Клетки растений


В истории каждой науки бывают события, открывающие широкий путь для ее дальнейшего развития. Так, успехи физики и химии привели к овладению атомной энергией, которая при ее мирном использовании открывает широчайшие перспективы для развития науки и техники. В науке о жизни одним из таких великих событий было открытие клеточного строения у растений и животных. Произошло это в первой половине XIX в.

Изображения растительных клеток учеными XVII в.
Изображения растительных клеток учеными XVII в.

Правда, то, что растения состоят из клеток, было известно значительно раньше — еще во второй половине XVII в., когда для биологических исследований впервые стали применять микроскоп. Крупнейшие ученые того времени — англичане Роберт Гук и Неемия Грю, итальянец Марчелло Мальпиги — рассматривая под микроскопом различные части растений, заметили, что растения состоят из «клеточек», «пузырьков».

Марчелло Мальпиги
Марчелло Мальпиги

Однако они видели только оболочки мертвых клеток и не имели представления о том, что находится в живой клетке.

Клеточное строение животных стало известно значительно позже, а к общему заключению о строении клетки и о том, что тела всех растений и животных состоят из клеток, ученые пришли только в 30-х годах XIX в. Это было связано с усовершенствованием микроскопа и развитием техники микроскопических исследований. Особенно большое значение имели работы чешского ученого Яна Пур-кинье и немецких ученых Шванна и Шлейдена.

За последние сто лет изучение клетки продвинулось далеко вперед и привело к ряду крупнейших открытий. Если микроскопы при жизни Шванна увеличивали в сотни раз, то современные оптические микроскопы увеличивают до трех тысяч раз и дают возможность видеть предметы величиной в один микрон, т. е. 0,001 мм. Это почти предел того, что можно видеть под микроскопом. Однако в последнее время сконструированы особые электронные микроскопы. Они позволяют видеть частицы при увеличении в сто и более тысяч раз. Все это дало возможность не только хорошо изучить клеточное строение организмов, но и понять важнейшие процессы, которые происходят в живой клетке.

 

КЛЕТКИ РАСТЕНИЙ

Что же представляют собой клетки, каково их строение и значение в жизни растения?

Неемия Грю.
Неемия Грю

Ниже изображена небольшая часть нитчатой водоросли спирогиры, обычной в наших водоемах. Вся водоросль представляет собой длинную нить, состоящую из одного ряда одинаковых клеток. Перед нами наиболее простое строение многоклеточного растения.

Удлиненные клетки этой водоросли имеют хорошо заметную твердую оболочку, она отделяет их от внешней среды и от соседних клеток. Эта оболочка состоит из органического вещества, называемого целлюлозой, или клетчаткой. Целлюлоза относится к органическим веществам, называемым углеводами.

К ним же относятся сахар и крахмал, но состав целлюлозы сложнее. От сахара она отличается тем, что не растворяется в воде, от крахмала — что не разбухает в воде.

Внутри клетки находится полужидкая протоплазма. У большинства растительных тканей она заполняет не всю клетку, а располагается преимущественно у стенок. В протоплазме находится округлое или овальное тело — ядро клетки. Протоплазма и ядро — важнейшие части всякой живой, способной к размножению клетки. И протоплазма и ядро состоят из сложного сочетания различных веществ, среди которых главную роль играют сложнейшие органические вещества — белки.

Маттиас Якоб Шлейден
Маттиас Якоб Шлейден

Присмотревшись к клетке водоросли, мы заметим, что протоплазма движется: она медленно перетекает в определенном направлении. Особенно хорошо это заметно в тех местах клетки, где протоплазма прилегает к оболочке.

Между струйками протоплазмы внутри клетки видны пространства, заполненные прозрачной жидкостью. Это пузырьки, или вакуоли, с клеточным соком. Клеточный сок состоит из воды и растворенных в ней солей, сахара и других веществ. В клеточном соке сладких плодов много сахара, а в крупных клетках долек лимона или апельсина содержится также лимонная кислота.

Твердые оболочки клеток и вакуоли с клеточным соком имеют очень большое значение в жизни растений. Если нитчатую водоросль поместить в крепкий раствор соли или сахара, то вскоре станет заметно, что протоплазма, прилегающая в клетках к оболочке, начинает от нее отставать, содержимое клетки все более сжимается, сильно уменьшаются и вакуоли с клеточным соком. Почему это происходит?

Поместив клетки в раствор соли или сахара, мы изменили условия их жизни. Теперь во внешней среде — в окружающей воде — более концентрированный, более крепкий раствор различных веществ, чем в клеточном соке. При этих условиях происходит диффузия: вода из вакуолей с клеточным соком будет усиленно проникать в пространство, образующееся между протоплазмой и оболочкой. Это явление называется плазмолизом клетки.

Клетка водоросли спирогиры: п — протоплазма, я — ядро, в— вакуоль с клеточным соком, х — хроматофор.
Клетка водоросли спирогиры: п — протоплазма, я — ядро, в— вакуоль с клеточным соком, х — хроматофор.

В нормальных условиях концентрация растворенных в клетке веществ выше, чем в окружающей среде. Поэтому вода постоянно проникает в клетку. Содержимое клетки набухает и давит изнутри на твердую клетчатковую оболочку. Поэтому в обычных условиях растительная клетка находится в состоянии напряжения, или тургора. Если растение не поливать, то в почве концентрация растворенных веществ будет увеличиваться. Уменьшится диффузия воды, ослабеет тургор в клетках листа, станет меньше Маттиас Якоб Шлейден. напряженность тканей растения. Листья поникают, становятся дряблыми. Не во всякой клетке растения находится большое количество клеточного сока. В молодых клетках его нет: накапливается он в клетках по мере роста. В некоторых клетках очень много клеточного сока, и он может занимать почти всю клетку. Такие клетки обычны в мякоти плодов и достигают иногда «гигантских» размеров.

Клетки кожицы лука.
Клетки кожицы лука.
Клетки арбузной мякоти, видимые через лупу.
Клетки арбузной мякоти, видимые через лупу.

На рисунке в клетке спирогиры, кроме протоплазмы, ядра и клеточного сока, видна также плотная спиральная лента; она окрашена в зеленый цвет. Это хроматофор, содержащий зеленый пигмент — хлорофилл. При участии хлорофилла происходит воздушное питание растений (см. ст. «Как живет растение»). Наконец, в протоплазме клетки могут быть различные включения: капельки жира, кристаллики и т. п.

В низших растениях, подобных водоросли спирогире, у всех клеток более или менее одинаковое строение. Но у большинства растений клетки очень разнообразны. Так, например, клетки кожицы измененных листьев, составляющих луковицу обыкновенного лука, имеют удлиненную форму, и в них нет зеленых хроматофоров. Различное строение клеток связано с ролью, которую они играют в жизни растения. На рисунке изображен разрез листа зеленого растения. На нем можно различить лежащие в один слой клетки кожицы листа, не содержащие хлорофилловых зерен. Под кожицей расположены клетки, богатые зелеными хлорофилловыми зернами. Между этими клетками, особенно в нижней части листа, видны межклеточные пространства, в которые проникает воздух. Клетки кожицы составляют покровную ткань листа, или эпидермис, а зеленые клетки мякоти листа образуют другую ткань — паренхиму, с которой связано питание зеленого растения. Кроме того, в кожице лежат особые клеточки, образующие устьица. Устьица замыкают отверстия, ведущие в межклеточные пространства паренхимы. Через устьица происходит обмен газами между растением и внешней средой (кислород, углекислый газ, пары воды).

Кроме того, в листе есть жилки. Они состоят из особых удлиненных клеток — трубчатых сосудов. По одним из этих клеток в лист поступает вода, по другим из листа в стебель и корни направляются органические вещества.

Клетки растений различаются не только формой и строением, но и величиной. Наряду с очень мелкими клеточками, величиной всего в несколько микронов, есть и крупные клетки, измеряемые несколькими миллиметрами и даже сантиметрами, как например лубяные волокна некоторых растений.

Плазмолиз растительной клетки: о — оболочка, п — прото-плазма, в — вакуоль с клеточным соком.
Плазмолиз растительной клетки: о — оболочка, п — прото-плазма, в — вакуоль с клеточным соком.