Тема 1. Введение в ботанику. Введение в цитологию. Клетка и её органоиды.

Тема 1.
Введение в ботанику.
Введение в цитологию.
Клетка и её органоиды.
План:
1. Роль растений в природе.
2. Задачи ботаники и методы изучения.
3. Разделы ботаники.
4. Значение изучения ботаники для
агрономии, лесоводства и др.
5. История изучения клетки
6. Органоиды цитоплазмы
1. Растения и животные составляют единый органический мир.
У растений много общих черт с животными и между ними
порой трудно провести четкую границу. Для всех живых
существ обязательное условие существования - тесная связь с
внешней средой и обмен веществ.
Основными свойствами живого организма являются:
1.Питание,
2.Дыхание,
3.Рост,
4.Развитие,
5.Раздражимость,
6.Размножение, 7.Наследственность.
Литература:
В.Г. Хржановский. «Курс общей ботаники» (I-П том) 1982. М.
Высшая школа.
П.М. Жуковский «Ботаника». М. 1982, Высшая школа
Суворов В.В., Воронова И.Н.- Ботаника с основами
геоботаники. Л. Колос. 1979
Н.С. Киселева « Анатомия и морфология растений»,1971
Минск, Высшая школа.
П. Рейвн, Р. Эверт, С.Айкхорн. Современная ботаника. Мир,
1990
Э. Де Робертис, В.Новицкий, Ф. Сакс: Биология клетки
(перевод с англ) изд. Мир, М.: 1967
Кристиан де Дюв: Путешествие в мир живой клетки. (пер. С
англ) М. Мир. 1987.
Растения питаются (ассимилируют), выделяют
ненужные вещества (диссимилируют), растут, размножаются,
воспринимают внешнее раздражение и наконец, отмирают.
Ассимиляция (от лат. Assimilare - делать похожим)поглощение питательных веществ из внешней среды и
образовании в организме веществ более сложных из более
простых. Т.е. - синтез. Процессы ассимиляции протекают с
поглощением энергии.
В результате ассимиляции образуются вещества из
которых состоит живая часть клетки, цитоплазма, ядро,
пластиды и т.д.
Диссимиляция
(от
лат.
Dissimilareделать
непохожим) - процессы выделения во внешнюю среду
некоторых конечных продуктов обмена и расщепления более
сложных веществ до более простых. Эти процессы протекают с
выделением энергии. Внешнее выражение диссимиляции дыхание и брожение. Ассимиляция и диссимиляция
взаимосвязаны, зависят друг от друга и протекают
одновременно.
Обмен веществ - самое характерное, самое общее
свойство всего живого. Обмен веществ - совокупность всех
химических процессов, осуществляемых организмом и
обеспечивающим рост, сохранение и воспроизведение жизни.
Основное различие между растениями и животными
заключается в способе питания: зелёные растения автотрофы, животные - гетеротрофы.
Автотрофы ( от греч. Autos- сам, trophe- питание) организмы,
питающиеся
минеральными
веществами.
Органические вещества они синтезируют самостоятельно в
процессе своей жизнедеятельности.
Гетеротрофы (от греч. Heteros- другой, trophe - питание)
организмы
питающиеся
готовыми
органическими
соединениями- белками, жирами, углеводами, витаминами и пр.
Эти вещества в природе имеют органическое происхождение.
Поэтому животные питаются растениями или другими
животными, которые в свою очередь употребляют в пищу
растения. К гетеротрофным относят некоторые бесцветные
растения: грибы и бактерии.
Отличительные признаки растительной и животной клеток
Зеленые растения обладают уникальной способностью
извлекать из воздуха углекислый газ и при помощи световой
энергии, поглощаемой зеленым пигментом хлорофиллом,
соединить его с молекулами воды получаемой из почвы. В
результате этого процесса, носящего название фотосинтеза (от
греч. Фотос- свет, синтез - соединение) создаются органические
вещества, необходимые для построения тела растения и
поддержания их жизнедеятельности.
Фотосинтез
представляет
собой
процесс
восстановления окисленного углерода и сопровождается
выделением свободного кислорода. Конечный результат
фотосинтеза может быть схематично представлен в виде
уравнения:
6CO2 + 6H2O =С6H12O6 + 6O2 +674 ккал
Усваивая огромное количество углекислого газа,
создавая миллиарды тонн органического вещества и выделяя в
воздух колоссальные количества кислорода, зеленые растения
коренным образом преобразуют природу нашей планеты.
Растения участвуют в биогенном круговороте азота, фосфора,
серы, которые входят в состав белков и ряда органических
соединений.
Зеленые растения - основа всего живого на
планете Земля, т.к. это единственные организмы, способные
осуществить первичный синтез органических веществ и
обогащать атмосферу свободным кислородом.
На нашей планете зеленые растения играют
космическую роль, так как являются трансформатором энергии
космических излучений, превращающих в земную энергиюхимическую, механическую, тепловую, электрическую
Без растений жизнь на нашей планете была бы
невозможной. Растения являются необходимым ресурсом,
который мы используем и поэтому необходима его охрана.
От растений человек получает строительные
материалы, волокно для тканей, сырье для бумаги, топливо. Из
растений добывают лекарственные препараты, дубильные и
красящие вещества, каучук, эфирные масла, различные виды
химического сырья, в т.ч. заменители нефти и её продуктов.
Существуют и виды растений приносящих и
огромный вред человеку (ядовитые и сорные растения, грибы
вызывающие заболевания растений и животных и т.д.)
3000 лет до новой эры люди в Индии(шумеры) считали что,
дерево даёт 10 замечательных вещей :
1.КИСЛОРОД,
2.ВОДУ,
3.ЭНЕРГИЮ,
4.ПИЩУ,
5.ОДЕЖДУ
6.ДРЕВЕСИНУ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, 7.ЛЕКАРСТВО,
8.КОРМ ДЛЯ СКОТА, 9.ЦВЕТЫ, 10.ТЕНЬ (из библиотеки
шумеров)
Ботаника (от греческого слова «ботане»- трава, зелень) наука о растениях. Задачей ботаники - изучение формы растений,
строения, особенностей роста, развития и закономерности
распределения по земному шару. Ботаника изучает все
проявления жизнедеятельности растений, классифицирует их,
устанавливает систему растительного мира, на основе его
эволюции.
Современная ботаника для изучения растительного мира
использует различные методы: экспериментальные и
описательные. В начале развития ботаники как науки
преобладали описательные методы. В дальнейшем под влиянием
практических
потребностей
человеческого
общества
экспериментальные методы изучения преобладают. Развитие
ботаники как науки подчиняется общим законам познания: от
простого к сложному, от изучения внешнего и случайного к
вскрытию глубоких внутренних закономерностей.
В ходе своего развития ботаника, как наука, накопила
большое количество фактов и разнообразных сведений о
растениях и по существу разделилась на ряд смежных,
самостоятельных дисциплин:
Морфология растений - изучает формы тела
растений, строение и развитие отдельных органов и также
эволюцию форм растительного мира и их зависимость от
внешней среды.
Анатомия растений - изучает внутреннее строение
растений, развитие и особенности клеток и тканей, слагающих
растительный организм. Анатомия растений, в свою очередь
подразделяется на цитологию - науку о клетке, эмбриологию изучающую возникновение и развитие зародыша и гистологию
- учение о растительных тканях
Систематика растений - классифицирует группы
растений
на
основе
морфологических,
анатомических
и
эмбриологических признаков, и располагает эти группы в
определенной системе, по их естественному родству и на основе
процесса эволюции растительного мира.
Физиология растений - изучает жизненные процессы,
протекающие в растении, в связи с условиями их существования.
Биохимия растений - исследует химические вещества в
растениях, процессы их образования и превращения.
География
растений
изучает
закономерности
распределения растений по земной поверхности.
Экология растений - выясняет влияние на растения
условий внешней среды и отношение растений к этим факторам.
Геоботаника - изучает растительные группировки, их
видовой состав и причины его изменения. В ботанике существует ряд
частных дисциплин, которые комплексно изучают отдельные группы
растений.
Бактериология - наука о бактериях, альгология - наука о
водорослях, лихенология - о лишайниках, о грибах - микология, о
мхах - бриология, деревья и кустарники изучаются дендрологией.
Ботаника и агрономия тесно связаны общим
объектом изучения и общим методом работы.
Хлопководство - наука о хлопчатнике, изучает его
ботанические особенности, требования к внешней среде,
особенности роста и развития.
Растениеводство - наука о растениях полевой
культуры и способах их выращивания.
Овощеводство - изучает овощные растения, их
возделывание.
Садоводство - изучает плодовые культуры.
Картофелеводство
изучает
картофель,
особенности его культуры и т.д
Ботаника является одной из важнейших основ
растениеводства, т.к. для успешного возделывания культурных
растений агрономы, растениеводы, плодоводы, овощеводы,
лесоводы и т.д. должны хорошо знать особенности их роста,
развития, строение и требование к внешней среде, т.е. всё то,
что составляет предмет ботанической науки.
Поиск новых полезных растений, введение их в культуру,
работы по повышению продуктивности естественных пастбищ
и сенокосов фитомелиоративные работы и многие другие
мероприятия требуют совместного труда ботаников и
агрономов. Для современного этапа развития ботанической
науки характерно расширение применения экспериментальных
методов в тех областях, где ранее господствовали описательные
как например в систематике, геоботанике, морфологии
растений. Одновременно происходит стирание граней между
отдельными отраслями ботаники. Так в систематике все шире
применяются
цитологические,
эмбриологические
и
биохимические методы исследования
Методы физиологии и биохимии используются
экологами и геоботаниками, в результате чего создается
комплексная наука о физиологии растительных сообществ.
В последнее время внимание ботаников все
больше и больше привлекают работы в масштабе всей планеты:
продуктивность существующих на земле фитоценозов, их
устойчивость и влияние на круговорот веществ и баланс
энергии. Эти исследования приобретают особую важность в
связи с ростом населения планеты и увеличивающимся
воздействием человека на природу.
Так по данным Международного Совета Охраны
Природы, основывающихся на наблюдениях спутников, каждый
год на планете сгорает от пожара 10 тыс. кв. км. леса. Каждую
минуту на земном шаре разрушается 20 га естественных
местообитаний. Многие виды растений находятся на грани
исчезновения. Учитывая. что нет бесполезных растений, а есть
растения неизученные можно понять важность сохранения
каждого вида растений на планете.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.
1.Какую роль играют растения на Земле?
2.Что обозначает слово «ассимиляция»?
3.Что означает слово «диссимиляция»?
4.Какие организмы относятся к автотрофам?
5.Какие организмы относятся к гетеротрофам?
6.В чем заключается различие между растениями и
животными?
7.В чем состоит космическая роль растений?
8.В чем задачи ботаники ?
9.Какие разделы ботаники Вы знаете?
10.Методы изучения ботаники?
11.Расскажите о значении изучения ботаники при
изучении агрономических дисциплин?
12.Почему надо охранять растения и растительный мир?
Зарождение науки о клетке (цитология) относят к 60-м
годам XVII века.
Цитология - от греч. слов цитос - клетка, логос- учение.
Представления о клетке, её строении и о мельчайших
организмах появились в связи с изобретением микроскопа. Как
теперь твердо установлено это великое изобретение было
сделано в 1609 г Галилео Галилеем. Р. Гуку принадлежит честь
открытия клеточного строения растений; он же впервые
применил термин «клетка» (клетка по латыни Cellula, от слова
cella, что означает: комната, камера, клетка..)
Итальянский ученый Мальпиги (1675) и
английский Грю (1682) подтвердили существование клеток у
растений. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун впервые
описал клеточное ядро, а в 1839 г. ученый Ян Пуркинье
исследовал жидкое содержимое клетки, назвав его
«протоплазма».
Обобщение
накопленных
фактов
и
собственные исследования позволили немецкому зоологу Т.
Шванну (1838) и австрийскому ботанику М. Шлейдену ( 1839)
создать учение о клетке и придать ему универсальное
значение. Суть этой теории можно выразить в трех основных
положениях:
Клетка выдвигается в качестве основной
структурной единицы всей органической природы - как
растений так и животных.
Новые клетки образуются на базе старых,
причем возникновению клеток предшествует образование ядра.
Клетки
растений
и
животных
являются
самостоятельными и гомологичны друг другу по своему
развитию и аналогичны по выполняемой работе - т.е.
ф
В
настоящее
время
цитология
наука
о
микроскопическом
и
субмикроскопическом
строении
организмов, о структуре клетки и её жизнедеятельности.
Современные методы исследования позволили ученым
сделать заключение, что клетка представляется основной
структурной единицей органического мира и является сложной
биологической системой, все части которой находятся в
постоянном взаимодействии.
Клетка
это
основа
развития,
строения
и
жизнедеятельности организмов животных и растенийодноклеточных и многоклеточных. Каждая клетка имеет три
измерения: высоту, длину и ширину. Форма клеток может быть
самой разнообразной: прямоугольная, звёздчатая, округлая,
наиболее часто многогранные из 15 граней, 8 граней которого
шестиугольники, а остальные - четырехугольники. Все
разнообразие форм может быть сведено к двум основным
группам: а) паренхиматические клетки, по форме
приближающиеся к многогранным, длина, ширина и высота
примерно одинаковы, б) прозенхиматические клетки, длина
которых во много раз превышает ширину.
Наиболее крупные паренхиматические клетки у
покрытосеменных достигают 1 мм и более: клетки сочных
плодов- томата, арбуза, лимона и др. Прозенхиматические
клетки много крупнее: волокна льна, конопли, - достигают 20-40
мм, волокна крапивы 80 мм.
Компоненты клетки можно разделить на две группы: а)
органеллы - живые компоненты, которые в своей совокупности
составляют протопласт, определяют жизнь клетки, б)
производные протопласта- продукты жизнедеятельности (
метаболизма) органелл. К последним относится также и стенка
клетки.
Органеллы распределяются между двумя важнейшими
структурными комплексами: цитоплазмой и ядром.
Структурная система цитоплазмы состоит:
1) Плазматическая оболочка: а) плазмолемма - наружняя мембрана
цитоплазмы; б) тонопласт - внутренняя мембрана цитоплазмы.
2) Эндоплазматическая сеть (ретикулум) - структурированная часть
мезоплазмы.
3) Гиалоплазма - (матрикс) - электронно микроскопи- чески
бесструктурная часть мезоплазмы.
Цитоплазма
представляет
собой
сложный
гетерогенный
структурный комплекс клетки. Ей свойственны признаки, определяющие
само понятие «жизнь»: движение, рост, питание, дыхание,
раздражимость и др. Цитоплазма - необходимый «субстрат жизни» для
всех живых компонентов растительной клетки. Цитоплазманеоднородное химическое вещество, а весьма сложная система веществ
клетки.
Цитоплазма растительных клеток содержит 75-85 % воды, 10-20 %
белка, 2-3 % липидов и 1 % неорганических веществ. Общий процент
белков может достигать 65-70 % и более от сухого вещества цитоплазмы.
Одно из основных свойств цитоплазмы живой клетки - способность
к движению.
Впервые её движение наблюдал ботаник Б. Корти ( 1772) и
затем в 1811 Л. Травиранус. Эти ученые принимали цитоплазму
за клеточный сок. В качестве важнейшего компонента клетки
цитоплазма была открыта позднее.
Важнейшее свойство цитоплазмы - избирательная
проницаемость, это значит, что она проницаема для воды и в
меньшей степени - для растворенных в ней веществ.
Исключительная роль в явлении избирательной проницаемости
принадлежит двум пограничным слоям цитоплазмы плазмалемме (наружной цитоплазматической мембране) и
тонопласту (вакуолярной мембране).
Эндоплазматическая сеть ЭПС - особая органелла
клетки универсального значения. Она осуществляет такие
функции: 1) связь с ядром и со смежными клетками через
плазмодесмы;2) поглощение веществ и транспортировку их 3)
участие в процессах синтеза. Существует очевидная
непосредственная связь между эндоплазматической сетью и
ядерной оболочкой.
Гиалоплазмой - называют основную, оптически
однородную толщу цитоплазмы в которой расположены
остальные органеллы клетки и ядра.
Функция гиаплазмы исключительно велика. Это
непрерывная клеточная среда, в которой как бы
инкрустированы
все
другие
компоненты
клетки,
взаимодействующие
между
собой,
служит
основной
магистралью для передвижения метаболитов клетки,
обеспечивает межклеточные связи. Регулирует физикохимические и ферментные связи между ними.
Рибосомы
открыты
в
1955
г.
Т.
Палладе.
Субмикроскопические органеллы диаметром около 20 мм.
Рибосомы состоят из нескольких молекул рибонуклииновой
кислоты (РНК), имеющих форму спирали. РНК рибосом
примерно около 80-90 % от всего количества этой кислоты,
содержащейся в клетке.
Рибосомы несколько меньшего размера имеются в
митохондриях
и
пластидах.
Рибосомы
цитоплазмы
подразделяют на свободные ( располагающиеся в гиалоплазме)
и прикрепленные к наружной ( обращенной к гиалоплазме)
поверхности мембран эндоплазматического ретикулума и к
наружной ядерной оболочке.
Рибосомы выполняют весьма важную функцию
синтезируют белковые вещества. Учеными доказано, что в ядре
осуществляется синтез РНК.
Для синтеза белка, молекулы РНК, находящиеся в
рибосомах
активируются
особыми
молекулами
информационной РНК (посредника) которые отделяются от
молекул ДНК находящихся в клеточном ядре. Белки,
синтезированные
рибосомами,
поступают
в
эндоплазматическую сеть и транспортируются в различные
части клетки. С эндоплазматической сетью функционально
связаны диктиосомы или аппарат Гольджи.
Они представляют собой как бы пакеты плоских
цистерн, стенки которых образованы плазматическими
мембранами. В диктиосомах или
аппаратах Гольджи
временно скапливаются органические вещества, подлежащие в
дальнейшем транспортировке в другие части клетки.
Митохондрии ( хондриосомы) имеют особую форму
коротких палочек 0.5- 1 мкм в поперечнике и от 2 до 5 мкм в
длину. Совокупность всех митохондрий в клетке носит
название хондриома. Митохондрии способны перемещаться в
клетке. Количество митохондрий в клетке составляет в среднем
2-2.5 тыс. Удельный вес несколько выше цитоплазмы. Поэтому
их удается отделить центрофугированием. Митохондрии
состоят в основном, из белковых веществ ( 60-70 %), липидов (
25 %) и небольшого количества РНК и неорганических
соединений. Митохондрии в растительном организме
выполняют весьма важные функции, являясь как бы
энергетическими центрами клетки. Здесь осуществляется
синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), за счет энергии
освобождающейся при окислении различных продуктов обмена
веществ. Синтезированная АТФ является своеобразным
аккумулятором энергии.
Сферосомы - округлые тельца липидно- протеиновой
природы. Диаметром 0.5-1 мкм. Они возникают из концевых
вздутий тяжей ЭПС и богаты ферментами, необходимыми для
синтеза жиров. Развитие сферосом и возникновение в клетках
капель масла - единый процесс.
Лизосомы - мелкие частицы в цитоплазме d -0.4 мк.
Центральное положение в них занимает вакуоля, содержащая
гидролитические ферменты. Ферменты лизосом участвуют в
процессах расщепления органических веществ. Генетически
лизосомы связаны с аппаратом Гольджи.
Пластиды- они широко представлены почти у всех
зеленых растений. С пластидами связан процесс первичного и
вторичного синтеза углеводов. Пластиды хорошо различимы
по цвету, поэтому ещё в конце прошлого века, А. Шимпер
разделил их на три группы:
1) бесцветные пластиды - лейкопласты,
2) окрашенные в зеленый цвет - хлоропласты,
3) Красные, желтые или желто-красные – хромопласты
Лейкопласты - бесцветные пластиды встречаются в
кожице, в клетках зародыша, в корнях, клубнях и луковицах
многих растений. Они имеют вид мелких ( 1-2 мк) округлых или
дисковидных телец. В клубнях, корневищах и семенах растений
роль лейкопластов заключается в накоплении запасного
питательного вещества - вторичного крахмала. Лейкопласты,
накапливающие крахмал, получили название амилопластов.
Хлоропласты встречаются во всех зеленых частях тела
растения. Форма их округлая или дисковидная, размеры
колеблются от 3 до 10 мк. Тело хлоропласта состоит из белковой
массы (стромы) пронизанной системой двухмембранных
пластин - ламелл, в которых сосредоточен зеленый пигмент
хлорофилл и другие пигменты.
Зеленый пигмент хлорофилл - сложное органическое вещество эфир двух основной хлорофиллиновой кислоты с двумя спиртами:
фитолом и метанолом. Роль хлорофилла в жизни растений велика, т.к.
при его участии осуществляется процесс фотосинтеза, в результате
которого из простых неорганических соединений и веществ создаются
сложные органические соединения, составляющие основу тела
растения. Кроме хлорофилла хлоропласты содержат и другие
пигменты, оранжевого или желтого цвета, относимые к группе
каротиноидов. Это каротин и ксантофилл. В листьях отмирающих
осенью хлорофилловые зерна разрушаются и в окраске начинают
преобладать желтые тона соответствующих пигментов.
Хромопласты - красно-желтые пластиды, содержащие
пигменты группы каротиноидов. Эти пластиды встречаются в
вегетативных органах растений, в цветках и плодах. Форма
хромопластов
разнообразна:
имеют
вид
палочек,
дисков,
треугольников и т.д. Возникают хромопласты из протопластид, или
хлоропластов, путем замещения хлорофилла каротиноидами. Яркая
окраска цветков и плодов привлекает насекомых опыляющих цветки и
животных поедающих плоды, способствующих расселению растений
Различные виды пластид связаны взаимными переходами.
Например, незрелые плоды томата краснеют при созревании,
что связано с переходом хлоропластов в хромопласты. При
обнажении части растущего корня моркови он зеленеет, т.к.
желтые пластиды переходят в зеленые. Клубни картофеля
зеленеют на свету, что связано с переходом бесцветных пластид
лейкопластов в зеленые - хлоропласты.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.
1. В чем суть клеточной теории?
2. К каким двум группам можно свести всё разнообразие клеток?
3. Назовите пример паренхимных клеток ?
4. Назовите пример прозенхимных клеток ?
5. Какие мембраны цитоплазмы Вы знаете?
6. Какое основное свойство цитоплазмы?
7. Какая функция рибосом в клетке?
8. Какая функция аппарата Гольджи?
9. Какая функция митохондрий?
10.Какие типы пластиды Вы знаете?
11.Какие функции у хлоропластов, лейкопластов?
12.Какие пигменты содержатся в хлоропластах и какова их роль?
БЛАГОДАРЮ ВАС
ЗА ВНИМАНИЕ !