Курс лекций согласован с календарными планами учебных занятий по ботанике на осенний и весенний семестр и разработан в соответствии с программой, размещенной на Учебном портале рудн icon

Курс лекций согласован с календарными планами учебных занятий по ботанике на осенний и весенний семестр и разработан в соответствии с программой, размещенной на Учебном портале рудн


12 чел. помогло.
Смотрите также:
Курс 2 семестр 4 всего аудиторный занятий 34 /51/ ч лекций 17 ч...
Курс -V семестр 10 Всего аудиторных занятий 30 ч. Лекций 18...
Курс Vсеместры 9 (осенний), 10 (весенний) лекции 66 часов Экзамен 10 семестр (весенний)...
Курс 2, факультет 5 (Сп журн и Со), семестр 2 Сроки изучения дисциплины: 19. 02. 07 12. 05...
Тематические планы лекций и практических занятий 1 курс план лекций по истории фармации для...
Тематические планы лекций и практических занятий...
Методические рекомендации по работе с мультимедийным курсом лекций мультимедийный курс лекций...
Расписание учебных занятий студентов...
План лекций и лабораторных занятий для студентов факультета спортивной медицины...
Данный курс лекций может быть использован при обучении студентов-нефилологов по программе...
Расписание лекций и лабораторных занятий по гистологии...
Введение



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18
скачать

Лекции по ботанике для студентов специальности «Агрономия»



Настоящий лекционный курс подготовлен доцентом кафедры ботаники, физиологии растений и агробиотехнологии, кандидатом биологических наук В.А.Сурковым и адресован студентам РУДН специальности «Агрономия».

Курс лекций согласован с календарными планами учебных занятий по ботанике на осенний и весенний семестр и разработан в соответствии с программой, размещенной на Учебном портале РУДН:

http://web-local.rudn.ru/web-local/disc/disc_40/load/up.doc

^

Лекция № 1
Введение в ботанику. Цитология. Компоненты клетки. Цитоплазма.



Введение в ботанику.

Ботаника - наука о растениях.

Ботанические знания зародились и быстро накапливались с практической деятельностью человека. Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Основоположниками ее были выдающиеся деятели древнего мира Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.) и Феофраст (371 - 286 гг. до н. э.). Они обобщили накопленные сведения о разнообразии растений и их свойствах, приемах возделывания, размножения и использовании, географическом распространении.

В наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку. Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей - растительных сообществ. Структура и закономерности роста растений, их отношения с окружающей средой, закономерности распространения и распределения отдельных видов и всего растительного покрова на земном шаре; происхождение и эволюция царства растений, причины его разнообразия и классификация; запасы в природе хозяйственно ценных растений и пути их рационального использования, разработка научных основ введения в культуру (интродукции) новых кормовых, лекарственных, плодовых, овощных, технических и других растений - далеко не полный перечень вопросов, которые рассматриваются ботаническими науками.

^ Значение растений в природе и жизни человека.

Континенты нашей планеты, составляющие 150 млн. км2, в основном покрыты растительностью. Только ледяные пространства полюсов и высочайшие вершины гор не имеют растительности. Площади, занятые морями и океанами (акватории), составляют около 360 млн. км2. Здесь широко представлены водные растения.

Подавляющее число растений имеет зеленый цвет, обусловленный зеленым пигментом хлорофиллом, сосредоточенным в особых органеллах растительных клеток — хлоропластах. Уникальное свойство хлорофилла - участие в сложнейшем процессе трансформации электромагнитной энергии солнечного луча в химическую энергию органических веществ (фотосинтез). Процесс фотосинтеза разворачивается в поистине колоссальных масштабах. По определению К. А. Тимирязева, хлорофилловое зерно - тот фокус, та точка в мировом пространстве, где солнечный луч, превращаясь в химическую энергию, становится источником всей жизни на Земле. Точно определить объем работы, выполняемой растениями, трудно и даже невозможно. По весьма приблизительным подсчетам, растения в процессе фотосинтеза ежегодно образуют около 400 млрд. т органических веществ, при этом они связывают около 175 млрд. т углерода, но, возможно, гораздо больше.

Итак, в ходе эволюции жизни на Земле, зародившейся миллиарды лет назад, растения обособились как носители хлорофилла, как единственные организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических.

В ходе фотосинтеза параллельно с образованием органического вещества происходит выделение в атмосферу кислорода. До появления зеленых растений газовая оболочка Земли имела очень мало свободного кислорода. Практически можно считать, что весь кислород атмосферы возник благодаря фотосинтезу. Накопление свободного кислорода привело к появлению кислородного дыхания растений и животных. Возросли энергия жизненных процессов и скорость накопления массы органических веществ. Наличие свободного кислорода усилило также процессы химического выветривания горных пород и накопление в верхних слоях земной коры минеральных соединений, необходимых для питания растений.

Растительный покров играет первостепенную регулирующую роль в общем газообмене и в водном балансе Земли, защищает от разрушения почву, обогащает ее элементами питания, создает пищевую и энергетическую базу для всего животного мира.

Жизнь человека немыслима без использования растений. Это - пища, строительный материал, сырье для различных отраслей промышленности.

^ Разделы ботаники.

Ботанику как часть более общей науки - биологии, в свою очередь, подразделяют на ряд частных наук, в задачи которых входит изучение тех или иных закономерностей строения и жизни растений или растительного покрова.

Морфология - один из наиболее крупных и рано сформировавшихся разделов ботаники. Это наука о закономерностях возникновения и развития разнообразных жизненных форм растений и отдельных их органов. Заложение и развитие органов растения рассматривают и в ходе индивидуального развития отдельной особи от прорастания семени до конца жизни (онтогенез), и в ходе исторического развития (эволюции) всего вида или любой другой систематической группы, к которой относят данную особь (филогенез).

В процессе развития морфологии в ее недрах обособились еще более специализированные науки: цитология (закономерности строения и развития основной структурной единицы растений — клетки); гистология, или анатомия (заложение, развитие и строение разнообразных тканей, формирующих органы); эмбриология (закономерности развития и строения зародыша); органография (заложение, развитие и структура органов растения); палинология (строение пыльцы и спор).

Флорография. В задачу этой науки входит распознавание и описание видов. Виды, описанные флорографами, систематики распределяют в группы по признакам сходства, отражающим родство.

Систематика - наука о разнообразии видов и причинах этого разнообразия. Задача систематики - приведение в легко обозримую научную систему всех наших знаний о видах, описанных флорографами. На основании целой серии методов систематик объединяет родственные виды в систематические группы более высокого ранга - роды, семейства и т. д.

^ География растений (фитогеография) - крупнейший раздел ботаники, основная задача которого состоит в изучении закономерностей распространения и распределения растений и их сообществ (ценозов) на суше и в воде.

Экология. Жизнь растений зависит от окружающей среды (климата, почвы и др.), но и растения, в свою очередь, влияют на создание этой среды - принимают участие в почвообразовательном процессе, изменяют климат. Задача экологии - изучение строения и жизни растений в связи с окружающей средой. Эта наука имеет первостепенное значение для практического земледелия.

^ Физиология растений - наука о процессах жизнедеятельности растений, преимущественно об обмене веществ, движении, росте, ритмах развития, размножении и т. д.

Микробиология - наука об особенностях жизненных процессов, происходящих в микроскопических организмах, преобладающую часть которых составляют бактерии и некоторые грибы. Успехи почвенной микробиологии широко используют в сельскохозяйственной практике.

Палеоботаника - наука об ископаемых растениях прошлых геологических периодов.

Другие разделы ботаники настолько обособились в связи с решением специальных задач и применяемыми методами работы, что давно уже составляют особые науки, например биофизика, биохимия, радиобиология, генетика и др.

^ Взаимосвязь ботаники и агрономии.

Эти науки связаны общим объектом изучения, методами работы и историей развития. Ботаники исследуют закономерности строения и развития, видовой состав дикорастущих растений и их группировок; агрономы имеют дело с возделываемыми растениями. Агрономия возникла как приложение ботаники к растениеводству. Перед агрономами и ботаниками стоит одна цель - возможно более полное использование растений для практических потребностей человека. Комплексное использование растительных ресурсов, как природных, так и возделываемых, - важный показатель общего уровня развития страны и ее земледелия.

Цитология - наука о микроскопической и субмикроскопической структуре клетки и ее жизнедеятельности.

Клетка - это элементарная структурная и функциональная единица тела растений и животных, способная к самовоспроизведению. Первым увидел клетку английский естествоиспытатель Р. Гук при изучении покровной ткани бузины - пробки. Он усовершенствовал микроскоп, изобретенный Г. Галилеем в 1609 г., и использовал его для исследования тонких срезов органов растений. Свои наблюдения Р. Гук изложил в сочинении «Микрография», изданном в 1665 г., где он впервые применил термин «клетка». В 1833 г. английский ботаник Р. Броун обнаружил ядро, а в 1839 г. чешский физиолог Я. Пуркинье - цитоплазму. Многочисленные наблюдения клеточного строения растений и животных позволили немецким ученым - ботанику М. Шлейдену и зоологу Т. Шванну - в 1838 - 1839 гг. сформулировать клеточную теорию, суть которой заключается в том, что клетка - это основная элементарная структурная единица всех живых орга¬низмов. Клеточная теория доказывает единство происхождения, строения и эволюции растений и животных.

К концу XIX в. цитология окончательно сформировалась в самостоятельную науку. На базе светового микроскопа были изучены основные компоненты клетки, накапливались данные об их функциях.

Дальнейший прогресс цитологии связан с изобретением электронного микроскопа. В биологии его начали использовать в середине XX в.

^ Методы исследования клетки.

Применяемые для изучения клеток методы очень разнообразны. Основной из них - микроскопический. Большую роль продолжает играть световой микроскоп, современные модели которого дают увеличение до 2 тыс. раз. Но возможности светового микроскопа ограничены, частицы менее 0,2 мкм рассмотреть при помощи такого микроскопа невозможно. Электронный микроскоп дает увеличение в 200 - 300 тыс. раз и более. Здесь вместо пучка света используют поток электронов, движущихся с высокой скоростью.

Методом культуры тканей изучают структуру и жизнедеятельность живых клеток вне организма.

Цитохимический метод позволяет выявить наличие и определить количество различных веществ в клетке.

Разделить компоненты клетки с различной плотностью для изолированного изучения их можно с помощью метода центрифугирования. Извлечь из клетки отдельные компоненты (ядро, митохондрии и др.) позволяет метод микроскопической хирургии.

^ Разнообразие клеток.

Все разнообразие форм клеток можно свести к двум группам: паренхимные клетки - длина равна ширине или превышает ее не более чем в 2 - 3 раза; прозенхимные клетки - длина превышает ширину во много раз. Средняя длина клеток высших растений 10 - 100 мкм. Наиболее крупные паренхимные клетки достигают в длину несколько миллиметров и видны невооруженным глазом, например клетки плодов арбуза, лимона, клубней картофеля. Но особенно большую длину имеют прозенхимные клетки стеблей льна (40 мм), крапивы (80 мм), рами (200 мм).

^ Компоненты клетки.

Рассматривая взрослую растительную клетку при помощи светового микроскопа, можно увидеть следующие компоненты: плотную стенку, одну большую или 2 - 3 небольшие вакуоли, занимающие центральную часть клетки; цитоплазму, расположенную между стенкой клетки и вакуолью; находящееся в цитоплазме ядро.

Ядро и цитоплазма - живые части клетки и в совокупности составляют протопласт. Стенка и вакуоли - неживые части клетки, производные протопласта, продукты его жизнедеятельности.

Цитоплазма - сложная структурная система, имеет мембранную организацию, состоит из гиалоплпзмы и органелл. Ее структуру образуют тонкие (4 - 10 нм), довольно плотные пленки - биологические мембраны. Основу их составляют липиды. Молекулы липидов расположены упорядоченно - перпендикулярно к поверхности, в два слоя, так, что их части, интенсивно взаимодействующие с водой (гидрофильные), направлены наружу, а части, инертные по отношению к воде (гидрофобные), - внутрь. Молекулы белка расположены несплошным слоем на поверхности липидного каркаса с обеих его сторон. Часть их погружена в липидный слой, а некоторые проходят через него насквозь, образуя участки, проницаемые для воды.

Мембраны образуют пограничный слой цитоплазмы, а также внешнюю границу ее органелл и участвуют в создании их внутренней структуры. Они делят цитоплазму на изолированные отсеки, в которых одновременно и независимо друг от друга могут протекать биохимические процессы часто в противоположном направлении (например, синтез и распад).

Одно из основных свойств биологических мембран - избирательная проницаемость (полупроницаемость): одни вещества проходят через них с трудом, другие легко и даже в сторону большей концентрации. Мембраны во многом определяют химический состав цитоплазмы и клеточного сока.

Плазмодесмы - тончайшие цитоплазматические нити, которые осуществляют связь между клетками. Клеточная пластинка, образующаяся при цитокинезе, пронизана трубочками эндоплазматического ретикулума, которые не разобщаются. На их основе и формируются плазмодесмы. Стенка плазмодесменного канала выстлана плазмалеммой, соединяющей плазмалеммы смежных клеток. В центре канала проходит трубка, сохраняющая непрерывность ретикулума обеих клеток. Между плазмалеммой и трубкой находится гиалоплазма, также непрерывная для обеих клеток. Плазмодесмы чаще всего бывают собраны в группы по нескольку десятков. Поодиночке они располагаются в стенках, не имеющих вторичных утолщений.

^ Плазмалемма и тонопласт. Плазмалемма — это мембрана, отграничивающая цитоплазму от стенки клетки и обычно плотно прилегающая к ней. Иногда плазмалемма бывает волнистой или образует глубокие складки. Она регулирует обмен веществ клетки с окружающей средой, а также участвует в синтезе веществ. Тонопласт отграничивает цитоплазму от вакуоли. Функция его та же, что и плазмалеммы.

Гиалоплазма. Это жидкая непрерывная среда, в которую погружены органеллы. Гиалоплазма содержит ферменты и нуклеиновые кислоты. Белки, входящие в состав гиалоплазмы, образуют сеть из тонких фибрилл (диаметром 2 - 3 нм) - трабекулярную систему, которая связывает между собой органеллы. Эта система очень динамична, она может распадаться при изменении внешних условий. Гиалоплазма способна к активному движению, которое может быть вращательным - вдоль стенки клетки, если в центре находится одна большая вакуоль, и струйчатым - по тяжам, пересекающим центральную вакуоль, в разных направлениях. Скорость движения зависит от температуры, интенсивности света, снабжения кислородом и других факторов. При движении гиалоплазма увлекает за собой органеллы. Гиалоплазма осуществляет взаимосвязь органелл, участвует в обмене, транспорте веществ, передаче раздражения и т. д.

^ Эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть). Представляет собой отграниченную, мембранами систему взаимосвязанных субмикроскопических каналов и цистерн, пронизывающих гиалоплазму. Имеются две формы ретикулума: гранулярный (шероховатый) и агранулярный (гладкий). Гранулярный эндоплазматический ретикулум несет на поверхности мелкие гранулы - рибосомы. Агранулярный эндоплазматический ретикулум состоит из ветвящихся трубочек, отходящих от цистерн гранулярного ретикулума, не имеет рибосом. Обычно он развит слабее, чем гранулярный. Участвует в синтезе и транспорте эфирных масел, смол, каучука.

Рибосомы. Это гранулы диаметром около 20 нм, расположенные в гиалоплазме или прикрепленные к поверхности мембран эндоплазматического ретикулума. Они обнаружены также в митохондриях и пластидах. Рибосомы состоят из белка и рибонуклеиновой кислоты (РНК) и не имеют мембранной структуры. Функция рибосом - синтез белка, самовоспроизводство живой материи. Этот процесс происходит в рибосомах, расположенных группой и связанных между собой нитевидной молекулой и-РНК. Такие группы называют полисомами. Считают, что рибосомы формируются в ядре.

^ Аппарат Гольджи. Состоит из диктиосомы и пузырьков Гольджи. Диктиосома представляет собой стопку из 5 - 7 плоских цистерн, ограниченных агранулярной мембраной. Диаметр цистерн около 1 мкм, толщина 20 - 40 нм. Цистерны не соприкасаются друг с другом. Пузырьки Гольджи отчленяются от краев цистерн и распространяются по всей гиалоплазме. В диктиосоме происходят синтез, накопление и выделение полисахаридов. Пузырьки Гольджи транспортируют их, в том числе и к плазмалемме. Мембрана пузырьков встраивается в плазмалемму, а содержимое оказывается снаружи от плазмалеммы и может включаться в стенку. Пузырьки Гольджи могут включаться и в тонопласт.

Происхождение диктиосом еще точно не установлено. Считают, что в их образовании принимает участие эндоплазматический ретикулум. В некоторых клетках аппарат Гольджи отсутствует.

Сферосомы. Округлые блестящие тельца диаметром 0,5 - 1 мкм. Это центры синтеза и накопления растительных масел. Они отшнуровываются от концов тяжей эндоплазматического ретикулума. Мембрана, расположенная на поверхности сферосомы, по мере накопления масла редуцируется, и от нее остается только наружный слой.

Лизосомы. Пузырьки размером 0,5—2 мкм, имеющие на поверхности мембрану. Содержат ферменты, которые могут расщеплять белки, липиды, полисахариды и другие органические соединения. Образуются так же, как и сферосомы, из тяжей эндоплазматического ретикулума. Их функция - разрушение отдельных органелл или участков цитоплазмы (локальный автолиз), необходимое для обновления клетки.

Митохондрии. Форма митохондрий чрезвычайно разнообразна - овальная, округлая, цилиндрическая, гантелевидная, ветвистая и т.д. Длина их равна 2 - 5 мкм, диаметр — 0,3 - 1 мкм. На поверхности митохондрии находятся две мембраны. Внутренняя мембрана образует выросты в полость митохондрии в виде гребней или трубочек, называемых кристами. Кристы значительно увеличивают мембранную поверхность митохондрии. Пространство между кристами заполнено жидким веществом - матриксом, в котором находятся рибосомы и содержится дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Поверхность внутренней мембраны покрыта мельчайшими тельцами, имеющими шаровидную головку и ножку (АТФ-сомы).

Митохондрии - это энергетические лаборатории клетки. Здесь происходят расщепление углеводов, жиров и других органических веществ при участии кислорода (дыхание) и синтез АТФ. Выделяемая при дыхании энергия преобразуется в энергию макроэргических связей молекулы АТФ, которая затем используется для осуществления процессов жизнедеятельности клетки - деления, поглощения и выделения веществ, синтеза и т.д.

Пластиды. Бывают только у растений. Эти органеллы имеют на поверхности две мембраны. В зависимости от окраски различают три типа пластид: хлоропласт - зеленого цвета; хромопласты - желтого, оранжевого, красного цветов; лейкопласты - бесцветные.

Хлоропласты содержат зеленый пигмент хлорофилл, а также пигменты из группы каротиноидов - каротин (оранжевый) и ксантофилл (желтый). Именно с хлорофиллом связана основная функция хлоропластов - синтез органических веществ из неорганических при участии энергии света (фотосинтез). Поэтому хлоропласты присутствуют только в клетках наземных органов, на которые падает солнечный свет. Хлоропластам растения обязаны зеленой окраской.

У высших растений хлоропласты в большинстве случаев имеют линзовидную форму. Диаметр их 4 - 6 мкм, толщина 1 - 3 мкм. У водорослей хлоропласты, называемые также хроматофорами, очень разнообразны по форме и величине. Они могут иметь звездчатую форму, лентовидную, сетчатую и др. Обычно в клетке имеются от 1 до 50 хлоропластов. Располагаются они в постенном слое цитоплазмы.

Внутри хлоропластов находится однородное вещество - строма, пронизанная системой параллельно расположенных мембран. Мембраны имеют вид плоских мешков, их называют тилакоидами, или ламеллами. У большинства высших растений часть тилакоидов имеет дисковидную форму. Эти тилакоиды собраны в стопки, называемые гранами. Хлорофилл и каротиноиды находятся в каждой из двух мембран тилакоида граны. Граны связаны между собой тилакоидами стромы. Внутренняя мембрана оболочки хлоропласта иногда образует складки и переходит в тилакоиды стромы. В строме находятся молекулы ДНК, рибосомы, капли липидов, называемые пластоглобулами, крахмальные зерна и другие включения.

Крахмал образуется в хлоропластах из продуктов фотосинтеза, его называют фотосинтетическим, или первичным. При помощи ферментов фотосинтетический крахмал осахаривается и в виде глюкозы транспортируется из листа на построение органов или в запас.

Лейкопласты не содержат пигментов. По размеру они значительно меньше хлоропластов и не имеют строго определенной формы. Лейкопласты присутствуют чаще всего в клетках тканей и органов, на которые не падает солнечный свет: в корнях, клубнях, семенах и др. Внутренняя мембранная система у лейкопластов развита значительно слабее, чем у хлоропластов. В строме имеются молекулы ДНК, рибосомы, пластоглобулы. Основная функция лейкопластов - синтез и накопление запасных питательных продуктов, в первую очередь крахмала, иногда белков, редко масла. Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют амилопластами. В них из сахаров, поступающих из фотосинтезирующих органов, образуются крахмальные зерна различного размера и формы - вторичный крахмал. Запасной белок может откладываться в виде кристаллов или аморфных гранул, масло - в виде пластоглобул.

Хромопласты содержат красные, оранжевые, желтые пигменты из группы каротиноидов. По размеру они меньше хлоропластов, форма их очень разнообразна. Внутренняя мембранная система у них чаще всего отсутствует.

В зависимости от формы накопления каротиноидов различают хромопласты глобулярного, фибриллярного (трубчатого) и кристаллического типов. У хромопластов наиболее распространенного глобулярного типа пигменты растворены в пластоглобулах. У хромопластов фибриллярного типа каротиноиды не только присутствуют в пластоглобулах, но и образуют группы параллельных нитей или трубок, расположенных в строме. У хромопластов кристаллического типа каротиноиды присутствуют главным образом в виде кристаллов различной формы, определяющих форму самой пластиды (серповидную, ромбовидную, игловидную и т. д.).

Хромопласты встречают в клетках лепестков некоторых растений, зрелых плодов, осенних листьев. Их функция в процессе обмена веществ не выяснена. Косвенное биологическое значение хромопластов состоит в привлечении насекомых для перекрестного опыления и животных для распространения семян.

В процессе эволюции первыми из пластид появились хлоропласты, из которых при расчленении тела растения на органы образовались лейкопласты и хромопласты. В онтогенезе почти все виды пластид могут переходить друг в друга. Наиболее часто происходит превращение лейкопластов в хлоропласты (например, при образовании зародыша из оплодотворенной яйцеклетки) и хлоропластов в хромопласты (например, при осеннем пожелтении листьев). Лишь хромопласты в природных условиях, как правило, не превращаются в другие виды пластид. Количество пластид в клетке увеличивается за счет деления их путем перетяжки.





Скачать 2.32 Mb.
оставить комментарий
страница1/18
Дата29.09.2011
Размер2.32 Mb.
ТипЛекция, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18
плохо
  4
не очень плохо
  1
средне
  5
хорошо
  8
отлично
  14
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх