Самостоятельные работы по ботанике. 1 курс

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. БОТАНИКА, КАК НАУКА. РАЗДЕЛЫ, МЕТОДЫ И ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ БОТАНИЧЕСКОЙ НАУКИ

Выдающиеся ботанические научные труды и открытия 17 - 20 ст.

2. ПОНЯТИЕ О РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКЕ. ОРГАНЕЛЛЫ

Сравнительная характеристика растительной и животной клеток.

Общие признаки:

1. Единство структурных систем - цитоплазмы и ядра.

2. Сходство процессов обмена веществ и энергии.

3. Единство принципа наследственного кода.

4. Универсальное мембранное строение.

5. Единство химического состава.

6. Сходство процесса деления клеток.

Различия:

Онтогенез и филогенез пластид.

Онтогенез пластид. Пластиды, так же как и митохондрии, не появляются вновь, а плодятся методом деления. В яйцеклетке имеются так именуемые инициальные частички, из которых в предстоящем и развиваются как митохондрии, так и пластиды. Эта точка зрения подтверждается явлением так именуемой цитоплазматической либо пластидной (внехромосомной) наследственности. Как понятно, у раздельнополых организмов дамские и мужские гаметы заносят в зиготу однообразный вклад в отношении генов. Но женская гамета содержит во много раз больше цитоплазмы и инициальных частиц. Корренс показал, что расцветка листьев у пестролистных растений наследуется только по материнской полосы. Так, оказалось, что цветки, развившиеся на зеленоватых побегах, дают семечки, из которых растут растения с зеленоватыми листьями. Цветки на ветвях с пестрыми листьями дают семечки, из которых растут пестролистные растения. Окраска листьев растений, с растений которых собиралась пыльца для опыления, не имеет значения для потомства. Эти опыты и привели к предположению, что хлоропласты представляют собой на генном уровне автономные образования и их характеристики наследуются по материнской полосы. Так же как и для митохондрии, исходной стадией роста хлоропластов являются инициальные частички. Эти частички -- глобулярные образования, окруженные двойной мембраной существенно более плотной смеси по сопоставлению с окружающей гиалоплазмой. Инициальные частички растут в размере и получают форму двояковыпуклой линзы. Сразу их внутренняя мембрана начинает разрастаться, образуя складки. От складок отшнуровываются пузырьки (тилакоиды), которые размещаются параллельно и пронизывают всю строму. На этой стадии развития частички становятся видимыми в световой микроскоп (0,3--0,5 мкм) -- это уже пропластиды. Для предстоящего развития структуры пропластид нужен свет. На свету появляется хлорофилл. Молекулы хлорофилла локализуются в мембранах. Конкретно на свету образуются два типа тилакоидов. Длинноватые тилакоиды тянутся через все продольное сечение пластид и образуют тилакоиды стромы. Недлинные тилакоиды размещаются стопкой друг над другом и образуют тилакоиды гран.

Филогенез пластид. Пластиды имеют собственную генетическую систему, размножаются относительно независимо от деления всей клетки и ядра и отграничены от остальной протоплазмы двойной мембраной. Согласно гипотезе эндосимбиоза, они являются потомками прокариот, сходных с бактериями или сине-зелеными водорослями, которые, вероятно, в результате фагоцитоза проникли в гетеротрофные анаэробные клетки и стали в них жить как симбионты. Моделью может служить явление эндоцитоза у некоторых грибов, жгутиковых и амеб: клетки сине-зеленых водорослей фагоцитируются, окружаются двумя мембранами (собственной внутренней и наружной, происходящей из плазмолеммы клетки-хозяина) и сохраняют способность к фотосинтезу.Согласно другим представлениям, пластиды происходят из выпячиваний плазматической мембраны, которыми были окружены либо части еще примитивного генома, либо плазмиды.

3. ЯДРО. ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ

1.Ультратонкое строение хромосомы.

Хромосомы состоят их нитей хроматина. Нити хроматина в хромосоме представлены двойной спиральной ДНК которая закручена в виде рыхлых спиралей более высоких порядков. Это позволет размещаться в ядре чрезвычайно длинным 9до 2 см) молекулам ДНК. Белки, входящие в состав дезоксирибонуклеопротеидов хроматина, имеют вид короткихцилинров диаметром 10 нм, располагающихся подобно бусинкам на нити ДНК.

2.Происхождение и эволюция ядра.

Происхождение ядра не выяснено до сих пор, однако выдвинуто 4 основных гипотезы происхождения клеточного ядра, но ни одна из них не является доказанной.

1. Гипотеза, известная как «синтропная модель», предполагает что ядро возникло в результате симбиотических взаимоотношений между археей и бактерией. По этой гипотезе, симбиоз возник, когда древняя архея, проникла в бактерию. Впоследствии архея редуцировалась до клеточного ядра современных эукариот. Эта гипотеза аналогична практически доказанным теориям происхождения митохондрий и хлоропластов

2.Согласно второй гипотезе, прото-эукариотическая клетка эволюционировала из бактерии без стадии эндосимбиоза. Доказательством модели является существование современных бактерий из отряда Planctomycetes, которые имеют ядерные структуры с примитивными порами и другие клеточные компартменты, ограниченные мембранами.

3.Согласно гипотезе вирусного эукариогенеза, окруженное мембраной ядро, как и другие эукариотические элементы, произошли вследствие инфекции прокариотической клетки вирусом. Это предположение основывается на наличии общих черт у эукариот и некоторых вирусов. По одной версии, ядро возникло прифагоцитировании клеткой большого ДНК-содержащего вируса. По другой версии, эукариоты произошли от древних архей, инфицированных поксвирусами.

4. Экзомембранной гипотеза, утверждает, что ядро произошло от одиночной клетки, которая в процессе эволюции выработала вторую внешнюю клеточную мембрану; первичная клеточная мембрана после этого превратилась в ядерную мембрану, и в ней образовалась сложная система поровых структур для транспорта клеточных компонентов, синтезированных внутри ядра.

3 Что такое деление клетки? Жизненный цикл клетки.

Клеточный цикл.

Деление клетки - это одно из важнейших биологических явлений, определяющих то, что обязательным условием существования биологических систем, в течении длительного времени, является их репродукция.

Клеточный цикл - период существования клетки от деления до деления или от деления до смерти клетки..У многоклеточных организмов клетки разных органов и тканей имеют разнуюспособность к делению, следовательно и разный клеточный цикл.

делению клетки предшествует удвоение ее ДНК. Это удвоение происходит в S- периоде интерфазы. Установленно, что вступление клетки в митоз регулирует особый белок - циклин.

Уменьшение скорости его синтеза увеличивает длительность интерфазы.

Весь клеточный цикл разделяют на интерфазу и деление клетки.

В интерфазе выделяют 3 периода: пресинтетический период или J период. Синтетический S период и постсинтетический J2 период.

В пресинтетический период начинается подготовка клетки к синтезу ДНК.Образуются ферменты необходимыые для метаболизма РНК, белка, предшественников ДНК. В S периоде интерфазы удваевается количество ДНК, следовательно и число хромосом. S период является узловым в клеточном цикле. Лишь прошедшая S период клетка может делиться.

В J2 периоде синтез РНК увеличивается. Синтез РНК обеспечивает прохождение митоза. Синтезируются так же белки метотического веретена деления - тубулины. Возрастает число рибосом. В J2 периоде резко снижается синтез РНК и полностью прекращается в митозе.

4. ОБОЛОЧКА РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Формирование оболочки растительной клетки.

Новая оболочка формируется в процессе деления клетки в заключительной стадии митоза - телофазе. После расхождения хромосом в экваториальной плоскости клеток появляется скопление мелких мембранных пузырьков, которые в центральной части клеток начинают сливаться друг с другом. Этот процесс слияния мелких вакуолей происходит от центра клетки к периферии и продолжается до тех пор, пока мембранные пузырьки не сольются между собой и с плазматической мембраной боковой поверхности клетки. Так образуется клеточная пластинка, или фрагмопласт

В центральной части ее располагается аморфное вещество матрикса, которое наполняло сливающиеся пузырьки. Доказано, что эти первичные вакуоли происходят от мембран аппарата Гольджи. В состав первичной клеточной стенки входит также небольшой количество белка (около 10%), богатого гидроксипролином и имеющего множество коротких олигосахаридных цепей, что определяет этот белок как гликопротеид.

После образования срединной пластинки протопласт соседних клеток откладывает на нее первичную оболочку. Слой целлюлозы, который откладывается во время роста клетки, называется первичной клеточной оболочкой.

Помимо целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина, первичные оболочки содержат также и структурный белок - гликопротеин. Первичные оболочки могут и лигнифицироваться, хотя, как правило, лигнин им не свойственен. Однако наиболее характерную часть первичной оболочки составляет пектиновый компонент. Он придает оболочке пластичность, позволяет ей растягиваться, по мере удлинения органов: корня, стебля, листа. Пектиновые вещества способны сильно набухать, поэтому первичные оболочки содержат много воды (60-90%). На долю гемицеллюлоз и пектиновых веществ, приходится 50-60% сухого веса первичной оболочки, содержание целлюлозы не превышает 30%, структурный белок занимает до 10%. Продолжающийся процесс выделения веществ матрикса осуществляется за счет подхода к плазматической мембране пузырьков аппарата Гольджи, слияния их с мембраной и высвобождение их содержимого за пределы цитоплазмы. Здесь же, вне клетки, на ее плазматической мембране идет синтез и полимеризация целлюлозных фибрилл. Так постепенно образуется вторичная клеточная оболочка. С достаточной точностью определить и суметь отличить первичную оболочку от вторичной трудно, так как они соединены между собой несколькими промежуточными слоями.

Основную массу закончившей свое формирование клеточной стенки составляет вторичная оболочка. Она придает клетке ее окончательную форму. После разделения клетки на две дочерние происходит рост новых клеток, увеличение их объема и изменение формы; клетки часто вытягиваются в длину. Одновременно с этим идут наращивание толщины клеточной оболочки и перестройка ее внутренней структуры.

В период растяжения фибриллы начинают размещаться под прямым углом друг к другу и в конечном счете оказываются вытянутыми более или менее параллельно продольной оси клетки. Постоянно идет процесс: в старых слоях (ближе к центру оболочки) фибриллы подвергаются пассивным сдвигам, а отложение новых фибрилл во внутренних слоях (ближайших к мембранам клетки) продолжается в соответствии с исходным планом конструкции оболочки. Этот процесс создает возможность скольжения фибрилл относительно друг друга, а перестройка арматуры клеточной оболочки возможна из-за студенистого состояния компонентов ее матрикса. В дальнейшем при замещении в матриксе гемицеллюлозы на лигнин подвижность фибрилл резко снижается, оболочка становится плотной, происходит одревеснение. Содержание различных веществ примерно таково: воды очень мало, целлюлозы 40-50%, лигнина 25-30%, гемицеллюлозы 20-30% и практически нет пектиновых веществ.

Вторичная оболочка не всегда располагается равномерно. У некоторых специализированных водопроводящих клеток она имеет вид колец или спиральных лент. Такие клетки сохраняют способность к продольному растяжению ,и после отмирания.

Часто под вторичной оболочкой обнаруживают третичную оболочку, которую можно рассматривать как засохший остаток дегенерировавшего слоя собственно цитоплазмы.

Типы сочетаний клеток между собой.

Межклеточные контакты -- соединения между клетками, образованные при помощи белков. Межклеточные контакты обеспечивают непосредственную связь между клетками. Кроме того, клетки взаимодействуют друг с другом на расстоянии с помощью сигналов (главным образом -- сигнальных веществ), передаваемых через межклеточное вещество.

Плазмодесмы

Микроскопические цитоплазматические мостики, соединяющие соседние клетки растений.

Простое межклеточное соединение

При простом межклеточном соединении оболочки клеток сближены на расстояние 15 - 20 нм. Это соединение занимает наиболее обширные участки соприкасающихся клеток. Посредством простых соединений осуществляется слабая механическая связь, не препятствующая транспорту веществ в межклеточных пространствах. Разновидностью простого соединения является контакт типа «замок», когда билипидные мембраны соседних клеток вместе с участком цитоплазмы вдавливаются друг в друга, чем достигается большая поверхность соприкосновения и более прочная механическая связь.

Плотное соединение (запирающая зона)

В плотном соединении клеточные мембраны максимально сближены, здесь фактически происходит их слияние. Роль плотного соединения заключается в механическом сцеплении клеток и препятствии транспорту веществ по межклеточным пространствам. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов, она ограждает межклеточные щели от внешней среды. Плотные соединения обычно образуются между эпителиальными клетками в тех органах (желудке, кишечнике и пр.), где эпителий ограничивает содержимое этих органов (желудочный сок, кишечный сок). В этих участках плотные контакты охватывают по периметру каждую клетку, межмембранные пространства отсутствуют, а соседние клеточные оболочки слиты в одну. Если же плотное сцепление происходит на ограниченном участке, то образуется пятно слипания (десмосома).Частными случаями плотного соединения являются зоны замыкания и слипания.

Зона замыкания

В зоне замыкания две соседние мембраны сливаются своими наружными слоями, эта зона непроницаема для макромолекул и ионов.

Зона слипания

В зоне слипания мембраны разделены щелью в 10-20 нм, заполненной плотным веществом (белковой природы).

Десмосома

Десмосома представляет собой небольшую площадку, иногда слоистого вида, диаметром до 0,5 мкм. Их функциональная роль заключается главным образом в механической связи между клетками. Существуют 3 типа десмосом - точечные, опоясывающие и полудесмосомы. Десмосомой называется образованное клетками соединение, прочно склеивающее клетки. Если они образуются между клетками и внеклеточным матриксом, то они называются полудесмосомами. Количество десмосом на одной клетке может достигать 2000. Такие контакты встречаются между клетками, которые могут подвергаться трению и другим механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы). Со стороны цитоплазмы к десмосомам прикрепляются промежуточные филаменты, которые формируют остов цитоплазмы, обладающий большой прочностью на разрыв. Таким образом, через десмосомы промежуточные филаменты соседних клеток объединяются в непрерывную сеть по всей ткани. Тип промежуточных филаментов зависит от типа клеток: в большинстве эпителиальных клеток они кератиновые, а в клетках сердечной мышцы - десминовые.

Нексус (щелевой контакт)

Нексус представляет собой ограниченный участок контакта двух клеточных мембран диаметром 0,5 - 3 мкм с расстоянием между мембранами 2-3 нм. Обе эти мембраны пронизаны белковыми молекулами коннексонами, содержащими гидрофильные каналы. Через эти каналы осуществляется обмен ионами и микромолекулами соседних клеток. Поэтому нексусы называют также проводящими соединениями. Их функциональная роль заключается в переносе ионов и мелких молекул от клетки к клетке, минуя межклеточное пространство. Этот тип соединения встречается во всех группах тканей.

Синапс (синаптическое соединение)

Синапсы являются особыми формами межклеточных соединений. Они характерны для нервной ткани и встречаются между нейронами (межнейронные синапсы) или между нейроном и клеткой-мишенью (нервно-мышечные синапсы и пр.). Синапсы - участки контакта двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одной клетки к другой. Их функция - именно передача нервного импульса с нейрона на другую нервную клетку или клетку-мишень.

5. ВКЛЮЧЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ. ВАКУОЛЬ И КЛЕТОЧНЫЙ СОК

Понятие о вакуоли, функции и возникновения вакуолей.

Вакуоли отделены от цитоплазмы тонопластом. Жидкость, заполняющая вакуоль представляет собой концентрированный водный раствор, содержащий минеральные соли, сахара, органические кислоты, кислород, диоксид углерода, пигменты и некоторые отходы жизнедеятельности или вторичные продукты метаболизма.

Согласно принятой в настоящее время точке зрения, вакуоли могут возникать только из предсуществовавших уже вакуолей или из каких-то других полостей клетки, ограниченных мембранами, например при разрастании пузыревидных выпячиваний эндоплазматической сети или увеличении пузырьков Гольджи.

Функции: 1. Обеспечивает осмос. В результате в клетке развивается тургорное давление, и цитоплазма прижимается к клеточной стенке.

2. У растений в вакуолях содержатся иногда гидролитические ферменты, и тогда при жизни клетки вакуоли действуют как лизосомы. После гибели клетки тонопласт, как и все другие мембраны, теряет свою избирательную проницаемость, и ферменты высвобождаются из вакуолей, вызывая автолиз.

3. В вакуолях растения могут накапливаться отходы жизнедеятельности и некоторые вторичные метаболиты. Из отходов иногда обнаруживаются кристаллы оксалата кальция. Так же накапливаются алкалоидоы. Танины особенно часто встречаются в вакуолях листьев, коры, древесины, незрелых плодов и семенных оболочках. Может накапливаться в вакуолях и латекс обычно в виде молочно-белой эмульсии.

Отдельные клетки (млечные клетки) специализируются на выделении млечного сока. Так в млечном соке бразильской гевеи содержаться ферменты и соединения, необходимые для синтеза каучука, а в млечном соке мака снотворного - алкалоиды.

4. Некоторые из компонентов вакуолярного сока играют роль запасных питательных веществ, при необходимости используемых цитоплазмой. Среди них в первую очередь следует назвать сахарозу, минеральные соли и инулин. растительный клетка хромосома вакуоль

2. Состав клеточного сока.

Клеточный сок накапливается в каналах эндоплазматической сети, образуя в ней пузыревидные вздутия, которые называются вакуолями. Клеточный сок представляет собой раствор многих и весьма разнообразных по составу органических и неорганических веществ, которые синтезируются и выделяются протопластом.

Состав клеточного сока:

Органические вещества

Азотистые:

Белки (протеины, протеиды).

Аминокислты (аспарагин, тирозин, лейцин и др.).

Алкалоиды (хинин, морфин, никотин, колхицин, кофеин, кодеин, папаверин и др.).

Гликоалкалоиды (соланин, дигиталин).

6. ПОКРОВНЫЕ ТКАНИ

Строение устьичной щели в продольном разрезе. Механизм работы устьица.

Устьица у растений окружены двумя устьичными (замыкающими) клетками, которые, в отличие от других клеток эпидермиса, имеют хлоропласты и способны фотосинтезировать. В этих клетках на внешней оболочке откладывается мало кутина, поэтому у них возможна кутикулярных транспирация. Стенка устьичной клетки имеет утолщение той части своей оболочки, которая обращена к устьичной щели. Когда утром на эти клетки попадает свет у них начинается процесс фотосинтеза. Образуются первичные углеводы, которые повышают осмотическую активность клеток устьичного аппарата. По законам осмоса, к ним поступает вода, что ведет к росту тургора и, вследствие неодинаковой упругости стенки, клетка изгибается. Щель увеличивается -- устьице раскрывается.

В процессе метаболизма углеводы расходуются на жизнедеятельность или превращаются в крахмал (осмотически не активен). Это ведет к уменьшению количества воды в клетке и снижению тургора и следсвие -- замыкание щели.

Размещено на Allbest.ru