Раздел 1. Физиология и биохимия растительной клетки
Растительная клетка является элементарной структурной и функциональной единицей растительного организма, в клетке протекают все физиологические процессы, характерные для организма в целом. Клетка – открытая биологическая система, обменивающаяся с внешней средой веществом, энергией и информацией. Единство этих процессов составляет сущность жизни.
Растительная клетка состоит из клеточной оболочки и протопласта. Протопласт состоит из цитоплазмы и органоидов, которым присущи основные жизненные свойства клетки.
Клеточная оболочка выполняет защитную, опорную и транспортную функцию. Основными её химическими компонентами являются углеводы – целлюлоза, образующая прочную арматуру, пектиновые вещества и гемицеллюлоза, образующие полужидкий матрикс. Клеточная оболочка обладает высокой прочностью, упругостью, эластичностью, ограниченной растяжимостью. Она хорошо проницаема для воды, минеральных и органических веществ. Совокупность клеточных стенок и межклетников ткани называют апопластом.
Основной принцип структурной организации клетки – мембранный. На долю мембран приходится более половины сухой массы протоплазмы. Мембраны состоят из белков и фосфолипидов. Мембраны покрывают цитоплазму и органоиды клетки, за исключением рибосом. Цитоплазма от клеточной оболочки отделена плазмолеммой (внешняя мембрана), а от вакуоли – тонопластом (внутренняя мембрана). Матрикс цитоплазмы – гиалоплазма, или цитозоль. Гиалоплазма относительно однородная коллоидная субстанция, содержащая белки, липиды, нуклеиновые кислоты, полисахариды, минеральные вещества. Важнейшим свойством мембран и цитоплазмы является их избирательная проницаемость (работа 1 и 2).
Каждый органоид клетки выполняет специфические функции: ядро – хранение и передача наследственной информация, регулирование всей жизнедеятельности клетки; хлоропласты – фотосинтез; митохондрии – дыхание; рибосомы – синтез белка; лизосомы – расщепление сложных органических веществ; аппарат Гольджи – синтез полисахаридов, белков и липидов, необходимых для построения мембран и оболочки (секреторная функция); пероксисомы – фотодыхание; глиоксисомы – превращение жиров в углеводы. Эндоплазматическая сеть связывает между собой все органоиды, выполняет транспортную и синтетическую функцию (на её поверхности находятся рибосомы).
Больше половины объема взрослой растительной клетки занимает вакуоль. Она заполнена клеточным соком – водным раствором минеральных солей, сахаров, органических кислот, аминокислот и других веществ. Концентрация клеточного сока колеблется в пределах 0,2…0,8 М. Вакуоль определяет осмотические свойства растительных клеток – их способность поглощать и выделять воду. Благодаря поступлению воды в вакуоль в клетках поддерживается тургорное давление, определяющее прочность и упругость растительных тканей. Вакуоль – депо запасных веществ (сахара, белки) и продуктов обмена (пигменты, алколоиды, гликозиды, сахара и пр.).
Основными химическими компонентами клетки являются углеводы, липиды и белки, относящиеся к веществам первичного происхождения.
Углеводы (работа 3) образуются в процессе фотосинтеза и используются для синтеза многих других органических веществ. Моносахариды подвергаются наиболее интенсивному обмену, они являются запасными, транспортными и защитными веществами клетки. Пентозы входят в состав различных нуклеотидов (РНК, ДНК, АТФ), витаминов, коферментов. Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.) являются мономерами многих олигосахаридов (мальтозы, сахарозы, раффинозы) и полисахаридов (целлюлозы, гемицеллюлозы, крахмала, инулина), выполняющих структурную или запасную функции.
Растительные липиды представлены ацилглицеринами (запасные вещества), фосфоглицеридами и гликолипидами (структурные компоненты мембран и цитоплазмы), восками (защитные вещества) и стероидами (физиологически активные вещества). Свойства липидов зависят от их кислотного состава, степени предельности и соотношения жирных кислот – предельных (пальмитиновая, стеориновая) и непредельных (олеиновая, линолевая, линоленовая). Свойства жиров характеризуют константы: температура плавления, йодное число, число омыления, кислотное число (работа 4).
Белки – высокомолекулярные полимерные соединения, построенные из аминокислот. Они имеют сложное строение (структуру) и важные для процессов жизнедеятельности свойства – амфотерность, заряд (работа 5), высокая реакционная способность, чувствительность к различным факторам, способность к самоорганизации и специфическому взаимодействию по принципу комплементарности и других. Благодаря этому белки выполняют самые разнообразные функции: структурную, энергетическую, транспортную, сигнальную, защитную, регуляторную, каталитическую или ферментативную (работы 6…9).
Кроме веществ первичного происхождения в растениях имеются вещества вторичного происхождения (органические кислоты, алкалоиды, гликозиды, эфирные масла и смолы, фитонциды, дубильные вещества), обладающие высокой физиологической активностью.
Источник
Физиология растений
Физиология растений — это наука, изучающая жизненные явления или функции растительного организма в связи со структурами растения и условиями окружающей среды (наука о процессах, происходящих в растительном организме).
Физиология растений делится на две большие ветви: общая физиология и прикладная. Первая изучает общие закономерности жизни растения или общие законы протекания физиологических процессов. Для подобных исследований выбираются наиболее подходящие объекты — такие, где изучаемый процесс можно наблюдать в чистом виде. В общей физиологии таким объектом могут быть низшие растения (одноклеточные водоросли), а при изучении высших растений исследование ведется на низших уровнях организации живой материи (молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом). Полученные при этом результаты обычно являются теоретической основой для частной физиологии.
Прикладная, физиология изучает жизненные функции определенных видов растений в конкретных экологических условиях. Выбор объекта здесь обусловлен практическими целями, а полученные результаты используются непосредственно в агрономии или в селекции. Исследования ведутся обычно на высоких уровнях организации живой материи — органе, целом организме — растении, фитоценозе. Эта ветвь физиологии растений выступает теоретической базой для агрономических наук.
Задачами ф.р. являются: изучение развития растительного организма (для выращивания высокопродуктивных сельскохозяйственных растений и защиты их от неблагоприятных экологических факторов). А также в изучении ж/д растения (механизмы питания, роста, движения, размножения и др).
Ф. р. соприкасается с науками:
- ботаника — анатомия и морфология растений, которые дают представление об объекте;
- математика, физика, химия, которые дают начало разработке физиологических методов анализа.
Источник