Контрольная работа по "Ботанике"

Вторичное анатомическое строение корня

У современных голосеменных и большинства двудольных растений корни способны ко вторичному утолщению за счет камбия, который закладывается сначала в участках паренхимной ткани с внутренней стороны тяжей флоэмы между лучами первичной ксилемы. Со временем камбиально активными становятся некоторые участки перицикла, располагающиеся кнаружи от лучей первичной ксилемы. Клетки камбия, заложившиеся в перицикле, образуют широкие светлые лучи паренхимы, располагающиеся между тяжами вторичной проводящей ткани, которые рассматривают в качестве открытых коллатеральных пучков, часто называемыхпервичными сердцевинными лучами. Первичные сердцевинные лучи обеспечивают связь центральной части корня с первичной корой. Позднее могут образовываться более узкие вторичные сердцевинные лучи, "связывающие" вторичную ксилему и вторичную флоэму. Камбий способствует росту корня в толщину. К центру камбий откладывает клетки вторичной ксилемы, а к периферии - клетки вторичной флоэмы. Со временем первичная флоэма оттесняется кнаружи, а "звезда" первичной ксилемы остается в центре корня. В результате формирования вторичной структуры корня радиальное расположение проводящих тканей заменяется коллатеральным. Первичная флоэма постепенно, по мере развития растения и утолщения корня, оттесняется наружу и разрушается. В это время клетки перицикла, делясь по всей окружности осевого цилиндра, наращивают широкую зону паренхимных клеток, во внешней части которой закладывается феллоген, производящий наружу пробку, а внутрь - многослойную феллодерму. Пробка изолирует первичную кору от проводящих тканей, кора отмирает и сбрасывается. Феллодерма состоит из живых паренхимных клеток, которые впоследствии разрастаются, образуя паренхимную зону, или вторичную кору, в которой откладываются крахмал и другие питательные вещества.

Отложение в корнях запасных питательных веществ наиболее характерно для двулетних и многолетних травянистых растений в связи с ежегодным отмиранием и возобновлением побегов. Так, в паренхиме вторичной ксилемы накапливаются питательные вещества у редьки, репы и др., в паренхиме вторичной коры - у моркови, петрушки и др. У свеклы запасные питательные вещества откладываются в паренхиме, сформированной деятельностью нескольких добавочных колец камбия, который образует добавочные сосудистые пучки и запасающую паренхиму. У свеклы и других представителей семейства Маревые добавочные камбии один за другим возникают в виде замкнутых колец. Корни, имеющие вторичное строение, снаружи покрыты перидермой. Перидерма образуется перед сбрасыванием первичной коры в более глубоких слоях корня. Корка формируется на старых корнях деревьев. Чечевичек в корнях большинства растений нет. У бобовых они часто возникают у основания боковых корней. Кроме того, гипертрофированные чечевички появляются на корнях растений, произрастающих в условиях переувлажнения и бедности почвы кислородом.

Анатомическое строение игольчатых листьев голосеменных

При характеристике анатомического строения игольчатых листьев голосеменных часто говорят о радиальном типе листа, хотя округлой на поперечном сечении хвоя не бывает. Термин «радиальный тип» определяет принцип расположения тканей игольчатого листа. Клетки эпидермы имеют толстую стенку со щелевидными порами, соединяющими небольшую полость с углами клетки. Сверху эпидерма покрыта мощным слоем кутикулы. Замыкающие клетки устьиц расположены ниже клеток эпидермы. Под эпидермой в один-два слоя расположены толстостенные, мертвые, длинные, заполненные водой клетки гиподермы. И только вслед за гиподермой лежит ассимиляционная ткань, представленная складчатым мезофиллом. Свое название он получил в связи с тем, что оболочки клеток мезофилла образуют складки, вдающиеся внутрь полости клетки. Это сильно увеличивает объем постенного слоя цитоплазмы, а отсюда увеличивается количество хлоропластов в клетке. Вслед за мезофиллом расположен цилиндр из одного слоя клеток, содержащих многочисленные крахмальные зерна - крахмалоносное влагалище, часто называемое по аналогии со стеблем, эндодермой.

В центре игольчатого листа расположены обычно два открытых коллатеральных пучка (реже пучок один). Между пучками и крахмалоносным влагалищем находится трансфузионная ткань, состоящая из клеток основной ткани и трахеид. В мезофилле игольчатых листьев расположены схизогенные вместилища.

Анатомическое строение древесины

Изучение микроскопического(микроструктуры), или анатомического строения древесины — это изучение ее тканей и клеток (анатомических элементов). В древесине (ксилеме) присутствуют анатомические элементы, образующие ткани, необходимые в растущем дереве для выполнения основных функций ствола — механической, проводящей и запасающей. Анатомическую структуру древесины исследуют с помощью оптических (световых) микроскопов на тонких срезах древесины — поперечном, тангенциальном, радиальном и на элементах мацерированной древесины. Мацерация — это разделение древесины на отдельные клеточные элементы удалением межклеточного вещества обработкой окислителями.

Клетки и ткани. Древесина (ксилема) состоит из клеток, которые по форме можно подразделить на два основных типа:

Прозенхимные клетки. Длина этих клеток (в пределах 0,5…8 мм) во много раз больше поперечных размеров, что характерно для волокон; они ориентированы вдоль ствола и придают древесине волокнистое строение. Эти клетки быстро отмирают и в древесине они в основной массе мертвые. Таким образом, древесное волокно — это мертвая прозенхимная клетка; целлюлозное волокно (волокно технической древесной целлюлозы) — та же клетка после удаления экстрактивных веществ, лигнина, гемицеллюлоз. Целлюлозные волокна могут содержать большую или меньшую долю примесей — нецеллюлозных компонентов.

Паренхимные клетки. Это короткие широкие клетки (длина приблизительно равна ширине и составляет 0,01…0,1 мм); они в основном в древесине живые.

Живая клетка имеет три части: оболочку; живое содержимое протопласт; вакуоли. У растительных клеток формирование оболочки (клеточной стенки) обусловлено деятельностью протопласта. Вакуоль — это полость с клеточным соком. Вакуоли в клетках образуются и увеличиваются в объеме по мере роста клеток. Протопласт (протоплазма) состоит из цитоплазмы и включенных в нее органоидов (органелл).

Цитоплазма является основным протоплазматическим компонентом, в состав которого входят вода (70…80% и более), белки (до 60% массы сухого вещества), жиры (до 20…24%), углеводы (до 20…24%), минеральные вещества (до 6…8%).

Органоиды — это протоплазматические тельца разного размера: ядро, пластиды, митохондрии. Ядро содержит нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК); оно является центром процессов синтеза, регулирует жизненные функции и служит носителем наследственных свойств клетки благодаря содержащимся в нем хромосомам. Для растений характерно наличие пластид, которые выполняют функции, связанные с фотосинтезом, и классифицируются в зависимости от наличия пигментов. Более мелкие тельца митохондрии играют важную роль в дыхательной активности, запасают и передают энергию. В органоидах клетки образуются ферменты — биокатализаторы синтеза органических веществ и другие белки; возникают в результате клеточного дыхания богатые энергией соединения; синтезируются полисахариды и т.д.

Цитоплазма структурно неоднородна. Ее отграничивают от клеточной стенки поверхностная плазматическая мембрана плазмалемма, а от вакуоли — вакуолярная мембрана (тонопласт). Внутри цитоплазмы также существуют мембранные структуры (эндоплазматическая сеть и диктиосомы), а также гранулы, называемые рибосомами. Эндоплазматическая сеть создает в живой клетке большую внутреннюю мембранную поверхность, на которой закрепляются ферменты и осуществляются реакции, связанные с обменом веществ. Диктиосомы (тельца Гольджи) выполняют секреторные функции, в том числе, связанные с образованием клеточной стенки и вакуолей. Рибосомы представляют собой глобулярные макромолекулы рибонуклеопротеидов, принимающих участие в синтезе белка. В живой клетке в результате жизнедеятельности протопласта активно происходят сложные химические процессы, составляющие метаболизм клетки, т.е. постоянные превращения и обмен веществ с другими клетками и внешней средой. При этом формируется клеточная стенка и откладываются запасные питательные вещества. Обмен веществ и регуляторные процессы, связанные с жизнедеятельностью, приводят к дифференциации клеток, т.е. к структурным изменениям, необходимым для выполнения клеткой тех или иных определенных функций. Дифференциация — последняя фаза роста клетки. При отмирании клетки ее содержимое распадается и остается клеточная стенка, окружающая полость, заполненную воздухом, водой, а иногда экстрактивными веществами.

Клетки одинакового строения, выполняющие одну и ту же функцию, образуют ткани. В древесине содержатся ткани трех основных типов: механические (опорные), проводящие и запасающие. Механические функции выполняют толстостенные прозенхимные клетки. Проводящую функцию обеспечивают тонкостенные широкополостные элементы. В заболони осуществляется движение воды с растворенными минеральными веществами вверх по стволу (от корней к листьям). Движение соков, содержащих продукты фотосинтеза, вниз по стволу происходит в дубе, откуда питательные вещества поступают по сердцевинным лучам в камбий и заболонь. Запасающую функцию (хранение резервных питательных веществ), очень важную для физиологии дерева, выполняют паренхимные клетки.

В дереве кроме вышеперечисленных имеются и другие ткани: ростовые, или образовательные (меристематические); ассимиляционные; покровные (защитные); выделительные. В ассимиляционных тканях, находящихся в зеленых частях дерева (листве, хвое), осуществляется фотосинтез. Покровные ткани (наружная часть коры) защищают дерево от внешних воздействий. Выделительные ткани образуют, хранят и выделяют в межклеточные каналы экстрактивные вещества. И, наконец, меристематические ткани (меристемы) обеспечивают рост дерева. Эти ткани характеризуются способностью клеток к делению.

При делении материнской меристемной клетки возникают две дочерних клетки, одна из которых сохраняет способность к митозу и остается меристемной клеткой. Способные к делению клетки меристемы называют инициальными клетками, или инициалями. Образовавшиеся новые клетки называют производными клеткам и. Некоторые из них могут делиться дальше, а другие дифференцируются (специализируются), созревают и входят в состав тех или иных тканей, увеличивая их объем. Различают верхушечные (апикальные) и боковые (латеральные) меристемы. Первые находятся на концах главного и боковых побегов и в кончиках корней; они рассматриваются как первичные меристемы. Вторые располагаются параллельно боковым поверхностям ствола, побегов, корней и могут быть первичными и вторичными. Верхущечные меристемы обусловливают рост ствола в высоту и ветвей и корней в длину. Из первичной боковой меристемы — прокамбия образуются тонкие слои первичной ксилемы и первичной флоэмы. У злаковых растений, других однодольных и некоторых двудольных, слабо растущих по диаметру стебля, существуют только первичные ткани.

В древесных растениях основную массу ствола составляют вторичные ткани. Из прокамбия в течение первого года роста возникают вторичные боковые меристемы — камбий и пробковый камбий (феллоген). Деление клеток камбия приводит, как уже отмечалось выше, к формированию вторичных тканей — ксилемы и флоэмы и росту дерева в толщину. Пробковый камбий дает начало образованию особой вторичной покровной ткани — перидермы, участвующей в формировании наружной части коры.

Строение камбия и происходящие в нем процессы довольно сложные. Клетки камбия имеют различную форму, делятся разными способами и обеспечивают тем самым образование как вертикально расположенных, так и горизонтальных анатомических элементов. Размеры и число клеток камбия увеличиваются с возрастом. В период покоя камбий представляет собой очень узкую прослойку между ксилемой и флоэмой, а весной по обе стороны однородного слоя инициалей накапливаются слои производных клеток, образуя камбиальную зону. В этой зоне переход от камбия к ксилеме или флоэме постепенный. Различают инициали двух типов — веретеновидные и лучевые. Веретеновидные инициали — удлиненные клетки несколько сплющенные в радиальном направлении, имеющие заостренные концы. Из них образуются вертикально расположенные анатомические элементы ксилемы и флоэмы (продольные элементы). В результате деления веретеновидных инициалей в поперечном направлении образуются продольно расположенные ряды клеток — тяжи вертикальной (осевой) паренхимы. Лучевые инициали — короткие, почти изодиаметрические клетки, дающие начало поперечно расположенным элементам, т.е. клеткам лучей ксилемы и флоэмы.

После дифференциации вновь появившихся клеток с возникновением клеток того или иного типа образуются постоянные ткани, специализирующиеся для выполнения определенных функций в ксилеме либо флоэме.

У каждой клетки в жизни можно наблюдать четыре периода: деление; увеличение поверхности; утолщение клеточной стенки; одревеснение. При делении материнской клетки (инициальной) делятся ядро и цитоплазма и из пектиновых веществ образуется межклеточное вещество, разделяющее материнскую клетку на две дочерние. Одна из дочерних клеток после дифференциации становится клеткой одной из постоянных тканей. Межклеточное вещество соединяет клетки в ткань. Между округленными углами клеток в межклеточном веществе остаются капиллярные пустоты — межклетники. Затем в новой клетке на межклеточное вещество откладывается тонкая первичная стенка, которая уже содержит целлюлозу. После этого клетка увеличивается в размерах, ее поверхность растет, но клеточная стенка остается тонкой. В зависимости от предназначения клетка либо принимает вытянутую форму, либо ее размеры в разных направлениях остаются одинаковыми. В период утолщения клеточной стенки цитоплазма откладывает на первичную стенку с внутренней стороны слои вторичной стенки, состоящие из целлюлозы (в виде фибрилл) и гемицеллюлоз. В период одревеснения в клеточной стенке происходит образование лигнина-лигнификация. Лигнин придает стенкам жесткость и уменьшает их гидрофильность. После окончания одревеснения клетка отмирает. Процесс отмирания протопласта происходит быстро — в течение нескольких дней. Все процессы, происходящие во время роста и отмирания клеток, контролируются ферментами и гормонами, поступающими вместе с другими продуктами фотосинтеза. Четких границ между перечисленными периодами нет. Одревеснение начинается уже вскоре после отделения клетки от камбиальной зоны и усиливается в период утолщения стенки.