодольных растений от двудольных растений.

    презентация [15,3 M], добавлен 27.03.2016

  • Клетка–элементарная единица жизни на Земле. Химический состав клетки. Неорганические и органические вещества: вода, минеральные соли, белки, углеводы, кислоты. Клеточная теория строения организмов. Обмен веществ и преобразование энергии в клетке.

    реферат [36,2 K], добавлен 13.12.2007

  • Физиологически активные вещества растительной клетки. Элементы, получаемые растением из почвы через корневую систему, их роль в жизни растений. Морфологическое строение побега, расположение листьев. Элементы древесины и луба голосеменных растений.

    контрольная работа [665,7 K], добавлен 13.03.2019

  • Химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Положения клеточной теории по М. Шлейдену и Т. Шванну.

    презентация [1,3 M], добавлен 17.12.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.