Ana səhifə

Лекция №1 Введение. Цели и задачи изучения ботаники. Что изучает ботаника?


Yüklə 1.16 Mb.
səhifə1/9
tarix08.05.2016
ölçüsü1.16 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Лекция №1

Введение. Цели и задачи изучения ботаники.


  1. Что изучает ботаника?

  2. Какова роль растений в природе и в жизни человека?

  3. Какие мероприятия по охране природы проводятся в России?

  4. Какими нормативными актами в Российской Федерации регламентируется охрана природы?

  5. Какое применение находят растения в медицине?

  6. На какие дисциплины разделяется ботаника?

  7. Какие основные положения клеточной теории?

  8. Кто и когда проводил микроскопическое изучение растений?

  9. Какие основные структурные единицы растительной клетки? Перечислите органеллы растительной клетки.

  10. В чём отличие растительной клетки от животной?

  11. Что такое протоплазма? Кто впервые предложил этот термин?

  12. Что такое цитоплазма?

  13. Какие есть виды пластид?

  14. В чём особенности строения пластид?

  15. Каковы функции пластид?

  16. Митохондрии, какова их роль в клетке?

  17. Каковы собенности строения митохондрий?

  18. В чём отличие пластид и митохондрий от других органелл клетки?

  19. Какие есть теории их происхождения?

  20. Клеточное ядро, какова его структура и функции?

  21. Что такое нуклеоплазма, хромосома, ген?

  22. Каково строение и состав клеточной стенки?

  23. Что такое матрикс клеточной стенки?

  24. Какие функции выполняет клеточная стенка?

  25. Каким изменениям в процессе жизнедеятельности может подвергнуться клеточная стенка?

  26. Как в связи с этим изменяются функции клеточной стенки?

  27. Что из себя представляют целлюлоза, лигнин, суберин, кутин?

  28. Какими реактивами можно обнаружить в клеточной стенке целлюлозу, лигнин, суберин, кутин? Какие при этом наблюдаются эффекты?

Ботаника – наука о растениях, изучающая их строение, жизненные функции, распространение, происхождение, эволюцию.

Фотосинтезирующие растения являются источником жизни на Земле. В год при фотосинтезе преобразуется огромное количество солнечной энергии (3∙1021 ккал). Образуется 5,8∙1010 т органического вещества, в атмосферу выделяется 11,5∙1010 т кислорода. Растения широко используются человеком как пища и как корм для животных, как источник сырья для хозяйственных нужд, как источник лекарственных средств.

Ботаника разделяется на ряд дисциплин. Морфология – наука, описывающая внешнее и внутреннее строение растений. Макроскопическая морфология (невооружённым глазом) или органография – учение об органах растений. Микроскопическая морфология – цитология (учение о клетке), гистология (учение о тканях), анатомия (учение о внутреннем строении растений), и эмбриология (учение об образовании и развитии зародыша растений). Систематика – классификация растительных организмов. География растений – изучает распределение растений на земном шаре. Геоботаника – наука о растительных сообществах. Экология растений – изучает взаимоотношения растений с окружающей средой. Палеоботаника – воссоздает облик растительности Земли в предшествующие геологические эпохи.

Понятие о клетке и её строении возникло благодаря изобретению микроскопа в 1590 г. голландскими мастерами – братьями Янсен. Впервые увидел и описал клетку английский естествоиспытатель Роберт Гук в 1665 г. Рассматривая в микроскоп тонкий срез бутылочной пробки, Р. Гук обнаружил, что она состоит из многочисленных камер, которые он назвал клетками. В 1671 г. М. Мальпиги, а затем в 1682 г. Н. Грю впервые описали микроскопическое строение органов растений, подтвердив их клеточное строение. В 1676 г. А. Левенгук открыл мир микроскопических растений и описал окрашенные включения в клетках высших растений и водорослей. До XIX в. существовало представление, что основные функции клетки связаны с её стенкой, а содержимому клетки отводилась второстепенная роль. С усовершенствованием микротехники расширялись и познания о внутреннем содержимом клетки. Так, в 1831 г. Р. Браун обнаружил клеточное ядро и описал его как важнейшее образование. В 1839 г. Ян Пуркинье ввёл новый термин «протоплазма», т.е. живое содержимое клетки. Обобщив все накопленные знания о клетке, ботаник М. Шлейден (1838 г.) и зоолог Т. Шванн (1839 г.) сформулировали клеточную теорию, утверждавшую, что клетка есть единая элементарная и функциональная структура всех живых организмов. В 1858 г. Р. Вирхов добавил новое положение к клеточной теории, обосновав принцип преемственности клеток путём деления (каждая клетка происходит из клетки). В течение 350 лет для изучения клетки применялся световой, или оптический, микроскоп. С 1946 г. стали применять электронный микроскоп, разрешающая способность которого почти в 400 раз больше, чем у светового. Это позволило установить тонкую структуру – ультраструктуру – клетки и сделать множество крупнейщих открытий.

Клетка – основная форма организации живой материи, элементарная единица живого организма. Она представляет собой самовоспроизводящуюся систему, которая обособлена от окружающей среды и сохраняет определенную концентрацию химических веществ и одновременно осуществляет постоянный обмен с ней. Клетка как химическая система сохраняет стабильность (гомеостаз) в процессе обмена с окружающей средой. Роль барьера, отделяющего клетку от окружающей среды, играет плазматическая мембрана. Современная клеточная теория включает такие основные положения: все живые организмы имеют клеточное строение; клетка – наименьшая единица живого; все клетки принципиально сходны по химическому составу, строению и набору органелл, используют генетический код для синтеза белков, одинаково регулируют метаболизм, запасают и расходуют энергию; каждая новая клетка образуется в результате деления исходной клетки.

Многообразие форм клеток сводится к двум основным типам. Паренхимные (изодиаметрические многогранники – диаметр их примерно одинаков во всех направлениях, длина превышает ширину не более чем в 2 – 3 раза), например, клетки плодов арбуза, лимона, томата (видны невооруженным глазом). Прозенхимные (вытянутые, длина превышает ширину и толщину в 5 – 100 и более раз), например, волоски хлопчатника, волокна льна.

Растительные клетки характеризуются общностью строения – это эукариотические (имеющие оформленное ядро) клетки. От клеток других эукариотов – животных и грибов, их отличают следующие особенности: наличие пластид (особых внутриклеточных образований), целлюлозопектиновая жесткая клеточная стенка кнаружи от цитоплазматической мембраны, хорошо развитая система вакуолей.

Цитоплазма – обязательная часть клетки, где происходят все процессы клеточного обмена, кроме синтеза нуклеиновых кислот. Основу цитоплазмы составляет матрикс (гиалоплазма). Многообразные функции цитоплазмы выполняют специализированные обособленные образования – органеллы: пластиды, митохондрии, диктиосомы (аппарат Гольджи), микротельца, глиоксисомы, пероксисомы, рибосомы, .

Пластиды – это органеллы, характерные исключительно для растительных клеток. В них происходит первичный и вторичный синтез углеводов. Форма, размер, строение и функции пластид различны. По окраске различают три типа пластид: зеленые – хлоропласты, желто-оранжевые и красные хромопласты, бесцветные – лейкопласты (амилопласты, протеопласты, олеопласты). Возможно взаимопревращение хлоропластов и лейкопластов, и необратимое превращение хлоропластов и лейкопластов в хромопласты. Пластиды окружены двойной мембраной и заполнены матриксом.

Хлоропласты – органеллы фотосинтеза. Хлоропласты большинства высших растений имеют одинаковую форму – двояковыпуклой линзы. Матрикс – бесцветная мелкозернистая строма – пронизан параллельно расположенными дисками – ламеллами. Ламеллы собраны в стопки – граны. Основная масса пигментов хлоропласта (хлорофиллы ,, и другие) расположены в мембранах гран.

Лейкопласты – бесцветные округлые пластиды, в которых накапливаются запасные питательные вещества: крахмал – амилопласты, белки – протеопласты, масла – олеопласты. В одном лейкопласте могут (очень редко) накапливаться разные вещества. Лейкопласты могут и не накапливать запасные питательные вещества, например, в секреторных клетках они участвуют в синтезе терпеноидов (эфирных масел).

Хромопласты – пластиды оранжево-красного и желтого цвета, образуются из хлоропластов и лейкопластов в результате накопления в их строме пигментов – каротиноидов. Хромопласты – конечный этап в развитии пластид.

Пластиды и митохондрии принципиально отличаются от других органелл. Они отделены двухмембранной оболочкой и обладают относительной генетической автономностью, связанной с собственным белоксинтезирующим аппаратом ДНК и собственными рибосомами. Предполагается симбиотическое происхождение пластид и митохондрий. Предшественниками хлоропластов могли быть фотосинтезирующие цианобактерии, митохондрий – аэробные бактерии.

Ядро – важнейшая клеточная структура, регулирует всю жизнедеятельность клетки. Структура ядра – ядерная двухмембранная оболочка пронизанная ядерными порами, нуклеоплазма (кариолимфа), хромосомно-ядрыш-ковый комплекс. Хромосомы содержат нуклеиновую кислоту ДНК, отвечающую за наследственность. ДНК эукариот образует комплекс с гистоновыми белками и содержит информационно-функциональные участки – гены. Деление ядра лежит в основе размножения клеток. Внутри ядра находится хорошо заметная округлая структура – ядрышко, в нём происходит синтез рибосомальной РНК (рРНК). В ядре может быть одно или несколько ядрышек.

КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА

Клетки растений имеют твердые клеточные стенки, которые придают клетке определенную форму, защищают протопласт, противостоят внутриклеточному тургорному давлению и препятствуют разрыву клетки.

Клеточные стенки, как правило, бесцветные и легко пропускают свет. Через них могут проникать воздух и растворенные в нем низкомолекулярные вещества. В состав стенки входит целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлоза (полуклетчатка) и пектиновые вещества. Целлюлоза составляет до 90% вещества клеточной стенки. Она представляет собой полисахарид с эмпирической формулой (С6Н10О5)n – молекулы целлюлозы имеют линейную (нитчатую) структуру и расположенными группировками в пучки – мицеллы. Мицеллы в свою очередь образуют фибриллы, промежуток между ними заполнены основным веществом оболочки (матриксом), состоящим из пектиновых веществ и гемицеллюлозой.

Часто в процессе жизнедеятельности протопласта, клеточная стенка подвергается различным изменениям и приобретает новые химические и физические свойства.

Одревеснение (лигнификация) – отложение в межмицеллярном пространстве лигнина (С57Н60О10). При этом возрастает твердость и прочность, но уменьшается пластичность. Одревесневшая клеточная стенка не теряет способность пропускать воздух и воду с растворенные в ней низкомолекулярными веществами. Протопласт может оставаться живым, хотя обычно отмирает.

Опробковение (суберинизация) – отложение в клеточную стенку очень стойкого жироподобного аморфного вещества – суберина. Опробковевшая клеточная стенка становится непроницаемая для воды и газов. К моменту завершения опробковения, протопласт отмирает.

Кутинизация – отложение кутин – вещества, близкого к суберину, но откладывающийся в поверхностных слоях наружных клеточных стенках и на их поверхностях, образуя при этом пленку (кутикулу), препятствующей испарению воды.

Минерализация – отложение в клеточную стенку солей кальция и кремнезема.

Ослизнение – превращение части целлюлозы и пектина в слизь и камедь (полисахариды, отличающиеся сильным набуханием в воде).


Изменение

Вещество, вызвавшее изменение

Реактив

Наблюдаемый эффект

Утолщение без видоизменения

Целлюлоза

Хлор цинк - йод

Фиолетовая окраска


Одревеснение

Лигнин

Флороглюцин с концентрированной хлорной кислотой

Сульфат анилина


Малиновая окраска

Желтая окраска


Опробковение

Суберин

Судан – III

Оранжевая окраска

Кутинизация

Кутин

Судан – III

Оранжевая окраска

Минерализация

Кремнезем

Соли кальция, магния и др. - сжигание

Минеральный скелет

Ослизнение

Слизь, камедь

Вода

Набухание


Лекция №2

Строение клетки. Клеточный сок.


  1. Что такое вакуоль?

  2. Что такое тонопласт?

  3. Что такое клеточный сок?

  4. От чего зависят химический состав и физическое состояние клеточного сока?

  5. В чём состоят физиологические функции клеточного сока?

  6. Какие вещества накапливаются в клеточном соке?

  7. Что такое гликозиды, флавоноиды, антоцианы, дубильные вещества, алкалоиды?

  8. Какое применение находят в медицине гликозиды, флавоноиды, антоцианы, дубильные вещества, алкалоиды?

  9. Что такое осмос?

  10. Какие вещества являются осмотически активными?

  11. Что такое тургор?

  12. Что такое тургорное давление?

  13. Что такое тургорное натяжение?

  14. Каков механизм возникновения тургора?

  15. Какое значение имеет тургор в жизни растений?

  16. Что такое плазмолиз? Отчего он возникает? К чему может привести?

  17. В виде чего и где откладываются жиры?

  18. Какие органы и ткани наиболее богаты жирами?

  19. Что такое алейроновое зерно?

  20. Как образуется алейроновое зерно?

  21. Какие существуют виды алейроновых зёрен?

  22. Что такое крахмальное зерно?

  23. Как образуется крахмальное зерно?

  24. Какие существуют виды крахмальных зёрен?

    1. Оксалат кальция, где откладывается, какие виды кристаллов образует?

    2. Какое значение имеют кристаллы оксалата кальция в медицине?

    3. Эфирные масла, что это такое, где образуются и где накапливаются?

    4. Какое значение имеют эфирные масла в медицине?

Вакуоли – производные протопласта – полость, ограниченная двойной мембраной (тонопластом) и заполненная клеточным соком. Клеточный сок – это слабоконцентрированный водный раствор минеральных и органических соединенений, образующих истинные и коллоидные растворы. При обезвоживании вакуолей они переходят в форму кристаллов или кристаллоидов. Клеточный сок имеет в основном слабокислую реакцию (рН 2 – 5). Его химический состав зависит от вида растения, его возраста и состояния. Физиологические функции вещества клеточного сока различны. В нём накапливаются и запасные питательные вещества (простые белки, углеводы), и вещества, регулирующие взаимовлияение растений, растений и животных (гликозиды, пигменты, алкалоиды), и осмотически деятельные соединения (соли органических и неорганических кислот).

Гликозиды – эфироподобные соединения моносахаридов со спиртами, с альдегидами и другими веществами. К гликозидам относятся пигменты клеточного сока – флавоноиды. Они окрашивают клеточный сок в лепестках цветков и плодах и тем самым способствуют привлечению насекомых опылителей и распространению плодов. Флавоны – жёлтые пигменты, антоцианы – пигменты, меняющие свою окраску в зависимости от рН клеточного сока.

Дубильные вещества – эфиры фруктозы и ароматических кислот, предохраняющие растения от загнивания. Соединяясь с белками, они дают нерастворимые соединения.

Алкалоиды – органические основания, содержащие азот, в растениях находятся в виде солей органических кислот, как правило проявляют большую физиологическую активность и оказывают сильное влияние на организм человека и животных, широко применяются в медицине.

Клеточный сок накапливается в каналах эндоплазматической сети в виде капелек, которые затем сливаются в вакуоль. В молодых клетках содержится много мелких вакуолей, в старых обычно одна крупная. В клеточном соке растворены различные вещества: углеводы, растворимые белки, органические кислоты, гликозиды, дубильные вещества, алкалоиды, ферменты, витамины, пигменты и другие. Вакуоль – место отложения конечных продуктов обмена веществ. Функции вакуолей заключаются с одной стороны в накоплении запасных и изоляции эргастических веществ (отбросов, конечных продуктов обмена), с другой – в поддержании тургора и регуляции водно-солевого обмена.

Между клеточным соком, протопластом и клеточными стенками постоянно передвигаются вещества и вода. Тонопласт легко проницаем для воды и, обладая избирательной проницаемостью, замедляет выход из вакуоли ионов и сахаров.

Основная роль в осмосе растительных клеток принадлежит вакуолям. Если клеточный сок имеет более высокую концентрацию, то вода будет проникать в вакуоль. Увеличиваясь при этом в объёме, вакуоль будет давить на цитоплазму, прижимая её к клеточной стенке и создавая тургорное давление. Клеточная стенка в силу своей упругости будет оказывать обратное давление на протопласт. Это противодавление клеточных стенок называется тургорным натяжением. Поступление воды в клетку хотя и происходит на основе осмоса, но лимитировано ограниченно растяжимой клеточной стенкой. Когда будет достигнут предел растяжимости клеточной стенки, всасывание воды прекратится. Концентрация клеточного сока будет наименьшей, тургорное напряжение – максимальным, клетка имеет наибольший возможный объём. Напряжённое состояние клеточной стенки, создаваемое гидростатическим давлением внутриклеточной жидкости, называется тургором. Тургор нормальное физиологическое состояние растительной клетки. Благодаря тургору поддерживается упругость клеток и тканей, растение сохраняет свою форму, занимает определённое положение в пространстве, противостоит механическим воздействиям. Если клетку в состоянии тургора поместить в раствор, осмотическое давление которого выше, чем клеточного сока (гипертонический раствор), то вода будет выходить из клетки. Сокращение объёма вакуоли приедёт к уменьшению давления её на цитоплазму, а цитоплазмы – на клеточные стенки. Клеточные стенки в силу свой эластичности станут менее растиянутыми, объём клетки уменьшится. Если объём клетки достигнет минимума, а уменьшение объёма цитоплазмы будет продолжаться, то, сжимаясь, она начнёт отставать от стенок и постепенно соберётся в центре клетки. Наступает плазмолиз - состояние, обратное тургору. Длительный и сильный плазмолиз может вызвать гибель клетки, при частичном плазмолизе растение увядает.

Включения представляют собой вещества, временно выведенные из обмена веществ или конечные его продукты. Большинство включений расположены в цитоплазме и вакуолях. Существуют жидкие и твёрдые включения.

Широко распространено отложение жиров в виде липидных капель в цитоплазме. Наиболее богаты ими плоды и семена.

Запасные белки наиболее часто встречаются в виде алейроновых зёрен, которые образуются при созревании семян из высохших вакуолей. Они имеют различную форму, размеры от 0,2 до 20 мкм. Алейроновое зерно окружено тонопластом и содержит белковый матрикс, в который погружены белковый кристалл (реже их два-три) ромбоэдрической формы и глобоид фитина (содержит запасной фосфор). Это сложное алейроновое зерно (у льна, тыквы, подсолнечника и др.). Алейроновые зёрна, содержащие только аморфный белок, называют простыми (у бобовых, риса, кукурузы, гречихи).

Наиболее распространённое запасное питательное вещество – крахмал. Следует различать крахмал ассимиляционный (или первичный), запасной (или вторичный) и транзиторный. Ассимиляционный крхиал образуется в процессе фотосинтеза в хлоропластах из глюкозы.Запасной крахмал откладывется в лейкопластах (амилопластах) в виде крахмальных зёрен. Крахмальные зёрна представляют собой сферокристаллы, состоящие из игольчатых кристаллов. В поляризованном свете в каждом зерне виден чёрный крест. В крахмальных зёрнах наблюдается слоистость, которая объясняется различныи содержанием воды, в тёмных слоях её больше, в светлых меньше. Это связано с неравномерностью поступления крахмала в течении суток. Крахмальные зёрна бывают простыми, сложными и полусложными. Простые зёрна имеют один центр крахмалообразования, вокруг которого формируются слои крахмала. У сложных зёрен в одном лейкопласте несколько центров, имеющих свои собственные слои. В полусложных зёрнах также несколько центров (два и больше), но кроме слоёв крахмала, возникших возле каждого центра, по периферии зерна имеются общие слои. Простые зёрна имеют пшеница, рожь, кукуруза, сложные – рис, овёс, гречиха. В клубнях картофеля встречаются все три типа крахмальных зёрен.

Продукты вторичного обмена веществ. Часть конечных продуктов обмена веществ выделяется наружу, часть изолируется в самом растении. Одни вещества накапливаюся в клеточном соке ( соли щавелевой кислоты, дубильные вещества, алкалоиды), другие – в специализированных клетках или особых вместилищах (эфирные масла, смолы, оксалат кальция и др.). Оксалат кальция откладывается только в вакуолях в виде кристаллов. Это могут быть одиночные многогранники, рафиды – пачки игольчатых кристаллов, кристаллический песок – скопления множества одиночных кристаллов, наиболее часто встречаются друзы – шаровидные сростки призматических кристаллов. Наличие или отсутствие кристаллов оксалата кальция и их вид, используется как диагностический признак при определении подлинности и доброкачественности лекарственного растительного сырья.

Лекция №3

Растительные ткани


  1. Что такое ткань?

  2. Какие выделяют виды растительных тканей?

  3. Что такое меристема?

  4. Как подразделяются меристемы по происхождению и по положению?

  5. Что образуется из прокамбия, камбия и феллогена?

  6. Какие ткани называют покровными?

  7. В чём отличия эпиблемы от эпидермы?

  8. Что такое устьице?

  9. В чём особенности механизма раскрытия устьица?

  10. Какие существуют типы устьичных комплексов?

  11. Что такое пробка? Из чего она образуется?

  12. Что такое перидерма?

  13. Что такое корка (ритидом)?

  14. Какие виды основных тканей различают?

  15. В чём особенности функций основных тканей?

  16. Какие виды механических тканей различают?

  17. В чём особенности строения и функций механических тканей?

  18. Какие виды проводящих тканей различают?

  19. Из чего состоят ксилема и флоэма?

  20. Какие типы проводящих пучков различают?

  21. Какие виды выделительных тканей различают?

Тканями называют группы клеток, сходные по строению и приспособлению к выполнению одной или нескольких функций.

Существует несколько классификаций тканей. Наиболее распространены - образовательные (меристемы), покровные, механические, проводящие, основные и выделительные.

Меристемы (образовательная ткань).

Из первоначальных однородных меристемных клеток возникают различные по строению и функциям клетки остальных тканей. К делению они, как правило, не способны. Меристемы могут сохраняться очень долго в течение всей жизни растений. В зависимости от происхождения различают первичную и вторичную меристему.

Первичные меристемы (промеристемы) происходят непосредственно из меристемы зародыша, развивающегося из зиготы, обладающие способностью к делению изначально.

Вторичные меристемы приобрели способность к активному делению заново. Они образуются из первичных меристем или постоянных тканей.

По положению в растениях выделяются верхние (апикальные), боковые (латеральные) и вставочные (интеркалярные) меристемы.

Апикальные меристемы находятся на полюсах зародыша – кончиках корешка и почки, обеспечивая рост корня и побега в длину. Апикальные меристемы – первичны, они образуют конусы нарастания корня и побега. При ветвлении – боковые побеги и корни имеют свои верхушечные меристемы.

Латеральные меристемы находятся по окружности осевых органов, образуя цилиндры, которые на поперечных срезах имеют вид колец. Первичная боковая меристема – прокамбий, перицикл – возникает под апексом и непосредственно связан с ним.

Вторичная меристема – камбий и феллоген – формируется позднее из промеристемных клеток или постоянных тканей. Латеральная вторичная меристема обеспечивает утолщение корня и стебля. Из прокамбия и камбия образуются проводящие ткани, из феллогена – пробка.

Интеркаллярные (вставочные) меристемы – располагаются в основаниях междоузлий, черешков листьев. Это остаточные первичные меристемы, они происходят от верхушечных меристем, но их превращение в постоянные ткани задерживается. Это нежные меристемы особенно хорошо заметны у растений злаковых.

Раневые меристемы образуются при повреждении тканей и органов. Живые клетки, окружающие поражённые участки, дедифференцируются и начинают делиться, т.е. превращаются во вторичную меристему. Раневые мерисемы образуют каллус – плотную ткань беловатого и желтоватого цветов, состоящую из паренхимных клеток разнообразных размеров, расположенных беспорядочно. Клетки каллуса имеют крупные ядра и относительно толстые клеточные стенки. Из каллуса могут возникнуть любые ткани или органы растения. На периферии формируется пробка. Каллус используется для получения культуры изолированных тканей.

Цитологические особенности меристемных клеток – изодиаметрические многогранники, не разделённые межклетниками. Клеточные стенки тонкие, с малым содержанием целлюлозы. Цитоплазма густая, ядро крупное, расположено в центре. В цитоплазме большое количество рибосом и митохондрий. Вакуоли многочисленные и очень мелкие. Процесс роста и дифференцировки мерстемных клеток сопровождается увеличением объёма и изменением формы клеток. Рост соседних клеток происходит обычно согласованно, что обеспечивает сохранность плазмодесм между клетками.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©anasahife.org 2016
rəhbərliyinə müraciət