Общий план строения клетки
Клетки листа элодеи канадской (Elodea canadensis Michx.)
Одним из наиболее удобных объектов для изучения живой клетки считаются листья элодеи—водного растения, распространенного в пресных стоячих и медленно текущих водоемах. Элодея хорошо разводится в аквариумах, поэтому в любое время года можно иметь свежий материал.
Сидячие линейно-ланцетные листья длиной не более 1 см расположены мутовками на тонком стебле. Для наблюдений лучше брать листья с молодых веточек, на расстоянии 1—2 см от верхушки. Лист элодеи состоит из Двух, а по краю даже из одного слоя клеток. Он достаточно прозрачен, поэтому его можно рассматривать целиком. Отделив лист от стебля, его кладут в каплю воды па предметное стекло и накрывают покровным стеклом. Верхняя, слегка выпуклая сторона листа должна быть обращена кверху, так как клетки верхнего слоя крупнее клеток нижнего.
Несмотря на небольшие размеры, весь лист не помещается в поле зрения микроскопа даже при малом увеличении, поэтому его приходится рассматривать по частям, передвигая препарат.
Уже при беглом осмотре листа можно видеть, что слагающие его клетки несколько различны. Краевые клетки узкие, вытянутые в длину, прозрачные, некоторые из них образуют зубчики, направленные к верхушке листа. В основании листовой пластинки зубчиков мало или нет совсем. Вдоль листа посередине проходит средняя жилка, состоящая из нескольких рядов узких, довольно прозрачных светлых удлиненных клеток. Остальная, более темная часть листа состоит из более широких клеток— округло-прямоугольных или, реже, многоугольных в очертании. Клетки расположены продольными рядами. Все клетки, слагающие лист, с тонкими оболочками, в каждом из слоев плотно сомкнуты. Однако клетки верхнего слоя соединены с клетками нижнего довольно рыхло, между ними имеются межклетник и,— пространства, частично заполненные воздухом. На препарате они выглядят как длинные или короткие темные штрихи, расположенные вдоль листа параллельно средней жилке. Межклетники кажутся темными вследствие значительного различия в показателях преломления воздуха (п = 1) и оболочек клеток (п — 1,49). Когда воздух будет вытеснен водой, проникающей в межклетники через поврежденные места, темные штрихи на препарате исчезнут.
Строение клеток
Структурные особенности клеток изучают при большом увеличении микроскопа (объективы 40 или 60). Следует помнить, что вначале, при малом увеличении, нужный участок листа ставят в центр поля зрения и лишь после этого осторожно переводят микроскоп на большое увеличение. Изучение клеток обычно сопровождают детальными зарисовками.
Знакомство со строением клеток можно начать с рассмотрения зубчиков, расположенных по краю листа (рис. 8, Д). В клетке хорошо видна красно-бурая оболочка, особенно толстая на конце зубца. Изнутри оболочка выстлана тонким слоем прозрачной цитоплазмы, в котором можно видеть немногочисленные зеленые хлорофилловые зерна, или хлоропласты.
В зависимости от расположения в клетке ядро выглядит различно: оно округлое, если находится у нижней или верхней стенки клетки, или имеет вид полушария, если прилегает к боковой стенке. Изменение формы ядра объясняется его пластичностью или эластичностью.
Для изучения формы хлоропластов и их расположения в клетке, свойств цитоплазмы и клеточного сока лучше рассматривать крупные клетки, находящиеся в нижней части листовой пластинки, возле средней жилки. Движением микрометренного винта трубу микроскопа надо установить так, чтобы клетки были видны в плане.
В этих клетках очень много хлоропластов, значительно больше, чем в клетках, расположенных по краю листа и в средней жилке. Зеленая окраска хлоропластов обусловлена присутствием в них пигмента — хлорофилла. Хлоропласты, расположенные в слое цитоплазмы, выстилающем верхнюю стенку, видны в плане. Они представляют собой почти округлые или слегка овальные тельца. Изредка можно встретить пластиды, перетянутые посередине. Такая картина обычно наблюдается перед подготовкой хлоропластов к делению. Немного опустив трубу микроскопа с помощью микромет-ренного винта, можно рассмотреть ту же клетку в оптическом сечении. Боковые стенки будут видны четко, верхняя прозрачная стенка вместе с прилегающей цитоплазмой заметна не будет. Внутренняя часть полости клетки заполнена клеточным соком и не содержит хлоропластов. Пластиды, расположенные в цитоплазме, выстилающей боковые стенки, видны в боковой проекции, очертания их овальные или эллипсовидные. Таким образом, зная, как выглядят хлоропласты в плане и сбоку, легко установить, что они имеют форму, сходную с двояковыпуклой линзой. Ядро в клетке обычно незаметно, так как показатели преломления ядра и цитоплазмы очень близки. Кроме того, ядро маскируют многочисленные хлоропласты.
Опустив еще немного трубу микроскопа, можно рассмотреть нижнюю часть клетки, которая выглядит так же, как и верхняя. Зеленый фон, на котором видны клетки, создают богатые хлоропластами более мелкие клетки нижнего слоя. Очертания этих клеток просвечивают сквозь верхний слой при низком положении трубы микроскопа.
Движение цитоплазмы
Неповрежденные клетки листа в капле воды долго остаются живыми, поэтому в них можно наблюдать одно из наиболее интересных свойств живой цитоплазмы — ее движение.
Отрывание листа от стебля вызывает механическое раздражение, в связи с чем движение цитоплазмы в клетках на некоторое время замедляется и не бывает заметным. Прежде всего оно восстанавливается в удлиненных
средней жилки, а затем и в остальных клетках клетК Это движение называют вторичным.
Если движение незаметно или очень замедлено, его удается ускорить, положив на несколько минут веточки или оторванные листочки в подогретую до 37—40° С воду или добавив в воду несколько капель спирта.
Поступление воды в клетку
Клеточный сок, находящийся в вакуолях, представляет собой водный раствор различных веществ: белков, углеводов, пигментов, органических кислот, солей, алкалоидов и т. п. Концентрация веществ, находящихся в клеточном соке, обычно выше концентрации веществ во внешней среде (почва, водоемы). Различие концентраций в известной мере обусловливает возможность поступления в клетку воды и почвенных растворов, что до некоторой степени объясняется явлениями осмоса: если два раствора разделены полупроницаемой пленкой, то вода из раствора с меньшей концентрацией веществ (гипотонического) будет диффундировать в раствор с большей концентрацией веществ (гипертонический) более активно, чем в обратном направлении. Диффузия воды будет происходить до тех пор, пока концентрации веществ в обоих растворах не станут одинаковыми. В клетке роль полупроницаемой мембраны играет цитоплазма. Пограничные слои цитоплазмы, выстилающие оболочку и клеточную вакуоль, проницаемы только для воды и некоторых растворов, но непроницаемы для многих растворенных в воде веществ. Это свойство цитоплазмы получило название полупроницаемости или избирательной проницаемости. В отличие от цитоплазмы оболочка проницаема для всех растворов, непроницаема она только для твердых частиц. Поступление воды в клетку и ее выход оттуда нельзя сводить только к осмотическим явлениям, которые выражены во взрослых клетках с хорошо развитыми вакуолями. В действительности это очень сложный процесс, обусловленный многими факторами. Активное участие в поглощении воды принимает вся система коллоидов цитоплазмы.
Сила, с которой клетка насасывает воду, называется сосущей.
Поступление воды в живую клетку, полупроницаемость и эластичность цитоплазмы можно иллюстрировать следующим опытом. Сняв препарат со столика микроскопа, на предметное стекло, вплотную к покровному стеклу, под которым в воде находится лист элодеи, наносят каплю 6—8%-ного раствора калийной селитры (KN03). С противоположной стороны покровного стекла, также вплотную к нему, кладут полоску фильтровальной бумаги, которой оттягивают воду до тех пор, пока раствор селитры, войдя под покровное стекло, полностью не заменит ее. Через некоторое время даже при малом увеличении микроскопа можно видеть, что протопласт начинает отходить от оболочки клетки. Это явление получило название плазмолиза. Оно объясняется тем, что плазмолизирующий раствор — плазмолитик (в данном случае раствор селитры, гипертонический по сравнению с клеточным соком) —оттягивает воду из вакуоли, объем вакуоли при этом уменьшается, тургор падает. Протопласт сначала отходит от оболочки в углах клетки, затем он остается соединенным с нею лишь в некоторых местах. На этой стадии он имеет неправильные, угловатые очертания. Позднее протопласт отделяется от всей внутренней поверхности оболочки, округляется и располагается в середине клетки или возле одной из ее стенок. Пространство между протопластом и оболочками клетки заполняется раствором плазмолитика.
Если, не снимая покровного стекла, плазмолизирующий раствор оттянуть фильтровальной бумагой и заметь его водой, то произойдет обратное явление — де-“лазмолиз: клеточный сок с относительно высокой концентрацией веществ будет быстро насасывать воду внутрь клетки, объем вакуоли при этом увеличится, цитоплазма займет постенное положение, восстановится тургор.
Обнаружение ассимиляционного крахмала
Деятельностью хлоропластов обусловлен процесс фотосинтеза — создание органических веществ из неорганических — углекислоты и воды при обязательном участии световой энергии. Фотосинтез возможен благодаря присутствию в хлоропластах зеленого пигмента — хлорофилла. В процессе фотосинтеза простые углеводы при полимеризации образуют крахмал, получивший название ассимиляционного или первичного. Он откладывается в хлоропласте в виде одного-двух, реже нескольких мелких зерен.
Ассимиляционный крахмал можно обнаружить с помощью йодной реакции. Для этого свежий лист элодеи помещают в раствор иода в водном растворе иодистого калия. Реактив, проникая в клетку, убивает ее, при этом цитоплазма и другие органоиды клетки становятся бурыми, пластиды сильно набухают. Крахмал, находящийся внутри хлоропластов, от действия реактива приобретает темно-синий цвет.
Ассимиляционный крахмал легче всего обнаружить в клетках у основания листа (рис. 8, Е), куда реактив проникает в первую очередь и где крахмал сохраняется дольше. Клетки с ассимиляционным крахмалом в пластидах следует рассматривать при большом увеличении микроскопа.
Интенсивность накопления ассимиляционного крахмала зависит от условий освещения. В листьях элодеи, выросшей (в естественных условиях) на хорошо освещенном окне или под достаточно яркой электрической ампой, его больше, чем в листьях затененных растений.
Задание.
1. При малом увеличении микроскопа нарисовать схему строения листа, показав на ней среднюю жилку, межклетники, зубчики по краю. При зарисовке схемы клетки рисовать не нужно.
2. При большом увеличении микроскопа зарисовать:
а) Клетку зубчика, отметив оболочку, тонкий слой цитоплазмы, ядро, пластиды и вакуоль.
б) Несколько клеток листовой пластинки близ средней жилки с поверхности (в плане) и в оптическом разрезе; показать оболочку, постенный слой цитоплазмы и пластиды, обратив внимание на различные очертания пластид в плане и в боковой проекции. Направление движения цитоплазмы показать стрелками.
в) Клетки на разных стадиях плазмолиза.
г) Клетку с хлоропластами, содержащими зерна ассимиляционного крахмала.
Клетки волоска тычиночной нити традесканции виргинской (Tradescantia virginiana L.)
Объектом для изучения живой клетки растений могут служить также волоски, отходящие от основания тычиночной нити цветка традесканции виргинской, которая легко разводится в теплицах, оранжереях, в открытом грунте и нередко культивируется как комнатное растение.
Сине-фиолетовый цвет волосков обусловлен тем, что в клеточном соке составляющих его клеток растворен пигмент из группы антоцианов, широко распространенных в растительном мире. Подобно лакмусу, антоциа-ны способны менять окраску в зависимости от реакции среды: в кислой среде они красные, в щелочной — синие, в нейтральной — фиолетовые.
Тонким пинцетом или препаровальной иглой волоски отделяют от тычиночной нити, кладут на предметное стекло в каплю слабого раствора сахарозы 1 и осторожно, не надавливая, чтобы не повредить клетки, накрывают покровным стеклом. При приготовлении препарата нельзя употреблять водопроводную воду, так как содержащийся в ней хлор убивает клетки и обесцвечивает клеточный сок.
Волосок состоит из одного ряда тонкостенных клеток (рис. 9). Клетки, расположенные в верхней части во-лоска, почти шаровидные, с темно-фиолетовым клеточным соком. В основании волоска клетки более крупные, овальных или продолговато-овальных очертаний, их клеточный сок окрашен слабее. й
При большом увеличении в клетке хорошо видно ок-nvrjioe крупное ядро, окруженное цитоплазматическим ядерным кармашком. Он соединен с по-стенным слоем цитоплазмы тонкими тяжами, пересекающими вакуоль.
В тяжах видны мелкие бесцветные пластиды и зернистые включения, которые перемещаются вследствие движения цитоплазмы. Цитоплазма движется не только вдоль оболочки, но и по тяжам. Такое движение цитоплазмы называется струйчатым. Движение может происходить в разных направлениях.
Задание.
При большом увеличении зарисовать одну-две клетки волоска, отметив оболочку, расположение цитоплазмы, ядро и вакуоль с окрашенным клеточным соком; направление струйчатого движения цитоплазмы показать стрелками.
Клетки эпидермиса чешуи луковицы лука репчатого (Allium сера L.)
С наружной стороны мясистой чешуи лука красного сорта скальпелем, пинцетом или препаровальной иглой сдирают небольшой кусочек эпидермиса и погружают его в каплю воды под покровное стекло. При большом увеличении микроскопа рассматривают участки, где клетки расположены в один слой.
Клетки эпидермиса тонкостенные, вытянутые в длину, соединены плотно, без межклетников. На боковых стенках клеток иногда видны небольшие более тонкие места — поры, из-за которых стенка кажется прерывистой (четковидной). Полость клетки занята крупной вакуолью с красно-фиолетовым клеточным соком. Прикрыв диафрагму, в более мелких клетках можно обнаружить тонкий постенный слой цитоплазмы. От него, пересекая вакуоль, отходят тяжи цитоплазмы, кажущиеся зернистыми от мелких включений. Они хорошо видны на фоне окрашенного антоцианом клеточного сока. В средней части клетки или около одной из ее стенок тяжи соединяются в ядерный кармашек, окружающий ядро, в котором нередко можно обнаружить одно или несколько мелких ядрышек, сильно преломляющих свет. Обычно в клетках хорошо видно струйчатое движение цитоплазмы. Заменив воду, находящуюся под покровным стеклом, раствором селитры, можно наблюдать плазмолиз.
Так как плазмолизирующая жидкость извлекает из клеточного сока воду, концентрация содержащегося в нем пигмента увеличивается. По мере сокращения вакуоли клеточный сок приобретает более интенсивную окраску.
Задание. При большом увеличении микроскопа зарисовать несколько клеток эпидермиса, отметить оболочку, ядро, тяжи цитоплазмы и окрашенный клеточный сок. Провести плазмолиз и зарисовать плазмолизированную клетку.
Окрашенный клеточный сок и явление плазмолиза можно наблюдать также в клетках эпидермиса окрашенных листьев некоторых других видов традесканции, на срезах листьев бегонии, красной капусты, в синих и красных лепестках цветков многих растений.
Лейкопласты в клетках эпидермиса листа традесканции виргинской (Tradescantia virginiana L.)
Бесцветные пластиды — лейкопласты — нередко встречаются в клетках эпидермиса листьев многих растений.
Эпидермис состоит из прозрачных плотно сомкнутых тонкостенных клеток, слегка вытянутых по длине листа. В средней части клеточной полости хорошо видно округлое ядро. Цитоплазма, образующая вокруг пего ядерный кармашек, соединена с постенным слоем тонкими тяжами, которые лучше заметны прн несколько суженной диафрагме. В цитоплазме, окружающей ядро, и кое-где в ее тяжах видны мелкие шаровидные тельца, сильно преломляющие свет. Это лейкопласты. Иногда они настолько тесно группируются вокруг ядра, что полностью закрывают его.
Среди бесцветных клеток в эпидермисе расположены Устьица. Устьице представляет собой совокупность двух мелких клеток, называемых замыкающими. Они имеют форму семени фасоли и обращены одна к другой внутренними вогнутыми сторонами, между которыми находится межклетник — устьичная щель. На концах клетки плотно соединены. В листе традесканции каждое устьице окружено четырьмя небольшими околоустьичными (побочными) клетками, имеющими более или менее трапециевидные очертания. В отличие от околоустьичных клеток и остальных клеток эпидермиса замыкающие клетки устьица содержат зеленые пластиды— хлоропласты. Стенки замыкающих клеток утолщены неравномерно: средняя часть стенки, обращенной к устьичной щели, утолщена, остальные стенки тонкие.
Задание. Зарисовать при большом увеличении микроскопа устьице с хлоропластами в замыкающих клетках и околоустьичные клетки эпидермиса; отметить в них ядра, лейкопласты и тяжи цитоплазмы, отходящие от ядра к постенному слою.
Хромопласты в клетках зрелых плодов
Пластиды различных оттенков желтого и оранжевого цветов называются хромопластами. Они содержат пигменты из группы каротиноидов: желтый ксантофилл и оранжевый каротин. Каротиноиды либо растворены в жировой (липоидной) части стромы пластиды, либо выпадают в виде кристаллов, растягивая строму. Хромопласты обычны для клеток околоцветников и плодов многих растений, яркая окраска которых привлекает насекомых-опылителей, способствует распространению плодов и семян птицами и другими животными. Хромопласты имеются также в клетках «корнеплодов» моркови и некоторых других растений. В клетках незрелых плодов много зеленых пластид — хлоропластов. Кроме хлорофилла они содержат также каротиноиды, однако их окраска маскируется хлорофиллом. Ко времени созревания плодов хлорофилл разрушается, количество каротиноидов увеличивается и пластиды приобретают окраску, свойственную этим пигментам. Таким образом, между двумя типами пластид существует определенная связь.
Для ознакомления с хромопластами могут служить свежие зрелые плоды ландыша, рябины, спаржи, хурмы, гласного перца, шиповника и других растений. При отсутствии свежего материала можно использовать плоды, фиксированные 2—4%-ным формалином.
Небольшой кусочек мякоти зрелых плодов препаровальной иглой переносят в каплю воды на предметное стекло и накрывают покровным стеклом. При постукивании иглой по покровному стеклу клетки легко разъединяются, так как ко времени созревания плодов происходит естественная мацерация, т. е. разъединение клеток вследствие разрушения соединяющего их межклеточного вещества. Рассматривать лучше отдельные клетки.
В плодах ландыша (Convallaria majalis L.) клетки обычно округлые, с тонкой оболочкой, сильно вакуо-лизированные. В цитоплазме хорошо видны ядро и довольно крупные округлые или слегка угловатые (рис. 11, Л) ярко-оранжевые хромопласты, которые разбросаны по всей клетке и располагаются вокруг ядра. У шиповника (Rosa) хромопласты находятся в клетках так называемого гипантия — оранжевого бокаловидного образования, окружающего мелкие односеменные сухие плодики. В хромопластах шиповника много каротина. Кристаллизуясь, он образует многочисленные кристаллы, которые сильно растягивают пластиду в разных направлениях, придавая ей неправильные очертания (рис. 4, Б). Форма хромопластов зависит от степени созревания плодов и расположения клеток в сочном гипантии: в наружных клетках они обычно более или менее округлые, в клетках глубжеле-жащих слоев — угловатые.
В плодах рябины (Sorbus aucuparia L.) хромопласты сильно вытянуты (рис. 4, В), что также объясняется особенностями кристаллизации каротина.
Задание. При большом увеличении микроскопа зарисовать отдельные клетки мякоти плодов у двух-трех видов растений, имеющих хромопласты различной формы.
Анатомия растений - Общий план строения клетки
Остались вопросы по теме - "Общий план строения клетки", задайте их на