Растительные ткани

Основу растительных тканей составляют клетки.

Клетка - мельчайшая жизнеспособная единица живого организма, это элементарный организм, основная частица, которая сохраняет все возможности целого организма. Клетка может существовать как самостоятельный организм (одноклеточные водоросли) или же формировать многоклеточные организмы, в которых они выполняют различные функции. Клетка наделена всеми признаками жизни, среди которых важнейшими являются:

· запасание и преобразование энергии. В хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в энергию химических веществ, например, крахмала. В митохондриях энергия химических веществ превращается в энергию АТФ. Синтез молекул, необходимых для построения жизненно важных структур, например, синтез белков осуществляется с помощью рибосом;

· с первыми признаками связано свойство живых организмов - энергозависимость. Живые организмы могут существовать только тогда, когда в них поступает энергия и питательные вещества извне;

· размножение (деление), присущее как клетке в целом, так и отдельным ее органоидам: ядру, хлоропластам, митохондриям. В основе лежит процесс образования новых молекул и структур, который обусловлен информацией, заложенной в ДНК. Точнее это свойство живых организмов называется самовоспроизведением. Это свойство помогает сохранить жизнь во времени, т.к. продолжительность жизни организмов ограничена;

· наследственность и изменчивость также отличают живое от неживого. Наследственность - способность организмов передавать признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки и свойства;

· дифференциация, в результате которой клетка не только увеличивается в размерах, но и создает различные ткани. А из дифференцированных видов тканей строятся органы растений и, следовательно, разнообразные виды растений.

· движение клеточного содержимого, которое является формой проявления раздражимости. Раздражимость - реакции живых организмов на внешнее воздействие;

· приспособительные реакции, обеспечивающие сохранность клеточных структур, оптимальные условия их работы в меняющихся условиях среды и помогающие осуществлять клетке восстановительные процессы.

Растительная клетка достаточно сложно устроена. Клетка состоит из трех частей: клеточной стенки, протопласта и вакуоли. В протопласте выделяют цитоплазму и структурные компоненты - органоиды (рис. 1).

Рис. 1. Схема строения растительной клетки: 1 - цитоплазма, 2 - ядро с хроматином, 3 - митохондрии, 4 - хлоропласты, 5 - хромопласты, 6 - крахмальные зёрна, 7 - аппарат Гольджи, 8 - эндоплазматическая сеть, 9 - вакуоли с включениями, 10 - клеточная стенка, 11 - срединная пластинка.

Клеточная стенка состоит из полисахарида целлюлозы. В состав могут входить вода, белки, минеральные соли, липиды, пигменты и особые вещества, придающие ей водонепроницаемость и прочность. Целлюлозные волокна расположены достаточно рыхло и свободно пропускают воду и небольшие молекулы. Между волокнами располагаются молекулы матрикса, это пектиновые вещества или пектины. В целлюлозной оболочке может находиться полимер лигнин, придающий жесткость и прочность, а также жироподобные вещества (воска, суберин), выполняющие защитную функцию, предотвращая потерю воды. В клеточной стенке имеются поры, через которые проходят тяжи цитоплазмы, окруженные мембраной, из клетки в клетку (они называются плазмодесмами). Целлюлозная оболочка выполняет защитную функцию, придает клетке форму, играет роль механического каркаса.

Протопласт живой клетки составляют ядро и цитоплазма.

Цитоплазма - это внутренняя среда клетки. Жидкая фаза цитоплазмы может быть жидкой или желеобразной в зависимости от комплекса растворенных в воде органических и неорганических соединений. В цитоплазме имеются микроскопические белковые нити, составляющие цитоскелет, к которому прикреплены органоиды клетки. Цитоплазма обладает эластичностью и вязкостью, может активно двигаться. В ней протекают различные биохимические процессы, откладываются вещества в запас. Цитоплазматические тяжи - плазмодесмы - обеспечивают перенос нужных веществ из клетки в клетку. В цитоплазме расположены мембранные и немембранные органоиды, объединенные ею в единый комплекс.

Мембраны окружают многие органоиды. Биологические мембраны называют элементарными, они имеют сходное строение.

Функции мембран чрезвычайно важные:

· защитная (отграничивает содержимое клетки от наружной среды);

· регуляторная (осуществляет обмен веществ, так как обладает полупроницаемостью);

· транспортная (перенос веществ активным или пассивным транспортом в клетку);

· рецепторная (на мембране имеются рецепторные молекулы);

· энерготрансформирующая (преобразование электрической энергии в химическую);

· мембраны обеспечивают взаимосвязь клеток через образование межклеточных контактов.

В растительной клетке обычно содержится одно ядро, в некоторых клетках встречается по 2-3 и даже 4-5 ядер.

Ядро - важнейший и самый крупный органоид клетки. В отличие от клеток, не содержащих четко оформленного ядра (т.е. прокариотических), клетки с ядром называются эукариотическими. Ядро окружено двумя мембранами, образующими ядерную оболочку. Наружная мембрана покрыта рибосомами и переходит в эндоплазматический ретикулюм. Внутренняя мембрана - гладкая, часто выстлана изнутри волокнистым веществом. Между ними расположено пространство, заполненное ядерным соком. Ядерная оболочка пронизана сложноустроенными порами, размеры и количество которых связаны с функциональной активностью ядра. Внутреннее содержимое ядра заполнено ядерным соком (более жидким - кариолимфой или более густым - кариоплазмой) или нуклеоплазмой. В нем содержатся белки-ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, фибриллярные белки, углеводы, минеральные соли. Основным структурным компонентом ядра является хроматин - дисперсное состояние хромосом (состав: гистоновые и негистоновые белки, ДНК). Деспирализованные хромосомы образуют эухроматин, а плотно упакованные - нерабочий гетерохроматин.

Почти все растительные клетки содержат так называемый аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс), который состоит из системы диктиосом, пузырьков и вакуолей и участвует в синтезе, накоплении и выделении (секреции) полисахаридов, в том числе полисахаридов матрикса клеточной оболочки и слизей. В цитоплазме образуются полости - вакуоли, часто заполненные различными включениями и отграниченные от гиалоплазмы одинарной мембраной - тонопластом. В зрелых растительных клетках вакуоль часто имеет большие размеры и занимает основной объём клетки, а цитоплазма образует лишь очень узкий пристенный слой. В вакуолярном (клеточном) соке содержатся ферменты, углеводы и другие растворимые вещества, могут откладываться таннины, белки, комплексные липопротеидные соединения, кристаллы минеральных веществ.

Клеточная стенка, или клеточная оболочка, наиболее мощно развитая у древесных растений, выполняет механическую (опорную) функцию, через неё происходит транспорт воды и других компонентов обмена веществ, в ней локализуются ферменты.

По мере одревеснения клеточных стенок, повышения содержания в них лигнина растительная ткань приобретает все более устойчивую к воздействующим реагентам структуру.

В строении и функциях каждой клетки обнаруживаются признаки как общие для всех клеток, так и частные особенности, что является результатом их специализации в процессе эволюции.

Развитие волокнистой клеточной структуры начинается со сравнительно мелких, легко разделяемых клеток с тонкими стенками. Затем стенки клеток утолщаются, и прочно соединенные группы клеток образуют длинные, грубые, одревесневшие волокна.

На образование и огрубление волокон оказывают влияние условия выращивания, особенно температура и осадки, а также и стадия зрелости.

Комплексы однотипных растительных клеток, объединенные по анатомо-физиологическому принципу, образуют те или иные ткани плодов и овощей. Основными тканями плодов и овощей являются покровные, запасающие, механические, проводящие, меристематические.

Покровные ткани. Эти ткани располагаются снаружи плодов и овощей и защищают внутренние ткани от неблагоприятных внешних воздействий и фитопатогенных микроорганизмов. К покровным тканям относятся эпидермис (вместе с кутикулой) и перидерма.

Эпидермис обычно покрывает плоды и наземные овощи. Однако лук и чеснок, формирующиеся в земле, также покрыты эпидермисом. Эпидермис является первичной тканью и состоит обычно из одного слоя уплощенных клеток.

Кутикула у плодов образуется вначале в виде очень тонкого слоя. По мере роста плода образуются кутин и кутикулярные слои. Считается, что развитие кутикулы начинается с выделения так называемого прокутина (вещества, состоящего, вероятно, из ненасыщенных жирных кислот), который далее затвердевает и полимеризуется под действием кислорода воздуха. Кутикулы у разных плодов и овощей отличаются толщиной, структурой и составом. Во время хранения плодов нарастают новые слои кутикулы, которая может развиваться или сплошным слоем, или прерывистыми отдельными участками, в зависимости от вида и сорта плодов. Кутикула заметно предохраняет плоды и овощи от потери влаги и увядания, через нее диффундируют газообразные и летучие вещества (кислород, углекислый газ, этилен и др.), и поэтому она оказывает существенное влияние на их газообмен и сохраняемость.

Перидерма образуется на клубнях, корнеплодах, поверхности некоторых плодов и овощей, а также в местах механических повреждений, защищая плоды и овощи от потери воды и поражения микроорганизмами. Это вторичная покровная ткань, начинающая формироваться на месте отмирающих клеток эпидермиса.

К специальным механическим тканям относятся колленхима и склеренхима.

Колленхима служит опорой для молодого растущего организма. Она располагается по периферии органа непосредственно под эпидермисом. Число слоев клеток, составляющих колленхиму, может быть различным. Колленхимные клетки всегда живые, многоугольные по форме. Они имеют, как правило, одну большую и несколько мелких вакуолей. Цитоплазма их содержит много митохондрий и пластид.

Склеренхима состоит из частично или полностью отмерших клеток, с сильно утолщенными одревесневшими стенками, основной функцией которых в теле растения является механическая. Наличие этих клеток дает возможность растению противостоять различным нагрузкам без повреждения мягких тонкостенных клеток. Клетки обычно удлиненной формы с заостренными концами группируются в волокна и склереиды. В плодах обычно склереидами являются каменистые клетки.

Запасающая (паренхимная) ткань занимает особое место в плодах и овощах. Она состоит из паренхимных клеток, в которых сосредоточены питательные вещества. В паренхимных клетках клубней, корнеплодов, корневищ, луковиц, листовых и плодовых овощей и сочных плодов накапливаются и хранятся различные углеводы, кислоты, белки, витамины, жиры, танины и другие вещества, которые в дальнейшем используются клеткой для дыхания и других обменных процессов. Паренхимные клетки довольно просты, они не имеют особой специализации. Оболочки таких клеток обычно тонкие, целлюлозные. Они имеют по всем направлениям приблизительно одинаковый диаметр.

Размер клеток у высших растений обычно колеблется от 10 до 100 мкм. Паренхимные клетки мякоти сочных плодов и картофеля, в которых содержатся запасы питательных веществ и воды, имеют более крупные размеры, а клетки мякоти арбуза, апельсина и лимона видны даже невооруженным глазом. Длина прозенхимных клеток во много раз больше, чем толщина; например, лубяные волокна крапивы достигают в длину до 80 мм, а в поперечнике - микроскопически малы.