Тема: Оболочка растительной клетки

Материалы. Листья аспидистры широколистной (Aspidistra elatior), алоэ (Aloe vera), сочная чешуя лука репчатого (Allium cepa), стебель хвоща лугового (Equisetum pratense), плод груши (Pyrus communis); кусочки пробки, лучина, вата, полоски газетной и фильтровальной бумаги; постоянные микропрепараты: "Радиальный срез древесины сосны (Pinus sylvestris)", "Тангентальный срез древесины сосны (Pinus sylvestris)"; хлор-цинк-йод, судан- III, сернокислый анилин, кусочки слюды.

Характерным признаком, отличающим клетки растений от клеток животных, является наличие прочной оболочки. Клеточная оболочка является производным протопласта, так как образуется из секрета аппарата Гольджи при участии ферментов на плазмалемме.

Клеточная оболочка в значительной степени определяет форму клеток и текстуру тканей. Она выполняет опорную и защитную функции. Ей принадлежит важная роль в таких процессах жизнедеятельности как поглощение, передвижение веществ, транспирация и выделение секретов.

Каждая клетка, входящая в состав какой-либо ткани, имеет свою собственную оболочку. В растительной оболочке различают три части (рис. 11):

•  Первичная оболочка - это первая собственная оболочка, образующаяся в развивающейся клетке, которая у многих типов клеток остается и единственной на протяжении всей жизни. В ней содержится целлюлоза, гемицеллюлоза и пектин. Первичные оболочки связаны с живыми протопластами.

•  Вторичная оболочка возникает вслед за первичной и накладывается на нее изнутри, т. е. со стороны полости клетки. Она состоит, в основном, из целлюлозы или различных смесей целлюлозы и гемицеллюлозы, лигнина, суберина и других веществ. Клетки, имеющие вторичные оболочки, в зрелом состоянии часто лишены протопластов.

•  Межклетное вещество (срединная пластинка) находится между первичными оболочками двух смежных клеток и состоит, главным образом, из пектиновых веществ.

В стенках первичной оболочки возникают участки в виде многочисленных углублений, называемых первичными поровыми полями.

Поры в теле многоклеточного высшего растения являются своеобразными приспособлениями, облегчающими обмен веществ между клетками, и представляют собой углубления в клеточной оболочке, над которыми не формируется вторичная оболочка.

По форме порового канала различают два типа пор: простые и окаймленные (рис. 12, Б-В). У простых пор диаметр порового канала приблизительно одинаков на всем протяжении от полости клетки до первичной оболочки, а канал имеет форму цилиндра. У окаймленных пор поровый канал резко суживается в процессе отложения вторичной оболочки, поэтому внутреннее отверстие поры, входящее в полость клетки, гораздо уже, чем наружное, упирающееся в первичную оболочку.

Поры в двух смежных клетках, как правило, возникают друг против друга. В результате, эти общие поры имеют вид одного канала, разделенного тонкой перегородкой из срединной пластинки и первичной оболочки. Совокупность пор смежных оболочек соседних клеток носит название пары пор и функционирует как одно целое. Поры обычно содержат тончайшие отверстия. Эти отверстия заполнены тяжами цитоплазмы в виде нитей, которые непосредственно связывают протопласты клеток, граничащих друг с другом. Эти тяжи цитоплазмы называются плазмодесмами (рис. 12, А).

Многие клетки сохраняют целлюлозные оболочки до конца своей жизни. Однако очень часто, в процессе развития клетки, ее оболочка приобретает новые химические и физические свойства в результате отложения новых слоев оболочки из другого вещества. В результате этого происходит одревеснение (лигнификация), опробковение (суберинизация), кутинизация или минерализация клеточной оболочки.

Одревеснение оболочки заключается в отложении лигнина. Он увеличивает жесткость оболочки и обычно откладывается в клетках, выполняющих опорную и механическую функции.

Опробковение заключается в отложении воскообразного вещества - суберина. Он откладывается, преимущественно, во вторичной оболочке в виде одной или нескольких пластинок, видимых в световой микроскоп.

Кутинизация оболочки состоит в отложении в ней кутина - вещества очень близкого к суберину. Кутин обычно откладывается в оболочке вместе с воском. Кутинизации обычно подвергается наружная стенка клеточной оболочки эпидермы, граничащая с атмосферой.

Минерализация это процесс внедрения в оболочку минеральных веществ (кремнезем, углекислый кальций). Отложение кремнезема наиболее характерно для клеток эпидермы и волосков хвощей, злаков и осок.

Ход работы

Задание 1. Приготовить микропрепарат из эпидермы верхней стороны листа аспидистры широколистной (Aspidistra elatior) в капле раствора хлор-цинк-йода. Рассмотреть под микроскопом и зарисовать строение клеточной оболочки (рис. 11).

Последовательность работы. На препарате при малом увеличении микроскопа найти тонкий участок эпидермы, а затем перевести на большое увеличение. Под действием реактива хлор-цинк-йод целлюлозные оболочки клетки окрасятся в синий цвет. На месте соединения двух клеток рассмотреть сплошную темную линию - межклетное вещество (срединную пластинку), первичные оболочки соседних клеток, вторичную оболочку, в которой видны поровые каналы с параллельными стенками (простые поры).

Обратить внимание, что поры в соседних клетках совпадают, образуется пара пор, разделенная тонкой мембраной - замыкающей пленкой, состоящей из двух первичных стенок и межклетного вещества. Затем, пользуясь микрометренным винтом, рассмотреть нижнюю и верхнюю стенки клетки. На них рассеяны светлые кружочки. Это простые поры в плане (вид сверху). Сделать рисунок, обозначив первичную, вторичную оболочки, межклетное вещество, поры.

Рис. 11. Строение клеточной оболочки эпидермы листа аспидистры широколистной (Aspidistra elatior):

1 - первичная оболочка, 2 - вторичная оболочка, 3 - межклетное вещество (срединная пластинка), 4 - простая пора (вид сверху), 5 - простая пора (вид сбоку).

Задание 2. Рассмотреть постоянные микропрепараты радиального и тангентального срезов древесины сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). При большом увеличении на оболочках трахеид найти окаймленные поры (рис. 12, Г). Сравнить окаймленные поры трахеид сосны с простыми порами клеток эпидермы аспидистры. Зарисовать простые и окаймленные поры (рис. 12, Б-В).

Рис. 12. Схема строения пор:

А - первичные поровые поля (схемат.); Б - образование пары пор (схемат.); В -две окаймленные пары пор (а - вид сбоку, б - вид с поверхности, в - закрытая окаймленная пора); Г - окаймленные поры в трахеидах древесины сосны ( Pinus sylvestris ).

1 - первичная оболочка, 2 - срединная пластинка, 3 - первичное поровое поле с плазмодесмами, 4 - апертура пор, 5 - замыкающая пленка поры, 6 - вторичная оболочка, 7 - торус, 8 - маргинальная зона, 9 - окаймление, 10 - полость поры, 11 - окаймленная пора (вид сбоку), 12 - окаймленная пора (вид сверху).

Последовательность работы. Сначала изучить тангентальный срез. При малом увеличении найти тонкое место, где хорошо видны клетки. Древесина сосны состоит в основном из прозенхимных мертвых клеток - трахеид, выполняющих проводящую функцию. Стенки их пропитаны лигнином, что придает им прочность. При большом увеличении на стенках клетки найти окаймленные поры в разрезе (вид сбоку). Вторичная стенка как бы приподнимается над замыкающей пленкой поры, вследствие чего, пара окаймленных пор имеет очертание двояковыпуклой линзы. Обратить внимание на то, что средняя часть замыкающей пленки поры утолщена. Это утолщение называется торусом. Благодаря эластичности замыкающей пленки, торус может прижиматься к одному из отверстий поры и закрывать его.

Затем рассмотреть при большом увеличении радиальный срез. На этом срезе окаймленные поры видны в плане (вид сверху) в виде двух концентрических окружностей, соответствующих наибольшему и наименьшему диаметрам порового канала (рис. 12, Г ).

Сделать схематичный рисунок простых и окаймленных пор, обозначив первичную оболочку, срединную пластинку, вторичную оболочку, апертуру пор, замыкающую пленку поры, торус, окаймление (рис. 12, Б-В).

Задание 3. Приготовить временные микропрепараты поперечных срезов листа алоэ (Aloe vera) и мясистой чешуи лука (Allium cepa). Окрасить препараты реактивом судан- III и под микроскопом рассмотреть на них кутикулу. Сделать рисунки.

Последовательность работы. На микропрепаратах эпидермы алоэ и лука рассмотреть кутикулу, окрасившуюся под действием судана- III в желтый цвет. Кутинизации обычно подвергается наружная стенка оболочки эпидермы, граничащая с атмосферой; иногда кутинизируются и радиальные стенки оболочки этих клеток.

В типичном случае кутинизированная оболочка имеет следующее строение (рис. 13). Снаружи откладывается чистый кутин, образуя непрерывный слой кутикулы различной толщины. Далее вглубь следуют, так называемые, кутикулярные слои оболочки. Они состоят из гидрофильных ламелл целлюлозы и пектиновых веществ, слоев радиально расположенного воска и распределенного между ними в беспорядке кутина. Самый внутренний слой оболочки, прилегающий к полости клетки, кутина не содержит. Воск может откладываться не только внутри, но и снаружи оболочки в виде мелких зернышек, тонких палочек или сплошных корочек, образуя восковой налет.

Зарисовать кутинизированную оболочку клеток эпидермы алоэ и лука, обозначив кутикулу, кутикулярные слои, целлюлозный слой.

Рис. 13. Кутинизированная оболочка (на поперечных срезах):

А - эпидермы листа алоэ (Aloe vera); Б - эпидермы мясистой чешуи лука (Allium cepa).

1 - кутикула, 2 - кутикулярные слои, 3 - целлюлозный слой.

Задание 4. Провести качественную реакцию на присутствие лигнина в оболочках клеток. Для этого приготовить временный микропрепарат мякоти плода груши обыкновенной (Pyrus communis) в капле сернокислого анилина (рис. 14). Микропрепарат рассмотреть при малом и большом увеличениях микроскопа. Зарисовать каменистые клетки.

Рис. 14. Каменистые клетки плода груши обыкновенной (Pyrus communis):

А - плод груши (продольный разрез); Б - каменистые клетки при малом увеличении; В - при большом увеличении.

1 - паренхимные клетки мякоти, 2 - оболочка клетки, 3 - простая пора в плане, 4 - простая пора в разрезе, 5 - связь между порами соседних клеток, 6 - полость клетки.

Последовательность работы. Срезы сделать лучше с более твердых участков, под кожицей или ближе к середине плода. При малом увеличении рассмотреть среди бесцветных паренхимных клеток, разбросанные группы мелких клеток с лимонно-желтыми, от действия реактива, стенками. Тонкостенные удлиненные клетки мякоти плода расходятся от них как лучи. На самом прозрачном месте среза выбрать группу клеток с окрашенными стенками (склереиды) и рассмотреть ее при большом увеличении. В толстой стенке клетки видна слоистость, а также узкие, часто разветвленные поровые каналы. Если, пользуясь микрометренным винтом, рассмотреть наружную поверхность клетки, то поры видны в виде кружочков. Живое содержимое в полостях клеток не сохраняется. Зарисовать 2-4 рядом лежащие клетки. Обозначить небольшие полости клеток, толстые одревесневшие слоистые оболочки, ветвистые поры, связь между порами соседних клеток (рис. 14, В).

Задание 5. Для определения суберина в клеточной оболочке приготовить микропрепарат среза пробки в капле судана- III. При большом увеличении микроскопа пронаблюдать окрашивание оболочек в оранжево-красный цвет (реакция на суберин).

Последовательность работы. Рассмотреть клетки пробки, стенки которых окрасились в оранжево-красный цвет. Большую часть объема клетки составляет вторичная оболочка. Во взрослой клетке полости небольшие, заполненные воздухом. Суберин откладывается преимущественно во вторичной оболочке в виде одной или нескольких пластинок - ламелл, видимых в световой микроскоп и не связанных с фибриллами целлюлозы. На границе с полостью клетки откладывается чисто целлюлозный слой вторичной оболочки (рис. 15).

Рис. 15. Клетка из пробковой ткани:

1 - первичная оболочка, 2 - слои суберина, 3 - внутренний целлюлозный слой оболочки.

Задание 6. Наблюдать минерализацию (инкрустацию солями кремния) клеточных оболочек клеток эпидермы стебля хвоща лугового (Equisetum pratense) методом сподограммы .

Последовательность работы. Снять эпидерму со стебля хвоща лугового, положить ее на кусочек слюды и прокалить на спиртовке. Органические вещества выгорят, останется лишь кремневый скелет оболочек клеток. Рассмотреть его под микроскопом (рис. 16).

Рис. 16. Сподограмма (кремниевый скелет) эпидермы стебля хвоща (Equisetum pratense).

Задание 7. Провести качественные реакции на вещества, входящие в состав клеточной оболочки. Результаты записать в таблицу 1.

Таблица 1

Контрольные вопросы

1. Какое строение имеет клеточная оболочка?

2. Какие основные вещества входят в состав клеточной оболочки?

3. Объяснить, что означают термины "первичные поровые поля", "поры", "перфорации", "плазмодесмы", "пара пор".

4. Какие химические вещества принимают участие в образовании первичной оболочки?

5. Какие типы пор различают в клеточной оболочке?

6. Что такое аппозиция и инкрустация клеточной оболочки?