Учебно-методический комплекс дисциплины «Ботаника» (стр. 2 )

В следующий — четвертичный — современный период, насчитываю­щий 1,6—1,8 млн. лет, произошло резкое изменение климата Земли в сторону понижения температуры и увеличения количества осадков. Конец третичного и начало четвертичного периодов связан с появлением и развитием человека. Таким образом, в истории развития растительного мира наземном шаре можно отметить три основных периода; водорослевый (в основном палеозой), высших споровых (верхний палеозой), голосеменных и покрытосеменных (от мезозоя — голосеменные и от мелового — по­крытосеменные, получившие мощное развитие, начиная с кайнозоя).

Лекция 2.

Цитология. Ее задачи.

История изучения клетки. Возникновение клеточной теории.

Компоненты клетки.

1. Цитология и ее задачи. Науку о микроскопическом и субмикро­скопическом строении клетки и ее жизнедеятельности называют цито­логией. По определению известных современных американских цитологов А. Леви и Ф. Сикевиц, «Клетка — это единица биологической актив­ности, ограниченная полупроницаемой мембраной и способная к само­воспроизведению в среде, не содержащей живых систем».

Основные методы цитологии.

Светооптический анализ — изучение микроскопической структуры тонких срезов, пленок, тканей или мазков исследуемого объекта в проходящем свете при увеличении от 01.01.01 раз.

Электронная микроскопия — при увеличении в 100—200 тыс. раз и больше на флуоресцирующем экране или фотопленке макромолекулярные исследования структур размером 1,5 нм2.

Фазово-контрастная микроскопия (в оптическом микроскопе со специальной насадкой) — изучение структуры компонентов клетки с одинаковым показателем преломления.

Метод культуры тканей — изучение структуры и жизнедеятель­ности живых клеток, выращенных в питательной среде вне организма.

Цитохимический, позволяющий выявить присутствие различных веществ: белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов, гормонов, витаминов и др

Микроскопическая хирургия, например извлечение из клетки ядра.

2. История изучения клетки. Представления о клетке появились в связи с изобретением микро­скопа. Это великое изобретение было сделано в 1609 г. и принад­лежит Галилео Галилею. Микро­скоп был создан на базе подзорной трубы (телескопа), изобретенной всего годом ранее этим же ученым. Прототип современного оптического микроскопа быстро совершенствовался в направлении увеличения разрешающей способности. Разрешающая  способность светового микроскопа равна 0,25 мкм, т. е. превышает таковую нормального человеческого глаза в 400 раз.

С последней трети XVII в. свыше 50 лет публиковался обширный научно-экспериментальный материал замечательного голландского ученого-самоучки А. Левенгука. В этих публикациях, особенно в книге «Тайны природы» (1696), была изложена целая серия выдающихся открытий, в частности о клеточном строении животных, о микроскопических одноклеточных водорослях, о хлоропластах, сперматозоидах, красных кровяных тельцах.

Только в XIX в., наконец, основное внимание исследователей привлекает содержимое клетки, ее органеллы. Многочисленные факты клеточного строения организмов растений и животных наблюдали многие исследователи. Ученые того времени не смогли подняться до обобщения наблюдаемых фактов. Такое крупное обобщение — величайшую теорию века — теорию клеток сформулировал Т. Шванн (1839). Его заслуга состоит прежде всего в том, что в большом разнообразии клеток он увидел их общность, их единообразие. Именно это и явилось мотивом всеобщего закона строения и развития живой материи. Суть этой теории можно выразить в трех основных положениях: 1) клетка выдвигается в качестве элементар­ной структурной единицы, основного строительного материала, тела всех живых существ — как растений, так и животных; 2) новые клетки образуются только из других клеток; 3) клетки растений и животных являются самостоятельными, гомологичны друг другу по своему развитию, но бывают аналогичны по выполняемой функции. Деление же клеток было обна­ружено значительно позднее. Честь этого великого открытия справедливо принадлежит известному немецкому цитологу В. Флеммингу (1879—1882). Более точно формулировал клеточную теорию немецкий медик и биолог Рудольф Вирхов (1858). Это ему принадлежит постулат «каждая клетка возникает от клетки».

Развитие наших знаний о клеточном строении растений и штурм недр клетки свершались на базе светового микроскопирования. Но разрешающая способность светового микроскопа достигла предела и остановилась на уровне 0,2 мкм. Все трудности  исчезли с изобретением электронного микроскопа. В нем вместо пучка света, который проходит через изучаемый препарат при световом микроскопировании, по трубке к препарату устремлен пучок электронов. Современные электронные микроскопы позволяют увеличивать тонкие структуры клетки до 100 000 раз и больше, а при необходимости, до миллиона раз.

3. Компоненты клетки. Цитоплазма представляет собой сложный гетерогенный структур­ный комплекс клетки. Ей свойственны признаки, определяющие само понятие «жизнь»: движение, рост, питание, дыхание, раздражимость и др. Цитоплазма - необходимый «субстрат жизни» для всех живых компонентов растительной клетки. В цитоплазме растительных клеток находятся целые системы рабочих органов. Выполняют они разнообразные функции: биосинтез белков фотосинтез, диссимиляция выделение.

Эндоплазматическая сеть Электронное микроскопирование позволило обнаружить мембраны не только на поверхности, но и внутри цитоплазмы, в толще мезоплазмы, которая считалась ранее гомогенной. Мембраны отграничивают разветвленную сеть взаимосвязанных ультрамикроскопических пузырьков, цистерн, трубочек и каналов: коротких и длинных, узких и широких, замкнутых и незамкнутых. Вся эта совокупность различных по структуре и форме канальцев была названа эндоплазматической сетью.

Можно утверждать, что эндоплазматическая сеть—действительно особая органелла клетки универсального зна­чения. Она осуществляет такие функции: 1) связь с ядром и со смежными клетками через плазмодесмы; 2) поглощение веществ и транспортировку их; 3) участие в процессах синтеза.

Гиалоплазма. Основную оптически однородную толщу цитоплазмы, в которой расположены остальные органеллы клетки, называют гиалоплазмой. Функциональное значение гиалоплазмы исключительно велико.

Рибосомы. Рибосомы — постоянная и совершенно обязательная составная часть клетки. Вместе с системой мембран они составля­ют основной конструктивный элемент цитоплазмы. Рибосомы бы­вают связанными с компонентами клетки, но бывают и свободно рассеянными в гиалоплазме. Основная функция рибосом — «сборка» белковых молекул из аминокислот.

Аппарат Гольджи. Эта микроорганелла цитоплазмы в общем структурном и функциональном отношении наиболее близка к канальцам эндоплазматической сети и представлена элементарными мембранами, всегда агранулярными.. Эта структура была открыта в животных клетках в 1898 г. Гольджи. Аппарат Гольджи выполняет подобно рибосомам синтетическую функцию, главным образом, воспроизвод­ства сложных углеводов. Он играет важную роль в образовании вакуолей и в строительстве клеточной стен­ки на всех этапах.

Митохондрии. Митохондрии — обязательная органелла как растительных, так и животных клеток. Это микроскопические структуры размерами от 0,5 до 1 мкм в поперечнике и от 2 до 5 мкм в длину. Форма их чрезвычайно разнообразна: от сферических зернышек до телец нитевидной формы. Митохондрии способны перемещаться в клетке. Мито­хондрии окружены оболочкой, состоящей из двух мембран — наружной и внутренней.  Между ними находится жидкость матрикс.

Сферосомы. Это округлые тельца диаметром 0,5—1 мкм липиднопротеиновой природы. Сферосомы, не имеют типичной ограничивающей мембраны.

Микротела. Органеллы округлой формы, диаметром 0,5—1,5 мкм, липидно-протеиновой природы, ограничены одномембранной оболочкой. Встречаются они в клетках разнообразных тканей и выполняют разные функции.

Лизосомы. Они выполняют  функции расщепления. Лизосомы повсеместно распространены в самых разнообразных тканях животных. В растительных клетках лизосомы с полной достоверностью к настоящему времени не обнаружены.

Пластиды. В ходе эволюции органической природы автотрофные растения обособились как носители пластид. Они широко представле­ны почти у всех зеленых растений. Они бывают 3-х видов 1) бесцветные — лейкопласты, 2) окрашенные в зеленый цвет — хлоропласты и 3) не зеленые, окрашенные преимущественно в желто-красные тона,— хромопласты. Все три группы пластид связаны общим происхождением.

Лейкопласты. Основная функция их связана с образованием запасных питательных веществ. Они сосредоточены преимущественно в частях растений, лишенных зеленой окраски, в меристематических тканях, в спорах, гаметах, семенах, клубнях, корневищах.

Хлоропласты. Хлоропласты осуществляют первичный синтез углеводов при участии световой энергии, т. е. это органеллы фотосинтеза. В соответствии с их функцией хлоропласты находятся преимущественно в фотосинтезирующих органах и тканях, обращенных к свету. Хлоропластам растения обязаны зеленой окраской.

Хлоропласты встречаются у всех зеленых растений, начиная от водорослей и до цветковых включительно. У высших растений хлоропласты имеют приблизительно одинаковую форму: округлую или овальную, чаще форму двояковыпуклой линзы. Хлоропласты водорослей, называемые хроматофорами, отличаются разнообразием как по величине, так и по форме. Число хлоропластов в одной клетке от 1 до 36.

Хромопласты.. Это пластиды, которые содержат разнообразные пигменты, относимые к группе каротиноидов. Основной цвет хромопластов — оранжевый и красный. Они не способны выполнять функцию фотосинтеза.

Функции хромопластов еще в значительной мере остаются неясны­ми. Можно лишь предполагать, что они выполняют роль своеобразного светофильтра для хлоропластов в процессе фотосинтеза. Участие хромопластов в окраске лепестков имеет косвенное значение в при­влечении насекомых-опылителей. Яркие плоды, окрашенные каротиноидами, хорошо поедаются птицами и животными — распространите­лями семян.