Анатомія рослин

Ботаніка є наукою про рослини: їх будову, життєдіяльність, різноманітність, розповсюдження і походження. Назва науки походить від грецького слова «botane», що в перекладі означає «трава, рослина».

Тіло рослини складається з однієї чи багатьох клітин, які мають ядро. У багатоклітинних рослин існують групи клітин, які здійснюють ті чи інші процеси життєдіяльності: одні з них забезпечують ріст, інші — живлення тощо. Групи клітин, які мають спільне походження, подібну будову й виконують однакові функції, називають тканинами. З тканин побудовані органи. Більшість рослинних організмів за типом живлення є автотрофами, тобто вони здатні утворювати органічні речовини з неорганічних, використовуючи енергію Сонця. Як і будь-який організм, рослина дихає. Іншою не менш важливою ознакою рослинних організмів є те, що вони ведуть прикріплений спосіб життя. До того ж рослини мають необмежений ріст, тобто вони ростуть протягом усього життя. Отже, найзагальнішими ознаками рослин є клітинна будова, автотрофний тип живлення, дихання, прикріплений спосіб життя та необмежений ріст.

АНАТОМІЯ РОСЛИН – розділ ботаніки, присвячений вивченню зовнішньої і внутрішньої будови рослин. Основний об'єкт цієї науки – . судинні рослини, що володіють спеціалізованою водопровідною тканиною – ксилемою. До них відносяться плауни, хвощі, папороті, голонасінні і покритонасінні рослини.

Перші анатомічні описи рослин зустрічаються в працях учня Арістотеля Теофраста (3 ст. до н.е.). Він розрізняв такі структурні частини, як корінь, стебло, гілку, квітку і плід, а головними рослинними тканинами вважав кору, деревину і серцевину. Ці уявлення у загальних рисах збереглися до сьогоднішнього дня.

Уперше побачив і описав клітину англійський фізик Роберт Гук (1635-1703). У 1665 р. він відкрив, що тонкі зрізи серцевини бузини та корку дуба складаються з комірок, які назвав клітинами. Пізніше було встановлено, що основними частинами рослинної клітини є клі-тинна оболонка, цитоплазма та ядро. Клітинна оболонка — це частина клітини, що відокремлює її від довкілля та здійснює з ним обмін речовин. До складу оболонки рослин входить речовина целюлоза, що надає їй постійної форми та міцності. Оболонка визначає розмір і форму клітини. В оболонці є пори, через які відбувається зв'язок між сусідніми клітинами за допомогою цитоплазматичних містків. Цитоплазма — внутрішнє середовище клітини, що міститься між клітинною оболонкою та ядром. 

Частина цитоплазми, що прилягає до оболонки, більш щільна, має особливу будову й називається мембраною. Особливістю цитоплазми є напіврідкий стан, що забезпечує здатність до внутрішньоклітинного руху. Завдяки цьому цитоплазма здійснює транспорт речовин, у ній знаходяться всі складові клітини й накопичуються запасні поживні речовини. У мертвих клітинах рух цитоплазми припиняється. У цитоплазмі є різноманітні тільця, що називаються органелами. Органели це постійні структури клітини, які викопують певні функції. Найхарактернішими в клітинах рослин є пластиди та вакуолі. Ядро — це округле тільце, яке зберігає та захищає спадкову інформацію рослини і регулює всі процеси її життєдіяльності. Ця інформація містить відомості про всі ознаки, життєві функції як клітини, гак і всього організму в цілому 

Х. фон Моль в 1831 прослідкував хід провідних пучків в стеблах, коренях і листках. К.Саніо в 1863 з'ясував походження камбію і показав, яким чином щорічноутворюється новий нар ксилеми і флоеми. У 1877 Антон де Барі опубліковано "Порівняльна анатомія вегетативних органів рослин", де підсумував весь матеріал, що накопичився на той час з цього питання.

У 20 ст. розвиток анатомії рослин йшов особливо бурхливими темпами і був нерозривно пов'язаний із загальним прогресом біологічних наук, зумовленими появою нових методів дослідження. При надзвичайній зовнішній різноманітності рослин їх клітини мають схожу будову. Щоб зрозуміти внутрішню будовуорганізму, необхідно познайомитися із загальною організацією його клітин та з особливостями різних їх типів.

Більшість рослин,  за винятком деяких нижчих, складаються з  органів, кожен з  яких виконує свою функцію в  організмі. Наприклад, у  квіткових рослин органами є корінь, стебло, листок, квітка. Кожен орган зазвичай складається з декількох тканин. Клітини кожної тканини мають свою спеціалізацію.

Основними структурними елементами клітини є ядро, цитоплазма з  численними органоїдами різної будови, оболонка, вакуоля. Оболонка вкриває клітину ззовні, під нею знаходиться цитоплазма, в  ній  є ядро і  одна або декілька вакуолей. Як будова, так і  властивості клітин різних тканин у зв'язку з  їх  різною спеціалізацією різко відрізняються.

Перераховані основні компоненти і  органоїди, про  які мова піде далі, розвинені в  них в  різній ступені, мають неоднакову будову, а  іноді той або інший компонент може бути зовсім відсутнім.

Основними процесами, що забезпечують життя рослинних клітин, є обмін речовин, дихання, ріст, транспорт речовин тощо. У їхньому здійсненні беруть участь компоненти клітини, що мають певну будову. Наприклад, оболонка клітини має пори, через які проходять тонкі цитоплазматичні містки, що зв'язують вміст

Пластиди — органоїди, властиві тільки рослинним клітинам. Звичайно це крупні тільця, добре видимі під світловим мікроскопом. Розрізняють 3  типипластид: безбарвні  лейкопласти, зелені  хлоропласти, забарвлені жовто-оранжеві  хромопласти. Пластиди кожного типу мають свою будову і  виконують специфічні функції. Проте можливі переходи пластид з  одного типу в  іншій. Так, позеленіння бульб картоплі викликається перебудовою їх  лейкопластів у  хлоропласти. У  коренеплоді моркви лейкопласти переходять в  хромопласти.

Хлоропласти — пластиди вищих рослин, у яки відбувається фотосинтез – утворення органічних речовин з неорганічних за рахунок енергії світла.  Зовніхлоропласт вкритий оболонкою, що складається з  двох ліпопротенових мембран. Під нею, в  основній речовині (стромі), впорядковано розташовані численніутворення  ламели. Вони утворюють плоскі мішечки, які лежать один на  одному правильними стопками. Ці стопки, що нагадують монети, складені стовпчиком, називаються гранами. Всі грани хлоропласту зв'язані в  єдину систему. До складу мембран  входить зелений пігмент  хлорофіл.  Продукція фотосинтезу колосальна: за  рік на  земній кулі вона складає близько 1010 тон. Органічні речовини, що створюються рослинами –  це єдине джерело життя не тільки рослин, але і  тварин, оскільки останні переробляють вже готові органічні речовини, харчуючись або безпосередньо рослинами, або іншими тваринами, які, у свою чергу, харчуються рослинами.

Хромопласти виникають або з  пропластид, або з  хлоропластів, або з  лейкопласту. Їх  внутрішня мембранна структура набагато простіша, ніж у  хлоропластів. Гран немає, строма містить багато жовтого або оранжевого пігменту.

 Хромопласти містяться в  клітинах пелюсток, плодів,  коренеплодів, а також в листках дерев восени.

Лейкопласти зосереджені в насінні, бульбах, цибулинах рослин.

У типовій рослинній клітині є крупна вакуоля, наповнена рідким вмістом. Часто вакуоль займає майже весь об'єм клітини, так що цитоплазма складає лише тонкий шар, прилеглий до  клітинної оболонки.

У  молодих клітинах буває декілька дрібних вакуолей, які у міру розвитку клітини розростаються і  зливаються в  одну.

Вміст вакуолі –   клітинний сік  – це водний розчин дуже багатьох речовин: цукрів, амінокислот, інших органічних кислот, пігментів (фарбувальних речовин), вітамінів, дубильних речовин, алкалоїдів, глікозидів, неорганічних солей (нітратів, фосфатів, хлоридів), іноді також – білків. Всі ці речовини  – продукти життєдіяльності клітини.

Одні з  них зберігаються в  вакуолярному (клітинному) соку як запасні речовини і  з часом знов поступають в  цитоплазму для використання. Інші є кінцевими продуктами обміну речовин, що виводяться з  цитоплазми.

Так, у  вакуолю виводиться щавлева кислота; у  вакуолярному соці часто відкладаються кристали щавлевокислого кальцію –   іноді у формі одиночних кристалів, в  інших випадках у вигляді конгломерату кристалів:  багатогранних (друзи) або голчастих (рафіди).

         Включення відносять до необов'язкових компонентів рослинних клітин. Вони можуть бути запасними (білки, жири, вуглеводи, вітаміни) і кінцевимипродуктами метаболізму (кристали солей, алкалоїдів, ефірні олії, глікозиди і ін.) Різні форми кристалів карбонату, оксалату кальцію і інших солей є важливимидіагностичними ознаками анатомічної будови різних систематичних груп рослин.

Рослинна клітина покрита оболонкою, неоднаковою за  товщиною і  будовою у  різних клітинах. Утворюючі її  речовини виробляються в  цитоплазмі і  відкладаються назовні від  неї, поступово створюючи оболонку. Цими речовинами є пектин, гемицеллюлоза і  целюлоза. Вони утворюють так звану первинну оболонку. Вона досить еластична, у міру  розростання клітини розтягується, проте вона створює певну міцність клітині і  здатна захистити її  від  механічних пошкоджень.

Є клітини, які позбавлені такої первинної оболонки –   це зооспори і  гамети водоростей і  нижчих грибів, чоловічі гамети вищих рослин. У  багатьох клітин є не тільки первинна, але  ще і  вторинна оболонка. Вона утворюється під первинною і  побудована головним чином з  целюлози, може бути просочена кутином, суберином, слизом і т.д.

В оболонці є непотовщені місця  – пори (у  первинній оболонці вони називаються поровими полями), через які здійснюється зв'язок між сусідніми клітинами. Крізь порові поля і  пори проходять тонкі тяжи цитоплазми. Це плазмодесми, які зв'язують цитоплазму сусідніх клітин. По  них здійснюється обмін речовинами між сусідніми клітинами. Плазмодесми разом з  елементами провідної тканини сполучають клітини і  тканини організму в  єдине ціле.

У багатьох клітинах оболонка з  віком просочується речовинами, що ще більше зміцнюють її.  Зокрема, накопичення в  ній лігніну веде до  здерев'яніння оболонки клітин деревини, шкірки насіння.

Під оболонкою знаходиться цитоплазма. Її  зовнішній шар, що примикає до  оболонки - це клітинна мембрана  плазмалема. Вона є комбінацією шарів жирових і  білкових молекул.  У  цитоплазмі були відкриті різні органоїди (органели)  – структури, кожна з  яких виконує певні фізіологічні і  біохімічні функції. Найважливішими органоїдами цитоплазми є мітохондрії, эндоплазматичний ретикулум (эндоплазматическая сітка), апарат Гольджі, рибосоми, пластиди, лізосоми. У зооспор і  гамет водоростей є органоїди руху  – джгутики.

У переважної більшості рослин (виняток становлять прокаріотичні організми) в  кожній живій клітині є ядро або декілька ядер. Клітина, позбавлена ядра, здатна жити лише короткий час. Ядро завжди розміщене в  цитоплазмі. Форма ядра може бути різною:  округлою, овальною, сильно витягнутою.

У  деяких клітинах контури ядра змінюються в ході його функціонування, причому на  його поверхні утворюються лопаті різної величини. Розміри ядер неоднакові у  клітинах різних рослин, а також в  різних клітинах однієї і  тієї  ж рослини. Відносно крупні ядра бувають у  молодих, меристематичних клітинах, в  яких вони можуть займати до ^3/4  об'єму клітини. Відносні, а  іноді і  абсолютні розміри ядер в  розвинених клітинах значно менші, ніж в  молодих. Зовні ядро вкрите оболонкою, що складається з  двох мембран, між якими є щілина – перинуклеарний простір. Оболонка пронизана порами. Зовнішня мемрана має вирости, які безпосередньо переходять в  стінки ендоплазматичної сітки цитоплазми – це забезпечує тісний контакт між ядром і  цитоплазмою.

 Ядро кожної клітини містить повний набір генів, властивих даному організму. Проте протягом життя різних спеціалізованих клітин працюють далеко не  всі гени. У  одних клітинах функціонує одна частина генів, в  інших  інша. Саме тому клітини різних тканин одного організму відрізняються один від  одного. Значна частина генів так і  залишається в  пасивному, такому, що лише «зберігає інформацію» стані від  народження до самої смерті клітини, організму. Крім того, гени в  даній клітині працюють не  одночасно: одні активні в  один період життя клітини, на  певному етапі її  розвитку; інші  на  іншому і  т.  д.

Мітохондрії — дрібні тільця округлої або довгастої форми. Будову можна вивчити лише за допомогою електронного мікроскопа. Мітохондрії — цедвомебранні утворення.

Внутрішня   мембрана оболонки дає численні вирости всередину (кристи). Між ними знаходиться матрикс. Завдяки складкам-кристам робоча поверхня мембран всередині мітохондрій дуже велика. Ряд ферментів знаходиться також в  матриксі мітохондрії.

Чим активніша життєдіяльність клітини, тим більша її потреба в  енергії і  тим більше в  ній мітохондрій. В межах однієї і  тієї  ж клітини вони можуть бути розподілені нерівномірно: їх  більше там, де в даний момент активніша робота. Мітохондрії здатні синтезувати частину тих речовин, з  яких складаються вони самі. Завдяки цьому мітохондрії можуть розмножуватися.

Ендоплазматичний ретикулум — органоїд цитоплазми, в  якому відбувається синтез дуже багатьох речовин. Ендоплазматичний ретикулум є системою каналів, які пронизують цитоплазму і  які в  одних ділянках звужуються, в  інших розширюються, утворюючи то  цистерни, то  плоскі мішки, то  трубки, що галузяться. Стінки всіх цих утворень побудовані з  мембран, що містять ферменти.

Багато речовин, синтезованих в  клітині, повинні бути виведені з  клітини або в  зовнішнє середовище, або у  внутріклітинну вакуолю. Крім того, концентруються і  речовини, що поступають з  інших клітин, наприклад якщо вона відкладає їх  про запас. Цю роботу виконують диктіосоми. Зазвичай в  рослинній клітині є декілька диктіосом, і  вся їх  сукупність називається апаратом (або комплексом) Гольджі. Кожна диктіосома є системою мембран, складених стопкою.

Лізосоми — це дрібні (близько 0,5 мкм в  діаметрі) округлі тільця, вкриті ліпопротеїновой мембраною. Вміст лізосом  – це ферменти, що перетравлюютьбілки, вуглеводи, нуклеїнові кислоти і  ліпіди.

Рибосоми — дуже дрібні органели майже кулеподібної форми. Частина їх  прикріплена до  зовнішніх (гіалоплазматичних) поверхонь мембран, створюючихканали гранулярного ендоплазматичного ретикулума; частина  ж вільно розміщені в цитоплазмі.. У  клітині може міститися до 5  млн. рибосом. Вони є апаратами для синтезу білка, тому їх особливо багато   в  клітинах, що ростуть. Рибосоми є також в  мітохондріях і  хлоропластах, де вони синтезують частину білків, з  яких побудовані ці органоїди.