Билет №1 1. Роль растений в биосфере и жизни человека. 2. Отдел Лишайники: строение, размножение. 3. По гербарным экземплярам определите тип корневой системы. Билет №2 1. Основные органы растений. 2. Отдел Плауновидные: строение, цикл развития. 3. Сравните строение семян фасоли и перца. Билет №3 1. Метаморфозы органов. 2. Отдел Хвощевидные: строение, цикл развития. 3. По гербарным экземплярам определите тип жилкования листьев. Билет №4 1. Вегетативные органы растений. 2. Отдел Зеленые водоросли: строение, размножение. 3. По гербарным экземплярам определите простые и сложные листья. Билет №5 1. Генеративные органы растений. 2. Грибы: строение и размножение. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие соцветия кисть и початок. Билет №6 1. Стебель, его строение и функции. 2. Водоросли, их характеристика и классификация. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие сочные плоды. Билет №7 1. Почки, почкорасположение. 2. Бактерии: питание и роль в природе и жизни человека. 3. По спилу стебля определите возраст дерева. Билет №8 1. Зоны корня. 2. Влияние внешних факторов на развитие растений. 3. Сравните строение семени лука и зерновки пшеницы. Билет №9 1. Типы корневых систем. 2. Понятие о росте и развитии растений. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие простые соцветия. Билет №10 1. Метаморфозы стебля и корня. 2. Бактерии, их строение и размножение. 3. По гербарным экземплярам определите тип корневой системы. Билет №11 1. Лист, его функции и особенности строения. 2. Азотное питание растений 3. Сравните строение корнеплодов и корневых клубней. Билет №12 1. Типы жилкования листьев. Листья простые и сложные. 2. Особенности минерального питания деревьев в лесу. 3. По гербарным экземплярам определите тип жилкования листьев. Билет №13 1. Жизненные формы растений. 2. Значение макро-и микроэлементов для растений. 3. По гербарным экземплярам определите простые и сложные листья. Билет № 14 1. Типы размножения растений. 2. Брожение, его виды. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие соцветия зонтик и сложный зонтик. Билет №15 1. Вегетативное размножение растений. 2. Процесс дыхания и его значение для растений. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие сухие плоды Билет №16 1. Цветок, его строение и функции. 2. Автотрофные и гетеротрофные растения. 3. По спилу стебля определите возраст дерева. Билет №17 1. Соцветия и их типы. 2. Сущность процесса фотосинтеза. 3. Сравните строение вегетативной и генеративной почек. Билет №18 1. Типы опыления и приспособления к ним у растений. 2. Морозоустойчивость и зимостойкость растений. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие сложные соцветия. Билет №19 1. Оплодотворение цветковых растений. 2. Засухоустойчивость, газоустойчивость растений. 3. По гербарным экземплярам определите тип корневой системы Билет №20 1. Строение и классификация плодов. 2. Значение воды в жизни растений. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие сочные плоды. Билет №21 1. Распространение семян и плодов. 2. Проникновение веществ и воды в клетку. 3. По гербарным экземплярам определите тип жилкования листьев. Билет № 22 1. Строение растительной клетки. 2. Поглощение воды из почвы, проведение ее по стволу и транспирация. 3. По гербарным экземплярам определите простые и сложные листья. Билет №23 1. Ядро, его строение и роль в жизни клетки. 2. Отдел Папоротникообразные: характеристика, цикл развития. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие сухие плоды. Билет №24 1. Отдел Мохообразные: строение, цикл развития. 2. Редкие и исчезающие виды растений региона и мероприятия по их охране 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие соцветия метелка и корзинка. Билет №25 1. Митоз. 2. Лекарственные растения региона. 3. По спилу стебля определите возраст дерева. Билет №26 1. Мейоз. 2. Класс Двудольные. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие перистое и параллельное жилкование листьев. Билет №27 1. Классификация тканей растений. 2. Класс Однодольные. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие соцветия колос и головка. Билет 1. Вопрос 1. Жизнь на Земле возникла около 3,8 миллиарда лет назад в бескислородной среде, но начала развиваться в широких масштабах лишь в присутствии свободного кислорода. Первоначальная атмосфера Земли содержала пары воды, водород, азот, метан, фосфор и другие элементы. Кислород находился только в составе химических соединений, из которых основным была вода. В ней и зародилась жизнь. Мир растений велик и многообразен. В настоящее время он насчитывает около 500 тыс. видов. Представители мира растений встречаются везде: на суше от севера до юга, в пресных и соленых водоемах, во льдах Арктики и Антарктики. Растения отличаются от всех других живых организмов, и именно они играют самую существенную роль в жизни биосферы. Биосфера — та область Земли, где обитает и развивается органическая жизнь (растения, животные, люди и микроорганизмы). Роль растений в биосфере и жизни человека Благодаря хлорофиллу — пигменту зеленого цвета — происходит поглощение лучистой энергии солнца и преобразование ее в скрытую энергию химических связей. За счет этой энергии зеленые растения из углекислого газа, воды и минеральных веществ синтезируют органические вещества, которые служат исходным материалом для построения более сложных веществ, входящих в состав живого тела (жиры, белки, клетчатка, смолы, лигнин и т. д.) и являются источником энергии, которая освобождается в процессе дыхания. Зеленые растения — источник накопления на Земле запасов связанной энергии в виде каменного угля, торфа, нефти. Кроме того, готовое органическое вещество растений служит пищей насекомым, грибам, бактериям, животным и человеку, которые сами не способны создавать его. Ежегодно на земном шаре путем фотосинтеза создается до 83 млрд тонн органического вещества. Считают, что в основном благодаря деятельности зеленых растений атмосфера Земли обогатилась кислородом. Появление кислорода усилило образование почв за счет выветривания горных пород; увеличило энергию жизненных процессов, привело к возникновению кислородного дыхания, свойственного огромному количеству живых существ. Растения осуществляют сложный круговорот веществ в природе. Зеленые растения создают органические вещества, бактерии и грибы в процессе гниения и брожения разлагают их на простые неорганические соединения (С02, воду, аммиак и др.) Растительный покров оказывает огромное влияние на формирование и изменение климата, на почвообразовательные процессы и повышение плодородия почв. Велико значение растений в жизни человека — они в основном удовлетворяют все его главные потребности в пище, одежде, жилище. Из пищевых растений наиболее важны хлебные злаки. Овощные и плодовые растения являются источником не только жиров, белков и углеводов, но и витаминов. Масличные растения идут на получение растительного масла для пищевых, лекарственных и технических целей. Широко используются в различных отраслях хозяйственной деятельности прядильные, дубильные, красительные, эфиромасличные, каучуконосные, лекарственные и другие растения. Луга, степи, полустепи, горные пастбища служат источником кормов для скота. Огромно значение леса, который поставляет техническое и лекарственное сырье, пищевые продукты и т. д. Древесину человек использует во всех отраслях народного хозяйства — это строительный материал, бумага, картон, искусственный шелк, скипидар, ацетон, камфора, древесный уголь, эфирные масла и др. Полезные свойства растений изучены еще недостаточно и используются далеко не полностью. Так, из 500 тыс. видов высших растений в практических целях используют только 2500. Вопрос 2. Лишайники — виды, особенности строения, размножения и питания Лишайники — своеобразные комплексные организмы, слоевище которых представляет собой объединение гриба и водоросли, находящихся в сложных взаимоотношениях друг с другом, чаще — в симбиозе. Известно свыше 20 тыс. видов лишайников. От других организмов, в том числе и от свободноживущих грибов и водорослей, они отличаются формой, строением, характером обмена веществ, особыми лишайниковыми веществами, способами размножения, медленным ростом (от 1 до 8 мм в год). Особенности строения Слоевище лишайников состоит из переплетенных грибных нитей — гиф, и расположенных между ними клеток (или нитей) водорослей. Различают два основных типа микроскопической структуры слоевища: Гомеомерный; гетеромерный. На поперечном срезе лишайника гомеомерного типа имеется верхняя и нижняя кора, которая состоит из одного слоя клеток гриба. Вся внутренняя часть заполнена рыхло расположенными грибными нитями, между которыми расположены клетки водорослей без какого-либо порядка. Строение лишайника В лишайнике гетеромерного типа клетки водорослей сосредоточены в одном слое, который получил название гонидиального слоя. Ниже него находится сердцевина, состоящая из рыхло расположенных нитей гриба. Наружными слоями лишайника являются плотные слои грибных нитей, которые называются корковыми слоями. С помощью грибных нитей, отходящих от нижнего коркового слоя, лишайник прикрепляется к субстрату, на котором произрастает. У некоторых видов нижняя кора отсутствует и он крепится к субстрату нитями сердцевины. Водорослевой компонент лишайника состоит из видов, относящихся к отделам сине-зелёных, зеленых, жёлто-зелёных и бурых. Представители 28 родов из них вступают в симбиоз с грибами. Большинство этих водорослей может быть и свободноживущими, но некоторые встречаются только в лишайниках и пока не обнаружены в свободном состоянии в природе. Находясь в слоевище, водоросли очень изменяются внешне, а также становятся более устойчивыми к высоким температурам, могут переносить длительное высушивание. При культивировании их на искусственных средах (отдельно от грибов) приобретают вид, характерный для свободноживущих форм. Слоевище лишайников разнообразно по форме, размерам, строению, окрашено в различные цвета. Окраска слоевища обусловлена наличием пигментов в оболочках гиф и плодовых телах лишайников. Различают пять групп пигментов: зеленые, синие, фиолетовые, красные и коричневые. Обязательным условием для образования пигментов является свет. Чем ярче освещение в местах произрастания лишайников, тем ярче они окрашены. Виды лишайников Форма слоевища также может быть разнообразной. По внешнему строению слоевища лишайники делят на: Накипные; листоватые; кустистые. У накипных лишайников слоевище имеет вид корочки, плотно сросшейся с субстратом. Толщина корочек различна — от едва заметной накипи или порошковидного налета до 0,5см, диаметр — от нескольких миллиметров до 20-30см. Растут накипные виды на поверхности почв, горных пород, коре деревьев и кустарников, обнаженной гниющей древесине. Листоватые лишайники имеют форму листовидной пластинки, горизонтально расположенной на субстрате (пармелия, стенная золотянка). Обычно пластинки округлые, 10-20см в диаметре. Характерной особенностью листоватых видов является неодинаковая окраска и строение верхней и нижней поверхностей слоевища. У большинства из них на нижней стороне слоевища образуются органы прикрепления к субстрату — ризоиды, состоящие из собранных в тяжи гиф. Растут они на поверхности почвы, среди мхов. Листоватые лишайники по сравнению с накипными являются более высокоорганизованными формами. Кустистые лишайники имеют форму прямостоящего или повисающего кустика и прикрепляются к субстрату небольшими участками нижней части слоевища (кладония, исландский лишайник). По уровню организации кустистые виды — высший этап развития слоевища. Их слоевища бывают разных размеров: от нескольких миллиметров до 30-50см. Повисающие слоевища кустистых лишайников могут достигать 7-8м. Примером может служить лишайник, свисающий в виде бороды с ветвей лиственниц и кедров в таежных лесах (бородатый лишайник). Размножение Размножаются лишайники в основном вегетативным путем. При этом от слоевища отделяются кусочки, разносятся ветром, водой или животными и в благоприятных условиях дают новые слоевища. У листоватых и кустистых лишайников для вегетативного размножения в поверхностных или более глубоких слоях формируются специальные вегетативные образования: соредии и изидии. Соредии имеют вид микроскопических клубочков, в каждом из которых находится одна или несколько клеток водоросли, окруженных гифами гриба. Соредии образуются внутри слоевища в гонидиальном слое листоватых и кустистых лишайников. Сформированные соредии выталкиваются из слоевища наружу, подхватываются и разносятся ветром. При благоприятных условиях она прорастают в новых местах и образуют слоевища. Размножаются соредиями около 30% лишайников. Питание Особенности питания лишайников связаны со сложным строением этих организмов, состоящих из двух компонентов, которые получают питательные вещества разными способами. Гриб – гетеротроф, а водоросль – автотроф. Водоросль в составе лишайника обеспечивает его органическими веществами, полученными путем фотосинтеза. Гриб лишайника получает от водоросли высокоэнергетические продукты: АТФ и НАДФ. Гриб, в свою очередь, с помощью нитевидных отростков (гифа) выполняет роль корневой системы. Так лишайник получает воду и минеральные соединения, которые адсорбируются из почвы. Также лишайники способны всем телом впитывать воду из окружающей среды, во время туманов и дождей. Для выживания им нужны азотистые соединения. Если водорослевый компонент таллома представлен зелеными водорослями, то азот поступает из водных растворов. Когда же фикобионтом выступают сине-зеленые водоросли, возможна фиксация азота из атмосферного воздуха. Для нормального существования лишайников необходимы в достаточном количестве свет и влага. Недостаточная освещенность препятствует их развитию, так как замедляются фотосинтезирующие процессы и лишайники недополучают питательных веществ. Светлые сосновые леса стали оптимальным местом для их жизни. Хотя лишайники и относят к наиболее устойчивым к засухе видам, все же вода им необходима. Только во влажной среде осуществляются дыхательные и обменные процессы. Значение лишайников в природе и жизни человека Лишайники очень чувствительны к вредным веществам, поэтому не растут в местах с высокой запыленностью и загазованностью воздуха. Так, их используют как индикаторы загрязненности. Принимают участие в круговороте веществ в природе. Их фотосинтезирующая часть способна продуцировать органические вещества в местах, где другие растения не могут выжить. Важная роль лишайников в почвообразовании, они селятся на безжизненной скалистой поверхности и после отмирания образуют гумус. Так появляются благоприятные условия для роста растений. Кормовые лишайники являются важным звеном в пищевой цепочке. К примеру, олени, косули, лоси питаются оленем мхом или ягелем. Служат материалом для гнезд птиц. Лишайниковая манна или Аспицилия съедобная используется в кулинарии. Парфюмерная промышленность применяет их для придания стойкости духам, а текстильная – для покраски тканей. Известны также виды с антибактериальными свойствами, которые используют при изготовлении лекарств, для борьбы с туберкулезом, фурункулезом. Билет 2. 1. Основные органы растений. Орган — это часть растительного организма, приспособленная к исполнению одной или нескольких функций. У растений различают две группы взаимосвязанных в целостную систему органов — вегетативные и генеративные. К вегетативным относятся корень и побег, состоящий из стебля, листьев и почек, а к генеративным — цветок, плод и семя (у споровых это спорангий, у голосемянных — шишка). Вегетативными органами (от лат. vegetativas - растительный) у растений называются те, которые поддерживают основные жизненные процессы, то есть исполняют основные функции его питания и обмена веществ со средой. К общим признакам строения вегетативных органов относятся: - полярность, когда вершина и основание растения находятся в противоположных направлениях одной прямой, то есть на разных полюсах; - геотропизм - способность различных растительных органов ощущать земное притяжение и расти в определённом направлении по отношению к центру земного шара. Корни характеризуются положительным геотропизмом, так как направление их роста совпадает с направлением силы тяжести. Наземные части обладают отрицательным, так как они растут в противоположном направлении от действия земного притяжения. Подземный вегетативный орган - корень характеризуется неограниченным ростом. К его основным функциям относятся обеспечение растительного тела питанием, водой, закрепление в субстрате. Стебель - осевой надземный вегетативный орган неограниченного верхушечного роста. Во многих случаях характеризуется полисимметричностью. Он служит опорой для листьев, обеспечивает доставку питания в виде растворов необходимых минеральных веществ и оптимальное размещение относительно источников света. Лист - боковой вегетативный орган ограниченного роста. В его состав входят листовая пластина, прилистники, черешок. Распространены сидячие листья без черешка. У однодольных растений он нарастает основанием, у двудольных - всей поверхностью. Протяжённость его жизни у однолетних растений равна продолжительности жизни всей надземной части. На деревьях и кустарниках он является временным, возобновляемым органом. Главное назначение листа обеспечение процессов фотосинтеза, испарения воды, газообмена. У разных видов они могут служить источниками питания, водоснабжения. Выполнять защитную функцию с помощью колючек, очистительную во время листопада. Вегетативные растительные части – усы, корневища, луковицы, клубни, черенки являются основными материалами при вегетативном способе размножения, когда новый растительный организм образуется из многоклеточной части материнского. Тело растений, состоящее из большого количества вегетативных органов, способно обеспечить себя необходимой фотосинтезирующей поверхностью, водой и минеральных веществами в необходимом объеме. Генеративные (репродуктивные) органы (от лат. genero - рождаю) растений возникли значительно позже, чем вегетативные. Цветок, семя и плод, которые из него образуются, считают высшим достижением процесса размножения в растительном мире. Благодаря генеративным органам обеспечивается процесс полового размножения. Почка у растений — это зачаточный побег. Вегетативная почка имеет зачаточный стебель с конусом нарастания и зачаточные листья. В цветочной почке находятся зачаточные цветки. Почки снаружи покрыты почечными чешуями. После периода покоя почки раскрываются. Развертывание побегов из почек связано с ростом междоузлий и листьев. По строению различают почки вегетативные и генеративные (цветочные). 2. Отдел Плауновидные: строение, цикл развития. Среди высших споровых растений — это самая древняя группа. Современные представители -их около 1000 видов, многолетние травянистые растения, часто вечнозеленые. Побеги покрыты спирально расположенными мелкими листьями – микрофиллами. Характерно для плауновидных также вильчатое ветвление побегов. Подземные части этих растений обычно представлены корневищем с придаточными корнями и видоизмененными листьями. У некоторых видов подземные части побегов образуют своеобразный орган, несущий расположенные по спирали корни и называемый ризофором. Плауновидные могут быть равно- и разноспоровыми. Споры развиваются в спорангиях, собранных в колоски. Споры после созревания опадают на почву и прорастают в гаметофит (заросток). Особенности строения плаунов. Стебли плаунов длинные, дихотомически ветвящиеся ползучие. По мере роста укореняются при помощи придаточных корней. Стебли густо усажены мелкими, шиловидными, темно-зелеными листьями, расположенными по спирали. Верхушечные побеги заканчиваются спороносными колосками в которых созревают споры. Размножение плаунов. Зрелые споры, прорастая образуют мелкие гаметофиты, называемые заростками. На заростках созревают мужские и женские половые органы. Оплодотворение происходит в присутствии капельножидкой среды, так как мужские половые клетки - сперматозоиды - подвижны. Из образовавшейся в результате оплодотворения зиготы развивается спорофит. Помимо размножения спорами плаунам свойственно также вегетативное размножение - почками, побегами. Цикл развития:Спорофит плауна булавовидного - многолетнее вечнозеленое растение, преобладает в цикле развития. В своем составе имеет стелющийся дихотомически разветвленный стебель, покрытый спирально расположенными маленькими ланцетно-линейными листочками (микрофиллами), и закреплено в почве дихотомически разветвленными корнями. Стеблевые побеги заканчиваются верхушечными почками или спороносными колосками (стробилами). Спороносные колоски на длинных ножках состоят из оси на которой спирально расположены спороносные листья (спорофиллы) со спорангиями с верхней (дорсальной) стороны. После редукционного (мейотического) разделения материнских диплоидных клеток образуются гаплоидные споры. Споры покрыты двойной оболочкой (эндо-и екзоспорием) и содержат до 50% жирного невысыхающего масла. После созревания споры рассеиваются и в благоприятных условиях прорастают. Развитие гаметофита (заростка) из спор происходит медленно в течение 12-20 лет. Он образует ризоиды, которыми закрепляется в почве и поглощает воду, а также вступает в симбиоз с мицелием гриба, который размещается в его коровой части. Заросток развивается в почве без доступа света, поэтому не имеет хлоропластов, однако если он выходит на поверхность они появляются. Гаметофит двуполый и напоминает луковицу, позже разрастается до 2-3 см в диаметре, и имеет блюдцеобразную форму. Антеридии и архегонии размещены рядом на верхней стороне и погружены в паренхимную ткань. Антеридии овальной формы, архегонии - колбообразные. В брюшной части архегониев содержится яйцеклетка и брюшная канальцевая клетка, в шейке - шейные канальцевые клетки. Для перемещения сперматозоидов с антеридиев к яйцеклеткам архегониев нужна вода. Заплывая в шейку архегония, сперматозоид движется в брюшко архегония, где сливается с яйцеклеткой образуя зиготу первую диплоидную клетку спорофита. Зародыш - молодой спорофит, медленно развивается на гаметофите получая из него необходимые питательные вещества. Когда корни зародыша прорастают в почву, он отсоединяется от гаметофита и разрастается во взрослое растение. При постепенном созревании архегониев на гаметофите, в них могут образовываться и развиваться несколько разновозрастных спорофитов одновременно. Билет №3 1. Метаморфозы органов. Метаморфоз — глубокое преобразование строения организма, происходящее в ходе индивидуального развития. Метаморфозы корней. 1) Запасающие корни. Они обычно утолщены. Сильно утолщенные придаточные корни называют корневыми шишками, или корнеклубнями. Многих, чаще двулетних, растений со стержневой корневой системой возникает образование, носящее название корнеплода. В образовании корнеплода принимают участие и главный корень, и нижняя часть стебля. 2) У многих луковичных и корневищных растений образуются втягивающие корни. Они могут укорачиваться и втягивать побег в почву на оптимальную глубину на время летней засухи или зимних морозов. Втягивающие корни имеют утолщенные основания с поперечной морщинистостью. 3) Воздушные корни образуются у многих тропических эпифитных однодольных. Эпифиты поселяются на других растениях, но не паразитируют на них, а используют как подпорку для поднятия вверх, к свету. Воздушные корни свободно висят в воздухе и приспособлены к поглощению атмосферной влаги. 4) Дыхательные корни, или пневматофоры образуются у некоторых тропических древесных растений, живущих в условиях недостатка кислорода. Пневматофоры растут вертикально вверх и высовываются над поверхностью почвы. Через систему отверстий в этих корнях, связанных с аэренхимой, воздух поступает в подводные органы. 5) У некоторых растений для поддержания побегов в воздушной среде образуются дополнительные опорные корни. Они отходят от горизонтальных ветвей кроны и, достигнув поверхности почвы, интенсивно ветвятся, превращаясь в столбовидные образования, поддерживающие крону дерева (столбовидные корни баньяна). Ходульные корни отходят от нижних участков стебля, придавая стеблю устойчивость. Они образуются у растений мангровых зарослей, растительных сообществ, развивающихся на затопляемых во время прилива тропических берегах океанов, а также у кукурузы. У фикуса каучуконосного образуются досковидные корни. В отличие от столбовидных и ходульных, они являются по происхождению не придаточными, а боковыми корнями. 6) Побеги плюща, стремясь к солнцу, обвивают другие растения или прикрепляются к стенам при помощи корней прицепок. У паразитических растений корни видоизменяются в присоски – гаустории, которые внедряются в ткани других растений и поглощают из клеток воду и питательные вещества Корни многих растений образуют симбиоз с гифами почвенных грибов, называемый микоризой. Микориза образуется на сосущих корнях в зоне поглощения. Различают два основных типа микоризы: 1) наружная (окружает снаружи. У многих съедобных грибов) 2) внутренняя (Грибной компонент облегчает корням получение воды и минеральных элементов из почвы, часто гифы грибов заменяют корневые волоски. В свою очередь, гриб получает от растения углеводы и другие питательные вещества.) На корнях бобовых возникают особые образования – клубеньки, в которых поселяются бактерии из рода Rhizobium. Эти микроорганизмы способны усваивать атмосферный молекулярный азот, переводя его в связанное состояние. Часть веществ, синтезированных в клубеньках, усваивают растения, бактерии, в свою очередь, используют вещества, находящиеся в корнях. Этот симбиоз имеет большое значение для сельского хозяйства. Бобовые растения благодаря дополнительному источнику азота богаты белками. Они дают ценные пищевые и кормовые продукты и обогащают почву азотистыми веществами. Метаморфозы побега. Подземные: 1) корневище - долговечный подземный побег, выполняющий функции отложения запасных питательных веществ, возобновления, а иногда и вегетативного размножения. 2) столоны - недолговечные тонкие подземные побеги, несущие недоразвитые чешуевидные листья. Столоны служат для вегетативного размножения, расселения и захвата территории. Запасные питательные вещества в них не откладываются. 3) клубень имеет шаровидную или овальную форму, стебель сильно утолщен, в нем откладываются запасные питательные вещества, листья редуцируются, в их пазухах формируются почки. Столоны отмирают и разрушаются, клубни перезимовывают, и на следующий год дают начало новым надземным побегам. 4) луковица - подземный побег с очень коротким уплощенным стеблем и чешуевидными мясистыми сочными листьями, запасающими воду и растворимые питательные вещества, главным образом сахара. 5) Клубнелуковица внешне напоминает луковицу, но ее чешуевидные листья не являются запасающими; они сухие, а запасные вещества откладываются в утолщенной стеблевой части (шафран, гладиолус). б)Каудекс - многолетний орган побегового происхождения многолетних трав и полукустарничков с хорошо развитым стержневым корнем, сохраняющимся в течение всей жизни растения. Вместе с корнем он служит местом отложения запасных веществ и несёт на себе множество почек возобновления, часть которых могут быть спящими (одуванчик, полыни) Надземные: 1) столоны - недолговечные побеги, функция которых вегетативное размножение, расселение и захват территории. 2) Водозапасающими органами могут быть листья или стебли, иногда даже почки. Такие сочные растения носят название суккулентов (алоэ, агавы, толстянки, родиола, или золотой корень). 3) Кочан - суккулентный орган, образующийся у обычной культурной капусты. Приспособительная форма кочана возникла как видоизменение части розетки. 4) Колючки кактусов имеют листовое происхождение. Листовые колючки нередко встречаются и у несуккулентных растений (барбарис). У многих растений колючки имеют не листовое, а стеблевое происхождение (дикая яблоня, дикая груша). 5) Клубень - толщённая околоземная часть стебля у представителей семейства орхидных. Служит растениям в качестве- особого органа для хранения воды и питательных веществ. б) Кладодий - видоизменённый боковой побег, обладающий способностью к длительному росту, с зелёными плоскими длинными стеблями, выполняющими функции листа. Как орган фотосинтеза, кладодий имеет хорошо развитую хлорофиллоносную ткань. 7) Филлокладий - видоизменённый листовидно уплощённый боковой побег, обладающий ограниченным ростом и выполняющим функции листа. Филлокладии развиваются из боковых почек, поэтому всегда находятся в пазухе небольшого плёнчатого или чешуевидного листа. Выполняя функцию фотосинтеза. 8) Усик - жгутовидный ветвистый или неразветвлённый побег метамерного строения, в типичном случае лишённый листьев. Стеблевые усики, как узкоспециализированный побег, выполняют опорную функцию(огурец, арбуз) Метаморфозы листа: 1. Колючки — одно из наиболее часто распространенных видоизменений; они служат защитой от поедания животными. При этом лист либо целиком превращается в колючку (кактусы, молочаи, барбарис, белая акация, верблюжья колючка), либо в колючку превращается его часть (бодяк, чертополох, падуб). 2. Усики (у сложных листьев некоторых видов растений) цепляются за опору, вынося весь побег к свету. При этом в усик могут превращаться либо верхние листочки сложного листа (горох, вика), либо весь лист целиком, а функцию фотосинтеза выполняют прилистники (некоторые виды чины). 3. Запасающую функцию выполняют сочные чешуи луковиц (лук, чеснок), листья алоэ, кочана капусты. 4. Кроющие чешуи почек защищают нежные зачаточные листья и конус нарастания от неблагоприятных условий внешней среды. 5. Ловчие аппараты обеспечивают жизнь насекомоядных растений на болотах в условиях недостатка азота и других элементов минерального питания. Листья таких растений изменились до неузнаваемости, превратившись в ловушки (венерина мухоловка), кувшинчики (непентес). Листья некоторых растений своими блестящими, ярко окрашенными капельками на волосках привлекают муравьев, мух, комаров, других мелких насекомых; выделяющийся при этом сок содержит пищеварительные ферменты (росянка). 2. Отдел Хвощевидные: строение, цикл развития. Хвощевидные в прошлом огромная, но почти полностью вымершая группа растений, расцвет которой пришелся на каменноугольный период. Экология и распространение хвощей. Хвощи довольно широко распространены в основном в северном полушарии. Встречаются на влажной кислой почве, в сырых лесах, лугах, на болотах, то есть в самых разных растительных сообществах, но в любом случае в местах с достаточным или избыточным увлажнением. Часто они образуют большие заросли, а в некоторых типах низинных болот, по берегам водоемов и в сырых лесах хвощи нередко доминируют в травянистом покрове. Особенности строения хвощей. Хвощи имеют зимующее корневище, от которого отходят придаточные корни. На корневище имеются клубеньки, которые содержат крахмал. Надземная часть стебля достигает у видов, обитающих в умеренной зоне, 0.5 - 1 м, у тропических видов стебли обычно более длинные. Для хвощевидных характерно особое строение побегов, отличающее их от остальных высших споровых растений. Их побеги состоят из члеников (междоузлий) и узлов с мутовчато расположенными листьями. Листья мелкие бурые чешуйчатые, сросшиеся в трубку. Функцию фотосинтеза выполняет зеленый стебель. Другая особенность хвощей - накопление кремнезема в стенках клеток всего растения. Кремнезем играет механическую и защитную роль: хвощи практически не повреждаются моллюсками и насекомыми, их избегают позвоночные животные. Размножение хвощей. Вегетативное размножение осуществляется путем фрагментации корневища, которое как и надземная часть имеет членистое строение и в узлах легко разламывается. Каждый фрагмент слоевища дает обильные побеги. В связи с наличием такого способа вегетативного размножения, хвощи являются трудноискоренимыми сорняками. Весной на корневищах вырастают побеги, на которых располагаются спороносные колоски. Колоски содержат спорангии, в которых путем мейоза формируются гаплоидные споры. После раскрытия спорангия споры высыпаются и разносятся ветром на большие расстояния. Из спор развиваются гаметофиты (заростки). На нижней стороне гаметофита возникают бесцветные ризоиды, с помощью которых он прикрепляется к почве и всасывает воду с растворенными в ней минеральными солями. Оплодотворение у хвощей осуществляется, как у всех споровых растений, в присутствии капельножидкой влаги на поверхности гаметофита. Сперматозоиды подплывают к женскому половому органу, один из них проникает в него и сливается с яйцеклеткой. Образующаяся зигота прорастает в спорофит. Значение хвощей Большинство хвощей несъедобно, но некоторые виды хвощей (хвощ полевой) используются как корм животных. В некоторых местностях он может быть и ядовитым. Его используют также и в медицине в качестве кровоостанавливющего и мочегонного средства при отеках. Иногда крахмалистые клубни и молодые спороносные колоски используются в пищу. Хвощ полевой — злостный сорняк. Хвощ болотный, хвощ приречный, хвощ дубравный — ядовитые растения. Жесткие стебли хвоща зимующего можно использовать в качестве абразивного материала. Билет № 4 1. Вегетативные органы растений. Вегетати́вные о́рганы растений (от лат. vegetativus — растительный) — части растения, выполняющие основные функции питания и обмена веществ с внешней средой. У низших растений вегетативное тело (таллом, или слоевище) не расчленено на органы, а представлено одной клеткой, например, у одноклеточных водорослей или дрожжей, нитями из одного ряда клеток (нитчатые водоросли, мицелий грибов) или имеет форму пластинок, шаров и др. У высших растений к вегетативным органам относятся корень, стебель и лист. Вегетативные органы бывают растущими и выросшими. Именно поэтому они часто находятся на разных стадиях развития, хотя принадлежат одному растению. К основным вегетативным органам относятся: листостебельные побеги, обеспечивающие фотосинтез; корни, обеспечивающие водоснабжение и минеральное питание. Вегетативные органы второго порядка у побега — лист (боковой орган), стебель (осевой орган). Видоизменённые вегетативные органы: побег — корневище, столоны, клубни, клубнелуковицы, луковицы, колючки; корень — клубнекорни, корнеплоды. Корень — это осевой и чаще всего подземный орган высших сосудистых растений. Корень может расти в длину без ограничений, а также имеет положительный геотропизм (то есть, растет по направлению к центру земного шара). Все корневые разветвления составляют целостную корневую систему растения. Принято выделять три типа корней в системе: 1. Главный — самый длинный корень, появляется из семенного корешка. 2. Боковые — отходят от главного, закладываются эндогенно (за счет внутренних процессов). 3. Придаточные — сформированные на стебле, но не относящиеся к побеговой системе растения, закладываются внутри коры стебля. Существует два вида корневых систем, которые в течение жизни растения могут меняться. 1. Стержневая (аллоризная). 2. Мочковатая (гоморизная). Стержневая система характерна более для двудольных растений и представляет собой главный корень и ответвления боковых корней. Мочковатая же больше характерна для однодольных растений и состоит из придаточных корней. Корни обеспечивают минеральное питание и водоснабжение организма растения. Побеги — это стебли с листьями. Совокупность всех побегов представляет собой побеговую систему растения. Их рост не ограничен, так как меристемы (образовательные ткани), расположенные на вершине побега, откладывают клетки только в одну сторону. Почки представляют собой укороченный побег. Они, как и обычные побеги, бывают и вегетативными, и генеративными. Листостебельные побеги обеспечивают фотосинтез растения. Листья — это боковые вегетативные органы второго порядка. Их рост ограничен их формой и количеством побегов, на которых они расположены. Имеют пластинчатую структуру и выполняют множество важных функций: фотосинтез; газообмен; транспирация (движение воды по растению и ее испарение через листья); дыхание; гуттация (выделение воды); задержание воды и полезных веществ. Лист состоит из таких основных тканей, как: эпидермис — слой клеток, предотвращающий вредное воздействие внешней среды и излишние испарение; мезофилл (паренхима) — внутренняя ткань, содержащая хлорофилл, выполняет свою основную функцию — фотосинтез; сеть жилок — проводящие пучки, состоящие из сосудов и ситовидных трубок, по ним происходит перемещение воды, растворенных солей, сахаров и механических элементов; устьица — комплексы клеток, которые в основном расположены на нижней поверхности листа, помогают в процессах транспирации и газообмена. Стебель — это надземная ось растения с неограниченным ростом вверх. Его основные функции: опорная. Таким образом он выносит листья к свету; проводящая. Стебель обеспечивает движение воды под действием корневого давления и капиллярного натяжения; запасающая; ассимиляция. Обыкновенно ее выполняют молодые стебли, которые еще не одревеснели. Вегетативные органы могут выполнять функции вегетативного размножения. 2.Отдел Зеленые водоросли: строение, размножение. Есть одноклеточные, колониальные и многоклеточные зеленые водоросли; последние большей частью нитевидной, реже пластинчатой формы. Некоторые зеленые водоросли имеют т. н. неклеточное строение, т. е. тело их, несмотря на крупные размеры и иногда сложное внешнее расчленение, не разделено на клетки. Подвижные одноклеточные и колониальные формы, а также зооспоры и гаметы зеленых водорослей имеют 2—4, редко больше, жгутика и светочувствительный глазок. Клетки зеленых водорослей одноядерные или реже многоядерные, в большинстве случаев одеты оболочкой преимущественно из целлюлозы. Хроматофоры часто с пиреноидами. Питание водорослей. Все вещества, необходимые для питания (СО2 и минеральные вещества) и дыхания (О2) водоросли поглощают из воды. Среди водорослей большинство питаются автотрофно, но почти все (особенно низко организованные) способны переходить к миксотрофному (смешанному) питанию, а некоторые могут полностью переходить на гетеротрофное питание (эвглена). При этом их клетки могут совсем утрачивать хлоропласты, поглощая готовые органические вещества всей поверхностью клетки. Интересно, что при наступлении благоприятных для фотосинтеза условий водоросли восстанавливают хлоропласты и свою способность осуществлять фотосинтез. Размножение бесполое (зооспорами и неподвижными спорами), половое (изогамия, гетерогамия, оогамия, конъюгация) и вегетативное (одноклеточные — делением тела надвое, многоклеточные нитевидные — участками таллома). Функцию органов полового и бесполого размножения выполняют вегетативные клетки. Водоросли чрезвычайно важны в окружающей среде. Ими выделяется кислород, так необходимый для дыхания животных, обитающих в водоемах. Водоросли являются кормом для некоторых видов рыб. В сельском хозяйстве морские водоросли используют как корм для скота, для удобрения полей. Из водорослей добывают йод, а также некоторые виды используют в пищу. Билет №5 1. Генеративные органы растений. Какие органы называют генеративными К такому типу органов относятся цветок, семя и плод. Цветок Цветок — это целая система органов полового размножения цветковых растений. Его также можно назвать видоизмененным и ограниченным в росте спороносным побегом. Цветок состоит из: цветоложа. Осевая часть цветка: расширенный участок стебля; чашелистников. Произошли из листьев; лепестков. Произошли из тычинок; тычинок; пестиков. Цветок приспособлен для образования спор (микроскопические зачатки растений для бесполого размножения) и гамет (клетки полового размножения). Также в нем происходит процесс семенного размножения, в результате которого появляются плоды с семенами. Таким образом, в цветке полностью совмещены процессы бесполого и полового размножения. Семя — генеративный орган, который появляется из семязачатка и находится в завязи пестика. Помимо размножения, отвечает и за расселение растений. В семени содержится зародыш, который берет свое происхождение из зиготы. Зародыш, в свою очередь, состоит из семядолей, зародышевого корня, зародышевой почки и стебля. Само семя покрыто защитной оболочкой — семенной кожурой. Зародыш семени — его главная часть. Он может состоять из двух или одной семядолей. Именно по этому признаку все цветковые растения делятся на два класса: двудольные и однодольные. Плод — это репродуктивный орган покрытосеменных растений. В его основные функции входит формирование, защита и распространение семян. Развитие плода происходит из цветка. Обычно в образовании плода участвует завязь, из стенки которой развивается околоплодник, а из семязачатка — семя. Иногда в образовании плода может участвовать цветоложе. Таким образом, основной функцией генеративных органов растений является исключительно продолжение рода. 2. Грибы: строение и размножение. Грибы относились к низшим растениям до конца XX века. В 1970 году они были окончательно выделены в отдельное царство Грибы, т.к. имеют ряд признаков, отличающих их от растений и сближающих с животными. Царство грибы — это одноклеточные и многоклеточные организмы. В настоящее время систематики насчитали более 100 тыс. видов грибов. Грибы — гетеротрофные организмы, не имеющие хлорофилла. Они занимают промежуточное положение между животными и растениями, так как характеризуются рядом свойств, сближающих их с животными и растениями. Общие признаки грибов и животных: В оболочке клеток есть хитин; в качестве запасного продукта у них накапливается гликоген, а не крахмал; в результате обмена образуется мочевина; отсутствие хлоропластов и фотосинтезирующих пигментов; Общие признаки грибов и растений: Неограниченный рост; абсорбтивное питание, т.е. не заглатывание пищи, а всасывание; наличие ярко выраженной клеточной стенки; размножение спорами; неподвижность; способность синтезировать витамины. Питание грибов Грибы-сапрофиты питаются мертвыми органическими веществами, а паразиты могут обитать на растениях, животных и человеке. Имеются также переходные формы грибов (трутовики и др.), которые часть своей жизнедеятельности проводят как сапрофиты, а другую часть — как паразиты. Грибы-сапрофиты обитают на опавших листьях, древесине и перегное. Многие виды царства Грибов живут в сожительстве (симбиозе) с водорослями и с высшими растениями. Взаимовыгодное сожительство мицелия грибов с корнями высших растений образует микоризу (например, подберезовик с березой, подосиновик с осиной). Многие высшие растения (деревья, твердая пшеница и др.) не могут нормально расти без микоризы. Грибы получают от высших растений кислород, выделения корней и соединения, не содержащие азота. Грибы «помогают» высшим растениям усваивать труднодоступные вещества из перегноя, активизируя деятельность ферментов высших растений, способствуют углеводному обмену, фиксируют свободный азот, который в ряде соединений используется высшими растениями, дают им ростовые вещества, витамины и т.п. Строение грибов Царство Грибы условно подразделяют на низшие и высшие. Основа вегетативного тела грибов — грибница, или мицелий. Грибница состоит из тонких нитей, или гиф, похожих на пушок. Эти нити находятся внутри субстрата, на котором обитает гриб. Чаще всего грибница занимает большую поверхность. Через мицелий происходит всасывание питательных веществ осмотическим путем. Грибница низших грибов либо разделяется на клетки, либо межклеточные перегородки отсутствуют. Одно- или многоядерные клетки грибов в большинстве случаев покрыты тонкой клеточной оболочкой. Под ней находится цитоплазматическая мембрана, окутывающая цитоплазму. В клетке грибов имеются ферменты, белки и такие органоиды (лизосомы), в которых протеолитическими ферментами расщепляются белки. Митохондрии имеют сходство с таковыми у высших растений. В вакуолях содержатся запасные питательные вещества: гликоген, липиды, жирные кислоты, жиры и др. В съедобных грибах имеется много витаминов и минеральных солей. Примерно 50% сухой массы грибов составляют азотистые вещества, из которых на белки приходится около 30%. Размножение грибов Размножение грибов происходит бесполым путем: Специализированными клетками — спорами; вегетативно — частями мицелия, почкованием. Процессу спорообразования может предшествовать половой процесс, который у грибов очень разнообразен. Зигота может образовываться в результате слияния соматических клеток, специализированных на гаметы, и половых клеток — гамет (образующихся в половых органах — гаметангиях). Образовавшаяся зигота прорастает сразу или после периода покоя и дает начало гифам с органами полового спороношения, в которых образуются споры. Споры различных грибов распространяются насекомыми, различными животными, человеком и воздушными течениями. Размножение грибов Значение грибов в природе и жизни человека Плесневые грибы поселяются на продуктах питания, в почве, на овощах и плодах. Они вызывают порчу доброкачественных продуктов (хлеба, овощей, ягод, фруктов и т.п.). Большинство этих грибов — сапрофиты. Однако некоторые плесневые грибы являются возбудителями заразных болезней человека, животных и растений. Например, гриб трихофитон вызывает стригущий лишай у человека и животных. Всем хорошо известен одноклеточный гриб мукор, или белая плесень, который поселяется на овощах, хлебе и конском навозе. Первоначально белая плесень имеет пушистый налет, а со временем она чернеет, так как на грибнице образуются округлые головки (спорангии), в которых образуется огромное число спор темного цвета. Из ряда родов плесени (пенициллин, аспергилл) получают антибиотики. Билет №6 1. Стебель, его строение и функции. Высшие растения делятся на травяные и древесные, соответственно выделяют два типа строения стебля. Отличительной чертой древесных растений является постоянный рост в толщину, который останавливается только при гибели организма. Травянистые растения ограничены в росте из-за особенностей жизненного цикла. Существенных же различий в строении стеблей растений нет. Стебель – это ось побега, с расположенными на нем листьями, почками. Строение стебля может быть первичным — при формировании нового растения, когда клетки еще не дифференцированы (у однодольных остается на всю жизнь). Для двудольных и голосеменных характерно быстрое изменение первичного стебля, как следствие образуется вторичное строение стебля (из-за действия камбия и феллогена). Из чего состоит стебель Строение стебля древесного растения включает 5 отделов: Пробка; луб; камбий; древесина; сердцевина. Пробка У только проросших растений внешний слой представлен кожицей, которая, за определенное время, заменяется на пробку. Кожица защищает стебель от испарений влаги и действия вредоносных микроорганизмов, которые приводят к заболеваниям растений. На поверхности расположены устьица, необходимые для эффективного газообмена. Непосредственное поглощение кислорода осуществляется благодаря чечевичкам – небольшие бугорки на коре, оснащены отверстием. Образуются из клеток с большим межклеточным пространством. Под кожицей располагаются зеленые клетки (в них находятся хлоропласты). После формирования пробки преобразуются в белые и относятся уже к лубу. Функции клеток наружного покрова стебля: фотосинтезирующая, защитная, газообмена. Луб Луб делится на мягкий (включает проводящую систему и паренхиматозные структуры) и твердый. Окрас – белесоватый, выделяют такие единицы строения луба: ситовидные трубки, лубяные волокна, клетки основной ткани. Ситовидные трубки – это совокупность клеток, имеющих не поверхности множество отверстий, через которые протекают органические вещества. Лубяные волокна – это механическая ткань, имеет клетки вытянутой формы, с плотной стенкой. Придает растениям гибкости и прочности. Камбий Между наружным и внутренним шаром клеток находится образовательная сосудистая ткань – камбий. Прекамбий первичной структуры растения служит основой для формирования ткани. Клетки камбия имеют вытянутую форму, цитоплазма окрашена в зеленый цвет, ядро веретенообразное. На срезе можно увидеть циркулярный слой образовательной ткани, но истинные камбиальные клетки образуют однослойный шар, потому что после деления только одна клетка сохраняет свойства исходной. Строение стебля Внутреннее строение стебля Древесина Древесина – это главная составляющая стебля. Плотная, широкая, в ее составе видны клетки разного типа и размера. Выделяют такие части: сосудистую ткань, трахеиды, древесные волокна. Сосуды сформировались из соединенных трубчатых клеток размещенных друг на друге, стенки между ними частично растворились, поэтому жидкость может свободно передвигаться. Основные функции сосудов стебля – это перемещение растворенных солей, питательных веществ из корня в листья, новые побеги. Трахеиды представляют собой систему отмерших клеток с межклеточными порами, по которым идет ток жидкости. Скорость движения растворенных веществ ниже, чем в проводящих тканях. Древесные волокна состоят из паренхиматозных клеток, которые накапливают питательные вещества и толстостенных, выполняющих опорную функцию. Сердцевина Сердцевина – располагается в центре ствола, формируется из крупных живых и омертвевших клеток. Живая ткань содержит дубильные вещества. Мелкие клетки, расположенные возле древесины, накапливают сахара, крахмал. Какую функцию выполняет сердцевина стебля? Основная функция сердцевины стебля – запасание питательных веществ, необходимых для роста растений. В сердцевине есть эфирные масла (бук), смолы, дубильные вещества (чайный куст). В некоторых растений (в корневище, клубнях) клетки сердцевины сохраняют функцию меристемы (образовательной ткани, способной к делению всю жизнь). Внутреннее строение стебля Какие функции выполняет стебель 1. Опорная – стебель это стержень растения, осуществляет его поддержку; место для роста листьев, цветков; 2. проводящая – транспорт растворенных веществ от корневой системы к листьям и веткам, новым побегам; 3. запасающая – обеспечивает постоянное наличие внутри стебля воды и питательных веществ; 4. защитная – защищает от действия опасных агентов, поедания животными (развиваются колючки, шипы); 5. вегетативного размножения – для отдельных растений (цитрусовые, ананас) единственный способ получения потомства; 6. фотосинтез – наличие хлоропластов в зеленых клетках дает возможность участвовать в процессах преобразования энергии; 7. ассимиляция органических веществ, пример кактусы, у которых стебель на себя берет функцию листьев; 8. осевая (механическая) – выносит растение к солнцу (листья — для фотосинтеза, цветки – для опыления). Рост стебля Рост стебля в толщину происходит за счет наличия образовательной ткани (камбия). Благоприятными условиями для утолщения ствола являются наличие тепла и достаточной влаги, в зимний период размножение клеток не происходит. Толщина кадмия не изменяется в процессе деления, так как из двух новообразованных клеток только одна остается в структуре образовательной ткани, а другая переходит к древесине или лубу. Число клеток отошедших к центральной части стебля превышает численность клеток доставшихся лубу в четыре раза. Годичные кольца, которые видны на поперечном срезе стебля, формируются из-за разной формы клеток образованных в весенний период и осенний. После весеннего пробуждения кадмий начинает активно делиться, образуя крупные клетки с тонкими стенками. С наступлением лета, а особенно осени клетки становятся мельче. Зимой деление образовательной ткани не происходит, а весной снова включается процесс размножения клеток крупных размеров. Такое клеточное чередование легко прослеживается на срезах деревьев. Таким образом, подсчитывают их возраст. Годичные кольца деревьев С помощью годичных колец судят о погоде в определенный год. Если кольцо широкое, то дерево получало много влаги и солнечного тепла, если – узкое, то в весенне-осенний период было мало дождей. Также с южной стороны наблюдается более широкая часть кольца, потому что дерево здесь получало больше тепла. Рост стебля в высоту осуществляется с помощью меристемы конуса нарастания (верхушечной почки). Клетки нижней части конуса дают начало образованию листьев. После чего клетки начинают свой рост, прекращая деление. Увеличение размеров клеток идет за счет разрастания вакуолей. Если стебель будет сломан или искусственно лишен верхушечной почки, рост в высоту прекращается, начинают развиваться боковые побеги. Расположение листьев на стебле Участки стебля, на которых развиваются листья, называются узлами. С одного узла может расти несколько листьев, этим определяется их расположение. Очередное – из одного узла прорастает один лист, размещены они на стебле спирально, не препятствуют поступлению солнечного света на нижерасположенные листья (береза). Супротивное – два листа находятся в одном узле, противоположно друг другу (мята). Мутовчатое – один узел имеет три или больше листьев, такое расположение встречается довольно редко (вороний глаз). Расположение листьев на стебле Типы расположения почек на стебле Верхушечное – почка находится на верхушке побега. Боковое расположение делится на пазушное и придаточное. Пазушные почки образуются в пазухах листьев, их количество соответствует числу листьев на стебле, а придаточные почки расположены на междуузелковых участках, корне, листьях. С их помощью осуществляется вегетативное размножение растений. Типы роста стебля Встречаются растения с прямостоячими стеблями – растут перпендикулярно относительно почвы (подсолнух, береза); Ползучими – распространяются по земле, укореняясь в узлах (земляника); Вьющимися – также стелются по субстрату, но не укореняются в узлах (хмель); Лазающими, имеющие усики (вспомнить можно фильм «Джек и бобовый стебель» и характерный вид стебля бобового растения, который, разветвляясь, достигал небес); Укороченными у одуванчика, подорожника. Разнообразие стеблей Форма стебля бывает: цилиндрической; трехгранной; многогранной; сплющенной. 2. Водоросли, их характеристика и классификация. Общая характеристика. Водоросли – большая сборная группа фотосинтезирующих, преимущественно водных, фотоавтотрофных эукариотических растений. Для большинства водорослей характерно: в основном водная среда обитания, но большое число видов встречается и на суше (на поверхности почвы, влажных камнях, коре деревьев и т.д.). Большинство водорослей находится в толще воды во взвешенном состоянии или активно плавает (фитопланктон), некоторые ведут прикрепленный образ жизни (фитобентос). Зеленые водоросли обитают в прибрежной зоне на небольшой глубине, бурые содержат пигменты, позволяющие им жить на глубине до 50 м, а набор фотосинтетических пигментов красных водорослей позволяет им обитать на глубине100-200 м, а отдельные представители обнаружены на глубине до 500 м. Тело водорослей может быть одноклеточным, колониальным или многоклеточным. Если это многоклеточный организм, то его тело не дифференцировано на органы и ткани и называется таллом, или слоевище. У сложно организованных водорослей может наблюдаться элементарная дифференцировка тела, имитирующая органы высших растений – появляются ризоиды, стеблевидные и листовидные образования. Строение клеток. Клетки большинства водорослей имеют клеточную стенку, образованную целлюлозой и пектином (только у примитивных подвижных одноклеточных и колониальных водорослей, у зооспор и гамет клетки ограничены лишь плазмалеммой), клеточная стенка почти всегда покрыта слизью. Протопласт клеток состоит из цитоплазмы, одного или нескольких ядер и хроматофоров (пластид), содержащих хлорофилл и другие пигменты; в хроматофорах имеются особые образования – пиреноиды – белковые тельца, вокруг которых накапливается крахмал, образующийся в процессе фотосинтеза. Вакуоли, как правило, хорошо развиты; иногда (особенно в подвижных клетках) имеются особые сократительные вакуоли; большинство подвижных водорослей имеют жгутики и светочувствительное образование – глазок, или стигму, благодаря которому водоросли обладают фототаксисом (способностью к активному движению всего организма по направлению к свету). Питание автотрофное, но имеются виды сапрофиты и паразиты. Размножение бесполое и половое, бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор (подвижных) или спор (неподвижных). Бесполое размножение также может осуществляться с помощью вегетативного размножения путем фрагментации таллома, деления клеток одноклеточных водорослей, у колониальных водорослей – за счет распада колоний. Половое размножение происходит путем образования множества специализированных половых клеток – гамет и их слияния (оплодотворения), что представляет собой половой процесс. В результате слияния образуется зигота, которая покрывается толстой защитной оболочкой. После периода покоя (реже сразу же) зигота прорастает в новую особь, образующуюся в основном путем мейотического деления (зиготическая редукция). Этим завершается половое размножение. Формы полового процесса водорослей – изогамия, гетерогамия, оогамия. Для некоторых водорослей половой процесс осуществляется в форме конъюгации. У высокоорганизованных водорослей гаметы развиваются в специальных органах полового размножения: яйцеклетки – в оогониях, сперматозоиды – в антеридиях. У диплоидных водорослей происходит спорическая редукция – мейоз происходит при образовании зооспор, из которых развиваются гаметофиты. Гаметофиты митотически образуют гаметы, и при образовании зиготы образуется диплоидная водоросль, формирующая споры – спорофит. У гаплоидных водорослей споры и гаметы могут развиваться в клетках одной и той же особи, митотически. Многообразие. Обычно водоросли подразделяют на несколько отделов: красные (выделяемые в самостоятельное подцарство Багрянки), бурые, зеленые, золотистые, желто-зеленые, диатомовые, харовые и эвгленовые водоросли (образуют подцарство Настоящие водоросли). Билет №7 1. Почки, почкорасположение. Почка - орган побега, который обеспечивает его верхушечное нарастание и ветвление. Строение почки: почечные чешуи, зачаточные листья, зачатки боковых побегов, конус нарастания. По внешнему строению открытые – голые (гордовина) и закрытые-одеты почечными чешуями. По состоянию — растущие (весна), покоящиеся (осень), спящие (зима). Покой почки - сезонное явление. Спящие почки способны не распускаться достаточно долго. У дуба они "спят" до 100 лет, у березы — до 50, у осины — 40, у жимолости — 35, у боярышника — 25 лет. По расположению почки могут быть верхушечными и пазушными и придаточными Верхушечные - обеспечивают рост в длину. Пазушные (боковые)- находятся в пазухах листьев. В пазухе одного листа может находиться 1 или несколько почек. Придаточные - обычно находятся в междоузлиях (каланхое, папоротники).Придаточные почки развиваются на пнях после вырубки многих древесных пород, образуя так называемую пневую поросль. Она бывает у дуба, вяза, березы, липы, лещины. В образовании пневой поросли участвуют и спящие почки. По внутреннему строению: вегетативные и генеративные и смешанные. Вегетативная почка-состоит из укороченного стебля и расположенных на нём зачаточных листьев. Генеративная (цветочная)-кроме листьев находятся зачатки цветков или одного цветка. Отличаются от вегетативной: размерами и формой. Они более крупные. Зачаток одногоцветка- бутон. Кончик зачаточного стебля – конус нарастания. В смешанных почках одинаково хорошо сформированы как вегетативная, так и репродуктивная части (сирень). Почкорасположение: Супротивное: одиночное(сирень, клён, каштан) сериальное( жимолость татарская) в пазухе листа несколько почек, вертикально расположенных. Очередное: одиночное (липа, яблоня) сериальное( орех маньчжурский) коллатеральное (тёрн) в пазухе листа несколько почек, расположенных горизонтально. Мутовчатое — от каждого узла отходят три или более листовые пазухи, имеющие по одной почке (олеандр, сосна). 2. Бактерии: питание и роль в природе и жизни человека. Бактерии это самый древний организм на земле, а также самый простой в своем строении. Он состоит всего из одной клетки, которую можно увидеть и изучить только под микроскопом. Характерным признаком бактерий является отсутствие ядра, вот почему бактерии относят к прокариотам. Некоторые виды образовывают небольшие группы клеток, такие скопления могут быть окружены капсулой (чехлом). Размер, форма и цвет бактерии сильно зависит от окружающей среды. По форме бактерии различаются на: палочковидные (бациллы), сферические (кокки) и извитые (спириллы). Встречаются и видоизмененные – кубические, С-образные, звездчатые. Их размеры колеблются от 1 до 10мкм. Отдельные виды бактерий могут активно передвигаться при помощи жгутиков. Последние иногда превышают размер самой бактерии в два раза. Виды форм бактерий Для движения бактерии используют жгутики, количество которых бывает различное – один, пара, пучок жгутиков. Расположение жгутиков также бывает разным – с одной стороны клетки, по бокам или равномерно распределены по всей плоскости. Также одним из способов передвижения считается скольжение благодаря слизи, которой покрыт прокариот. У большинства внутри цитоплазмы есть вакуоли. Регулировка ёмкости газа в вакуолях помогает им двигаться в жидкости вверх или вниз, а также перемещаться по воздушных каналах почвы. Ученые открыли более 10 тысяч разновидностей бактерий, но по предположениям научных исследователей в мире существует их более миллиона видов. Общая характеристика бактерий дает возможность определиться с их ролью в биосфере, а также изучить строение, виды и классификацию царства бактерий. Места обитания Простота строения и быстрота адаптации к окружающим условиям помогла бактериям распространиться в широком диапазоне нашей планеты. Они существуют везде: вода, почва, воздух, живые организмы – всё это максимально приемлемое место обитания для прокариотов. Бактерии находили как на южном полюсе, так и в гейзерах. Они есть на океанском дне, а также в верхних слоях воздушной оболочки Земли. Бактерии живут везде, но их количество зависит от благоприятных условий. К примеру, большая численность видов бактерий проживает в открытых водоемах, а также почве. Особенности строения Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида. У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны. Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид. Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу. Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры. Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями. На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками. Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор. Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы: Рибосомы; мезосомы; аминокислоты; ферменты; пигменты; сахар; гранулы и включения; нуклеоид. Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом. Размножение В условиях, благоприятных для размножения, оно осуществляется почкованием или вегетативно. Бесполое размножение происходит в такой последовательности: 1. Клетка бактерии достигает максимального объема и содержит необходимый запас питательных веществ. 2. Клетка удлиняется, посередине появляется перегородка. 3. Внутри клетки происходит дележ нуклеотида. 4. ДНК основная и отделенная расходятся. 5. Клетка делится пополам. 6. Остаточное формирование дочерних клеток. При таком способе размножения нету обмена генетической информацией, поэтому все дочерние клетки будут точной копией материнской. Процесс размножения бактерий в неблагоприятных условиях более интересен. О способности полового размножения бактерий ученые узнали сравнительно недавно – в 1946 году. У бактерий нет разделения на женские и половые клетки. Но ДНК у них встречается разнополое. Две такие клетки при приближении друг к другу образовывают канал для передачи ДНК, происходит обмен участками – рекомбинация. Процесс довольно длительный, результатом которого являются две совершенно новые особи. Большинство бактерий очень сложно увидеть под микроскопом, так как они не имеют своей окраски. Немногие разновидности имеют пурпурный или зеленый окрас, благодаря содержанию в них бактериохлорофилла и бактериопурпурина. Хотя если рассматривать некоторые колонии бактерий, становится ясно, что они выделяют окрашиваемые вещества в среду обитания и приобретают яркую окраску. Для того, чтобы подробней изучать прокариотов, их окрашивают. Фотографии бактерий под микроскопом Классификация Классификация бактерий может быть основана на таких показателях, как: Форма способ передвижения; способ получения энергии; продукты жизнедеятельности; степень опасности. По способу питания бывают бактерии автотрофы или гетеротрофы. Автотрофные бактерии пребывают в основном в почве. Гетеротрофы различают такие, как: симбионты, паразиты и сапрофиты. Бактерии симбионты живут в содружестве с иными организмами. Бактерии паразиты ничего не производят, поэтому питаются тем, что произвел организм хозяина, либо питается тканями другого организма. Бактерии сапрофиты проживают на уже отмерших организмах, продуктах и органических отходах. Они способствуют процессам гниения и брожения. Гниение очищает природу от трупов и других отходов органического происхождения. Без процесса гниения не было бы круговорота веществ в природе. Так в чем же состоит роль бактерий в круговороте веществ? Бактерии гниения — это помощник в процессе расщепления белковых соединений, а также жиров и других соединений, содержащих в себе азот. Проведя сложную химическую реакцию, они разрывают связи между молекулами органических организмов и захватывают молекулы белка, аминокислот. Расщепляясь, молекулы высвобождают аммиак, сероводород и другие вредные вещества. Они ядовиты и могут вызывать отравление у людей и животных. Бактерии гниения быстро размножаются в благоприятных для них условиях. Так как это не только полезные бактерии, но и вредные, то чтобы не допустить преждевременного гниения у продуктов, люди научились их обрабатывать: сушить, мариновать, солить, коптить. Все эти способы обработки убивают бактерии и не дают им размножаться. Бактерии брожения при помощи ферментов способны расщеплять углеводы. Эту способность люди заметили еще в древние времена и используют такие бактерии для изготовления молочнокислых продуктов, уксусов, а также других продуктов питания до сих пор. Кроме полезных, существуют также и патогенные бактерии. Их жизнедеятельность базируется на паразитизме в организме животных, растений и даже человека. Они вызывают серьезные инфекционные болезни, примером может служить туберкулез, сифилис, язву (сибирскую и язву желудка), дифтерию, чуму и многие другие не менее тяжелые заболевания. Бактерии, трудясь в совокупности с другими организмами, делают очень важную химическую работу. Очень важно знать какие есть виды бактерий и какую пользу или вред приносят для природы. Значение в природе и для человека Выше уже отмечалось большое значение многих видов бактерий (при процессах гниения и различных типах брожения), т.е. выполнение санитарной роли на Земле. Бактерии также играют огромную роль в круговороте углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, кальция и других элементов. Многие виды бактерий способствуют активной фиксации атмосферного азота и переводят его в органическую форму, способствуя повышению плодородия почв. Особо важное значение имеют те бактерии, которые разлагают целлюлозу, являющиеся основным источником углерода для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в образовании нефти и сероводорода в лечебных грязях, почвах и морях. Так, насыщенный сероводородом слой воды в Черном море является результатом жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Деятельность этих бактерий в почвах приводит к образованию соды и содового засоления почвы. Сульфатредуцирующие бактерии переводят питательные вещества в почвах рисовых плантаций в такую форму, которая становится доступной для корней этой культуры. Эти бактерии могут вызывать коррозию металлических подземных и подводных сооружений. Благодаря жизнедеятельности бактерий почва освобождается от многих продуктов и вредных организмов и насыщается ценными питательными веществами. Бактерицидные препараты успешно используются для борьбы с многими видами насекомых-вредителей (кукурузным мотыльком и др.). Многие виды бактерий используются в различных отраслях промышленности для получения ацетона, этилового и бутилового спиртов, уксусной кислоты, ферментов, гормонов, витаминов, антибиотиков, белкововитаминных препаратов и т.д. Без бактерий невозможны процессы при дублении кожи, сушке листьев табака, выработке шелка, каучука, обработке какао, кофе, мочении конопли, льна и других лубоволокнистых растений, квашении капусты, очистке сточных вод, выщелачивании металлов и т.д. Билет №8 1. Зоны корня. Корень – осевой орган, обладающий способностью к неограниченному росту и свойством положительного геотропизма. Функции корня. Корень выполняет несколько функций, остановимся на основных: 1. Укрепление растения в почве и удержание надземной части растения; 2. Поглощение воды и минеральных веществ; 3. Проведение веществ; 4. Может служить местом накопления запасных питательных веществ; 5. Может служить органом вегетативного размножения. Рис. Виды корней: 1 – главный корень; 2 – придаточные корни; 3 – боковые корни Морфология корня. По происхождению корни делят на главный, боковые и придаточные (рис. ). Главный корень – корень, развивающийся из зародышевого корешка. Для него характерен неограниченный рост и положительный геотропизм. Главный корень обладает наиболее активной верхушечной меристемой. Боковые корни – корни, развивающиеся на другом корне любого происхождения и являющиеся образованиями второго и последующих порядков ветвления. Образование этих корней начинается с деления клеток специальной меристемы – перицикла, расположенного на периферии центрального цилиндра корня. Придаточные корни – корни, развивающиеся от стеблей, листьев, старых корней. Появляются за счет деятельности вторичных меристем. Зоны молодого корня. Зоны молодого корня – это разные части корня по длине, выполняющие неодинаковые функции и характеризующиеся определенными морфологическими особенностями. У молодого корня обычно различают 4 зоны (рис. 9): Зона деления. Верхушка корня, длиной 1-2 мм и называется зоной деления. Здесь и находится первичная апикальная меристема корня. За счет деления клеток этой зоны происходит постоянное образование новых клеток. Апикальная меристема корня защищена корневым чехликом. Он образован живыми клетками, постоянно образующимися за счет меристемы. Часто содержат зерна крахмала (обеспечивают положительный геотропизм). Наружные клетки продуцируют слизь, которая облегчает продвижение корня в почве. Зона роста, или растяжения. Протяженность зоны – несколько миллиметров. В этой зоне клеточные деления практически отсутствуют, клетки максимально растягиваются за счет образования вакуолей. Зона всасывания, или зона корневых волосков. Протяженность зоны – несколько сантиметров. Здесь происходит дифференциация и специализация клеток. Здесь уже различают наружный слой эпиблемы (ризодермы) с корневыми волосками, слой первичной коры и центральный цилиндр. Корневой волосок представляет собой боковой вырост клетки эпиблемы (ризодермы). Почти всю клетку занимает вакуоль, окруженная тонким слоем цитоплазмы. Вакуоль создает высокое осмотическое давление, за счет которого вода с растворенными солями поглощается клеткой. Длина корневых волосков до 8 мм. В среднем на 1 мм2 поверхности корня образуется от 100 до 300 корневых волосков. В результате суммарная площадь зоны всасывания больше площади поверхности надземных органов (у растения озимой пшеницы в 130 раз, например). Поверхность корневых волосков ослизняется и склеивается с частицами почвы, что облегчает поступление воды и минеральных веществ в растение. Поглощению способствует и выделение корневыми волосками кислот, растворяющих минеральные соли. Корневые волоски недолговечны, отмирают через 10-20 дней. На смену отмерших (в верхней части зоны) приходят новые (в нижней части зоны). За счет этого зона всасывания всегда находится на одинаковом расстоянии от кончика корня, и все время перемещается на новые участки почвы. Зона проведения находится выше зоны всасывания. В этой зоне вода и минеральные соли, извлеченные из почвы, передвигаются от корней вверх к стеблю и листьям. Здесь же за счет образования боковых корней происходит ветвление корня. Первичное и вторичное строение корня. Первичное строение корня формируется за счет первичных меристем, характерно для молодых корней всех групп растений. На поперечном срезе корня в зоне всасывания можно различить три части: эпиблему, первичную кору и центральный осевой цилиндр (стелу) (рис. 10). У плаунов, хвощей, папоротников и однодольных растений сохраняется в течение всей жизни. Эпиблема, или кожица – первичная покровная ткань корня. Состоит из одного ряда плотно сомкнутых клеток, в зоне всасывания имеющих выросты – корневые волоски. Первичная кора представлена тремя четко отличающимися друг от друга слоями: непосредственно под эпиблемой располагается экзодерма, наружная часть первичной коры. По мере отмирания эпиблемы оказывается на поверхности корня и в этом случае выполняет роль покровной ткани: происходит утолщение и опробковение клеточных оболочек, и отмирание содержимого клеток. Под экзодермой располагается мезодерма, основной слой клеток первичной коры. Здесь происходит передвижение воды в осевой цилиндр корня, накапливаются питательные вещества. Самый внутренний слой первичной коры – эндодерма, образованная одним слоем клеток. У двудольных растений клетки эндодермы имеют утолщения на радиальных стенках (пояски Каспари), пропитанные непроницаемым для воды жироподобным веществом – суберином. У однодольных растений в клетках эндодермы образуются подковообразные утолщения клеточных стенок. Среди них встречаются живые тонкостенные клетки – пропускные клетки, также имеющие пояски Каспари. Клетки эндодермы с помощью живого протопласта контролируют поступление воды и растворенных в ней минеральных веществ из коры в центральный цилиндр и обратно органических веществ. Центральный цилиндр, осевой цилиндр, или стела. Наружный слой стелы, примыкающий к эндодерме, называется перицикл. Его клетки долго сохраняют способность к делению. Здесь происходит заложение боковых корешков. В центральной части осевого цилиндра находится сосудисто-волокнистый пучок. Ксилема образует звезду, а между ее лучами располагается флоэма. Количество лучей ксилемы различно – от двух нескольких десятков. У двудольных до пяти, у однодольных – пять и более пяти. В самом центре цилиндра могут находиться элементы ксилемы, склеренхима или тонкостенная паренхима. Рис. . Внутреннее строение корня. А – первичное и вторичное строение корня; Б – внутреннее строение корня однодольного растения; В – внутренне строение корня двудольного растения. 1 – эпиблема; 2 – первичная кора; 3 – перицикл; 4 – флоэма; 5 – ксилема; 6 – камбий; 7 – стела; 8 – эндодерма; 9 – пропускные клетки эндодермы. Вторичное строение корня. У двудольных и голосеменных растений первичное строение корня сохраняется недолго. В результате деятельности вторичных меристем формируется вторичное строение корня. Процесс вторичных изменений начинается с появления прослоек камбия между флоэмой и ксилемой. Камбий возникает из слабо дифференцированной паренхимы центрального цилиндра. Внутрь он откладывает элементы вторичной ксилемы (древесины), наружу элементы вторичной флоэмы (луба). Сначала прослойки камбия разобщены, затем смыкаются, образуя сплошной слой. При делении клеток камбия исчезает радиальная симметрия, характерная для первичного строения корня. В перицикле возникает пробковый камбий (феллоген). Он откладывает наружу слои клеток вторичной покровной ткани – пробки. Первичная кора постепенно отмирает и слущивается. Рис. 11. Типы корневых систем. Корневые системы. Корневая система – это совокупность всех корней растения. В образовании корневой системы участвуют главный корень, боковые и придаточные корни. По форме различают 2 основных типа корневых систем (рис. 11): Стержневая корневая система – корневая система с хорошо выраженным главным корнем. Характерна для двудольных растений. Мочковатая корневая система – корневая система, образованная боковыми и придаточными корнями. Главный корень растет слабо и рано прекращает свой рост. Типична для однодольных растений. Физиология корня. Корень обладает неограниченным ростом. Растет он верхушкой, на которой располагается апикальная меристема. Возьмем 3-4 дневные проростки семян фасоли, нанесем на развивающийся корень тушью тонкие метки на расстоянии 1 мм друг от друга и поместим их во влажную камеру. Через несколько дней можно обнаружить, что расстояние между метками на кончике корня увеличилось, в то время как в более высоко расположенных участках корня оно не меняется. Этот опыт доказывает верхушечный рост корня (рис. 12). Данный факт используется в практической деятельности человека. При пересадке рассады культурных растений проводят пикировку – удаление верхушки корня. Эта приводит к прекращению роста главного корня и вызывает усиленное развитие боковых корней. В результате всасывающая площадь корневой системы значительно увеличивается, все корни располагаются в верхних наиболее плодородных слоях почвы, что приводит к увеличению урожайности растений. Поглощение корнем и передвижение воды и минеральных веществ. Поглощение из почвы и передвижение к наземным органам воды и минеральных веществ – одна из важнейших функций корня. Эта функция возникла у растений в связи с выходом на сушу. Строение корня приспособлено для поглощения воды и элементов питания из почвы. Вода попадает в тело растения через ризодерму, поверхность которой сильно увеличена благодаря наличию корневых волосков. В этой зоне в стеле корня формируется проводящая система корня – ксилема, необходимая для обеспечения восходящего тока воды и минеральных веществ. Поглощение воды и минеральных веществ растением происходит независимо друг от друга, так как эти процессы основаны на различных механизмах действия. Вода проходит в клетки корня пассивно, а минеральные вещества поступают в клетки корня в основном в результате активного транспорта, идущего с затратами энергии. Вода поступает в растение в основном по закону осмоса. Корневые волоски имеют огромную вакуоль, обладающую большим осмотическим потенциалом, который обеспечивает поступление воды из почвенного раствора в корневой волосок. Видоизменения корней. Часто корни выполняют и другие функции, при этом возникают различные видоизменения корней. Запасающие корни. Часто корень выполняет функцию накопления запаса питательных веществ. Такие корни называют запасающими. От типичных корней они отличаются сильным развитием запасающей паренхимы, которая может находиться в первичной (у однодольных) или вторичной коре, а также в древесине или сердцевине (у двудольных). Среди запасающих корней различают корневые клубни и корнеплоды. Корневые клубни характерны как для двудольных, так и для однодольных растений, и образуются в результате видоизменения боковых или придаточных корней (чистяк, ятрышник, любка). Вследствие ограниченного роста в длину они могут иметь овальную, веретеновидную форму и не ветвятся. У большинства видов двудольных и однодольных клубень является лишь частью корня, а на остальном протяжении корень имеет типичное строение и ветвится (батат, георгина, лилейник). Корнеплод образуется, в основном, в результате утолщения главного корня, но его образовании принимает участие и стебель. Корнеплоды характерны и для многих культурных овощных, кормовых и технических двулетних растений, и для дикорастущих травянистых многолетних растений (цикорий, одуванчик, женьшень, хрен). Чаще всего корнеплоды образуются в результате вторичного утолщения корней (морковь, пастернак, петрушка, сельдерей, репа, редька, редис). При этом запасающая ткань может развиваться как в ксилеме, так и в флоэме. В утолщении главного корня может принимать участие и перицикл, формируя добавочные камбиальные кольца (у свеклы). Растения, растущие на болотах, часто образуют корни, растущие вверх – дыхательные корни, пневматофоры. В таких корнях хорошо развита воздухоносная паренхима. Таким образом, корни болотных растений получают достаточное количество кислорода. Рис 12. Видоизменения корней. 1 – опорные корни кукурузы; 2 – корни-зацепки плюща; 3 – корневая часть корнеплода; 4 – стеблевая часть корнеплода; 5 – воздушные корни орхидей; 6 – корнеклубни; 7 – клубеньки на корнях гороха; 8 – досковидные опорные корни; 9 – корни-подпорки баньяна; 10 – корни присоски полупаразита омелы. Растения-эпифиты, произрастающие на других растениях высоко над землей (но не паразитирующие на них, например, многие виды орхидей) образуют воздушные корни, которые полностью находятся в воздухе. Такие воздушные корни образуют на поверхности веламен – слой губчатой гигроскопической ткани, поглощающей влагу, находящейся в воздухе. У индийского дерева баньян корни, которые образуются на ветвях, достигают земли и служат опорой ветвям, такие корни называют корнями-подпорками. У мангровых деревьев в связи с приливами и отливами сформировались ходульные корни. Интересны досковидные корни, выполняющие функцию опоры, корни-прицепки у плюща, с помощью которых это растение может подниматься по вертикальной стене. Корни-присоски растений паразитов и полупаразитов врастают в корни растения-хозяина. У многих луковичных растений корни способны сокращаться на 10-70% от первоначальной длины и осенью втягивать луковицу глубже в почву. Такие втягивающие корни спасают луковицу от промерзания в зимний период. В корнях многих растений (бобовых, березовых, лоховых и др.) могут поселяться клубеньковые бактерии, которые вызывают разрастание клеток паренхимы и образование клубеньков. Эти бактерии – активные азотфиксаторы, они поглощают из воздуха атмосферный азот, который становится доступен растениям. В воздухе около 79% азота, но растения не способны его использовать для синтеза аминокислот, азотистых основания и поглощают азот из почвы. Растения, живущие в симбиозе с клубеньковыми бактериями не испытывают недостатка в азоте, содержат много белка и при отмирании обогащают почву азотом. Клевер или люцерна, например, накапливают в клубеньках до 300 кг/га азота в год. 2. Влияние внешних факторов на развитие растений. На рост растений влияют следующие факторы внешней среды: температура (величина, периодичность); влажность; минеральные вещества; газовый состав воздуха; механические воздействия; свет (интенсивность, качество, продолжительность, периодичность); сила тяжести и др. 1. Свет. Органы растений, растущие без света называют этиолированными. При недостатке света у растений происходят глубокие анатомические и физиологические изменения: плохо развиваются механические ткани, устьица, не развита столбчатая паренхима, отсутствуют хлоропласты, выражены длинные междоузлия. При освещении таких органов происходит остановка удлинения междоузлий, формирование механических тканей, синтез хлорофилла и др. Большое влияние на рост оказывает спектральный состав света: а) коротковолновая часть света стимулирует процессы деления клеток, но задерживает фазу растяжения клеток; б) длинноволновая часть подавляет деление клеток, процессы развития и формирования листьев, стебли вытягиваются, отличаются рыхлостью, полное отсутствие механических тканей, усиливается линейный рост клеток. Фотопериодизм – общее свойство всех живых организмов реагировать на суточный ритм освещения, то есть на соотношение светлого и темного периода суток. Фотопериодизм выражается в изменение процессов роста и развития. По особенностям фотопериодизма зеленые растения подразделяются на: 1) растения длинного дня – которым для нормального происхождения всех стадий развития требуется длинный световой день – не менее 12 часов (лен, пшеница и др.); 2) растения короткого дня – полностью развиваются только при коротком световом дне (просо, кукуруза, виноград, хлопчатник); 3) нейтральные растения – развитие которых не зависит от продолжительности светового и темнового периодов (подсолнечник, гречиха, горох). Фотопериодизм – важная адаптация, обеспечивающая заблаговременную подготовку к неблагоприятным зимним условиям, к периоду покоя и зависит от спектрального состава света. 2. Температура. Для растений разных климатических зон характерны свои температурные минимумы, оптимумы и максимумы. Различают три кардинальные точки влияния температур на растения: ► минимальная – точка ниже которой ростовые процессы прекращаются; ► максимальная – точка, выше которой ростовые процессы прекращаются; ► оптимальная – наиболее интенсивно идут процессы роста. Оптимальная температура наиболее благоприятна для роста. У растений умеренной климатической зоны повышение температуры до 30-35 °С вызывает ускорение роста, выше – тормозит. На различных стадиях развития потребность в тепле различна. Устойчивость к низким температурам – важное приспособительное свойство. 3. Газовый состав воздуха. Концентрация кислорода большей частью не влияет на скорость роста, даже при затоплении рост некоторое время продолжается за счет использования кислорода воздухоносных тканей и нитратов. Увеличение концентрации углекислого газа до 0,3% вызывает усиление роста за счет ускорения процессов фотосинтеза, свыше – замедляет и прекращает рост. 4. Водный режим. Только в насыщенных водой клетках нормально протекают все процессы. Недостаток воды подавляет рост, для таких органов характерна мелкоклеточность, длительный избыток воды вызывает остановку роста. 5. Минеральное питание. Азот – ускоряет рост, но задерживает дифференцировку тканей, закладку цветков. Калий, бор существенного влияния на рост не оказывает, но ускоряют цветение. Билет № 9 1. Типы корневых систем. По форме различают стержневую и мочковатую корневые системы. Рис. 11. Типы корневых систем. В стержневой корневой системе главный корень сильно развит и хорошо заметен среди остальных корней. В мочковатой корневой системе главный корень незаметен или его нет, а корневая система составлена многочисленными придаточными корнями (рис. 11). Корень обладает потенциально неограниченным ростом. Однако в естественных условиях рост и ветвление корней ограничены влиянием других корней и почвенных экологических факторов. Основная масса корней располагается в верхнем слое почвы (15 см), наиболее богатом органическими веществами. Корни деревьев углубляются в среднем на 10-15 м, а в ширину распространяются обычно за пределы радиуса крон. Корневая система кукурузы заходит на глубину около 1,5 м и примерно на 1 м во все стороны от растения. Рекордная глубина проникновения корней в почву отмечена у пустынного мескитового кустарника – более 53 м. 2. Понятие о росте и развитии растений. В основе роста и развития целого организма и отдельной клетки лежит обмен веществ. В процессе жизни каждого организма происходят постоянные качественные и количественные изменения, прерываемые лишь периодами относительного покоя. Необратимое количественное увеличение структур, объема и массы живого тела и его частей получило название роста. Развитие - это качественные изменения организма и его составляющих. Рост и развитие тесно связаны между собой, как правило, протекают параллельно, но не сводимы друг к другу. Оба процесса регулируются на клеточном уровне. Рост отдельных органов и всего организма слагается из роста его клеток. Основные этапы роста, а также и развития на клеточном уровне - деление клеток и их растяжение, т.е. увеличение размеров в длину. Постепенное увеличение линейных размеров, объема и массы клеток - важнейшие показатели роста. В многоклеточных организмах одним из показателей роста является увеличение числа клеток в результате клеточного деления. Растительная клетка способна к росту растяжением, чему содействуют особенности строения ее стенки. Длительность роста растяжением клеток различных тканей неодинакова. У части тканей, стенки которых способны к вторичным изменениям, рост растяжением на определенном этапе прекращается и наступает вторая фаза роста, при которой рост осуществляется путем наложения новых слоев на первичную оболочку или внедрением в нее. Особенности роста различны у разных систематических групп организмов. У высших растений рост тесно связан с деятельностью меристем. Рост, так же как и развитие, контролируется фитогормонами. Помимо влияния фитогормонов на рост и развитие растения, заметное воздействие оказывают факторы среды, особенно свет, тепло и влага. Комплекс этих факторов и фитогормонов действует либо независимо, либо взаимодействуя друг с другом. Интенсивность роста существенным образом связана с питанием растений, особенно с азотным и фосфорным. Типы роста различных органов определяются характером расположения меристем. Стебли и корни растут верхушками, т.е. имеют апикальный рост. Зона нарастания листьев часто находится у их основания, и они имеют базальный рост. Нередко характер роста органа зависит от видовой специфичности. У злаков, например, рост стебля осуществляется у основания междоузлий, когда преобладает интеркалярный рост. Важная особенность роста растений - его ритмичность, т.е. чередование процессов интенсивного и замедленного роста. Она зависит не только от изменений внешних факторов среды, но и контролируется внутренними факторами (эндогенно), закрепленными генетически в процессе эволюции. В целом рост растения складывается из четырех фаз: начальной, интенсивного роста, замедления роста и стабильного состояния. Это связано с особенностями различных стадий онтогенеза, т.е. индивидуального развития растений. Так, переход растения к репродуктивному состоянию обычно сопровождается ослаблением активности меристем. Процессы роста могут прерываться продолжительными периодами торможения, наступление которых в северных широтах связано с концом лета и приближением зимы. Иногда у растений наблюдается как бы остановка роста - состояние покоя. Покой у растений - это такое физиологическое состояние, при котором резко снижаются скорость роста и интенсивность обмена веществ. Оно возникло в ходе эволюции как приспособление для переживания неблагоприятных условий среды в различные периоды жизненного цикла или сезона года. Покоящееся растение значительно более устойчиво к морозам, жаре, засухе. В состоянии покоя могут находиться целые растения (зимой или во время засухи), их семена, почки, клубни, корневища, луковицы, споры и др. Семена многих растений способны к длительному покою, обусловливающему их надежную сохранность в почве. Известен случай развития нормального растения из семени одного из бобовых, пролежавшего в условиях вечной мерзлоты 10000 лет. В состоянии покоя находятся, например, клубни картофеля, благодаря чему они не прорастают некоторое время после уборки. В понятие "развитие" вкладываются два смысла: индивидуальное развитие отдельного организма и развитие организмов в ходе эволюции. Индивидуальное развитие отдельного организма от рождения до смерти называется онтогенезом, а развитие организмов в ходе эволюции - филогенезом. Физиология растений занимается изучением развития главным образом в ходе онтогенеза. Меристематические клетки полипотентны, т.е. дают начало клеткам, способным развиваться самыми различными путями. Переход меристематической клетки к росту растяжением сопровождается появлением в ней множества вакуолей и их слиянием в одну, вытягиванием стенок клеток в длину и поглощением вакуолями большого количества воды. Наиболее важный момент в развитии клеток высшего растения - их дифференцировка, т.е. возникновение структурной и функциональной разнокачественности. В результате дифференциации образуются специализированные клетки, присущие отдельным тканям. Дифференцировка осуществляется как во время растяжения, так и после окончания видимого роста клеток и определяется дифференциальной активностью генов. Ход дифференцировки, как и рост, контролируется фитогормонами. Билет №10 1. Метаморфозы стебля и корня. Метаморфозы–видоизменения органов со сменой формы и функции. Колючки растений жарких сухих местообитаний могут быть как стеблевого, так и листового происхождения. Они выполняют две функции: уменьшают испаряющую поверхность и защищают от повреждения животными. Колючки стеблевого происхождения развиваются на верхушке стебля, в пазухах листьев или располагаются на стеблевом узле супротивно листу (боярышник, груша, терн). Если в формировании колючки участвуют части листа, то образуются колючие зубцы (чертополохи). Часто в колючку видоизменяются прилистники (белая акация) или весь лист (кактус, барбарис). Филлокладии – греч. филлон – лист; кладос – ветвь – это видоизмененные боковые побеги, принимающие вид листовой пластинки и выполняющие функцию фотосинтеза (иглица), в целом же способствуют уменьшению транспирирующей поверхности. На побегах иглицы, в пазухах чешуевидных листьев, развиваются и листовидные филлокладии, топографически соответствующие целому пазушному побегу и имеющие ограниченный рост. Листовидные филлокладии свойственны также видам тропического рода филлантус. Для спаржи характерны мелкие иногда игольчатые филлокладии, сидящие в пазухах чешуевидных листьев основного скелетного побега. Клубни – это сильно утолщенные мясистые подземные или надземные побеги. У подземных клубней листья редуцируются до мелких, рано опадающих чешуек, в пазухах которых находятся почки, называемые глазками (клубни картофеля). Из почек развиваются побеги. Надземные клубни образуются за счет сильного разрастания стебля и несут нормальные листья (капуста кольраби). Луковицы – видоизмененные укороченные подземные (реже надземные) побеги. Подземные луковицы – у лука репчатого, чеснока, дикого лука, тюльпана. Нижняя часть луковицы, ее плотное основание, представляет собой укороченный видоизмененный стебель, который называется донцем. Донце имеет плоскую или конусовидную форму. В его нижней части образуется большое количество придаточных корней, а вверх от него направляются видоизмененные листья (мясистые чешуи), запасающие воду и питательные вещества. Наружные сухие или пленчатые чешуи – видоизмененные листья, выполняющие защитную роль, предохраняют мясистые листья от высыхания. Корневище – подземный видоизмененный побег, служащий для вегетативного размножения и для запасания продуктов. Оканчивается корневище почкой, а не корневым чехликом. На корневищах часто хорошо заметны узлы, на которых образуются чешуи — редуцированные листья. В пазухах чешуи имеются почки, дающие начало надземным и подземным побегам, а из узлов образуются придаточные корни (пырей ползучий). Клубнелуковицы–это видоизмененные, укороченные, утолщенные подобно клубню стебли, имеющие вид луковицы (гладиолус, крокус). В отличие от луковицы в клубнелуковице отсутствуют сочные чешуйки, поэтому питательные вещества сосредоточены в стеблевой части. Корни развиваются на нижней утолщенной части – донце, а в верхней части находится центральная почка, из которой образуется цветонос с листьями. Снаружи клубнелуковица покрыта сухими пленками – листьями, в пазухах которых находятся почки. Усы – ползучие стебли с длинными междоузлиями (земляника, костяника). Для многих лазящих растений характерно видоизменение листьев или частей, а иногда целых побегов в усики, которые обладают способностью в процессе длительного верхушечного роста закручиваться вокруг опоры. Стебель у них обычно тонкий и слабый, неспособный самостоятельно сохранять вертикальное положение. У многих бобовых с перистосложными листьями в усики видоизменяется верхняя часть листа (рахис и несколько листочков). Очень характерные усики листового происхождения формируются у тыквенных. Усики побегового происхождения можно наблюдать у разных видов винограда (дикого и культурного, у пассифлоры и ряда других растений). 2. Бактерии, их строение и размножение. Бактерии — обширная группа живых организмов, преимущественно одноклеточных, у которых отсутствуют ядра. Они в основном представлены одиночными клетками, но встречаются и бактерии, образующие «союзы», например стрептококки выстраиваются цепью, а стафилококки сбиваются в гроздья. Некоторые способны образовывать колонии. Также для бактерий характерно формирование пленочных структур, биопленок, и это затрудняет лечение бактериальных инфекций у человека — ведь сцепленные вместе бактерии сильнее, они создают сложные структуры и выступают единым фронтом. Таким свойством обладает, например, синегнойная палочка. Наш мир просто кишит бактериями, они обнаруживаются в литосфере на большой глубине, в горячих источниках, во льдах, — и без них жизнь на Земле была бы невозможна. Многие виды бактерий полезны или хотя бы не вредны (на теле человека живут миллиарды их, не причиняя зла), но есть и крайне опасные убийцы, такие как энтеробактерия чумная палочка, погубившая в середине XIV века в разных регионах Европы от 20 до 90 процентов населения. Великая победа науки в том, что она победила чуму, но вот что делать с бактериями, которые сегодня приспосабливаются к антибиотикам и порождают всё новые, агрессивные штаммы? Это огромное поле для исследований микробиологов. Размер и форма Размеры их клеток колеблются в пределах от 1 до 15 мкм. По форме клеток различают (рис. 91): Рис. 91. Форма и взаимное расположение бактерий: 1 — палочек; 2, 3, 4 — кокков; 5 — спирилл. Шаровидные — кокки: микрококки — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно; диплококки — делятся в одной плоскости, образуют пары; тетракокки — делятся в двух плоскостях, образуют тетрады; стрептококки — делятся в одной плоскости, образуют цепочки; стафилококки — делятся в разных плоскостях, образуют скопления, напопоминающие грозди винограда; сарцины — делятся в трех плоскостях, образуют пакеты по 8 особей. Вытянутые — палочки: бациллы (палочковидные) — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно; Извитые: вибрионы — в виде запятой; спириллы — имеют от 4 до 6 витков; спирохеты — длинные и тонкие извитые формы с числом витков от 6 до 15. Помимо основных, в природе встречаются и другие, весьма разнообразные, формы бактериальных клеток. Среди структур бактериальных клеток различают: основные структуры — клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными цитоплазматическими включениями и нуклеоид; временные структуры (имеются лишь на определенных этапах жизненного цикла) — капсула, жгутики, фимбрии, у некоторых — эндоспоры. Капсула У многих бактерий поверх клеточной стенки располагается слизистый матрикс — капсула. Капсулы образованы полисахаридами. Иногда в состав капсулы входят полипептиды. Как правило, капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку от действия неблагоприятных факторов среды. Кроме того, она может способствовать прикреплению к субстрату и участвовать в передвижении. Строение бактерий 1. Клеточная стенка. Бактерию-клетку защищает плотная оболочка из биополимера муреина. Она также служит опорой, создает форму клетки, а среди бактерий встречаются как простые шарики (кокки, а слитые в пары — диплококки), так и спирали (спириллы), запятые (вибрионы), звезды, тетраэдры... Нередко клеточная стенка снаружи дополнительно покрыта слоем слизи — эта капсула оберегает клетку от избыточной потери влаги. 2. Цитоплазма. Внутреннее содержание бактерий неподвижное и густое. Цитоплазма слоистая, содержит запасные питательные вещества и ферменты. 3. Ядерное вещество. В центре клетки находится нуклеоид — скопление ядерного вещества, хранящего наследственную информацию. ДНК бактерий имеет форму кольца. Ядерное вещество бактерий не окружено оболочкой-мембраной и не может считаться полноценным ядром, — именно поэтому бактерии являются прокариотами, доядерными живыми организмами. 4. Жгутики. На поверхности бактерии есть микроскопические жгутики, количество их отличается у разных видов: от одного до множества. Жгутики выполняют двигательную функцию. Организмы, не имеющие жгутиков, перемещаются особым способом, называемым «скольжение», причем даже по твердым поверхностям. 5. Органоиды. Бактерии лишены почти всех органоидов, у них нет ЭПС, митохондрий, лизосом, аппарата Гольджи, пластид. Такая обделенность компенсируется в какой-то мере наличием маленьких дополнительных ДНК, плазмид. Одна из важных функций плазмид — хранить гены, которые повышают невосприимчивость бактерий к антибиотикам и прочим агрессивным факторам. Размножение бактерий Половое размножение бактерий примитивно, в ходе него происходит генетическая рекомбинация. В основном же популяция бактерий увеличивается при помощи бесполого размножения — простого деления без митоза. На первом этапе делится кольцевая ДНК, за ней разделяется цитоплазма. Деление бактерий происходит с малым интервалом — каждые 20–25 минут. Если бы выживали все «новорожденные» клетки, одна бактерия могла бы оставить потомство общим весом 1 800 000 килограмм. У некоторых групп бактерий наблюдается почкование, при котором на материнской клетке растет дочерняя почка. Билет №11 1. Лист, его функции и особенности строения. Лист – один из наиболее важных и специфических органов растения. Лист (лат. folium, греч. phyllon) – боковой, плоский (дорзовентральный) орган, обладающий ограниченным ростом и приспособленный для выполнения функций: фотосинтеза, транспирации и газообмена. Форма листа способствует созданию максимальной фотосинтезирующей поверхности. Роль и основные функции листа. 1. Главное значение листа состоит в том, что им усваивается солнечная энергия, которая связывается в виде органических соединений и затем используется не только растениями, но и всеми другими организмами Земли. Как отмечал К.А.Тимирязев, растения выполняют космическую роль, являясь посредниками между космосом и всеми остальными обитателями Земли. И главная роль в этом посредничестве принадлежит листу. Подчёркивая это, К.А.Тимирязев писал, что «в листе выражается вся сущность растения. Растение – это лист». Т.о, лист – наиболее важный и специфический орган растения, так как преимущественно в нём происходит процесс фотосинтеза. В первичной коре стебля тоже есть хлоропласты, но их не так много и фотосинтетическая поверхность мала. Лист – это своеобразная лаборатория синтеза органических веществ. 80% всего фотосинтеза обеспечивается листьями. 2. Регулируемое испарение воды листьями (транспирация). Транспирация – это не только физический, но и физиологический процесс, регулируемый листом. Главная роль транспирации: 1. регуляция поступления воды в корни и её передвижение по сосудам; 2. терморегуляция, предохранение растения от перегрева. Растения лесов и пустынь испаряют, как правило, больше воды, чем растения лесов, болот и т.д. 3. Газообмен. Дополнительные функции: 4. Механическая функция – выражается в том, что мягкие ткани листа укреплены арматурными механическими тканями, находящимися в жилках, и впоследствии стела стебля укрепляется и формируется за счёт листовых следов. 5. Запасающая функция для листа не очень характерна. Чаще всего в листьях может запасаться вода (листовые суккуленты: алоэ, агавы, гаворция и др.). 6. Выделительная функция обеспечивается за счёт различных желёзок, расположенных на листе и выделяющих эфирные масла, воду, соли и т.д.. 7. Специфические функции могут быть у листа при метаморфозах. Общие морфологические особенности листа. 1 особенность. Основное отличие листа от стебля и корня в том, что лист не осевой, а плоскостной орган, имеющий большую наружную поверхность, что необходимо для эффективного протекания фотосинтеза, поглощения СО2 и света, газообмена и транспирации. Большая наружная поверхность листа достигается двумя способами: 1) у одних растений - большой величиной листьев (банан, пальмы, виктория-регия), 2) у других - увеличением числа листьев (чем мельче листья, тем их больше). Большое количество листьев – приспособительное свойство, помогающее растениям нормально функционировать при повреждении их насекомыми или другими животными. 2. Лист, как правило, тонкий орган, т.к. через него должен свободно проходить солнечный свет для нормального протекания фотосинтеза. Поэтому толщина листьев зависит от условий освещения: в затенении формируются тонкие листья, на свету – толстые и более плотные, в воде – очень тонкие листья (так как свет рассеивается). 3. В отличие от стебля и корня, лист обладает ограниченным ростом. Для листа характерно только первичное строение, чтобы через лист хорошо проходил свет (а при вторичном строении образуются непрозрачные и плотные проводящие и механические ткани). Обычно лист растёт недолго (в умеренных широтах – 1-2 недели). Исключение – вельвитчия удивительная (голосеменные). Её два листа за счёт вставочного роста нарастают всю жизнь (от нескольких сотен до 3 тыс. лет). Продолжительность жизни одного листа невелика. У листопадных - максимум один сезон. Есть и вечнозелёные растения, листья которых живут 3-5 лет (у ели – 20 лет). 2. Азотное питание растений. Азот хорошо усваивается растением из солей азотной кислоты и аммония. Он является одним из главнейших элементов корневого питания, так как входит в состав белков всех живых клеток. Сложная молекула белка, из которого построена протоплазма, содержит от 16 до 18% азота. Азот является составной частью нуклеиновых кислот, входящих в состав ядра и являющихся носителями наследственности. Значение азота для растительной клетки определяется еще тем, что он является неотъемлемой частью хлорофилла зеленого пигмента растений, от присутствия которого зависит фотосинтез; он входит в состав ферментов, которые регулируют реакции обмена веществ, и ряда витаминов. Очень небольшое количество азота встречается в растении в неорганической форме. При избытке азотного питания или при недостатке света в клеточном соке накапливаются нитраты. Все формы азота растении превращаются в аммиачные соединения, которые, вступая в реакцию с органическими кислотами, образуют аминокислоты и амиды — аспарагин и глютамин. Аммиачный азот обычно не скапливается в растении в значительных количествах. Это наблюдается только при недостатке углеводов; в этих условиях растение не может его переработать в безвредные органические вещества — аспарагин и глютамин. Избыток аммиака в тканях зачастую приводит к их повреждению. Особенно с этим обстоятельством следует считаться при выращивании растений в теплице в зимнее время. Чрезмерная доза аммиачного азота в питательном растворе и недостаточность освещения, которая снижает интенсивность фотосинтеза, могут привести к повреждению листовой паренхимы из-за скопления аммиака. Азот необходим овощным растениям в течение всей вегетации, так как они постоянно строят новые органы. Если растение испытывает недостаток в азоте, то это прежде всего сказывается на темпе роста. Новые побеги почти не образуются, размеры листьев уменьшаются. При отсутствии азота в старых листьях хлорофилл разрушается, вследствие чего листья принимают бледно-зеленую окраску, а затем желтеют и отмирают. Билет №12 1. Типы жилкования листьев. Листья простые и сложные. Жилкование листьев. В зависимости от расположения сосудисто-волокнистых пучков (жилок) в листовой пластинке, различают несколько типов жилкования. Рис. 28. Жилкование листьев: 1 — параллельное; 2 — дуговое; 3 — сетчатое с перистым расположением основных жилок; 4 — сетчатое с пальчатым расположением основных жилок; 5 — дихотомическое. Жилкование. Термин «жилка» применяют к проводящему пучку или группе тесно сближенных пучков. Жилки выполняют проводящую и механическую функции. По ксилеме в лист поступают вода и минеральные соли; по флоэме из листа оттекают выработанные в нем органические вещества. Жилки создают опору для паренхимы листа и предохраняют листовые пластинки от разрывов. Жилки, входящие в пластинку из стебля через основание и черешок, называют главными. От них берут начало боковые жилки второго и последующих порядков. Между собой жилки соединяются сетью мелких поперечных жилок — анастомозов. Через листовую пластинку может проходить лишь одна неветвящаяся жилка (плауны, хвощи, большинство хвойных). Дихотомическое жилкование (главная жилка ветвится вильчато) свойственно большинству папоротниковидных, а из голосеменных — гинкго. При этом анастомозы отсутствуют, а окончания жилок подходят к краю листовой пластинки. Параллельное и дуговидное жилкование характерно для однодольных. При этом от основания листа в пластинку вступает ряд жилок сравнительно одинакового размера, которые пронизывают пластинку параллельно (злаки, амариллис, кливия) или дугообразно (ландыш, тюльпан, гемантус). Характерно, что на протяжении пластинки продольные жилки соединяются перемычками — анастомозами, идущими косо или в поперечном направлении. Они дают возможность при частичных разрывах пластинки листа проводить воду и органические вещества обходным путем в участки, лежащие выше места разрыва. Сетчатое, перистое или пальчатое жилкование характерно для двудольных. При перистом жилковании из стебля в лист идет только одна жилка, сильно разветвляющаяся в пластинке. При пальчатом — из черешка выходит несколько равных жилок, и каждая из них разветвляется. При сетчатом жилковании более мелкие разветвления жилок всегда соединяются друг с другом перемычками. Жилкование — важный признак в систематике растений, так как оно дает возможность судить о том, на какой ступени эволюции находится растение. Классификация листьев. По существующей классификации листья делят на простые и сложные. У простых листьев одна листовая пластинка. Они или не опадают (у травянистых растений), или имеют при опадении одно сочленение между черешком и стеблем (деревья, кустарники). Рис. 27. Сложные листья: 1 – непарноперистосложный; 2 – парноперистосложный; 3 – пальчатосложный; 4 – тройчатосложный; 5 – дваждытройчатосложный; 6 – дваждыперистосложный. У сложных листьев (семейства Бобовые, Розовые и др.) имеется нескольких листовых пластинок (листочков), каждая из которых имеет свой черешочек, сидящий на общей оси — рахисе. При листопаде сложный лист распадается на части: сначала опадают листочки, затем рахис. В зависимости от расположения листочков различают перисто- и пальчатосложные листья. В первом случае листочки располагаются по сторонам рахиса. Если рахис завершается на верхушке непарным листочком, лист называется непар-ноперистосложным, при его отсутствии — парноперистосложным. По степени разветвления рахиса различают дважды- и триждыперистосложные листья. У пальчатосложных листьев листочки расходятся радиально от общего черешка. Частный случай сложного листа — тройчатый лист, состоящий из трех листочков (клевер, люцерна, земляника). У пальчатосложных и тройчато-сложных листьев рахиса нет. При характеристике листовой пластинки принимают во внимание целый ряд признаков: общие очертания (контуры) листа, форму основания и верхушки, форму края, жилкование, характер поверхности, консистенцию и другие признаки. Листовая пластинка может быть цельной или расчлененной (пальчато или перисто). В зависимости от глубины расчленения выделяют лопастные, раздельные и рассеченные простые листья или листочки сложного листа. При этом надрезы у лопастного листа называют лопастями, у раздельного — долями, у рассеченного — сегментами. Если у непарноперисторассеченного листа конечный сегмент значительно крупнее боковых, то лист называют лировидным (гравилат); если крупные сегменты чередуются с мелкими — прерывисто перисторассеченным (картофель). Встречаются дважды-, трижды- и многократно расчлененные листовые пластинки (Лютиковые, Сельдерейные). Сильная изрезанность листовой пластинки дает возможность при большой поверхности предохранить лист от разрыва ветром и дождем без образования мощной механической ткани. Нерасчлененные крупные листовые пластинки в старости оказываются разорванными (банан). 2. Особенности минерального питания деревьев в лесу. В лесном биогеоценозе, функционирующем десятки и сотни лет, определенная и довольно существенная доля элементов минерального питания возвращается в почву после минерализации органических веществ различного опада (листья, хвоя, ветки, корни) и сухостоя. В молодом возрасте лесных насаждений (30— 40 лет) возврат составляет 40 — 60 % потребления. Остальная часть удерживается биомассой леса. В приспевающих и спелых лесах задерживается меньше элементов почвенного питания, а возврат достигает 80 — 90 %. Это особенно характерно для калия, кальция и фосфора и березняках и дубравах, а также в сосняках. Запасы азота, серы и магния восстанавливаются медленнее. К возрасту главной рубки леса баланс питательных веществ все более выравнивается. Это свидетельствует о важнейшем свойстве леса как биологической системы осуществлять свой собственный внутренний круговорот веществ. В сложных и многоярусных лесных насаждениях, кроме главной древесной породы, в биологическом круговороте участвуют и сопутствующие породы, а также подрост, подлесок и растения напочвенного покрова. Участие широколиственных пород в сосняках и ельниках повышает активность биологического круговорота, особенно кальция, азота и калия. На бедных калием и азотом почвах травянистая растительность может отрицательно влиять на минеральное питание древесных растений, конкурируя с ними. При удалении в основном одной лишь древесины из всей биомассы-массы леса вынос минеральных элементов составляет незначительную величину (15 — 20%). Поэтому обычно в лесорастительных условиях минеральные удобрения в лесу не использовались. При возможном переходе на полное использование лесной продукции, включая кору, ветви, листья, особенно хвою, и даже корни, вынос минеральных элементов значительно возрастает, так как известно, что наибольшее количество их содержится не в древесине, а в листьях и мелких корнях и ветвях. Без возврата питательных веществ в почву все это будет вести не только к снижению лесохозяйственного урожая, но и к ухудшению его качества. Многоразовое же использование удобрений на больших площадях вряд ли будет экономически оправдано. Билет №13 1. Жизненные формы растений. Жизненная форма — наследственно закрепленный внешний вид растения, который сформировался под действием экологических факторов. Схемы жизненных форм растений складывались в процессе эволюции. Их морфологическое строение зависит от приспособления к условиям произрастания, которое проявляется во внешнем виде. Жизненная форма растения не изменяется бесконечно. Процесс формирования зависит не только от конкретных факторов, оказывающих воздействие в данный момент, но и от других причин, в том числе наследственно закрепленных возможностей. Жизненная форма растения образуется длительное время. Обособленные территории характеризуются неодинаковой растительностью со своеобразным видом. Ярким примером неоднородности являются растения в лесных, степных, луговых, горных, пустынных природных зонах. Наблюдаются значительные отличия в видовых группах, произрастающих на альпийских лугах, скалах, около границ ледников. Основные виды, описание Современные ботаники насчитывают свыше 60 жизненных форм растений, которые значительно повлияли на формирование ландшафта планеты. В настоящее время существует множество классификаций жизненных форм, в основе которых различный подход к изучению. Основной признак определения заключается во внешнем виде растения как показателе специфики роста. Другие физиологические свойства: ритм развития; длительность жизни; листопадность. Деревья Деревья являются представителями многолетних растений, для которых свойственны деревянистая надземная часть и ярко выраженный ствол высотой от 2 метров. Основная отличительная черта — единственный одревесневший побег или ствол, интенсивно произрастающий вертикально вверх. Процесс ветвления ствола является акротонным. При этом в области верхушки и крупных разветвлений располагаются наиболее сильные ветви. В верхней части ствола тонкие побеги преобразуются в крону, которая находится на достаточной высоте от земли, чтобы улавливать солнечные лучи. Среди деревьев ученые выделяют следующие группы: 1. Вечнозеленые и листопадные. 2. Широколистные. 3. Мелколистные. 4. Светло- и темнохвойные. На территориях с умеренным климатом произрастает немного видов деревьев. В то же время конкретная порода может занимать обширные площади. При воздействии внешних факторов некоторые виды могут трансформироваться в кустарниковую форму: клен татарский, липу мелколистную, черемуху, вишню, яблоню, белую акацию, вербу. Главный ствол дерева не отличается по продолжительности жизни от всего растения. Срок существования отличается в зависимости от видовой принадлежности и может достигать от нескольких сотен до тысяч лет. При повреждении или удалении главного ствола происходит развитие сестринских вспомогательных стволов, которые развиваются из почек, находящихся в состоянии покоя у основания ствола. Кустарники Кустарники — многолетние растения с древеснеющими надземными побегами. Ветвиться кустарник начинает от самой поверхности почвы. Вначале растение включает только главный побег, который в течение 3-10 лет обрастает новыми, берущими начало из спящих почек у основания ствола. По мере развития молодые ветви могут перерастать материнский побег и замещать друг друга. Срок жизни кустарника в зависимости от вида достигает сотни лет. Ученые установили, что стволы кустарника живут от 1 до 40 лет. К примеру, данный показатель для малины составляет более 2 лет, для сирени и желтой акации — до 50 лет и более. Кустарнички Кустарнички представляют собой одну из форм деревянистых растений, отличающуюся низкорослостью и отсутствием главного ствола. Кустарнички достигают нескольких десятков сантиметров в высоту, но не более 50 сантиметров. Многолетние растения состоят из сильно ветвящихся одревесневших побегов. Миниатюрные кустики способны расти и развиваться в течение 5-10 лет. Затем скелетные оси отмирают. Цветут и плодоносят кустарнички ежегодно. По завершении данных процессов небольшая часть побегов отмирает. Областями распространения таких видов (черника, брусника, клюква, голубика, вереск и др.) являются горы, сфагновые болота, хвойные леса. Травы Травянистые растения, или травы, — жизненная форма высших растений, которые обладают листьями и стеблями, отмирающими по окончании вегетационного периода на поверхности земли. В зависимости от срока жизни выделяют следующие группы трав: однолетние; двулетние; многолетние. У травянистых растений отсутствует постоянный древесный ствол над поверхностью почвы. В то время как наземная часть многолетних трав отмирает, структура в виде корневищ, луковиц, клубней сохраняется в плодородном слое почвы. У однолетних растений корневая система погибает вместе с наземной частью. Для быстрорастущих травянистых растений, в том числе однолетников, характерно активное заселение новых мест обитания, что определяет анагенез растительных видов регионов. В стабильных средах произрастания (приземные слои лесов, естественные открытые пространства лугов, солончаков, пустынь) другие типы трав становятся основой растительности. Лианы Лианы — это растения, тонкие слабые побеги которых поднимаются и обвивают вертикальные опоры с помощью усиков, дополнительных корней или колючек. Лианы могут обладать однолетними или многолетними стеблями. По мере развития и продвижения от земли у побегов развиваются листва и соцветия. Разнообразные вьющиеся растения представлены многочисленными видами: деревянистые; вечнозеленые; с опадающими листьями; травянистые. Развитие лиан сопряжено с условиями окружающей среды. После прорастания семян появляются стебли, на которых сразу появляются усы, присосала и другие элементы. Листва развивается позднее. В зависимости от способа крепления выделяют следующие группы лиан: 1. Растения с усиками — виноград и бриония. 2. Лианы с присосками в виде особых коротких корней, выходящих снизу ветвей, как у плюща. 3. Стебли, которые самостоятельно без дополнительных приспособлений обвивают деревья и тычинки, — хмель и вьюнки. 4. Растения без специальных органов со стеблями, приспособленными для фиксации положения между разветвлениями деревьев с помощью боковых ветвей, игл, колючек — например, многие пальмы. 2. Значение макро-и микроэлементов для растений. Макроэлементы и их значение для растений Макроэлементы представляют особую важность для роста и развития растений на всех стадиях жизненного цикла. К ним относят те, которые содержатся в культурах в значительных количествах - это азот, фосфор, калий, сера, магний и железо. При их дефиците представители флоры плохо развиваются, что сказывается на урожайности. Признаки нехватки многократно используемых макроэлементов проявляются прежде всего на старых листьях. Азот Главный ответственный за питание корней элемент. Он участвует в реакциях фотосинтеза, регулирует обмен веществ в клетках, а также способствует росту новых побегов. Этот элемент особенно необходим для растений на стадии вегетации. При нехватке азота рост насаждений замедляется или останавливается вовсе, цвет листьев и стеблей становится бледнее. Из-за переизбытка азота позднее развиваются соцветия и плоды. Насаждения, которых перекормили азотом имеют ботву темно-зеленого цвета, и излишне толстые стебли. Период вегетации удлиняется. Слишком сильное перенасыщение азотом приводит к гибели флоры в течение нескольких дней. Фосфор Участвует в большинстве протекающих в растениях процессах. Обеспечивает нормальное развитие и функционирование корневой системы, образование крупных соцветий, способствует вызреванию плодов. Нехватка фосфора негативно сказывается на цветении и процессе созревания. Цветки получаются мелкими, плоды часто с дефектами. Литья могут окрашиваться в красновато-коричневый оттенок. Если же фосфор в избытке, замедляется обмен веществ в клетках, растения становятся чувствительными к нехватке воды, они хуже усваивают такие питательные элементы, как железо, цинк и калий. В результате листья желтеют, опадают, срок жизни растения сокращается. Калий Процент калия в растениях больше по сравнению с кальцием и магнием. Этот элемент задействован в синтезировании крахмала, жиров, белков и сахарозы. Он защищает от обезвоживания, укрепляет ткани, предупреждает преждевременное увядания цветков, повышает сопротивляемость культур к различного рода патогенам. Растения, обедненные калием, можно узнать по отмершим краям листьев, коричневым пятнам и куполообразной их форме. Это происходит вследствие нарушения процессов производства, накопления в зеленых частях насаждений продуктов распада, аминокислот и глюкозы. Если калий в избытке, наблюдается замедление всасывания растением азота. Это приводит к остановке роста, деформациям листьев, хлорозу, а на запущенных стадиях к отмиранию листьев. Поступление магния и кальция также затрудняется. Магний Участвует в реакциях с образованием хлорофилла. Является одним из его составных элементов. Способствует синтезу фитинов, содержащихся в семенах и пектинов. Магний активизирует работу энзимов, при участии которых происходит образование углеводов, протеинов, жиров, органических кислот. Он участвует в транспорте питательных веществ, способствует более скорому вызреванию плодов, улучшению их качественных и количественных характеристик, повышению качества семян. Если растения испытывают дефицит магния, их листья желтеют, так как молекулы хлорофилла разрушаются. Если недостаток магния своевременно не восполнить, растение начнет отмирать. Избыток магния у растений наблюдаются редко. Однако, если доза внесенных препаратов магния слишком большая, замедляется всасываемость кальция и калия. Сера Является составным элементов протеинов, витаминов, аминокислот цистина и метионина. Участвует в процессах образования хлорофилла. Растения, которые испытывают серное голодание, нередко заболевают хлорозом. Болезнь поражает главным образом молодые листья. Избыток серы приводит к пожелтению краев листьев, их подворачиванию вовнутрь. Впоследствии края обретают коричневый оттенок и отмирают. В некоторых случаях возможно окрашивание листьев в сиреневый оттенок. Железо Является составным компонентом хлоропластов, участвует в производстве хлорофилла, обмене азота и серы, клеточном дыхании. Железо – необходимый компонент многих растительных ферментов. Этот тяжелый металл играет наиболее важную роль. Его содержание в растении достигает сотых долей процента. Неорганические соединения железа ускоряют биохимические реакции. При дефиците этого элемента растения нередко заболевают хлорозом. Нарушаются дыхательные функции, ослабляются реакции фотосинтеза. Верхушечные листья постепенно бледнеют и усыхают. Микроэлементы Основными микроэлементами являются: железо, марганец, бор, натрий, цинк, медь, молибден, хлор, никель, кремний. Их роль в жизни растений нельзя недооценивать. Недостаток микроэлементов хоть и не приводит к гибели растений, но сказывается на скорости протекания различных процессов. Это влияет на качество бутонов, плодов и урожая в целом. Кальций Регулирует усвоение белков и углеводов, влияет на продуцирование хлоропластов и усвоению азота. Он играет важную роль в построении сильных клеточных оболочек. Наибольшее содержание кальция наблюдается в зрелых частях растений. Старые листья состоят из кальция на 1 %. Кальций активирует работу многих энзимов, в том числе амилазы, фосфорилазы, дегидрогеназы и др. Он регулирует работу сигнальных систем растений, отвечая за нормальные реакции на воздействия гормонами и внешними раздражителями. При нехватке этого химического элемента происходит ослизнение клеток растений. Особенно это проявляется на корнях. Нехватка кальцием приводит к нарушению транспортной функции мембран клеток, повреждению хромосом, нарушению цикла деления клеток. Перенасыщение кальцием провоцирует хлороз. На листьях появляются бледные пятна с признаками некроза. В некоторых случаях можно наблюдать круги, заполненные водой. Отдельные растения реагируют на переизбыток данного элемента ускоренным ростом, но появившиеся побеги быстро отмирают. Признаки отравления кальцием схожи с переизбытком железа и магния. Марганец Активизирует работу ферментов, участвует в синтезировании протеинов, углеводов, витаминов. Марганец также принимает участие в фотосинтезе, дыхании, углеводно-белковом обмене. Недостаток марганца приводит к высветлению окраски листьев, появлению отмерших участков. Растения заболеванию хлорозом, у них отмечается недоразвитие корневой системы. В серьезных случаях начинают засыхать и опадать листья, отмирать верхушки веток. Цинк Регулирует окислительно-восстановительные процессы. Является компонентом некоторых важных ферментов. Цинк повышает выработку сахарозы и крахмала, содержание в плодах углеводов и белков. Он участвует в реакции фотосинтеза и способствует выработке витаминов. При нехватке цинка растения хуже противостоят холоду и засухе, уменьшается содержание в них белка. Цинковое голодание также приводит к изменению окраски листьев (они желтеют или обретают белесый цвет), уменьшению образования почек, падению урожайности. Молибден На сегодняшний день именно этот микроэлемент называют одним из важнейших. Молибден регулирует азотный обмен, нейтрализует нитраты. Он также влияет на углеводородный и фосфорный обмен, производство витаминов и хлорофилла, а также на скорость протекания окислительно-восстановительных процессов. Молибден способствует обогащению растений витамином С, углеводами, каротином, белками. Недостаточные концентрации молибдена негативно сказываются на обменных процессах, затормаживается редуцирование нитратов, образование белков и аминокислот. В связи с этим урожаи снижаются, их качество ухудшается. Медь Является элементом медьсодержащих белков, энзимов, участвует в фотосинтезе, регулирует транспорт белков. Медь повышает содержание азота и фосфора в два раза, а также защищает хлорофилл от разрушения. Дефицит меди приводит к скручиванию кончиков листьев и хлорозу. Снижается количество пыльцевых зерен, падает урожайность, у деревьев “повисает” крона. Бор Регулирует обмен протеинов и углеводов. Является важнейшим компонентом синтеза РНК и ДНК. Бор в союзе с марганцем являются катализаторами реакции фотосинтеза в растениях, которые испытали на себе заморозки. Бор требуется насаждениям на всех стадиях жизненного цикла. От дефицита бора страдают больше всего молодые листья. Нехватка этого микроэлемента приводит к замедленному развитию пыльцы, внутреннему некрозу стеблей. Избыток бора тоже нежелателен, так как приводит к ожогам нижних листьев. Никель Представляет собой составной компонент уреазы, с его участием протекают реакции разложения мочевины. В насаждениях, которые обеспечены никелем в достаточном количестве, содержание мочевины ниже. Также никель активирует некоторые ферменты, участвует в транспорте азота, стабилизирует структуру рибосом. При недостаточном поступлении никеля замедляется рост растений, снижается объем биомассы. А при перенасыщении никелем угнетаются реакции фотосинтеза, появляются признаки хлороза. Хлор Является основным элементов водно-солевого обмена растений. Участвует в поглощении кислорода корневой системой, реакциях фотосинтеза, энергетическом обмене. Хлор уменьшает последствия заболевания грибком, борется с излишним поглощением нитратов. При недостатке хлора корни вырастают короткими, но при этом густо разветвленными, а листья увядают. Капуста, испытавшая дефицит хлора, получается неароматной. При этом и переизбыток хлора вреден. При нем листья становятся мельче и твердеют, на некоторых появляются пурпурные пятна. Стебель также грубеет. Чаще всего дефицит Cl проявляется наряду с недостатком N. Исправить ситуацию позволяет аммиачная селитра и каинит. Кремний Является своеобразным кирпичиком стенок клеток, а потому повышает выносливость насаждений перед заболеваниями, заморозками, загрязнениями, нехваткой воды. Микроэлемент влияет на обменные процессы с участие фосфора и азота, помогает снижать токсичность тяжелых металлов. Кремний стимулирует развитие корней, влияет на рост и развитие растений, способствует урожайности, повышает содержание сахара и витаминов в плодах. Визуально дефицит кремния не обнаружить, но его недостаток негативно скажется на сопротивляемости культур негативным факторам, развитости корневой системы, развитии цветов и плодов. Питание для растений Микро- и макроэлементы оказывают влияние друг на друга, в результате их биодоступность для флоры меняется. Переизбыток фосфора приводит к нехватке цинка и образованию фосфатов меди и железа – то есть недоступности этих металлов для растений. Переизбыток серы уменьшает усвояемость молибдена. Излишек марганца приводит к хлорозу, вызванного недостатком железа. Высокие концентрации меди приводят к нехватке железа. При дефиците B нарушается всасываемость кальция. И это только часть примеров! Вот почему так важно для восполнения дефицита макро- и микроэлементов, использовать сбалансированные комплексы удобрений. Для различных сред существуют свои составы. Нельзя применять удобрение для почвы в гидропонике, ведь изначальные условия будут неодинаковы. Почва – своеобразный буфер. В ней питательные вещества могут находиться до тех пор, пока не понадобятся растению. Почва сама регулирует уровень pH, тогда как в гидропонных системах показатели полностью зависят от человека и тех препаратов, которыми он насыщает питательный раствор. При традиционном выращивании нельзя точно знать, сколько тех или иных микроэлементов содержится в земле, тогда как в гидропонике показатели pH и ЕС питательного раствора можно определить без труда – с помощью рН-метра и ЕС-метра. Выращивание в гидропонике более эффективно. Вместе с тем любой сбой здесь имеет более серьезные последствия для насаждений. Вот почему нужно выбирать удобрения внимательно. Билет № 14 1. Типы размножения растений. У растений различают бесполое и половое размножение. Бесполое размножение В процессе бесполого размножения участвует один родительский организм, который производит двух или более потомков. Потомки идентичны между собой и родительскому организму. Бесполое размножение подразделяют на собственно бесполое (спорообразование) и вегетативное. 1. Собственно бесполое размножение (спорообразование). Спорами размножаются одноклеточные и многоклеточные водоросли, мхи, папоротники, хвощи и плауны. Спора — специализированная клетка. Она отделяется от материнского растения и, попав в благоприятные условия, прорастает, образуя новое растение. Одно растение может образовать тысячи и миллионы спор, из которых лишь некоторые прорастут и дадут новые поколения растений. На нижней стороне листьев папоротника можно видеть спорангии со спорами. 2. Вегетативное размножение — размножение при помощи вегетативных частей растения: стеблей, корней, листьев, луковиц, клубней и т. д. Новая особь наследует все признаки и свойства материнского организма. Лилейник размножается делением куста Земляника размножается при помощи усов Половое размножение В процессе полового размножения новый организм образуется в результате слияния половых клеток (гамет). Различают мужские гаметы (сперматозоиды — подвижные и спермии — неподвижные) и женские гаметы (яйцеклетки). Процесс слияния мужской и женской гамет получил название оплодотворение. После слияния гамет образуется зигота (от греческого слова «зиготос» — соединённый вместе). Из зиготы развивается зародыш будущего растения, который несёт признаки обоих родителей. Цветок — репродуктивный орган цветкового растения. В цветках формируются половые клетки. После опыления и оплодотворения из цветка образуются плоды с семенами. При половом размножении новый организм образуется в результате слияния половых клеток (мужской и женской гамет), каждая из которых имеет свои наследственные признаки, их передают хромосомы, находящиеся в ядрах клеток. В результате перекомбинации признаков у растения могут появиться новые свойства, которые помогут ему лучше приспособиться к окружающей среде. У многих водорослей и всех высших растений происходит закономерная смена бесполого размножения половым. 2. Брожение, его виды. Брожением называется анаэробный процесс превращения безазотистых органических веществ (главным образом углеводов) микроорганизмами, при котором происходит накопление продуктов неполного окисления (спиртов, органических кислот, углеводов и др.) и который сопровождается выделением энергии. Биологическое значение брожения заключается в образовании энергии для осуществления жизнедеятельности микроорганизмов подобно дыханию животных и растений. Процессы брожения широко распространены в природе. Микроорганизмы, вызывающие брожение, совершают грандиозную биохимическую работу. С энергетической точки зрения процессы брожения крайне неэкономичны. Но возможно, продукты брожения являются, кроме того, орудиями борьбы между разными видами микробов за место своего обитания, так как микробы - возбудители брожения могут выдерживать большие концентрации продуктов брожения, чем другие виды. Различают следующие виды брожения по характеру накапливающихся при брожении главных продуктов: молочнокислое, пропионовокислое, масляно-кислое, ацетоноэтиловое и ацетонобутиловое, анаэробное разложение клетчатки, которые вызываются различными бактериями, и спиртовое брожение, вызываемое главным образом дрожжами. Аэробные процессы окисления вызываются бактериями и грибами Эти организмы имеют полный набор дыхательных ферментов, благодаря чему водород окисляемого вещества передается молекулярному кислороду, который всегда имеется в среде. Поэтому в энергетическом отношении эти процессы очень эффективны. К процессам окисления относятся: окисление этилового спирта в уксусную кислоту, окисление жиров, клетчатки, окисление углеводов плесневыми грибами, окисление углеводородов, молекулярного водорода и др. Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называется превращение микроорганизмами углеводов в этиловый спирт и углекислоту. Химическая схема спиртового брожения без учета промежуточных этапов выражается уравнением С6Н12О6 = 2СН3СН2ОН + 2С02 + 27 ккал. Это брожение вызывается дрожжами, а также мукоровыми грибами. Дрожжи, возбудители этого брожения, - факультативные анаэробы. Как источник азота они используют аминокислоты, пептон, а также аммонийные соли. При развитии в бескислородной среде они получают энергию за счет спиртового брожения, а в аэробных условиях - частично за счет окисления питательных веществ до углекислоты и воды. Это говорит о том, что дрожжевые клетки содержат очень сложный комплекс ферментов. При широком доступе кислорода у дрожжей помимо дыхания параллельно идет и процесс брожения - настолько ферменты дрожжей специализированы в направлении брожения. Дрожжи широко распространены в природе. Они всегда встречаются на поверхности фруктов и ягод, на листьях. С опадающими фруктами и ягодами дрожжи попадают в почву, где перезимовывают, а затем опять попадают на растения вместе с пылью, а также заносятся насекомыми, птицами. Это гак называемые дикие дрожжи. Спиртовое брожение широко используется в промышленности: в виноделии, пивоварении, винокурении и хлебопечении. В этих производствах употребляют культурные дрожжи, отличающиеся от диких дрожжей высокой производительностью. Молочнокислое брожение. Типичное молочнокислое брожение - процесс расщепления углеводов (лактозы, мальтозы, сахарозы, глюкозы и др.) с образованием молочной кислоты без побочных продуктов по уравнению С6Н12О6 = 2С3Н6О3 + 18 ккал. В северных широтах возбудителем этого брожения обычно является молочный стрептококк, вызывающий естественное скисание молока. Оптимальная температура для него 30-35°. Вторая группа возбудителей типичного брожения - палочковидные бактерии. Из них болгарская палочка обычно вызывает естественное скисание молока в южных районах. Оптимальная температура для жизнедеятельности около 40°, условный анаэроб. Она приспособлена к усвоению углеводов растительного происхождения - мальтозы и др. Молочный сахар она не разлагает, используется при заводском получении молочной кислоты. Молочнокислые бактерии требовательны к азоту (они усваивают его только из аминокислот) и к наличию витаминов группы В. Больше всего кислоты образует болгарская палочка (3,2%). Сметану получают прибавляя к сливкам чистую культуру молочнокислых бактерий. Ацидофилин получают заквашиванием пастеризованного молока ацидофильной палочкой, выделенной из кишечника грудных детей. Эта палочка хорошо приживается в кишечнике. Квашение овощей при быстром росте овощного хозяйства приобретает все большее значение. Овощи плотно закладывают в чаны, чтобы создать анаэробные условия. Благодаря прибавлению соли происходит плазмолиз и затем гибель клеток заквашиваемых овощей - капусты, огурцов, помидоров и пр. Они быстрее отдают в рассол сок, в частности сахара. Все это благоприятствует развитию молочнокислых бактерий и накоплению молочной кислоты. Дрожжи могут продуцировать спирт и эфиры, которые придают продуктам специфический аромат и вкус. Молочнокислые бактерии и дрожжи играют существенную роль в приготовлении черного кислого хлеба. Молочнокислые бактерии хлебной закваски придают кислый вкус хлебу, препятствуют развитию маслянокислых и гнилостных микроорганизмов, а спиртовое брожение "поднимает" тесто. Пропионовокислое брожение вызывается особыми пропионовокислыми бактериями. Они строгие анаэробы, грамположительны. Источником азота для них служат белковые вещества. Энергию получают при разложении Сахаров и солей молочной кислоты. Конечными продуктами брожения являются пропионовая и уксусная кислоты, а также СО2 и Н2О. Они широко представлены в молочных продуктах, в почве, в кале животных и пр. Пропионовокислое брожение, а также и молочнокислое используется для получения сыров в молочно-сыродельных производствах. Сырная масса получается путем обработки молока сычужной закваской. Далее молочная сыворотка удаляется и сырная масса прессуется в котле. В это время происходит усиленное молочнокислое брожение. Когда молочный сахар бывает весь использован, молочнокислые микробы прекращают свое размножение и постепенно отмирают. Теперь молочнокислое брожение сменяется пропионовокислым, при котором соли молочной кислоты превращаются в пропионовую и уксусную кислоты и сыр приобретает специфический вкус. Углекислота образует в сыре "глазки". Производство сыра продолжается 2-3 месяца минимум, лучшие сорта выдерживаются почти до года. Масляно-кислое брожение. Биохимическая природа масляно-кислого брожения была установлена Луи Пастером (1861). Он доказал, что масляно-кислое брожение вызывается масляно-кислыми бактериями. При этом Пастер открыл новый тип окисления - анаэробный. Масляно-кислые бактерии довольно крупного размера (3-12 мк). Имеют жгутики. Образуют споры, поперечник спор обычно больше поперечника самой палочки, и палочки со спорой приобретают вид веретена или барабанной палочки (булавки). Они строгие анаэробы. В качестве источника углерода и энергетического материала они используют углеводы, спирты, органические кислоты; в качестве источника азота - самые различные азотные соединения: пептон, аминокислоты, аммиачные соли, а некоторые из них даже азот атмосферы. Типичное брожение идет с образованием масляной кислоты, углекислоты и водорода по уравнению: С6Н12О6 = СН3СН2СН2СООН + 2СО2 + 2Н2 + 20 ккал. Возбудители масляно-кислого брожения чрезвычайно широко распространены в природе. До 90% почвенных образцов содержат эти бактерии. Они всегда находятся в водоемах, илах, навозе, молоке, сыре и пр. Маслянокислое брожение наблюдается всюду, где происходит разложение органических остатков в анаэробных условиях. Оно играет большую роль в круговороте углерода. Масляная кислота образуется также при бактериальном разложении белковых веществ. Масляная кислота, выделяемая при брожении, хорошо усваивается рядом других бактериальных видов. Брожение пектиновых веществ. Растительные ткани, особенно кора растений и мякоть плодов, содержат в значительном количестве межклеточное вещество, называемое пектином (pectis - студень), цементирующее клетки в тканях. В почве стебли растений разлагаются различными микроорганизмами, причем в первую очередь разлагается паренхима коры, пропитанная пектином. Этот процесс брожения пектинов также является важным в круговороте углерода. Он способствует ускорению минерализации растительных тканей. После разрушения межклеточных веществ целлюлозные стенки отдельных клеток легче подвергаются действию целлюлозоразлагающих микробов. На пектиновом брожении основана первичная обработка волокнистых растений - льна, конопли, джута, кенафа и др. - для отделения волокна от костры. Для этого производят мочку льна и других волокнистых растений в естественных стоячих водоемах, где в брожении принимают участие естественно живущие в них пектиноразлагающие анаэробы. Лучшие результаты дает искусственная мочка в заводских условиях с применением чистых культур бактерий. Анаэробное разложение клетчатки. Огромное значение для круговорота углерода в природе имеет разложение клетчатки (целлюлозы). Половина всего углерода, находящегося на поверхности Земли, содержится в клетчатке. Клетчатка и лигнин совсем не усваиваются животными. А ежегодный прирост ее в составе растений огромный. Она составляет 50% сухого веса прироста, поэтому накапливалась бы в больших количествах на Земле, нарушая круговорот углерода. Клетчатка - очень стойкое органическое соединение и может быть разрушена только при действии очень сильных химических соединений. Но в природе она легко разрушается и вовлекается в круговорот веществ под воздействием широко распространенных целлюлозоразлагающих микробов. Билет №15 1. Вегетативное размножение растений. Вегетативное размножение растений – это увеличение числа особей за счет отделения жизнеспособных частей вегетативного тела и их последующей регенерации (восстановления до целого организма). Данный способ размножения широко распространен в природе. Вегетативным способом размножаются как водоросли, так и высшие растения. Вегетативное размножение бывает естественным и искусственным. Благодаря естественному вегетативному размножению в природе происходит быстрое увеличение числа особей вида, их расселение и как следствие – успех в борьбе за существование. Естественное вегетативное размножение происходит несколькими путями: фрагментацией материнской особи на две или более дочерних; разрушением участков наземно-ползучих и полегающих побегов (плауны, голосеменные, цветковые); с помощью особых структур, специально предназначенных для вегетативного размножения (клубни, луковицы, корневища, клубнелуковицы, пазушные почки, придаточные почки на листьях или корнях, выводковые корзиночки моховидных и т.д.). Искусственное вегетативное размножение осуществляется при участии человека при выращивании культурных растений. Искусственное вегетативное размножение обладает рядом преимуществ над семенным: обеспечивает получение потомков, сохраняющих признаки родительского организма, ускоряет получение потомков, позволяет получить большое количество потомков. Кроме того, с помощью вегетативного размножения можно воспроизвести клоны тех растений, которые образуют нежизнеспособные семена или вообще их не образуют. Способы вегетативного размножения. Растения можно размножать вегетативными органами – делением целого растения на части, надземными и подземными побегами, листьями, корнями. Рис. 34. Фрагментация у элодеи. Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых регенерирует в новую особь (рис. 34). Такое размножение характерно для нитчатых и пластинчатых водорослей (обрывки нитей или части таллома), некоторых цветковых растений (например, элодея канадская). В Европу попали только женские экземпляры элодеи, не способные образовывать семена из-за отсутствия мужских растений и единственным способом размножения оказалась фрагментация. Деление кустов. Смородина, крыжовник, примулы, ревень хорошо размножаются частями кустов. Растение выкапывают, делят на части и высаживают отдельно друг от друга. Кусты обычно делят весной или во второй половине лета. Рис. . Размножение земляники надземными столонами (усами) Размножение надземными побегами. Усы. В сельскохозяйственной практике усами размножают клубнику и землянику. В узлах усов образуются боковые почки и придаточные корни. После засыхания междоузлий растения обособляются. В природе усами размножаются такие растения, как лютик ползучий, камнеломка отпрысковая. Рис. Размножение смородины отводками Отводки. Отводки – это участки побегов, которые специально прижимаются к земле, и присыпаются землей, а после развития придаточных корней отделяются от материнского растения (рис. 36). Для лучшего укоренения побег можно надрезать. Это нарушает отток питательных веществ и их скопление в месте надреза, что создает благоприятные условия для образования придаточных корней. Отводками размножаются крыжовник, смородина, виноград. Стеблевые черенки. Стеблевой черенок представляет собой участок надземного побега. Стеблевыми черенками размножают виноград, смородину, крыжовник, декоративные виды спиреи, красный перец, баклажан и другие. Для размножения берут черенки длиной от 2-3 до 6-8 см, состоящих из одного междоузлия и двух узлов. На верхнем узле листья оставляются (если листовые пластинки крупные, то их наполовину срезают). Черенки высаживают в специальные парнички, а после укоренения – в открытый грунт. Рис. Размножение черенками Прививка (или трансплантация) – искусственное сращивание части (черенка, почки) одного растения с побегом другого. Черенок или почка с прилегающим к ней участком коры и древесины (глазок), привитые на другое растение, называют привоем. Подвой – растение или его часть, на котором осуществлена прививка. Прививка позволяет использовать корневую систему подвоя для сохранения или размножения определенного сорта, замены сорта, получения новых сортов, ускорения плодоношения, получения морозоустойчивых растений, ремонта или омоложения старых взрослых деревьев. Известно много способов прививки, однако все их можно свести к двум основным типам: прививка сближением, когда привой и подвой остаются на своих корнях, прививка отделенным привоем, когда корни имеет только подвой. Наиболее распространенными способами прививки являются следующие (рис. 38). Прививка в расщеп или в полурасщеп. Применяют в том случае, если привой тоньше подвоя. Поперечный срез подвоя полностью или частично разделяют и вставляют в него привой, косо срезанный с двух сторон. Прививка под кору. Привой также тоньше подвоя. На подвое делают горизонтальный срез под стеблевым узлом, кору надрезают в вертикальном направлении и осторожно отворачивают ее края. На привое делают срез в виде полуконуса, вставляют его под кору, зажимают отворотами коры и обвязывают. Копулировка. Применяется в том случае, если привой и подвой имеют одинаковую толщину. На привое и подвое делают косые срезы и совмещают их, обеспечив плотность соединения. Окулировка. Прививка почки-глазка. На подвое делается Т-образный разрез, края коры отгибаются, и за кору вставляют почку с небольшим участком древесины и плотно забинтовывают. Рис. 1. Способы прививок: 1. Прививка сближения. 2. Под кору. 3. Копулировка. 4. Окулировка. Размножение подземными побегами. Клубень. Из сельскохозяйственных растений, размножающихся клубнями, наиболее известны картофель и топинамбур. Их можно размножать, высаживая целые клубни или их части с почками-глазками. Клубни, как хранилище запаса питательных веществ, образуются у таких дикорастущих растений, как сыть, седмичник. Корневище. В сельском хозяйстве корневищами размножают ревень, мяту, спаржу, бамбук, в декоративном садоводстве – ландыш, ирис и другие. Они легко размножаются делением корневища на части, каждая из которых должна содержать вегетативную почку. В лесах, степях, на лугах обитает большое количество корневищных растений, прежде всего злаков. К корневищным растениям относятся пырей, тимофеевка, белоус, купена, кислица, хвощ полевой и другие дикорастущие растения. У многих корневища ветвятся, и при отмирании старых частей происходит обособление новых растений. Луковица. В сельскохозяйственной практике луковицами размножают лук, чеснок, декоративные растения: тюльпаны, нарциссы, гиацинты и другие. В природе луковицами размножаются многие растения: тюльпаны, гусиный лук, пролеска, подснежник и т.д. Вегетативное размножение луковичных растений осуществляют разросшимися взрослыми луковицами, детками, отдельными чешуями. Клубнелуковица. Запасные питательные вещества клубнелуковицы расходуются на цветение, но к концу сезона формируется новая клубнелуковица. Кроме того, может образоваться одна или несколько клубнелуковичек – мясистых почек, развивающихся между старой и новой клубнелуковицами. К клубнелуковичным растениям относятся гладиолус, крокус. Рис. . Размножение с помощью подземных побегов. Размножение корнями. Рис. Размножение корнями и листьями: 1 – размножение корневыми отпрысками осота полевого. 2 – размножение корневыми черенками одуванчика. 3 – размножение корневыми клубнями георгина. 4 – размножение детками бриофиллума.. 5 – размножение целыми листьями сенполии. 6 – размножении листовыми черенками сансевьеры. орневые клубни. Представляют собой утолщения боковых корней. В декоративном садоводстве корневыми клубнями размножают георгины, батат. При размножении георгинов необходимо брать корневые клубни с основанием стебля, несущим почки, так как корневые клубни почек не образуют. Корневыми клубнями размножаются чистяк весенний, любка двулистная. Размножение корневыми отпрысками. Корневые отпрыски – побеги, возникающие из придаточных почек на корнях (рис. 36). Корневыми отпрысками размножается растения, легко образующие на корнях придаточные почки: вишня, слива, малина, сирень, осина, осот, бодяк полевой и др. Корневые черенки. Корневой черенок представляет собой часть корня. Ими размножаются виды, на корнях которых легко развиваются придаточные почки: хрен, малина, вишня, розы. Корневые черенки заготавливают осенью, реже весной. Для этого используют боковые корни первого порядка в возрасте 2-3 лет. Длина черенка до 10-15 см, диаметр – 0,6-1,5 см. черенки высаживают в почву на глубину 2-3 см. Черенками размножаются и многие дикорастущие растения: ива, тополь, осина, одуван Размножение листьями. Целыми листьями. Многие цветковые растения размножают листьями, например сенполии, бегонии. Лист достаточно поставить в воду, появляются придаточные корни и придаточные почки, через некоторое время растение пересаживают в почву. Листовыми черенками. Иногда достаточно даже части листа для вегетативного размножения. У бегонии королевской вырезают часть листа с крупной жилкой, лист сансевьеры можно разрезать на несколько листовых черенков и поставить их в воду. Придаточными почками на листьях, детками. У бриофиллюма на листьях образуются придаточные почки, похожие на маленькие растения. Падая, они становятся самостоятельными растениями. 2. Процесс дыхания и его значение для растений. Дыхание — процесс универсальный. Оно является неотъемлемым свойством всех организмов, населяющих нашу планету, и присуще любому органу, любой ткани, каждой клетке, которые дышат на протяжении всей своей жизнедеятельности. Дыхание всегда связано с жизнью, тогда как прекращение дыхания — с гибелью живого. Жизнь организма в целом, как и каждое проявление жизнедеятельности, необходимо связаны с расходованием энергии. Клеточное деление, рост, развитие и размножение, поглощение и передвижение воды и питательных веществ, разнообразные синтезы и все другие процессы и функции осуществимы лишь при постоянном удовлетворении обусловленных ими потребностей в энергии и пластических веществах, которые служат клетке строительным материалом. Источником энергии для живой клетки служит химическая (свободная) энергия потребляемых ею питательных веществ. Распад этих веществ, происходящий в акте дыхания, сопровождается освобождением энергии, которая и обеспечивает удовлетворение жизненных потребностей организма. Сам же процесс дыхания представляет собой сложную многозвенную систему сопряженных окислительновосстановительных процессов, в ходе которых имеет место изменение химической природы органических соединений и использование содержащейся в них энергии. Дыхание. Определение. Уравнение. Значение дыхания в жизни растительного организма. Специфика дыхания у растений Клеточное дыхание — это окислительный, с участием кислорода распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности. Суммарное уравнение процесса дыхания : С6 Н12 О6 + 602 ► 6С02 + 6Н2 0 + 2875 кДж/моль Не вся энергия, высвобождаемая при дыхании, может быть использована в процессах жизнедеятельности. Используется организмом в основном та энергия, которая аккумулируется в АТФ. Синтезу АТФ во многих случаях предшествует образование разности электрических зарядов на мембране, что, в свою очередь, связано с разностью концентраций ионов водорода по разные стороны от мембраны. Согласно современным представлениям, е только АТФ, но и протонный градиент служат источником энергии для различных процессов жизнедеятельности клетки. Обе формы энергии могут быть использованы на процессы синтеза, процессы поступления, передвижения питательных веществ и воды, создание разности потенциалов между цитоплазмой и внешней средой. Энергия, не накопленная в протонном градиенте и АТФ, в основном рассеивается в виде тепла или света и является для растения бесполезной. Значение дыхания в жизни растения. Дыхание — один из центральных процессов обмена веществ растительного организма. Выделяющаяся при дыхании энергия тратится как на процессы роста, так и нaподдержание в активном состоянии уже закончивших рост органов растения. Вместе с тем значение дыхания не ограничивается тем, что это процесс, поставляющий энергию. Дыхание, подобно фотосинтезу, сложный окислительно_ восстановительный процесc, идущий через ряд этапов. На его промежуточных стадиях образуются органические соединения, которые затем используются в различных метаболических реакциях. К промежуточным соединениям относят органические кислоты и пентозы образующиеся при разных путях дыхательного распада. Таким образом, процесс дыхания — источник многих метаболитов. Несмотря на то что процесс дыхания в суммарном виде противоположен фотосинтезу, в некоторых случаях они могут дополнять друг друга. Оба процесса являются поставщиками как энергетических эквивалентов (АТФ, НАДФ-Н), так и метаболитов. Как видно из суммарного уравнения, в процессе дыхания образуется также вода. Эта вода в крайних условиях обезвоживания может быть использована растением и предохранить его от гибели. В некоторых случаях, когда энергия дыхания выделяется в виде тепла, дыхание ведет к бесполезной потере сухого вещества. В этой связи при рассмотрении процесса дыхания надо помнить, что не всегда усиление процесса дыхания является полезным для растительного организма. Билет №16 1. Цветок, его строение и функции. Цветок — сложная система органов, обеспечивающая семенное размножение у цветковых растений. Появление цветка в процессе эволюции — ароморфоз, обусловивший широкое распространение на Земле покрытосеменных, или цветковых, растений. Функции цветка: образование тычинок с пыльцевыми зернами плодолистиков (пестиков) с семяпочками; опыление; сложные процессы оплодотворения; формирование семени и плода. Цветок — это укороченный видоизмененный и ограниченный в росте побег, несущий околоцветник, тычинки, плодолистики (пестики). Строение цветков у всех цветковых растений сходно, а форма — разнообразна. В этом проявляется идиоадаптация — приспособление к различным способам опыления. Наружное строение цветка Цветком заканчивается главный стебель или боковые. Безлистная часть стебля под цветком называется цветоножкой. У сидячих цветков цветоножка отсутствует либо сильно укорочена. Цветоножка переходит в укороченную ось цветка, его стеблевую часть — цветоложе. Форма цветоложа может быть удлиненной, выпуклой, плоской, вогнутой. На цветоложе располагаются все части цветка: чашелистики и лепестки, тычинки и пестик (пестики). Чашелистики и лепестки вместе составляют околоцветник. Чашелистики обычно защищают от повреждений цветок, особенно бутон, но могут выполнять и другие функции. В зеленых чашелистиках, содержащих хлоропласты, происходит фотосинтез. У некоторых растений (тюльпан, ветреница) они становятся лепестковидными и выполняют функции лепестков; могут служить для защиты развивающихся плодов, для их распространения. Произошли чашелистики из верховых вегетативных листьев. Доказательством этого является их морфологическое сходство с листьями, четко, выраженное у некоторых растений (пион), и спиральное расположение. Совокупность чашелистиков образует чашечку, которая бывает либо раздельнолистной, либо сростнолистной. Строение цветка растения Лепестки выполняют функции привлечения опылителей и содействия успешному опылению. Происхождение лепестков двоякое: у одних растений — это видоизмененные тычинки. Такие лепестки у кувшинки, а также у представителей семейств лютиковых, гвоздичных, маковых и др. Другая группа растений имеет лепестки, как и чашелистики, листового происхождения (пион, магнолиевые). Совокупность лепестков цветка называется венчиком. Размеры, строение, окраска венчика разнообразны, что связано с биологией опыления. У ветроопыляемых растений венчик либо недоразвит, либо отсутствует. Лепестки могут срастаться краями, образуя скоростнолепестной венчик (вьюнок, петуния). В процессе эволюции такой венчик произошел от свободнолепестного. При наличии в цветке чашечки и венчика околоцветник называется двойным. Если лепестков нет либо разница между ними неясно выражена, околоцветник называется простым. Простой околоцветник может быть либо венчиковидным с яркой окраской — у тюльпанов, лилий, ландышей, либо чашечковидным, зеленого цвета — у конопли, лебеды, крапивы. Цветки без околоцветника называются голыми — у осоки, ивы. Тычинки Внутри околоцветника ближе к лепесткам располагаются тычинки. Число их различно: от одной до десятка и более. В процессе эволюции тычинка дифференцировалась на тычиночную нить и пыльник. Пыльник состоит из двух половинок, соединенных продолжением тычиночной нити. В каждой половинке пыльника по два спорангия, их называют гнездами пыльника, или пыльцевыми мешками. Строение тычинки цветка Гнезда заполнены тканью из первичных спорогенных клеток. В результате ряда последовательных митозов из первичных спорогенных клеток образуется множество материнских клеток — микроспор. Затем материнские клетки делятся мейотически, образуя тетрады гаплоидных микроспор. Каждая такая микроспора превращается в пыльцевое зерно. Для этого она увеличивается в размерах и покрывается двойной оболочкой: наружной (экзиной) и внутренней (интиной). Наружная оболочка благодаря основному ее компоненту — спорополленину — характеризуется высокой стойкостью: не растворяется в кислотах и щелочах, выдерживает температуру до 300°С, сохраняется миллионы лет в геологических отложениях. Внутри пыльцевого зерна формируется мужской гаметофит: гаплоидная микроспора делится митотически, образуя более крупную клетку-трубку (вегетативную) и в ней —маленькую генеративную клетку. Генеративная клетка делится еще раз митотически на две мужские гаметы — спермии. Пестик Внутреннюю часть цветка занимают пестики. Количество их бывает от одного до десятка и более. Каждый пестик образован одним или многими сросшимися плодолистиками. В нижней части пестика — завязи — находятся семязачатки (семяпочки). Из верхней его части в процессе эволюции образуется столбик, приподнимающий рыльце над пестиком. При отсутствии столбика рыльце называется сидячим. Завязь может быть верхняя, если она располагается на плоском или выпуклом цветоложе, а все остальные части цветка прикрепляются под пестиком. У цветков с нижней завязью вогнутое цветоложе срастается с ее стенкой, околоцветник и тычинки прикрепляются над пестиком. Строение пестика У завязи пестика находится полость — гнездо. Различают одно-, и многогнездную завязи. Многогнездная завязь образуется в результате срастания нескольких плодолистиков. Количество гнезд равно числу сросшихся плодолистиков. В каждом гнезде на стенках завязи формируются семязачатки (семяпочки), либо сидячие, либо на семяножках. Их бывает от одного (слива, вишня) до нескольких тысяч (мак, орхидные). Строение семязачатка (семяпочки) При анатомическом исследовании семяпочки различаются следующие составные части: Семяножка; нуцеллус; покровы; микропиле; зародышевый мешок. По семяножке в зародышевый мешок поступают питательные вещества и ею семяпочка крепится в завязи. Нуцеллус семяпочки — это паренхиматическая питающая и защитная для мегаспор ткань. Снаружи нуцеллус одет одним или двумя покровами (интегументами). Они покрывают нуцеллус не сплошь. Чаще сверху семяпочки они не соединяются и образуют небольшое отверстие, которое называется микропиле, или пыльцевход. Самую внутреннюю часть семяпочки занимает зародышевый мешок, который у покрытосеменных представляет собой женский гаметофит. Строение семязачатка Семязачаток (семяпочка) состоит из макроспорангия и окружающего его покрова. В макроспорангии закладывается одна материнская клетка, из которой путем мейоза образуется тетрада гаплоидных макроспор. Три из них отмирают и разрушаются, а четвертая (дающая начало женскому гаметофиту) макроспора сильно вытягивается в длину, одновременно ее гаплоидное ядро делится митотически. Дочерние ядра расходятся к разным полюсам удлиненной клетки. Далее, каждое из образовавшихся ядер делится митотически еще дважды и образует по четыре гаплоидных ядра у разных полюсов клетки. Это уже зародышевый мешок, имеющий восемь гаплоидных ядер. Затем от каждой из двух четверок ядер по одному направляются к центру зародышевого мешка, где они сливаются, образуя вторичное диплоидное ядро. После этого в цитоплазме зародышевого мешка возникают клеточные перегородки между ядрами и он становится семиклеточным. У одного из полюсов зародышевого мешка размещается яйцевой аппарат, состоящий из более крупной яйцеклетки и двух вспомогательных клеток. У противоположного полюса — три клетки-антипода. Все шесть клеток гаплоидны. В центре находится диплоидная клетка со вторичным ядром. У большинства растений цветки имеют тычинки и пестики и называются обоеполыми. Бывают цветки и однополыми: тычиночные (мужские) либо пестичные (женские). Мужские и женские цветки могут располагаться на одной особи, такое растение называют однодомным (огурец, кукуруза, дуб, береза), а если на разных особях — двудомным (конопля, ива, тополь). Однополые цветки и двудомные растения — это одно из приспособлений к перекрестному опылению. Диаграммы и формулы растений Для краткого описания цветка пользуются диаграммами и формулами. Диаграмма — это схематическая проекция элементов цветка на плоскость, перпендикулярную к его оси. Все части цветка, прицветник и материнский побег обозначают определенными значками: чашелистики — фигурной скобкой, лепестки — круглой скобкой, тычинки — поперечным разрезом через пыльник, пестик — поперечным разрезом через завязь. При составлении формулы цветка околоцветник обозначают буквой О, чашелистики — Ч, лепестки — Л, тычинки — Т, пестик — П. Число частей цветка обозначают цифрой, написанной у основания буквы. Если тычинок и пестиков больше 12, ставят значок — ∞. При срастании частей цветка соответствующие цифры берут в скобки. Верхнюю завязь обозначают горизонтальной чертой под числом, нижнюю — над числом пестиков. 2. Автотрофные и гетеротрофные растения. Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. По способу получения необходимых для жизнедеятельности органических веществ все клетки (и живые организмы) подразделяют на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. Автотрофные организмы Автотрофные организмы способны самостоятельно синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды только источник углерода (CO2), воду (H2O) и минеральные соли. Автотрофы подразделяются на две группы: фотосинтетики (фототрофы) и хемосинтетики (хемотрофы). Для фотосинтетиков источником энергии для реакций биосинтеза служит солнечный свет. К фототрофам относятся клетки зелёных растений, содержащие хлорофилл, и бактерии, способные к фотосинтезу (например, цианобактерии). Хемосинтетики используют для синтеза органических веществ энергию, высвобождающуюся в ходе химических превращений неорганических соединений. Хемосинтез — образование органических соединений из неорганических за счёт энергии окислительновосстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Хемосинтетики — единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света. К ним относятся некоторые виды бактерий: железобактерии окисляют двухвалентное железо до трёхвалентного: Fe2+→Fe3+ + E; серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты: H2S+O2=2H2O+2S+E, H2S+O2=2H2SO4+E; нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотистой и азотной кислот, которые, взаимодействуя с почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты: NH3→HNO2→HNO3 + E. Выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия переводится в энергию макроэргических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений. Роль хемосинтетиков велика, так как они являются непременным звеном природных круговоротов важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Они разрушают горные породы, участвуют в образовании полезных ископаемых, применяются в очистке сточных вод (серобактерии). Нитрифицирующие бактерии обогащают почву нитритами и нитратами, в форме которых растениями усваивается азот. Гетеротрофные организмы Гетеротрофные организмы не могут самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических соединений и нуждаются в их постоянном поглощении извне. Питаясь пищей растительного и животного происхождения, они используют энергию, запасённую в органических соединениях, и строят из полученных веществ собственные белки, липиды, углеводы и другие биополимеры. К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии. В зависимости от того, откуда гетеротрофные организмы получают питательные вещества, их делят на группы: сапрофиты, паразиты. Сапрофиты (сапротрофы) питаются мёртвыми органическими остатками (бактерии гниения, брожения, молочнокислые бактерии, многие грибы). Паразиты существуют только на живых организмах, нанося им вред (болезнетворные бактерии, грибыпаразиты растений, животных и человека; паразитические растения). Миксотрофные организмы Существуют также организмы, способные использовать как автотрофный, так и гетеротрофный способы питания. Такие организмы называют миксотрофы. Это, например, эвглена зелёная, которая на свету является фототрофом, а в темноте — гетеротрофом. Некоторые растения, например венерина мухоловка или росянка, способны пополнять нехватку азота ловлей и перевариванием насекомых. Другие растения частично перешли к паразитическому образу жизни и могут получать органические вещества из организма хозяина при помощи особых видоизменений корней (омела, петров крест, повилика). Билет №17 1. Соцветия и их типы. Цветки могут быть одиночными либо собранными в группы. Группа цветков, расположенная в определенном порядке на растении, называется соцветием. Количество цветков в соцветиях может быть различно: от небольшого количества у большинства растений (в пределах десятка) до сотен, а у некоторых растений — до десятков тысяч (агавы, пальмы). Такая особенность в строении нужна для эффективного опыления насекомыми или ветром. Когда цветки собраны в группы, насекомые-опылители могут быстрее перемещаться от одного цветка к другому, перенося пыльцу с тычинок на рыльце пестика. Также небольшие цветки, объединённые в соцветия, стают более заметными и привлекают ос, пчел, бабочек. У ветроопыляемых наличие такой конструкции повышает возможность оплодотворения, а также дают большее количество плодов, чем одиночные цветки. Существуют различные типы соцветий, которые классифицируют по разным признакам, но чаще всего выделяют простые и сложные. Простые соцветия Простые — соцветия, где цветки находятся на основной оси, и ветвление не превышает второй порядок (примеры, черёмуха). К простым относятся: кисть, щиток, колос, початок, сережка, зонтик, головка, корзинка. Простые соцветия Соцветие кисть — отдельные цветки, расположенные на удлиненной оси. Цветоножки каждого цветка имеют примерно одинаковую длину (резеда, люпин, черемуха, ландыш). Щиток — у нижних цветков более длинные цветоножки, чем у верхних. Благодаря этому все цветки расположены почти в одной плоскости (груша). Колос — на главной удлиненной оси находятся сидячие цветки. Простой колос характерный для многих видов подорожника, злаковых, вербена. Початок отличается от колоса мясистой утолщенной осью, цветки лишены цветоножек, соцветие часто окружено листьями (кукуруза). У сережки в отличие от кисти свисающая ось (ива, смородина), она достаточно длинная, с плотно расположенными цветками. Зонтик — цветоножки отдельных цветов разной длины отходят от верхушки стебля, как спицы зонтика. Цветки располагаются в одной плоскости или куполообразно (лук, вишня). Головка — на укороченной и расширенной главной оси находятся тесно сближенные цветки (клевер). Самый специализированный вид простого соцветия — корзинка, которая встречается у растений семейства Сложноцветные. Корзинка представляет собой множество мелких сидячих цветков, которые располагаются на укороченной и утолщенной блюдцеобразной оси. Снаружи корзинка имеет обвертку из одного или нескольких рядов прицветных листьев (подсолнечник, василек). Сложные соцветия Сложные соцветия состоят из нескольких простых соцветий, при этом ветвление идет выше второго порядка (примеры, пшеница, рожь). В зависимости от вида нарастания и направления раскрывания цветков сложные соцветия делят на: Рацемозные— с моноподиальным нарастанием осей, а раскрытие цветков начинается с основания, постепенно достигая верхушки (примеры, иван-чай). Цимозные— с симподиальным нарастанием осей, при этом вырастают равнозначные оси, каждая из которых заканчивается цветком. Раскрытие цветка начинается с верхушки и заканчивается основанием (например, медуница). Рацемозные К сложным рацемозным относятся: двойные кисти, метелка, вильчатое соцветие, шишка. Двойные кисти — характеризуются длинной основной осью, на которой расположены пазушные простые кисти. Встречаются у растений из семейства Мотыльковые. Сложный колос и зонтик являются разновидностями двойной кисти. У сложного колоса на общей оси расположены простые колоски. Сложный колос характерный для пшеницы; cложный зонтик — на боковых осях находятся простые зонтики (морковь, укроп). Метелка имеет больше ответвлений, чем двойная кисть, а также нижние простые соцветия у них сильнее развиты, чем верхние (сирень, бирючина, виноград). На ветвящейся главной оси располагаются кисти либо простые колоски. Есть и иные варианты этого соцветия. Если идет снижение числа простых соцветий в верхнем слое, метелка стает щитковидной (калина, бузина, рябина). Сложные соцветия Вильчатое соцветие — основная ось дает две супротивные ветви второго порядка (примеры, медуница, окопник). Шишка — представляет собой плодовую часть и соцветие хвойных деревьев. Формируется из чешуек, которые расположены в виде колоса. 2. Сущность процесса фотосинтеза. Подобно другим организмам зеленые растения в качестве источника энергии используют углеводы и другие органические вещества; однако в отличие от большинства организмов зеленые растения — автотрофы (питающиеся самостоятельно). Растения создают свою пищу сами в процессе фотосинтеза. Фотосинтез — процесс образования зелеными растениями органических веществ из неорганических (диоксида углерода и воды) при участии световой энергии, поглощенной хлорофиллом. В процессе фотосинтеза за счет расщепления (фотолиза) воды в атмосферу выделяется кислород: В ходе этого синтеза лучистая энергия Солнца превращается в химическую энергию органических соединений. Посредством фотосинтеза зеленые растения обеспечивают космическую связь жизни на Земле с Вселенной и определяют экологическое благосостояние нашей планеты. По современным данным, на Земле за счет фотосинтеза ежегодно синтезируется около 100 млрд т сухого органического вещества, которое примерно поровну распределяется между сушей и морями. Из наземной растительности на долю лесов приходится 24,4 млрд т сухой органической массы, на долю пастбищ — 10,4, на пашню — 8,7, на пустыни и полупустыни — 5,4 млрд т. Благодаря фотосинтетической деятельности растений в атмосфере Земли содержание диоксида углерода поддерживается примерно на уровне 0,03%, а кислорода — 21%. Фотосинтез — это не только источник пищевых ресурсов и полезных ископаемых, но и фактор сбалансированности биосферных процессов, включая постоянство содержания О2 и СО2 в атмосфере, постоянство содержания гумуса в почве и температурных условий. Из сказанного вытекает вывод о необходимости сохранения зеленого царства на нашей планете, особенно лесов. Уменьшение площади лесов и другой растительности, разложение гумуса почв и увеличивающееся сжигание человеком ископаемого топлива приводят к нарушению биосферных процессов. Материальная база фотосинтеза Лист — главный орган растения, осуществляющий фотосинтез. Он состоит из нескольких слоев активно фотосинтезирующих клеток (клеток мезофилла), окруженных защитным слоем (эпидермисом) и снабженных проводящими элементами (жилками), предназначенными для переноса веществ в двух противоположных направлениях: по ксилеме жилок вода и питательные вещества поступают в лист, а по флоэме ассимиляты и прочие продукты жизнедеятельности удаляются из листа. Устьица, пронизывающие эпидермис, открываются и закрываются под влиянием изменений тургора замыкающих клеток. В мезофилле листа расположены пластиды — хлоропласты, содержащие зеленые пигменты (хлорофилл), поэтому окраска листьев зеленая. Благодаря большой поверхности и определенному размещению листьев в пространстве растение может использовать как прямой, так и рассеянный свет. Для эффективного улавливания света большое значение имеет архитектоника растения, под которой понимают пространственное расположение органов. Для теневыносливых древесных растений характерна листовая мозаика, когда листья отдельных ветвей располагаются в одной плоскости, не затеняя друг друга. Фотосинтез связан со специфическими органеллами клеток — хлоропластами. Суммарная поверхность хлоропластов может превышать площадь листьев в десятки и сотни раз. В клетках столбчатой паренхимы находится 30 — 40 хлоропластов, в губчатой — около 20. Хлоропласты высших растений имеют форму двояковыпуклой линзы (диска), которая наиболее удобна для поглощения солнечных лучей (рис. 1). С помощью электронного микроскопа удалось установить ультраструктуру хлоропласта. Рисунок 1 – Строение хлоропласта: 1— оболочка хлоропласта; 2 — грана; 3 — крахмальное зерно; 4 — строма; 5 — пластоглобула Снаружи хлоропласты окружены двойной мембраной, состоящей главным образом из белков и липидов. Внутреннюю среду представляет белковый матрикс, или строма, которую пронизывают мембраны — ламеллы. Ламеллы, соединенные друг с другом, образуют тилакоиды. Плотно прилегая друг к другу, тилакоиды формируют граны. Пигменты, участвующие в поглощении энергии света, находятся в мембранах тилакоидов. Именно здесь световая энергия преобразуется в химическую. Ферменты, которые катализируют многочисленные реакции темновой фазы фотосинтеза, а также биосинтез различных веществ, в том числе белков, липоидов, крахмала, находятся в строме. Билет №18 1. Типы опыления и приспособления к ним у растений. Опыление растений — этап полового размножения семенных растений, процесс переноса пыльцы с пыльника на рыльце пестика (у покрытосеменных) или на семяпочку (у голосеменных). При этом тычинки — мужские органы, а пестик (семяпочка) — женский, и из него при удачном оплодотворении может развиться семя. Имеется два основных типа опыления: самоопыление (когда растение опыляется собственной пыльцой) и перекрёстное опыление. При перекрёстном опылении растения могут давать два основных типа растений: однодомные и двудомные. Перекрёстное опыление требует участия посредника, который бы доставил пыльцевые зёрна от тычинки к рыльцу пестика; в зависимости от этого различают следующие типы опыления: Биотическое опыление (при помощи живых организмов) Энтомофилия — опыление насекомыми; как правило, это пчёлы, осы, иногда — муравьи (Hymenoptera), жуки (Coleoptera), бабочки (Lepidoptera), а также мухи (Diptera). Пыльца цветков, как правило, крупная и очень клейкая. Некоторые виды растений (например, лютики) имеют чашевидную форму цветка, чтобы залезшее в него насекомое «пачкалось» о пыльцу, улучшая процесс опыления. Зоофилия — опыление при помощи позвоночных животных: птицами (орнитофилия, агентами опыления выступают такие птицы как колибри, нектарницы, медососы), летучими мышами (хироптерофилия), грызунами, некоторыми сумчатыми (в Австралии), лемурами (на Мадагаскаре). Искусственное опыление — перенесение пыльцы с тычинок на пестики цветков при посредстве человека. Опыление некоторых растений из семейства Рдестовые иногда осуществляется с помощью улиток. Животные, которые осуществляют опыление, называются опылителями. Абиотическое опыление Анемофилия — опыление с помощью ветра, очень распространено у злаков, большинства хвойных и многих лиственных деревьев. Гидрофилия — опыление при помощи воды, распространено у водных растений. Около 80,4 % всех видов растений имеют биотический тип опыления, 19,6 % опыляются при помощи ветра. Гейтоногамия — соседнее опыление, опыление рыльца пестика одного цветка пыльцой другого цветка того же растения. По отношению растений к опылителям. По отношению растений к имеющемуся спектру опылителей выделяют: эуфилия - способность к опылению широким спектром специализированных опылителей; олигофилия - приспособленность к опылению несколькими родственными таксонами или опылителями одной жизненной формы; монофипия - опыление одним видом насекомых; С другой стороны выделяют следующие уровни приспособленности насекомых к опылению тех или иных растений: полилектия - способность посещать широкий спектр растений различных семейств; олиголектия - способность посещать ограниченную группу растений, как правило, представителей одного семейства или растений с одним типом цветка; монолектия - облигатное посещение для питания одного вида или рода растений; Некоторые примеры разных типов опыления. Томаты (факультативное самоопыление) — цветки имеют и пестики, и тычинки. Тычинки срослись так, что в большинстве случаев пестик оплодотворяется собственной пыльцой. Тополь и облепиха — двудомные растения: на мужских деревьях имеются только цветки с пыльцой, а плоды дают женские деревья (у тополя в виде пуха). Если выращивать из черенков только мужские тополя, то можно избавиться от пуха. У облепихи нужно обращать внимание на то, что плоды дают только женские кусты, но если поблизости не будет мужского куста облепихи, то и женское растение не сможет дать плодов. Обычно на 10 женских кустов достаточно одного мужского. Кукуруза — однодомное растение с однополыми цветками. Мужские цветки собраны на верхушке метёлкой, женские — на стволе початками. Также однодомными растениями с однополыми цветками являются тыквенные — огурцы, тыква и т. п. У них на одном растении растут цветки разного типа, хотя внешне и не так сильно отличающиеся. Но мужские цветки после опыления отмирают и отпадают. Из женских же вырастают плоды. Однодомные растения - растения, у которых однополые цветки мужские (тычиночные) и женские (пестичные) находятся на одном растении. К однодомным растениям относятся береза, орешник, дуб, бук, многие осоки, тыквенные. Обоеполые цветки — те, у которых есть тычинки и пестики. Но у некоторых растений одни цветки имеют только пестики — пестичные цветки, а другие — только тычинки — тычиночные цветки. Такие цветки называют раздельнополыми. Коноплю, тополь, иву, осину, щавель кислый и шпинат называют двудомными растениями, так как у них тычиночные цветки расположены на одних растениях, а пестичные на других Существуют виды, у которых на одном растении есть обоеполые и однополые цветки – это многобрачные (полигамные) растения (гречиха, ясень, георгина, дыня). 2. Морозоустойчивость и зимостойкость растений. Зимостойкость - устойчивость к комплексу неблагоприятных факторов перезимовки. Неблагоприятные факторы: 1.Озимые растения могут погибать от слишком большого снежного покрова (выпревание). Это связано с тем, что под снегом температура несколько повышается (около 0°С) и процесс дыхания идет довольно интенсивно. В результате происходит такая сильная трата сахаров, что растения могут погибнуть от истощения. Кроме того такие растения легко поражаются снежной плесенью, что также приводит к гибели. (Использование сортов с повышенным содержанием углеводов). 2. Образованием ледяной корки (выпирание растений). Происходит при наступление морозов, когда отсутствует снежный покров. При образовании в почве льда происходит оттягивание воды из нижних слоев почвы, корни растения разрываются, что, приводит к их гибели. В этом случае важно, чтобы растения обладали большой устойчивостью корневых систем, большой способностью их к растяжению. (Углубление зоны кущения значительно уменьшает гибель растений.) 3. Весенние заморозки (растения, перенесшие в зимний период температуру - 30°С, могут погибнуть весной при небольших заморозках). Кроме того, весной в пониженных местах в период таяния снега накапливается вода, и растения могут пострадать от вымокания. В этом случае причиной гибели растений служит резкий недостаток кислорода. При недостатке кислорода в клетках растений начинается процесс брожения, что может вызвать прямое отравление организма продуктами брожения, в частности спиртом. Морозоустойчивости растений. - способность растений переносить температуру ниже О °С, низкие отрицательные температуры. Морозоустойчивые растения способны предотвращать или уменьшать действие низких отрицательных температур. Ткани морозоустойчивых растений могут замерзать, однако растения не погибают. Образование льда в протопласте клетки, как правило, происходит при быстром понижении температуры. Как следствие происходит коагуляция белков протоплазмы, кристаллами образовавшегося льда повреждаются клеточные структуры, происходит обезвоживание клеток, клетки погибают. Устойчивость растений зависит от образования при заморозках льда в клетках и межклеточниках. Если лед не образуется, то вероятность восстановления растением нормального течения функций возрастает. Поэтому первостепенное значение имеет возможность быстрого транспорта свободной воды из клеток в межклеточники, что определяется высокой проницаемостью мембран. Билет №19 1. Оплодотворение цветковых растений. Мужские половые клетки — спермии — формируются в пылинках пыльцы, которые развиваются в пыльниках тычинок цветка. Обычно пыльца состоит из многих пылинок (пыльцевых зерен), соединенных в группы. В пылинках и формируются спермии — мужские половые клетки. Женские половые клетки — яйцеклетки — образуются в семязачатках, находящихся в завязи пестика цветка (у цветковых растений бывают завязи с одним или несколькими семязачатками). Чтобы из всех семязачатков развились семена, нужно в каждый семязачаток к яйцеклеткам доставить спермии, так как каждая яйцеклетка оплодотворяется отдельным спермием. Процессу оплодотворения у растений предшествует опыление. Как только пылинка попадает на рыльце пестика (с помощью ветра или насекомых), она начинает прорастать. Одна ее стенка вытягивается и образует пыльцевую трубку. Одновременно в пылинке образуются два спермия. Они передвигаются к кончику пыльцевой трубки. Продвигаясь сквозь ткани рыльца и столбика, пыльцевая трубка достигает завязи и проникает внутрь семязачатка. К этому времени в семязачатке, в его срединной части, одна клетка делится и сильно удлиняется, образуя так называемый зародышевый мешок. В нем у одного конца находится яйцеклетка, а в центре — клетка с двумя ядрами, которые вскоре сливаются, образуя одно — центральное ядро. Проникнув в семязачаток, пыльцевая трубка прорастает в зародышевый мешок, и там один спермий сливается (соединяется) с яйцеклеткой, образуя зиготу, из которой развивается зародыш нового растения. Другой спермий, попавший в зародышевый мешок, сливается с центральным ядром. Образовавшаяся при этом клетка очень быстро делится, и вскоре из нее образуется питательная ткань — эндосперм. Слияние в зародышевом мешке спермиев — одного с яйцеклеткой, а другого с центральным ядром называется двойным оплодотворением. Процесс двойного оплодотворения — явление, свойственное только цветковым растениям. Благодаря двойному оплодотворению зародыш нового растения получает очень ценный эндосперм с питательными веществами. 2. Засухоустойчивость, газоустойчивость растений. Газоустойчивость — это способность растений сохранять жизнедеятельность при действии вредных газов. Токсичные газы, попадая в листья, образуют кислоты или щелочи. Это приводит к изменению рН цитоплазмы, разрушению хлорофилла, нарушению клеточных мембран. Для разных видов растений характерен свой безопасный для жизнедеятельности уровень накопления токсичных газов. Так, лох, тополь и клен более устойчивы к хлору и сернистому газу ( SO 2 ), чем липа и каштан. Растения, устойчивые к засолению и другим стрессорам, имеют более высокую газоустойчивость. Газоустойчивость растений повышается при оптимизации минерального питания и водоснабжения, а также в результате закаливания семян. Замачивание семян в слабых растворах соляной и серной кислот повышает устойчивость растений к кислым газам. Засухоустойчивость – способность растений переносить длительные засушливые периоды, значительный водный дефицит, обезвоживание клеток, тканей и органов. При этом ущерб урожая зависит от продолжительности засухи и ее напряженности. Различают засуху почвенную и атмосферную. Засухоустойчивость обусловлена генетически определенной приспособленностью растений к условиям места обитания, а также адаптацией к недостатку воды. Засухоустойчивость выражается в способности растений переносить значительное обезвоживание за счет развития высокого водного потенциала тканей при функциональной сохранности клеточных структур, а также за счет адаптивных морфологических особенностей стебля, листьев, генеративных органов, повышающих их выносливость, толерантность к действию длительной засухи. Засуха вызывает в первую очередь нарушения водного режима растений, которые затем отражаются и на остальных его физиологических функциях. При атмосферной засухе в сочетании с высокой температурой и солнечной инсоляцией отмечаются значительная задержка роста стеблей и листьев растений, снижение урожая, а иногда растения в течение короткого времени погибают от «теплового удара». Внезапно наступающие суховеи вызывают высыхание и отмирание значительной части листьев травянистых растений, верхушек ветвей у кустарников и плодовых деревьев. Суховеями повреждаются цветочные органы и формирующиеся плоды и семена. Дело в том, что подвядающие листья активно отсасывают воду от цветочных бутонов, завязывающихся плодов или молодых растущих верхушек побегов. Билет №20 1. Строение и классификация плодов. Плод формируется из завязи пестика после оплодотворения и является характернейшим органом цветкового растения. Если плод образован только пестиком, его называют настоящим. Если в образовании плода принимают участие и другие части цветка (цветоложе, покровы цветка), его называют ложным. Функции плода — защита нежных тканей развивающегося семени от воздействия различных неблагоприятных условий: высыхания; механических повреждений; низких температур; благоприятствуют распространению семян. Именно из-за наличия плода цветковые растения называются покрытосеменными. Строение плода: при формировании плода стенки завязи разрастаются и образуют околоплодник, состоящий из трех слоев: наружного, среднего и внутреннего. У разных растений соотношение толщины и плотности всех трех слоев различно и является видовым признаком. Строение плода растения Внешний слой обычно тонкий, а средний может быть толстым, сочным и мясистым с большим количеством сахара (вишня, абрикос) или масла (маслины). Внутренний слой также тонкий, но может видоизменяться и превращаться в каменистую ткань — косточку (персик, слива). Незрелые плоды имеют зеленую окраску, так как содержат много хлорофилла. Классификация плодов Сухие и сочные плоды различаются по содержанию воды, питательных веществ. Сохраняющаяся наружная кожица завязи на поверхности сухих плодов образует различные выросты, придатки в виде шипиков, волосков, прицепок, крылаток. Сочные плоды имеют разросшийся мясистый средний слой околоплодника и содержат одно или несколько семян. Различают сухи и сочные плоды Плоды могут быть простыми и сложными. Простые содержат одно или много семян. Простые односемянные сочные плоды представлены костянками (вишня, абрикос). Внутренний слой такого плода состоит из каменистых клеток, образующих «косточку» с семенем. Многосемянные плоды — ягоды (виноград, смородина, помидор), в их сочную мякоть погружено несколько семян. Сложные сочные плоды образуются либо из нескольких отдельных цветков, как соплодие у шелковицы, либо из нескольких пестиков одного цветка, как многокостянка у малины. Кроме этого, их отличие состоит в том, что соплодие после созревания опадает целиком, многокостянка может рассыпаться на отдельные плодики. Сухие плоды не имеют сочной мякоти и содержат одно, несколько или много семян. Сухие нераскрывающиеся плоды обычно односемянные. Это орех (лесной орешник), имеющий твердый деревянистый плод. Семянка (подсолнечник) имеет кожистый плод. У зерновки (рожь) стенки плотно срастаются с кожурой семени. Сухие раскрывающиеся плоды содержат несколько или много семян, их стенки могут быть деревянистыми, кожистыми или перепончатыми: Листовка — одногнездный кожистый плод, раскрывающийся по шву сросшегося плодолистика (дельфиниум, пион); боб — одногнездный плод раскрывается от вершины к основанию двумя створками, на стенках которых расположены семена (фасоль, горох); стручок — двугнездный плод с семенами, расположенными на пленчатой перегородке (капуста, редька). Стручок раскрывается, как боб, двумя створками, но от основания к верхушке. Если длина стручка небольшая и превышает ширину лишь в полтора — два раза, он называется стручочек (пастушья сумка); коробочка — плод в виде коробочки, раскрывается крышечкой (белена), отверстиями (мак), зубчиками (гвоздика). Кроме перечисленных типов плодов, встречающихся у наиболее распространенных растений, есть и другие. 2. Значение воды в жизни растений. Растительный организм состоит из воды на 70-95 процентов от массы тела. Она является составной частью каждого его органа. Недостаток жидкости приводит к гибели растения. Вода помогает выполнять 8 основных функций: 1. Производить транспортировку питательных веществ к тканям и органам при корневом и листовом питании. 2. Участвует в процессах фотосинтеза (вода, поглощенная из почвы, обеспечивает водород и кислород. Во время фотосинтеза, углерод и вода используются для синтеза пищи). 3. Помогает производить терморегулирование, направленное на поддержание постоянной температуры, препятствующей перегреву и разрушению белков. 4. Создаёт тургорное давление для обеспечения упругости листьев, стеблей. 5. Помогает прорастать семенам (растения необходимы питательные вещества, но, если они будут сухими, то семя не сможет его усвоить). 6. Служит средой обитания для некоторых видов. 7. У некоторых водных и околоводных растений, таких как элодеи, роголистник, валлиснерия перенос пыльцы осуществляется водой. 8. Многие растения расселяются с помощью воды (например, ивы размножаются вегетативным способом). Роль испарения воды Вода из окружающей среды поступает через корни. Далее жидкость, содержащая минеральные и органические вещества, поступает по стеблю в листья. Биологически значимые элементы усваиваются, а после происходит отдача воды окружающей среде. Такое явление в биологии именуется испарением. Испарение – необходимый процесс жизнедеятельности растительных организмов. Жидкость, поступившая в листья, превращается в пар, в результате чего температура растения снижается. И чем крупнее лист, тем больше и быстрее испаряется влага. В неблагоприятный период многие растения сбрасывают листья. Так деревья и кустарники спасают себя от обезвоживания, ведь количество испаряемой воды уменьшается. Содержание воды в растениях Молодые листья содержат в себе 90-95 % воды, тогда как одревесневшие органы получили всего 50 %. В листьях капусты содержится 90 % воды, в огурце – 96 %. Объем жидкости в созревших семенах составляет всего лишь 10-15 %. Содержание жидкости зависит от: возраста организма и его вида; условий окружающей среды. Вода необходима для прорастания семян. Без неё зародышевый стебелек не сможет разорвать семенную кожуру. Чтобы зародыш был живым, важно регулярно поливать семена. Билет №21 1. Распространение семян и плодов. 2. Проникновение веществ и воды в клетку. 3. По гербарным экземплярам определите тип жилкования листьев. 1. Распространение плодов и семян В течение эволюции у растений выработались различные приспособления к распространению семян и плодов. Одни плоды и семена разносятся ветром, другие переносятся водой, животными или человеком, а также встречаются растения, у которых выработались специальные приспособления к саморазбрасыванию (автохория) семян. В летние месяцы с восходом солнца в садах и лесах, на полях и лугах созревшие плоды начинают трескаться, разбиваться при падении, распространяя свои семена. Например, если у желтой акации и растения недотроги задеть кончик плода, то створки плода разрываются, затем скручиваются и с силой разбрасывают семена. Таким интересным образом растения сами распространяют свои семена на другие территории (рис.1). Рис. 1 Саморазбрасывание семян Многие растения распространяют свои семена и плоды с помощью ветра (анемогеохория). На плодах многих деревьев (береза, клен, ясень, ель, сосна и др.) образуются крылышки (рис. 2). Но не только деревья, а и некоторые травянистые растения (чертополох, ковыль, осот, рогоз и др.) распространяют свои семена так же. У одуванчиков на плодах образуются пушистые парашютики, которые подхватывает ветер и уносит на другую территорию. Благодаря этим приспособлениям ветер разносит семена и плоды на большие расстояния. Рис.2 Распространение семян ветром Распространение плодов и семян с помощью воды (гидрохория). У растений, растущих в водоемах или по их берегам (кувшинки, стрелолисты), плоды и семена обычно распространяются по воде. Они не смачиваются водой и не тонут благодаря имеющимся выростам или воздушным полостям. У некоторых растений плоды могут плавать несколько недель или даже месяцев (стрелолист, ольха, осока). Орехи кокосовой пальмы путешествуют на огромные расстояния по соленой морской воде (рис.3). Рис.3 Распространение кокосовых орехов водой Распространение плодов и семян животными (зоохория) и человеком (антропохория). Сочными плодами рябины, калины, вишни, малины питаются многие птицы и звери. В их пищеварительных органах мякоть плодов переваривается, а семена, защищенные плотной кожурой, вместе с пометом удаляются наружу и рассеиваются в окружающем пространстве. Некоторые птицы (сойка) и звери (белки, мыши, бурундуки, белки) питаются крупными сухими плодами (орехами и желудями) и запасают их на зиму. Перетаскивая сухие плоды в кладовые, животные часто теряют их по дороге и нередко потом не находят свои запасы. Рис.4 Распространение семян животными (зоохория): 1-кедровка, 2-сойка, 3-бурундук, 4-белка У некоторых растений плоды и семена имеют разнообразные прицепки. Они цепляются к шерсти животных и те поневоле переносят их на различные расстояния. Таким способом распространяются плоды череды, колючие соплодия лопуха. Мелкие семена подорожника способны прилипать к подошвам ног животных и человека. Семена некоторых растений распространяются вместе с илом, частицами сырой почвы, прилипающими к телу животных. Часто невольным переносчиком плодов и семян становится человек. Человек в результате хозяйственной деятельности вместе с культурными растениями нередко высеивает и сорные. Кроме того, некоторые плоды и семена могут путешествовать на транспорте. От того, насколько успешно распространяться семена, зависит и распространение взрослых растений. Поэтому разные виды приспособились по-разному распространять свои семена на большие расстояния. Распространяются ветром береза, клен, одуванчик, осот. Водой распространяются семена кувшинки, стрелолиста, осоки. Распространяются животными и человеком либо съедобные плоды и семена (рябина, малина, орехи), либо цепляющиеся к шерсти и одежде (череда, лопух). Есть саморазбрасывающиеся семена. 2. Проникновение веществ и воды в клетку. Транспорт веществ через мембрану. Эндоцитоз и экзоцитоз В клеточные мембраны встроены различные специфические рецепторы — белки или гликопротеины, распознающие определенные молекулы (лиганды). В многоклеточном организме каждый тип клеток имеет свой уникальный набор поверхностных рецепторов. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознавании факторов внешней среды, а также во взаимном узнавании клеток (например, взаимное узнавание яйцеклетки и сперматозоида при оплодотворении или правильная ориентация клеток в процессе образования тканей). С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины и белки мембран играют роль антигенов. Мембранные белки участвуют в транспорте определенных молекул внутрь клетки или из нее, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами, служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ 1. Обладает избирательной проницаемостью, которая изменяется при различных состояниях клетки 2. Имеет каналы, через которые проникают ионы: потенциалзависимые каналы — открываются при изменении разности потенциалов; потенциалнезависимые (лигандозависимые, гормонрегулируемые) — открываются при взаимодействии рецепторов с веществами. Важнейшим свойством мембраны является избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладают неполярные простые вещества, например, азот, кислород; значительно медленнее проходят сквозь мембрану полярные частицы, такие, как вода, и практически не проходят заряженные частицы — ионы. МЕХАНИЗМЫ МЕМБРАННОГО ТРАНСПОРТА Транспорт веществ через мембрану клетки осуществляется диффузией через липидный бислой или посредством двух классов мембранных белков — переносчиков или каналов. Проницаемость плазматической мембраны Если бы в плазматической мембране не присутствовали белки, легкость, с которой молекулы проходят сквозь фосфолипидный бислой по градиенту концентрации, зависела бы от размера молекулы, растворимости ее в жире и электрического заряда. Малые жирорастворимые (неполярные) молекулы диффундируют быстро. Примеры: O2, N2. Крупные жирорастворимые молекулы, например, стероидные и тиреоидные гормоны, проходят через бислой с меньшей, но заметной скоростью. Жиронерастворимые (полярные) молекулы способны проникать через бислой при условии малого размера и отсутствия полных зарядов. Примеры: H2O, CO2, мочевина. Большая проницаемость мембраны для воды обусловлена также наличием белковых каналов — аквапоринов. Также способны проходить через липидный бислой небольшие полярные молекулы этанола и глицерина. Заряженные молекулы (ионы), даже при условии небольшого размера (Na+, K+, Cl–) практически не проникают через липидный бислой при отсутствии специальных транспортных механизмов. Транспорт ионов и больших полярных молекул обеспечивается специальными трансмембранными белками. Так переносятся большие незаряженные полярные молекулы типа глюкозы и сахарозы. Белки-переносчики передают вещества физическим движением одной части белковой молекулы относительно другой. Транспорт с помощью переносчиков может быть пассивным или активным (требует источник энергии). Каналы транспортируют вещества по их электрохимическому градиенту. Такой транспорт не требует прямого расхода энергии и поэтому называется пассивным транспортом. Пассивный транспорт Пассивный транспорт может происходить непосредственно через фосфолипидный слой, через белкипереносчики или через белковые каналы. Движущая сила может обеспечиваться: разностью концентрации транспортируемого вещества (диффузия) или осмотического давления (осмос) на разных сторонах мембраны. транспорт воды обеспечивается разностью осмотического давления с помощью белков-аквапоринов. разностью электрического потенциала на мембране (если транспортируемое вещество несет заряд); простая диффузия Простая диффузия — перенос веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области высокой концентрации в область низкой концентрации) без затрат энергии. происходит по электрохимическому градиенту; скорость линейно зависит от градиента концентрации вещества; не насыщаемый процесс, то есть может ускоряться неограниченно; не расходуется энергия. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (кислород, азот, бензол) и полярные маленькие молекулы (вода, углекислый газ, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки). осмос Диффузия воды через мембрану называется осмосом (см. тему "Осмос и осморегуляция"). Осмос — односторонняя диффузия растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор. Из-за того, что более концентрированный раствор содержит меньшую концентрацию молекул растворителя, в него путем диффузии просачивается растворитель из менее концентрированного раствора и разбавляет его до тех пор, пока концентрация не станет равной по обе стороны мембраны. В случае, когда мембрана плохо проницаема, либо непроницаема для данного вещества, она подвергается действию осмотических сил. При более низкой концентрации вещества в клетке вода из нее выходит, и клетка сжимается, при более высокой концентрации — впускает внутрь воду, и клетка увеличивается в объеме. Облегченная диффузия Облегченная диффузия — процесс трансмембранного переноса веществ по градиенту концентрации с участием мембранных белков-переносчиков без затраты энергии. Каналы — белковые молекулы в мембране, создающие гидрофильный проход (облегченная диффузия). Характеристика каналов: селективны (специфичны); изменяют свое состояние; чувствительны к лигандам и заряду мембраны. С помощью облегченной диффузии в клетку попадают органические вещества с высокой полярностью. Особенности облегченной диффузии быстрее, чем простая диффузия; происходит по электрохимическому градиенту; с помощью белка-переносчика или белков трансмембранных каналов; ограниченный по скорости и насыщаемый процесс; можно блокировать, связав переносчик — чувствительна к ингибиторам; конкуренция переносимых веществ за переносчик; не расходуется энергия. Активный транспорт Активный транспорт — процесс трансмембранного переноса веществ против их градиента концентрации с затратами энергии. Активный транспорт всегда происходит посредством белков-носителей, называемых транспортерами. Деятельность белкового насоса: 1. зависит от источника метаболической энергии: первичные транспортеры требуют прямого использования АТФ, например, транспортные механизмы для Na+, K+, СаСа2+; Структура Na+/K+-АТФазы. вторичные транспортеры — белки, чьи транспортные функции требуют одновременного перемещения иона (обычно Na+) по градиенту концентрации, который поддерживается первичными транспортерами (например, транспортные механизмы для глюкозы и аминокислот); 2. вещества транспортируются против их электрохимического градиента 3. происходит только в одном направлении через плазматическую мембрану. Унипорт — перенос через мембрану отдельного растворенного вещества. Более сложная функция переносчиков-транспортировать два растворенных вещества совместно, так что перенос одного зависит от одновременного переноса другого в том же самом направлении (симпорт) или в противоположном направлении (антипорт). Основные схемы совместного транспорта ионов Энергия для активного транспорта выделяется при гидролизе АТФ: АТФ = АДФ + Ф + энергия С помощью активного транспорта в клетку проникают ионы (КК+, Na+, СаСа2+, Mg2+) и мономеры (простые сахара, аминокислоты, нуклеотиды). Осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы, или помпы. Наиболее изученным является натрий-калиевый насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na+ наружу, поглощая при этом ионы КК+. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация КК+ и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ. В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg2+ и СаСа2+. ионные каналы Ионный канал образуется одной или несколькими белковыми субъединицами, окружающими центральную пору. Транспорт через ионные каналы всегда пассивен, и его максимальная скорость приблизительно в 1 000 раз больше, чем у белков-переносчиков. Ионные каналы высоко селективны для определенных ионов Ионные каналы изменяют свою активность (открываются в ответ на определенный стимул (раздражитель), который может быть электрическим, химическим или механическим). Электрочувствительные каналы, осуществляя перенос Na+, КК+ или СаСа2+, имеют большое значение для возбудимых клеток(например, нервных и мышечных). Лигандчувствительные каналы распространены во всех органах и тканях и участвуют в восприятии клетками химических раздражителей. 1. 2. Физическая (1) и химическая (2) активация ионных каналов. эндоцитоз Транспорт макромолекул, их комплексов и крупных частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем — посредством эндоцитоза. Выведение тех же грузов из клетки называется экзоцитозом. При эндоцитозе (эндо — внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров. экзоцитоз Экзоцитоз (экзо — наружу) — процесс, обратный эндоцитозу. Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др. Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др. Функции биологических мембран 1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. 2. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот. 3. Содержат рецепторы, необходимые для получения и преобразования сигналов из окружающей среды, узнавания веществ и других клеток и т. д. 4. Могут содержать ферменты — катализаторы реакций (обеспечение примембранных химических процессов). 5. Участвуют в преобразовании энергии (например, необходимы для электронного транспорта и синтеза АТФ в митохондриях и хлоропластах). Билет № 22 1. Строение растительной клетки. Рассмотрим клетку как структурно-функциональную единицу организма. Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки — поры. Под ней находится очень тонкая плёнка — мембрана, покрывающая содержимое клетки — цитоплазму. В цитоплазме есть полости — вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце — ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме распределены мелкие тельца — пластиды. Строение растительной клетки Строение и функции органоидов растительной клетки Органоид Описание Функция Особенности Клеточная стенка или плазматическая мембрана Бесцветная, прозрачная и очень прочная Пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества. Клеточная мембрана полупроницаемая Цитоплазма Густое тягучее вещество В ней располагаются все другие части клетки Находится в постоянном движении Ядро (важная часть клетки) Округлое или овальное Обеспечивает передачу наследственных свойств дочерним клеткам при делении Центральная часть клетки Ядрышко Сферической или неправильной формы Принимает участие в синтезе белка Вакуоль Резервуар, отделённый от цитоплазмы мембраной. Содержит клеточный сок Накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности ненужные клетке. По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль Пластиды Хлоропласты Используют световую энергию солнца и создают органические из неорганических Форма дисков, отграниченных от цитоплазмы двойной мембраной Хромопласты Образуются в результате накопления каротиноидов Жёлтые, оранжевые или бурые Лейкопласты Бесцветные пластиды Содержатся в корнях, клубнях, луковицах Состоит из двух мембран (наружная и внутренняя) с порами Отграничивает ядро от цитоплазмы Даёт возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой Ядерная оболочка Рисунок Живая часть клетки — это ограниченная мембраной, упорядоченная, структурированная система биополимеров и внутренних мембранных структур, участвующих в совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом. Важной особенностью является то, что в клетке нет открытых мембран со свободными концами. Клеточные мембраны всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон. Современная обобщенная схема растительной клетки Плазмалемма (наружная клеточная мембрана) — ультрамикроскопическая плёнка толщиной 7,5 нм., состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Это очень эластичная плёнка, хорошо смачивающаяся водой и быстро восстанавливающая целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, т.е.типичное для всех биологических мембран. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы) — нерастворимого в воде полисахарида. Плазмодесмы растительной клетки, представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки и выстланные плазматической мембраной, которая таким образом переходит из одной клетки в другую, не прерываясь. С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. По ним же идёт передача биопотенциалов и другой информации. Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка. Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры. Клеточная оболочка имеет хорошо выраженную, относительно толстую оболочку полисахаридной природы. Оболочка растительной клетки продукт деятельности цитоплазмы. В её образовании активное участие принимает аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть. Строение клеточной мембраны Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма, — сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними в процессах клеточного метаболизма. Гиалоплазма (или матрикс цитоплазмы) составляет внутреннюю среду клетки. Состоит из воды и различных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов), из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества. Биополимеры образуют с водой коллоидную среду, которая в зависимости от условий может быть плотной (в форме геля) или более жидкой (в форме золя), как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через билипидную мембрану гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является динамической средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клеток в целом. Цитоплазматические образования – органеллы Органеллы (органоиды) — структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму и размеры, являются обязательными цитоплазматическими структурами клетки. При их отсутствии или повреждении клетка обычно теряет способность к дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению и самовоспроизведению. Размеры их настолько малы, что их можно видеть только в электронный микроскоп. Ядро Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным. Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого. Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами. Строение ядра Ядрышко Ядрышко — как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке. Аппарат Гольджи Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра. Аппарат Гольджи В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом. Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году. Лизосомы Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых — осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ). Строение лизосомы Микротрубочки Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток. Строение микротрубочки Вакуоль Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом. Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки. Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов. В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление. Строение вакуоли Пластиды Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению. Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение. Строение хлоропласта Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света. Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию. Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической. Строение лейкопласта Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений. Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов. Строение хромопласта Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается. Митохондрии Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного. Строение митохондрии Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению. Эндоплазматическая сеть Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение. Строение эндоплазматической сети Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции. Рибосомы Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому. Строение рибосомы Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы. 2. Поглощение воды из почвы, проведение ее по стволу и транспирация. Вследствие интенсивного расхода воды, особенно в процессе транспирации, растения нуждаются в активном ее поступлении. Для этого существует корневая система. Роль этого органа прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности обеспечивается поступление воды в растение из почвы. Сформировавшаяся корневая система представляет собой сложный орган с хорошо дифференцированной внешней и внутренней структурой. С физиологической точки зрения корневая система неоднородна. Далеко не вся поверхность корня участвует в поглощении воды. В каждом корне различают несколько зон, правда, не всегда все зоны выражены одинаково четко. Окончание корня снаружи защищено корневым чехликом, напоминающим округлый колпачок, состоящий из живых тонкостенных продолговатых клеток. Корневой чехлик служит защитой для точки роста. Клетки корневого чехлика слущиваются, что уменьшает трение и способствует проникновению корня в глубь почвы. Под корневым чехликом расположена меристематическая зона. Меристема состоит из многочисленных мелких, усиленно делящихся, плотно упакованных клеток, почти целиком заполненных цитоплазмой. Следующая зона — зона растяжения. Здесь клетки увеличиваются в объеме (растягиваются). Затем следует зона корневых волосков. При дальнейшем увеличении возраста клеток, а также расстояния от кончика корня, корневые волоски исчезают, начинается кутинизация и опробковение клеточных оболочек. Поглощение воды происходит главным образом клетками зоны растяжения и зоны корневых волосков. Некоторое количество воды может поступать и через опробковевшую зону корня. Это главным образом наблюдается у деревьев. В этом случае вода проникает через чечевички. У высших растений корневая система имеет огромные размеры при малой испаряющей поверхности листьев. У теневыносливых растений корневая система менее развита, чем у светолюбивых. Древесным растениям труднее обеспечить крону водой. На скорость воды оказывает влияние температура. При снижении температуры поступление воды в корень уменьшается, особенно у теплолюбивых растений. При снижении температуры почвы вязкость протопласта клетки возрастает, что приводит к уменьшению поглощения скорости воды. На скорость воды оказывает влияние кислорода (снижается метаболизм, поступление ионов и, как следствие, уменьшается поступление воды). Силу, вызывающую в растении односторонний ток воды с растворенными веществами, не зависящую от процесса транспирации, называют корневым давлением. Наличие корневого давления позволяет говорить о нижнем концевом двигателе водного тока. Основной силой, вызывающей поступление и передвижение воды в растении, является процесс транспирации, в результате которого возникает градиент водного потенциала. Так называемый верхний концевой двигатель водного тока в растении — это транспирация листьев. Кроме верхнего концевого двигателя водного тока, в растениях существует нижний концевой двигатель. Это хорошо доказывается на примере таких явлений, как гуттация и плач. Гуттация – выделение растением капельно-жидкой воды на поверхности листьев, когда окружающий растений воздух насыщен водяными парами. Выделение жидкости идет через специальные водные устьица — гидатоды. Таким образом, процесс гуттации является результатом одностороннего тока воды, происходящего в отсутствие транспирации, и, следовательно, вызывается какой-то иной причиной. К такому же выводу можно прийти и при рассмотрении явления плача растений. Если срезать побеги растения и к срезанному концу присоединить стеклянную трубку, то по ней будет подниматься жидкость. Вода может поступать не только через корневую систему, но и через листья. Вода и растворённые вещества передвигаются путем диффузии и в виде потока. Диффузия воды и веществ осуществляется по градиенту концентрации. Движение в виде потока осуществляется по градиенту гидростатического давления. Восходящий ток осуществляется по сосудам, трахеям, трахеидам. Для того, чтобы вода передвигалась вверх, необходимо, чтобы испаряющие клетки обладали достаточной величиной сосущей силы, которая в клетках листовой паренхимы 2-4000 кПа. В отсутствие этого условия возникает ток воды в сосудах в обратном направлении. Сосущую силу поддерживает на высоком уровне непрерывная транспирация. Рассмотрим механизм подъема воды по сосудам. Вода в сосудах находится в виде сплошных водяных столбиков, которые опираются с нижней стороны на живые клетки корня, а с верхней — на живые клетки листа. Скорость движения воды по сосудам невелика. 3. По гербарным экземплярам определите простые и сложные листья. Билет №23 1. Ядро, его строение и роль в жизни клетки. Ядро – главное составляющее живой клетки, которое несет наследственную информацию, закодированную набором генов. Оно занимает центральное положение в клетке. Размеры варьируются, форма обычно сферичная или овальная. В диаметре ядро в разных клетках может быть от 8 до 25мкм. Есть исключения, примеру, яйцеклетки рыб имеют ядра диаметром в 1 мм. Особенности строения ядра Заполнено ядро жидкостью и несколькими структурными элементами. В нем выделяют оболочку, набор хромосом, нуклеоплазму, ядрышка. Оболочка двухмембранная, между мембранами находится перенуклеарное пространство. Внешняя мембрана сходна по строению с эндоплазматическим ретикулумом. Она связана с ЭПР, который будто ответвляется от ядерной оболочки. Снаружи на ядре находятся рибосомы. Внутренняя мембрана прочная, так как в ее состав входит ламина. Она выполняет опорную функцию и служит местом крепления для хроматина. Мембрана имеет поры, обеспечивающие обменные процессы с цитоплазмой. Ядерные поры состоят из транспортных белков, которые поставляют в кариоплазму вещества путем активного транспорта. Пассивно сквозь поровые отверстия могут пройти только небольшие молекулы. Также каждая пора прикрыта поросомой, которая регулирует обменные процессы в ядре. Количество ядер в разных по специализации клетках различно. В большинстве случаев клетки одноядерные, но есть ткани, построенные из многоядерных клеток (печеночная или ткань мозга). Есть клетки лишенные ядра – это зрелые эритроциты. У простейших выделяют два типа ядер: одни отвечают за сохранение информации, другие – за синтез белка. Ядро может прибывать в состоянии покоя (период интерфазы) или деления. Переходя в интерфазу, имеет вид сферического образования с множеством гранул белого цвета (хроматина). Хроматин бывает двух видов: гетерохроматин и эухроматин. Эухроматин – это активный хроматин, который сохраняет деспирализированное строение в покоящемся ядре, способен к интенсивному синтезу РНК. Гетерохроматин – это участки хроматина, которые находятся в конденсированном состоянии. Он может при необходимости переходить в эухроматиновое состояние. При использовании цитологического метода окрашивания ядра (по Романовскому-Гимзе) выявлено, что гетерохроматин меняет цвет, а эухроматин нет. Хроматин построен из нуклеопротеидных нитей, названных хромосомами. Хромосомы несут в себе основную генетическую информацию каждого человека. Хроматин — форма существования наследственной информации в интерфазном периоде клеточного цикла, во время деления он трансформируется в хромосомы. Строение хромосом Каждая хромосома построена из пары хроматид, которые находятся параллельно друг к другу и связаны только в одном месте – центромере. Центромера разделяет хромосому на два плеча. В зависимости от длины плеч выделяют три вида хромосом: Равноплечие; разноплечие, одноплечие. Некоторые хромосомы имеют дополнительный участок, который крепится к основному нитевидными соединениями – это сателлит. Сателлиты помогают идентифицировать разные пары хромосом. Метафазное ядро представляет собой пластинку, где располагаются хромосомы. Именно в эту фазу митоза изучается количество и строение хромосом. Во время метафазы сестринские хромосомы двигаются в центр и распадаются на две хроматиды. Строение ядрышка В ядре также находится немембранное образование — ядрышко. Ядрышки представляют собой уплотненные, округлые тельца, способные преломлять свет. Это основное место синтеза рибосомальной РНК и необходимых белков. Число ядрышек различно в разных клетках, они могут объединяться в одно крупное образование или существовать отдельно друг от друга в виде мелких частиц. При активации синтетических процессов объем ядрышка увеличивается. Оно лишено оболочки и находится в окружении конденсированного хроматина. В ядрышке также содержатся металлы, в большей мере цинк. Таким образом, ядрышко – это динамичное, меняющееся образование, необходимое для синтеза РНК и транспорта ее в цитоплазму. Нуклеоплазма заполняет все внутреннее пространство ядра. В нуклеоплазме находится ДНК, РНК, протеиновые молекулы, ферментативные вещества. Функции ядра в клетке 1. Принимает участие в синтезе белка, рибосомной РНК. 2. Регулирует функциональную активность клетки. 3. Сохранение генетической информации, точная ее репликация и передача потомству. Роль и значение ядра Ядро является главным хранилищем наследственной информации и определяет фенотип организма. В ядре ДНК существует в неизмененном виде благодаря репарационным ядерным ферментам, которые способны ликвидировать поломки и мутации. Во время клеточного деления ядерные механизмы обеспечивают точное и равномерное расхождение генетической информации в дочерние клетки. 2. Отдел Папоротникообразные: характеристика, цикл развития. Папоротники относятся к наиболее древним споровым растениям. Обитают в самых разнообразных экологических условиях: в заболоченных местах и водоемах, лесах тропического и умеренного климата. Наиболее известные представители - щитовник мужской, орляк, страусник. В жизненном цикле папоротников, хвощей, плаунов доминирует спорофит. Расцвет папоротников произошел около 358 млн лет назад и длился примерно 65 млн лет, в честь папоротников назван период палеозойской эры - карбон, или каменноугольный период, который длился указанный промежуток времени. Именно папоротникам принадлежит активная роль в углеобразовании: в карбоне леса заселяли древовидные папоротники, достигавшие 40 и более метров в высоту. Древесные формы папоротников сохранились до наших дней, однако большинство представителей травянистые растения, у которых отсутствует камбий, а значит, нет и вторичной древесины. Папоротники относятся к группе сосудистых растений, так как имеют жилки - сосудисто-волокнистые пучки, в отличие от мхов, которые не имеют жилок и не являются сосудистыми растениями. Механическая прочность обеспечивается отложением склеренхимы вокруг проводящих пучков (жилок). В отличие от мхов, папоротники имеют проводящую ткань в стеблях и корнях, состоящую из ксилемы и флоэмы. Заметьте, я написал "корень" - у мхов не было и корней, вместо них были ризоиды, выполняющие аналогичную корням функцию. Корни папоротников, хвощей и плаунов всегда придаточные и растут от видоизмененного побега - корневища. Строение Рассмотрим строение папоротников на примере типичного представителя - щитовника мужского. Это широко распространенный папоротник, типичный для климата умеренных широт. Представляет собой многолетнее травянистое корневищное растение. Образован пучком сильно расчлененных листьев, отходящих от корневища. Нарастают листья верхушкой, образуя завитки - "улитки". Отметьте, что лист папоротника называется вайя (от греч. baion - пальмовая ветвь). В отличие от настоящих листьев, вайя имеет недетерминированный верхушечный рост. Листья имеют черешок, прикрепляющийся к стеблю, который может продолжаться в рахис - главную ось сложного листа, соответствующую центральной жилке. Жизненный цикл папоротниковидных Листостебельное растение папоротника, изображенное выше - спорофит (2n). Спорофит доминирует в жизненном цикле папоротниковидных, в отличие от цикла мха, где спорофит, по сути, является придатком гаметофита (редуцирован). На нижней стороне вайи располагаются спорангии, собирающиеся в сорусы группы близкорасположенных спорангиев. На спорофите (2n) в спорангии после мейоза образуются споры (n). В 2012 году группа ученых под руководством Ксавьера Нобли из Университета Ниццы выяснили, что спорангий имеет специальный механизм "катапульты", споры из него вылетают со скоростью около 10 м/с. Гаплоидные споры (n) прорастают в заросток (n), небольшую пластинку (несколько мм) сердцевидной формы. Заросток зеленого цвета, способен фотосинтезировать и прикрепляется к почве ризоидами. На нем образуются мужские и женские половые органы - соответственно антеридии и архегонии. Сперматозоид (n), образовавшийся в антеридии, благодаря воде (во время дождя) попадает в архегоний, где сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n). Из зиготы развивается зародыш, который проникает в ткани архегонии с помощью особого приспособления - гаустории (от лат. haustor - черпающий, пьющий). Гаустория представляет собой ножку, внедряющуюся в ткани заростка и поглощающую из него питательные вещества. Начинается бурный рост зародыша, образуется побег, а затем взрослое растение - спорофит (2n). Цикл замыкается. Значение папоротников Папоротники являются главным компонентом многих лесных сообществ, звеном в цепи питания продуцентами (производителями органических веществ). Человек использует папоротник в декоративных целях. Молодые побеги некоторых папоротников съедобны и употребляются в пищу: побеги орляка, листья страусника обыкновенного. Щитовник мужской имеет медицинское значение: из его корневищ изготавливают противогельминтный препарат. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие сухие плоды. Билет №24 1. Отдел Мохообразные: строение, цикл развития. Мхи - отдел высших растений, преимущественно многолетних. Отличается регрессивным развитием спорофита, в жизненном цикле мхов доминирует (преобладает) гаметофит. Мхи изучает бриология (от греч. bryon - мох, и logos - слово) - наука о мхах. Эволюционно мхи представляют тупиковую (слепую) ветвь развития растений, во многом близки к водорослям. Для размножения большинству мхов нужна вода, так как мужские половые клетки могут добраться до женских только с ее помощью. Мы рассмотрим этот отдел на примере кукушкина льна, который относится к подклассу Зеленые мхи. Интересный факт - устьица у мхов отсутствуют, вместо них имеются поры без замыкающих клеток. У моховидных отсутствуют настоящие стебли и листья, которые мы привыкли видеть у остальных высших растений, нет корней и специализированных проводящих тканей. Механические ткани развиты слабо, так что по совокупности причин рост в высоту для мхов оказывается затруднительным (ограниченным). Строение кукушкина льна Кукушкин лен относится к двудомным растениям. Стебель у него прямостоячий, это один из наиболее высокорослых мхов, достигающих в высоту 50 см и более. Отсутствие корней компенсируют нитевидные выросты - ризоиды, которые обеспечивают прикрепление растения к субстрату, всасывают воду и растворенные в ней минеральные вещества (в отличие от ризоидов у водорослей, где ни о какой функции всасывания нет и речи!). Проясним термин "двудомные", указанный вначале. Он означает, что женские (архегонии) и мужские (антеридии) половые органы развиваются на разных растениях. На женском гаметофите расположен архегоний, имеющий бутыльчатую форму, на мужском гаметофите развиваются антеридии. Антеридии окружают характерные крупные листья желто-бурого цвета, по которым всегда можно отличить мужской гаметофит от женского: на женском подобные листья отсутствуют. Спорофит (бесполое поколение) у мхов располагается прямо на гаметофите, представлен коробочкой на ноже, в которой образуются споры. Коробочка способствует распространению спор на большее расстояние. Спора - возникающая в результате митоза или мейоза (в этом случае - мейоспора) клетка грибов и растений, служащая для размножения и распространения растений и грибов, способная развиться во взрослую особь. Стебелек вместе с коробочкой называется спорогон. Коробочка состоит из урночки и крышечки, сверху прикрыта колпачком. Внутри урночки находится центральный стержень - колонка, к которой крепится спорангий со спорами. Кверху колонка расширяется и образует эпифрагму, затягивающее устье коробочки. Коробочка имеет перистом - специальное отверстие для рассеивания спор. В сухую погоду, когда споры созревают, колпачок, а за ним и крышечка, отпадают. Тонкий стебелек спорогона раскачивается от ветра, споры высыпаются. Жизненный цикл мхов При созревании яйцеклетки (n) в архегонии (n) образуется узкий слизистый канал, по которому сперматозоид (n) может достичь яйцеклетки, которая неподвижна. Сперматозоиды образуются в другом месте - антеридиях, на мужском гаметофите, (n), и, чтобы добраться до архегониев, им обязательно нужна вода. Именно поэтому мхи обитают во влажной среде, где условия для размножения наиболее благоприятные. Сперматозоид обладает хемотаксисом к слизи в канале архегония. Хемотаксис - движение организма под влиянием химических веществ. В период обильных дождей сперматозоид достигает яйцеклетки в архегонии (на женском гаметофите), гаметы сливаются, и образуется зигота (2n). В дальнейшем из зиготы прорастает спорофит, имеющий вид коробочки на ножке. Отметим, что спорофит, по сути "паразитирует" на гаметофите (n), от которого зависит полностью. В коробочке спорофита из материнских клеток (2n) образуются споры (n) путем мейоза. Высыпаясь из коробочки, спора попадает в почву, где прорастает в протонему. Протонема - нитчатое образование, ранняя стадия развития гаметофита - листостебельного растения (n). На женских гаметофитах развиваются архегонии, на мужских - антеридии, в которых образуются гаметы. Цикл замыкается. Хотелось бы еще один раз подчеркнуть: спорофит у мхов редуцирован, низведен до уровня полностью зависимого придатка гаметофита, растущего прямо на гаметофите и питающегося за счет него. Гаметофит доминирует в жизненном цикле и представлен зеленым листостебельным растением. Теперь попробуйте самостоятельно назвать все стадии жизненного цикла мха на картинке ниже, почувствуйте себя истинным бриологом ;) Значение мхов В целом хозяйственное значение мхов для человека небольшое. Они не пригодны в качестве корма для домашних животных. Мох сфагнум с давних пор применяется как перевязочный материал, военные врачи применяли его в экстренных случаях, когда заканчивались вата, йод. Сфагнум обладает антисептическими свойствами: уничтожает микроорганизмы или задерживает их размножение, а также выраженной гигроскопичностью - способностью поглощать, впитывать большие количества воды, крови и других жидкостей. Разрастание мхов вызывает переувлажнение почвы и впоследствии - заболачивание территории. Особо отметим роль мхов, как торфообразователей. Торф - горючее полезное ископаемое, образованное не полностью разложившимися остатками растений в условии болот. Его используют для производства теплоизолирующих материалов, применяют в качестве топлива. И, конечно же, мхи - звено в цепи питания (продуценты - производители органических веществ). 2. Редкие и исчезающие виды растений региона и мероприятия по их охране. Известно, что охрана редких видов растений может быть решена несколькими путями: 1. Устройством заповедников, заказников и памятников природы 2. Прекращением заготовок видов, численность которых резко снизилась 3. Снижением заготовок ценных видов 4. Введением редких видов в культуру. Учитывая огромное значение проблемы сохранения редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и растений, занесенных в Красную книгу России и в перечень Конвенции СИТЕС, ежегодно с 1997 года по всей России проходит акция «Операция «Первоцвет», направленная на сохранение первых весенних цветов. Ежегодно с наступлением весны в южных районах России, на Украине и Кавказе начинается массовый сбор первых весенних цветов с целью их реализации в крупных городах европейской части России. Уничтожению подвергаются редкие виды растений, занесенные в Красную книгу России, подпадающие также под действие Конвенции о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения (СИТЕС). Масштабы заготовки и торговли этими видами чрезвычайно велики: только в Самаре в 2002–2004 годах было изъято более 92500 букетов (более 4 млн. экземпляров). Такая нелегальная деятельность наносит громадный ущерб растительному миру России и сопредельных государств. На территории Самарской области произрастает около 60 видов первоцветов: Адонис весенний, Ветреница алтайская, Гусиный лук, Купальница европейская, Ландыш майский, Перелеска благородная и т.д. Цветы, появляющиеся после схода снега, как правило относятся к числу исчезающих видов и находятся под охраной. Многие из них занесены в Красную книгу Российской Федерации (Прострел луговой, Тюльпан Шренка, Тюльпан низкий, Рябчик русский, Пион тонколистный) и рекомендованы к занесению в Красную книгу Самарской области (Прострел раскрытый, Адонис весенний, Адонис волжский, Тюльпан дубравный, Тюльпан поникший, Ветреница алтайская, Купальница европейская, Рябчик малый, фиалки). Управление Росприроднадзора по Самарской области считает необходимым доводить до населения губернии важность сохранения редких и исчезающих видов флоры и фауны, недопустимость массового варварского уничтожения весенних первоцветов. Незаконный сбор, порча, уничтожение и реализация редких и находящихся под угрозой исчезновения растений – это противозаконное дело, за которое предусмотрена административная ответственность по ст. 8.35 КоАП РФ в размере от 15–25 МРОТ на граждан, от 150 до 200 МРОТ – на должностных лиц, от 3000 до 5000 МРОТ – на юридических лиц, а также возмещение ущерба, нанесенного окружающей природной среде в размере 0,2 МРОТ (20 рублей) за каждый! незаконно добытый экземпляр. Рейды по пресечению несанкционированного сбора и заготовки первоцветов, а также незаконной торговли ими на рынках города проводятся регулярно. Также Губернской Думой Самарской области был рассмотрен проект закона «Об охране природной среды и природопользования». Целью настоящего Закона является регулирование правовых отношений, направленных на защиту окружающей природной среды, обеспечение рационального пользования природными ресурсами, сохранение естественных экологических систем, защита жизненно важных интересов общества и прав личности при осуществлении антропогенного воздействия на окружающую природную среду на территории Самарской области. Согласно этому закону заготовка сырья в естественных растительных сообществах для нужд животноводства, промысловая заготовка диких растений пищевого, лекарственного и технического назначения может осуществляться как на специально отведенных, так и на иных территориях способами и в сроки, которые обеспечивают устойчивое воспроизводство природных растительных сообществ Самарской области. Промысловая заготовка сырья из дикорастущих лекарственных растений в естественных растительных сообществах осуществляется юридическими лицами независимо от организационно-правовой формы и физическими лицами с соблюдением правил заготовки и сбора такого сырья, установленных федеральным и областным законодательством. Временные пользователи естественных растительных сообществ, в том числе арендаторы, осуществляют промысловую заготовку сырья из дикорастущих лекарственных растений и дикорастущих растений для пищевых целей по лицензиям и за плату по таксам, установленным федеральным и областным законодательством. Последнее издание Красной Книги Самарской области увидело свет в 2007 году. В него попали 258 видов цветковых растений, 4 – голосеменных, а также 3 плауна, 2 хвоща, 14 папоротников, 6 мхов, 8 водорослей, 4 вида грибов и 7 лишайников. Среди них – лекарственные и ягодные растения, снижение численности которых происходит из-за неконтролируемого сбора. Это толокнянка обыкновенная, манжетка дубравная, змеевик лекарственный, адонисы весенний и волжский, кизильники черноплодный и алаунский, ядовитая цикута, а также такое необычное растение, как камфоросма монпелийская. К числу редких и охраняемых также отнесены все виды дикорастущих орхидей, встречающихся в области, например цирцеи или двулепестники альпийский и парижский. Занесены в Красную Книгу такие папоротники, как костенец воловосидный, постенный и северный, кочедыжник женский, гроздовник полулунный. Редкими стали и многие декоративные виды. Это луки косой, привлекательный и каспийский, ветреницы алтайская и Коржинского, астра альпийская, астрагалы многоплодный, Гельма, бороздчатый, Цингера, волжский, кала или белокрыльник болотный, колокольчики жестковолосистый, широколистный и волжский, васильки сибирский и Талиева. Адонис весенний (Горицвет весенний) Белозор болотный Бессмертник песчаный (Цмин песчаный) Брусника обыкновенная Вахта трехлистная Вероника лекарственная Вех ядовитый Волчье лыко (Волчеягодник обыкновенный) Горец змеиный (Раковые шейки) Горечавка перекрестнолистная Клюква болотная Кубышка желтая Кувшинка белая (Водяная лилия) Купальница европейская Лапчатка прямостоячая 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие соцветия метелка и корзинка. Билет №25 1. Митоз. Деление клетки включает в себя два этапа – деление ядра (митоз, или кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез). Митоз состоит из четырех последовательных фаз – профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Ему предшествует период, называемый интерфазой (см. характеристику митотического цикла). Фазы митоза: 1) Профаза. Центриоли клеточного центра делятся и расходятся к противоположным полюсам клетки. Из микротрубочек образуется веретено деления, которое соединяет центриоли разных полюсов. В начале профазы в клетке еще видны ядро и ядрышки, к концу этой фазы ядерная оболочка разделяется на отдельные фрагменты (происходит демонтаж ядерной мембраны), ядрышки распадаются. Начинается конденсация хромосом: они скручиваются, утолщаются, становятся видимыми в световой микроскоп. 2) Метафаза. Заканчивается образование веретена деления. Конденсированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам, каждой хромосомы. После этого каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы) которые оказываются связанными только в участке центромеры; 3) Анафаза. Между дочерними хромосомами разрушается связь, и они начинают перемещаться к противоположным полюсам клетки. В конце анафазы на каждом полюсе оказывается по диплоидному набору хромосом. Хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее; 4) Телофаза. Хромосомы полностью деспирализуются, восстанавливается структура ядрышек и интерфазного ядра, монтируется ядерная мембрана. Разрушается веретено деления. Происходит цитокинез (деление цитоплазмы). В животных клетках этот процесс начинается с образования в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов полностью делит материнскую клетку на две дочерние. Продолжительность каждой фазы зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, воздействия внешних факторов (света, температуры, химических веществ) и пр. 2. Лекарственные растения региона. Около шестидесяти видов древесных и лекарственных растений Самарской области относятся к лекарственным. Это означает, что разные части растений можно использовать для получения особых химических веществ, таких как алкалоиды, гликозиды, танины, эфирные масла, флавоны и т.д. Фармацевтическая промышленность нуждается в большом количестве лекарственного сырья, но в личных целях можно выращивать некоторые виды и у себя на дачном участке. Адонис весенний (Горицвет весенний) Аир болотный Бессмертник песчаный (Цмин песчаный) Брусника обыкновенная Боярышник кроваво - красный Валериана лекарственная Горец птичий Девясил высокий Дуб обыкновенный Душица обыкновенная Земляника лесная Зверобой продырявленный Калина обыкновенная Крапива двудомная Кровохлебка лекарственная Ландыш майский Липа сердцевидная Мать-и-мачеха Можжевельник обыкновенный Одуванчик лекарственный Пастушья сумка обыкновенная Плаун булавовидный Пижма обыкновенная Подорожник большой Рябина обыкновенная Синюха голубая (Синий зверобой) Толокнянка обыкновенная (Медвежье ушко) Черемуха обыкновенная Черника обыкновенная Чистотел большой Шиповник коричный Сегодня я представлю некоторые виды лекарственных растений и их действие на организм человека. Крапива - один из самых распространённых сорняков. Она встречается на сухих и на влажных местах, около домов, по обочинам дорог. Стебель и листья растения усажены жгучими волосками, которые ранят кожу. Заготавливают только листья крапивы без цветков и стеблей. Листья крапивы богаты витаминами С и К и каротином. Используют в виде настоев как кровоостанавливающее средство при внутренних кровотечениях. В европейской медицине препараты из крапивы применяют при анемии, атеросклерозе, болезнях печени, почек, мочевого пузыря, кожных болезнях. Ромашка - не только один из любимых полевых цветов, символ России, это ещё и лекарственное растение. Она растёт по лугам, сорным местам, пустырям. У ромашки собирают корзиночки цветков до того, как они начинают осыпаться. Народные лекари говорят: «У кого в горле болит, возьми стакан молока, стакан воды, щепотку ромашки и ложечку липового мёда, смешай всё, вскипяти, процеди, остуди и пей вместо чая». Ромашку используют при флюсах, зубной боли, для промывания гнойных ран, нарывов, как примочку для глаз. Делают ванны при ревматических болях и от золотухи. Ею моют волосы, чтобы был красивый золотистый цвет, и используют в косметологии. Календула – эти ярко-жёлтые цветы часто разводят в садах и палисадниках. Цветёт всё лето до поздней осени. Хотя химический состав ноготков (другое название календулы) изучен ещё недостаточно, растение с давних пор используют в народной медицине. Спиртовой раствор календулы обладает противовоспалительным действием. Используют при ожогах (1 ч. л настойки на 1 стакан воды), для полоскания горла при ангине, при кожных заболеваниях. Кроме того, календулу применяют при гастритах, язве желудка и заболевании печени. Одуванчик - старое лекарственное средство. В народной медицине его считали «жизненным эликсиром», кровоочищающим средством, которое хорошо влияет на пищеварение, помогает от бессонницы и от желтухи. Для лекарственных целей заготавливают его корни, а листья одуванчика полезно класть в первые летние салаты, т. к. они содержат много витаминов.. Подорожник - многолетнее травянистое растение. Народные названия «попутник», «порезник», «чирьевая трава» указывают на его применение. Свежие листья подорожника используют как ранозаживляющее средство при порезах, укусах насекомых, ушибах, а высушенные – в составе сбора при язвенной болезни. В народной медицине настой из листьев подорожника издавна применяется в качестве отхаркивающего средства при болезнях лёгких и бронхов. В последнее время начали применять и семена подорожника как лёгкое слабительное средство (по 1-2 столовые ложки) и при хронических поносах и дизентерии (1г. 4 раза в день). Пижма обыкновенная или «дикая рябинка» - растение с сильным характерным запахом. Ещё в старые времена использовалось как противоглистное средство. Кроме того, оказывает благоприятное действие при лечении печени, желчного пузыря и при острых кишечных заболеваниях. Собирают и сушат цветки пижмы. Тысячелистник - растение богато витамином К и обладает кровоостанавливающим действием. Заготавливают траву во время цветения. В народной медицине настой тысячелистника пьют при женских болезнях, для остановки кровотечения при порезах, при зубной болезни и для увеличения молока у кормящих матерей. Также его настой применяют при желудочно-кишечных болезнях и гастритах. Для приготовления настоя 15г. травы измельчают и заливают 200мл воды, кипятят 15 мин, настаивают 45 мин и пьют по 1 ст. ложке 3-4 раза в день. Чистотел - наши бабушки хорошо знают это растение как средство от бородавок и мозолей. Само название как бы говорит, что если вы будете пользоваться этим растением, у вас будет «чистое тело». Эта трава обладает болеутоляющим действием и даже излечивает от чешуйчатого лишая, рака и туберкулёза кожи. Иногда чистотел рекомендуют при астме. Настой чистотела назначают при заболеваниях печени и желчного пузыря. Полынь - считается самым горьким растением; её горечь даже вошла в поговорку «горька, как полынь». Полыни приписывают самое разнообразное действие. На Руси в 17 веке полынь использовали как ранозаживляющее и очищающее гноящиеся раны средство. Соком растения пропитывали платки и прикладывали их к гноящимся ранам. В народной медицине употребляют полынь при лихорадке и против глистов. Корни растения помогают при эпилепсии и колитах. При кожных заболеваниях принимают ванны с полынью. 3. По спилу стебля определите возраст дерева. Билет №26 1. Мейоз. (Здесь и в дальнейшем мы будем пользоваться генетической формулой клетки, где "n" - число хромосом, а "c" - число ДНК (хроматид). Напомню, что в состав каждой хромосомы может входить как одна молекула ДНК (одна хроматида) (nc), либо две (n2c). Мейоз (от греч. μείωσις — уменьшение), или редукционное деление клетки - способ деления клетки, при котором наследственный материал в них (число хромосом) уменьшается вдвое. Мейоз происходит в ходе образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений. В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе). Как уже было сказано, мейоз состоит из двух делений: мейоза I (редукционного) и мейоза II (эквационного). Первое деление называют редукционным (лат. reductio - уменьшение), так как к его окончанию число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление - эквационное (лат. aequatio — уравнивание) очень похоже на митоз. Приступим к изучению первого деления мейоза. За основу возьмем клетку с двумя хромосомами и удвоенным (в синтетическом периоде интерфазы) количеством ДНК - 2n4c. 1. Профаза мейоза I Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер. Конъюгация (лат. conjugatio — соединение) - сближение гомологичных хромосом друг с другом. Гомологичными хромосомами называются такие, которые соответствуют друг другу по размерам, форме и строению. В результате конъюгации образуются комплексы, состоящие из двух хромосом биваленты (лат. bi - двойной и valens - сильный). После конъюгации становится возможен следующий процесс - кроссинговер (от англ. crossing over — пересечение), в ходе которого происходит обмен участками между гомологичными хромосомами. Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства. 2. Метафаза мейоза I Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент. 3. Анафаза мейоза I Нити веретена деления сокращаются, вследствие чего биваленты распадаются на отдельные хромосомы, которые и притягиваются к полюсам клетки. В результате у каждого полюса формируется гаплоидный набор будущей клетки - n2c, за счет чего мейоз I и называется редукционным делением. 4. Телофаза мейоза I Происходит цитокинез - деление цитоплазмы. Формируются две клетки с гаплоидным набором хромосом. Очень короткая интерфаза после мейоза I сменяется новым делением - мейозом II. Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы). В результате мейоза I и мейоза II мы получили из диплоидной клетки 2n4c гаплоидную клетку - nc. В этом и состоит сущность мейоза - образование гаплоидных (половых) клеток. Вспомнить набор хромосом и ДНК в различных фазах мейоза нам еще предстоит, когда будем изучать гаметогенез, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки - половые клетки (гаметы). Биологическое значение мейоза: o o o Поддерживает постоянное число хромосом во всех поколениях, предотвращает удвоение числа хромосом Благодаря кроссинговеру возникают новые комбинации генов, обеспечивается генетическое разнообразие состава гамет Потомство с новыми признаками - материал для эволюции, который проходит естественный отбор 2. Класс Двудольные. Основные отличия представителей класса двудольных от однодольных. Двудольные (Magnoliopsida) Однодольные (Liliopsida) 1 Зародыш с двумя семядолями Зародыш с одной семядолей 2 Тип корневой системы большей частью стержневой Тип корневой системы мочковатый 3 Проводящие пучки открытого типа (с камбием) образуют в стебле одно непрерывное или прерывистое кольцо Проводящие пучки закрытого типа (пучковый камбий отсутствует), располагаются в несколько правильных или неправильных кругов. 4 Древесные формы и травы Главным образом травы, древесные только вторичного происхождения 5 Листья обычно с перистым и пальчатым жилкованием Листья с параллельным или дуговидным жилкованием 6 Цветки большей частью 5тичленные, реже 4хчленные или с неопределенным количеством членов Цветки обычно 3х членные Примеры Сложноцветные, лютиковые, розоцветные, бобовые, крестоцветные Лилейные, орхидные, луковые, злаки, осоки Зародыш обычно с двумя семядолями, которые при прорастании выносятся над землей. Листья простые или сложные, обычно четко разделены на черешок и пластинку Жилкование листьев обычно перистое или пальчатое. Характерно вторичное утолщение стебля (вторичный рост) в результате деятельности камбия; проводящая система стебля в виде цилиндра; имеется флоэмная паренхима; кора и сердцевина хорошо дифференцированы Первичный корешок обычно развивается в главный корень, от которого отходят боковые корни; корневая система чаще стержневая Древесные или травянистые растения, возникшие из древесных на основе приобретения возможности к половому размножению на ранних этапах индивидуального развития (неотения) Цветки в своей основе чаще всего 5-или 4-членные Строение цветка. У однодольных цветок имеет простой околоцветник, а у двудольных — двойной, состоящий из чашечки и венчика. В обоих классах встречаются виды, у которых околоцветник отсутствует. Оболочка пыльцевых зерен преимущественно 3-бороздная Класс двудольных по объему заметно крупнее класса однодольных, его разделяют на 8 подклассов, 128 порядков, 418 семейств, около 10000 родов и приблизительно 190000 видов. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие перистое и параллельное жилкование листьев. Билет №27 1. Классификация тканей растений. Образовательные ткани В отличие от типичных животных, высшие растения растут и образуют новые клетки в течение всей жизни, хотя обычно с некоторыми перерывами. У многолетних растений средних широт, например, перерывы обусловлены наступлением зимнего периода покоя. Другой особенностью растений является локализованность их роста: они растут в определенных участках своего тела. Эти участки называют точками роста или зонами роста. Основной функцией зон роста является активное деление и порождение новых клеток. Возникающие из меристем клетки растут и дифференцируются в постоянные ткани. Форма клеток меристем разнообразна: но чаще всего они паренхимны и имеют очертания почти правильных изодиаметрических многогранников. Образовательные ткани состоят из плотно сомкнутых клеток, как правило, без межклетников. Хотя это правило полностью справедливо лишь в отношении меристем стеблей, меристемах же корней нередко имеются хорошо различимые межклетники. Полость каждой клетки заполнена густой цитоплазмой и сравнительно крупным ядром. Здесь имеется в виду отношение размеров ядра к размерам всей клетки. Дело в том, что в постоянных тканях объем клетки заметно увеличивается за счет растяжения, а объем ядра остается неизменным. Практически все органоиды в меристематических клетках находятся в стадии становления. Обычные меристематические клетки способны делиться определенное, ограниченное число раз, после чего превращаются в постоянные ткани. Но существуют клетки, способные к неограниченному делению, на протяжении всей жизни растения; такие клетки называют инициальными или инициалями. Тело зародыша в развивающемся семени состоит на первых стадиях сплошь из промеристемы. Но в скором времени на двух противоположных полюсах, в точках роста ≈ на кончиках зародышевого корешка и стебля из инициальных клеток формируются верхушечные (апикальные) меристемы. Вообще следует отметить, что по положению в теле растений различают: верхушечные (апикальные), боковые (латеральные) и вставочные (интеркалярные) меристемы. Боковые (латеральные: лат. латералис - боковой) меристемы в осевых органах: стеблях и корнях образуют цилиндрические слои. На поперечных срезах они имеют вид колец. В одном случае боковые меристемы формируются под апексами (верхушками) в тесной связи с апикальными меристемами. Такие меристемы относят к первичным. Первичными латеральными меристемами являются прокамбий и перицикл. Другие боковые меристемы появляются значительно позже, при уже развитых постоянных тканях и на этом основании их считают вторичными, хотя разграничение на первичные и вторичные меристемы в значительной мере условно. К вторичным боковым меристемам относятся камбий и пробковый камбий или феллоген. В наиболее типичном случае вторичные меристемы возникают из постоянной ткани путем ее обратного преобразования в меристему. Вставочные (интеркалярные) меристемы расположены обычно в основании междоузлий. Эти меристемы можно назвать остаточными, поскольку они происходят от верхушечных меристем, но их преобразование в постоянные ткани задерживается по сравнению с соседними участками стебля. В интеркалярные меристемы обычно вкраплены дифференцированные элементы, например, они пронизаны проводящими пучками и в них нет инициальных клеток. Этим вставочные меристемы отличаются от боковых и верхушечных. Можно сказать, что вставочные меристемы имеют временный характер и, в конце концов, превращаются в постоянные ткани. Вставочные меристемы хорошо выражены у основания молодых листьев, поэтому и листовая пластинка нарастает своеобразно ≈ основанием, а не верхушкой, как стебель. Хотя и стебли некоторых растений имеют дополнительный интеркалярный рост за счет междоузлий. Особенно это характерно для злаков. Особую группу составляют раневые или травматические меристемы, как уже видно из названия, появляются при залечивании поврежденных тканей и органов. Обычно на месте повреждения со временем формируется защитная пробка. Есть еще одна особенность, свойственная меристематическим клеткам: обычно во время роста оболочки соседних клеток растягиваются синхронно (согласовано). Этим обеспечивается сохранность плазмодесм между клетками. Поскольку протоплазмы соседних клеток, связанные плазмодесмами, образуют единую живую систему ≈ симпласт, то и подобный согласованный рост, при котором оболочки соседних клеток не сдвигаются друг относительно друга, носит название симпластического. Иногда, однако, наблюдается так называемый интрузивный рост, при котором клетка внедряется между соседними, как бы расталкивая их. Понятно, что при этом оболочки скользят одна по другой и плазмодесменные связи рвутся. Основные ткани Согласно уже очень старой концепции Сакса (Sacks, 1868) тело растения состоит из трех систем тканей. Наибольший объем в растении занимают основные ткани. Сакс называл их мякотью. Снаружи они защищены покрывными тканями, а изнутри пронизаны проводящими и механическими пучками. Образующие их клетки отличаются обычно паренхимным строением, из-за этого основные ткани нередко называют основной паренхимой. Основная ткань, в противоположность другим очень богата межклеточными пространствами. Нередко межклетники во много раз превышают размеры самих клеток. Основные ткани являются преимущественно питающими тканями, хотя по своему существу могут выполнять многие функции, начиная от ассимиляционной, кончая выделительной. В зависимости от специализации, основную паренхиму делят на ассимиляционную, вентиляционную, всасывающую, запасающую и выделительную. Ассимиляционные (фотосинтезирующие) ткани Ткани, основной функцией которых является работа ассимиляции, то есть фотосинтез, объединяют в систему ассимиляционных тканей. У высших растений они имеют обычно зеленую окраску. Поэтому могут быть названы зеленой паренхимой или хлорофиллоносной паренхимой (короче ≈ хлоренхимой). Ассимиляционная ткань устроена достаточно просто и состоит из однородных тонкостенных клеток. Хлоропласты в клетках хлоренхимы обычно расположены в один ряд в постенном слое цитоплазмы. Центральная часть полости клетки занята крупной вакуолью. Доступ углекислоты к клеткам хлоренхимы облегчается тем, что в ней имеется развитая система межклетников, сообщающаяся с атмосферой. Наличие межклетников является характернейшей особенностью ассимиляционной ткани. Межклетники обеспечивают газообмен с окружающей средой. В соответствии с тем, что работа ассимиляции происходит за счет солнечной энергии, хлоренхима располагается в местах, наиболее доступных свету: она находится в надземной части растений непосредственно под кожицей листьев и стеблей. Нередко хлоренхима дифференцирована на столбчатую (палисадную) и губчатую ткань. Палисадная ткань обычно состоит из удлиненных клеток цилиндрической формы, расположенных перпендикулярно к поверхности органа. Межклеточники в палисадной ткани развиты слабо. Палисадная ткань содержит большое количество хлоропластов, здесь происходят световые реакции фотосинтеза. Губчатая ткань построена из округлых или неопределенной формы клеток, образующих рыхлую сложную сетчатую систему. Межклетники хорошо развиты. Здесь протекает газообмен и темновая стадия фотосинтеза. Покровные ткани. Как правило, покровными тканями называют ткани, покрывающие тело растения и взаимодействующие с внешней средой. Они защищают внутренние ткани от действия неблагоприятных факторов среды, регулируют газообмен и транспирацию. К собственно покровным тканям относятся первичная покровная ткань – кожица, вторичная покровная ткань – перидерма и третичная покровная ткань – корка. Первичная покровная ткань. Кожицу листьев и стеблей называют эпидермой, кожицу корня – эпиблемой. Основные функции эпидермы – защита молодых органов от высыхания, механическая защита и газообмен. Эпидерма, как правило, представлена одним слоем плотно сомкнутых клеток, на внешней поверхности жироподобное вещество кутин образует защитную пленку – кутикулу. На поверхности кутикулы часто имеется восковой налет. Стенки клеток обычно извилистые, наружные стенки толще остальных. Рис. 3. Строение устьица: 1 — замыкающие клетки; 2 — устьичная щель; 3 — хлоропласты; 4 — прилегающая клетка; 5 — кутикула; 6 — газовоздушная камера. Для газообмена и транспирации в эпидерме имеются специальные образования – устьица (рис. 3). Устьице представляет собой щелевидное отверстие в эпидерме, ограниченное двумя клетками бобовидной формы. Это замыкающие клетки. В отличие от остальных клеток эпидермы они содержат хлоропласты. Стенки замыкающих клеток, обращенные в сторону устьичной щели, утолщены. Клетки эпидермы, окружающие замыкающие, называют побочными или прилегающими. Под устьицем находится газовоздушная камера. Замыкающие и побочные клетки, устьичная щель и газовоздушная камера образуют устьичный аппарат. Устьица чаще располагаются на нижней стороне листа. Иногда клетки эпидермы образуют различные придатки, волоски и чешуйки (трихомы). Волоски выполняют защитную функцию, сильное опушение защищает растение от перегрева и потери влаги. Железистые волоски выполняют защитную функцию (например, у крапивы). Эпиблема (ризодерма) покрывает молодые корни и выполняет всасывательную функцию. На поверхности клеток образуются боковые выросты – корневые волоски. Устьица и кутикула у эпиблемы отсутствует. Вторичная покровная ткань, перидерма (рис. 4). Состоит из феллемы – собственно пробки, феллогена – пробкового камбия и феллодермы – пробковой паренхимы. Она сменяет эпидерму, которая постепенно отмирает и слущивается. Закладывается преимущественно в стеблях и корнях. Вторичная образовательная ткань феллоген может образовываться как из клеток кожицы, так и из клеток паренхимы. Наружу феллоген откладывает клетки пробки, содержимое клеток отмирает. Пробка не проницаема для воды и газов и для газообмена и транспирации в пробке формируются чечевички. Внутрь феллоген откладывает клетки, которые остаются живыми, клетки феллодермы. Рис. 4. Перидерма (А) и корка (Б): 1 — чечевичка; 2 — остатки эпидермы; 3 — феллема; 4 — феллоген; 5 — феллодерма. Третичная покровная ткань, ритидом, или корка. У большинства древесных растений пробка заменяется коркой. При образовании корки новый слой феллогена и перидермы закладывается в основной ткани, лежащей глубже первой наружной перидермы. Вновь образовавшиеся слои пробки отчленяют к периферии органа не только перидерму, но и часть лежащей под ней паренхимы коры. Так возникает толстое многоклеточное и мертвое образование. Так как корка не может растягиваться, при утолщении ствола она лопается, и образуются трещины. Рис. 5. Виды механических тканей А – толстостенные каменистые клетки, из которых состоит скорлупа орехов; Б – клетки колленхимы, из которых состоят опорные ткани ветвей и стеблей; В – волокна склеренхимы. Механические ткани. Основное назначение – обеспечить механическую прочность различным органам растения. Они очень хорошо развиты у растений, растущих в воздушной среде. Состоят из клеток с толстыми стенками, часто одревесневшими. Различают два вида механической ткани – колленхиму и склеренхиму. Колленхима, первичная механическая ткань, развита главным образом в растущих стеблях, черешках и листьях двудольных растений. Образована живыми, вытянутыми в длину клетками, часто содержащими хлоропласты. Клеточные стенки неравномерно утолщены. Склеренхима – наиболее важная механическая ткань высших растений. Образована клетками с равномерно утолщенными, часто одревесневшими стенками. Протопласт отмирает рано, и опорную функцию выполняют мертвые клетки, которые называют волокнами. Волокна образованы прозенхимными клетками с равномерно утолщенными стенками. Концы клеток часто заострены. Живое содержимое полностью отмирает после окончания их роста в длину. Длина клетки в сотни и тысячи раз превышает их диаметр. Различают лубяные волокна (во вторичном приросте луба, или флоэмы) и древесинные волокна (во вторичной древесине, или ксилеме). Вентиляционная ткань (Аэренхима) Практически во всех тканях имеются межклетники, образующие единую систему. Межклетники через проходные отверстия или устьица сообщаются с атмосферой. Однако газовый состав в межклетниках сильно отличается от газового состава атмосферы. Если в растениях образуется ткань с очень большими межклетниками, нередко превышающими размеры самих клеток, и если вентиляционная функция такой ткани выступает на первое место, то ее называют аэренхимой. Как правило, в состав аэренхимы входят механические клетки, придающие этой рыхлой ткани дополнительную прочность. Особенно развита аэренхима у водных и болотных растений, в условиях, где затруднен нормальный газообмен. Запасающие ткани Поглощенные растением синтезированные вещества могут откладываться в виде запасов. К накоплению запасных веществ в той или иной мере способны все живые клетки, но в том случае, когда запасающая функция гипертрофированна (выступает на первое место), говорят о запасающих тканях. Запасы могут храниться длительное время, например, зимние запасы крахмала в корнях и клубнях двулетних и многолетних растений. В других случаях запасы почти непрерывно потребляются и вновь пополняются в период вегетации. В строении запасающих клеток встречается большое разнообразие. Некоторые запасающие ткани приспособлены к накоплению воды. Их называют водоносными. Как правило, клетки водоносных тканей чрезвычайно гигроскопичны (т.е. способны быстро впитывать влагу) и имеют тонкие оболочки. Наличие водоносных тканей характерно для некоторых ксерофитов ≈ растений, приспособленных переносить длительный засушливый период. Чаще всего водоносные ткани встречаются в листьях. Они являются резервуарами влаги. При подсыхании растения водоносные клетки передают воду главным образом ассимиляционным тканям. Мощно развитая водоносная ткань встречается у суккулентов ≈ растений с мясистыми сочными листьями и стеблями: агавы, алоэ, кактусы, молочаи. Развитой водоносной тканью снабжены клубневидные вздутия стеблей многих эпифитных орхидных. Однако подлинными рекордсменами в запасании влаги являются сфагновые мхи. Они могут накапливать такое количество влаги, которое в 40 - 50 раз превышает их сухой вес. Такая высокая гигроскопичность сфагнов связана с особенностями их анатомического строения. В листьях сфагновых мхов имеются две группы клеток: особые гиалиновые клетки, имеющие большие или многочисленные поры и накапливающие воду и обычные хлорофиллоносные клетки. Гиалиновые клетки занимают большую часть объема. Нередко крупные водоносные клетки имеют спиральные или кольчатые утолщения оболочек, придающих клеткам дополнительную прочность и предохраняющие их от слияния. Значительно шире распространены ткани, запасающие пластические вещества. Обычно запасы накапливаются в полостях клеток, реже в их оболочках. Наиболее распространенные запасные вещества: сахар, инулин, аминокислоты, белки, крахмал. В клеточных стенках обычно откладываются гемицеллюлозы. В этих случаях стенки чрезвычайно сильно утолщаются. В качестве примеров можно назвать запасающие ткани эндосперма семян кофе и финиковой пальмы. Выделительные ткани В процессе обмена веществ у растений, помимо продуктов потребляемых самим растением, образуется еще ряд отбросов или побочных продуктов, для питания растения никакого значения не имеющих; они могут быть отнесены к группе выделений. У высших растений происходит выделение капельно-жидкой воды и растворов различных веществ, а в некоторых случаях вещества затвердевают и выкристаллизовываются внутри тела растения или на его поверхности. В связи с этим различают выделительные ткани внутренней и внешней секреции. Выделительная деятельность растений очень разнообразна, поэтому изучение выделительных тканей имеет ряд трудностей. Во-первых, эти ткани сильно различаются по строению и размещению в теле растения. Во-вторых, растения выделяют очень разнообразные в химическом отношении вещества, причем одинаковые вещества могут вырабатываться разными видами выделительной ткани и наоборот. И, наконец, остается неясным значение выделяемых веществ для самих растений. Многие "отбросные" вещества в процессе приспособительной эволюции получили дополнительную вторичную функцию, например, имеют горький вкус или ядовиты и предохраняют растения от поедания или служат для дезинфекции как некоторые смолы. Проводящие ткани. Обеспечивают транспорт веществ в растении. Одна группа проводящих тканей обеспечивает проведение в основном воды и минеральных солей и называется ксилема, другая – проводит раствор органических веществ и называется флоэма. Ксилема (древесина) – сложная ткань, которая включает в себя проводящую, механическую и основную ткани. Проводящая ткань ксилемы состоит из сосудов (трахей) и трахеид, осуществляющих восходящий ток воды и минеральных веществ, механическая ткань представлена древесными волокнами, основная – древесной паренхимой. Трахеиды – вытянутые клетки с сильно скошенными торцевыми стенками. Проникновение раствора из одной трахеиды в другую происходит через поры. Чаще встречаются у высших споровых и голосеменных растений. Сосуды (трахеи) – образованы из отдельных члеников, бывших ранее клетками (рис. 6). Это длинные микроскопические трубки. Торцевые стенки члеников сосудов почти полностью растворяются и возникают сквозные отверстия (перфорации). Просвет сосудов шире, чем у трахеид. Это более совершенная проводящая ткань, достигающая наибольшего развития у покрытосеменных. Флоэма (луб) также сложная ткань, которая включает в себя проводящую, механическую и основную ткани. Проводящая ткань флоэмы состоит из ситовидных клеток и ситовидных трубок с сопровождающими их клетками-спутницами, Основная ткань представлена лубяной паренхимой, механическая – лубяными волокнами. 2. Класс Однодольные. Класс Однодольные включает, 104 семейства, 3000 родов и около 63000 видов. Считается, что древнейшие однодольные произошли от примитивных двудольных. Для Однодольных характерны мочковатая корневая система, простые цельнокрайние листья, параллельное или дуговое жилкование листьев, трехчленный цветок, отсутствие древесных форм. Для анатомического строения однодольных свойственны отсутствие вторичного утолщения за счет камбия, закрытые проводящие пучки, располагающиеся диффузно по всему центральному осевому цилиндру, слабое развитие первичной коры, отсутствие в ней колленхимы. К классу Однодольные относятся 3 подкласса: Алисматиды, Лилииды, Арециды. Примеры семейства: Лилейные, орхидные, луковые, злаки, осоки, спаржевые, ландышевые. 3. По гербарным экземплярам определите растения, имеющие соцветия колос и головка.