Особливості будови та структура рослин

Хоча окремі види рослин унікальні, всі вони мають загальну структуру: рослинне тіло, що складається з стебел, коріння та листя. Ці органи транспортують воду, мінерали та цукри, отримані в результаті фотосинтезу, через тіло рослини. Усі види рослин також реагують на зовнішні чинники довкілля, такі як світло, гравітація, конкуренція, температура та хижацтво.

Тіло людини включає системи органів, що складаються з окремих органів, які працюють разом, щоб виконувати певні функції. Ці органи, у свою чергу, складаються з різних видів тканин, які є групами клітин, що працюють спільно. Наприклад, ваш шлунок складається з м'язової тканини, що полегшує рух їжі, та залізистої тканини, що виділяє ферменти для розщеплення молекул їжі. Тканини, у свою чергу, складаються з клітин, спеціалізованих за формою, розміром та компонентами органел.

Рослини теж складаються з органів, які, своєю чергою, складаються з тканин. Рослинні тканини, як і наші, складаються із спеціалізованих клітин, що містять специфічні органели. Саме ці клітини, тканини та органи підтримують життя рослин.

Клітини рослин

Рослинні клітини багато в чому схожі на інші еукаріотичні клітини. Наприклад, вони укладені в плазматичну мембрану і мають ядро ​​та інші мембранозв'язані органели. Типова рослинна клітина представлена ​​діаграмою на малюнку нижче.

Структури, які є в рослинних клітинах, але немає в клітинах тварин, включають велику центральну вакуоль, клітинну стінку та пластиди, такі як хлоропласти.

• Велика центральна вакуоль оточена власною мембраною і містить воду та розчинені речовини. Її основна роль полягає у підтримці тиску на внутрішню частину клітинної стінки, надаючи клітині форму та допомагаючи підтримувати рослину.
• Клітинна стінка розташована поза клітинною мембраною. Вона складається в основному з целюлози і може містити лігнін, що надає їй жорсткості. Клітинна стінка формує, підтримує та захищає клітину. Вона запобігає поглинанню клітиною надто великої кількості води та її розриву, а також захищає від великих молекул поза клітиною.
• Пластиди - це мембранозв'язані органели зі своєю ДНК. Прикладами є хлоропласти та хромопласти. Хлоропласти містять зелений пігмент хлорофіл і здійснюють фотосинтез. Хромопласти виробляють та зберігають інші пігменти. Вони надають пелюсткам квітів їх яскраві кольори.

Типи рослинних клітин

У більшості рослин є три основні типи клітин. Ці клітини становлять основні тканини, з якими ми ознайомимося нижче. Різні види рослинних клітин відрізняються за своєю структурою та функціями.

Таблиця. Особливості основних клітин рослин

Тканини рослин

Рослини - багатоклітинні еукаріоти з тканинними системами, що складаються з різних типів клітин, які виконують певні функції. Системи рослинних тканин поділяються на два основні типи: меристематичні (освітні) та постійні (основні) тканини. Клітини меристематичної тканини перебувають у меристемах, які є області безперервного клітинного поділу і зростання. Меристематичні клітини тканини або недиференційовані, або не повністю диференційовані, і вони продовжують ділитися і робити свій внесок у зростання рослини. Навпаки, постійна тканина складається з клітин, які активно не діляться.

Меристематичні тканини бувають трьох типів, залежно від їхнього розташування в рослині. Апікальні (верхівкові) меристеми розташовані на кінчиках стебел і коренів і дозволяють рослині збільшуватися в довжину. Латеральні (бічні) меристеми сприяють зростанню завтовшки. Інтеркалярні (вставні) меристеми зустрічаються тільки у однодольних, біля основ листових пластинок та у вузлах (областях, де листя прикріплюються до стебла). Ця тканина дозволяє листовій платівці збільшуватися в довжину від основи листа; наприклад, вона забезпечує повторне відростання листя газонної трави навіть після багаторазового скошування.

Мерістеми виробляють клітини, які швидко диференціюються або спеціалізуються та стають постійною тканиною. Такі клітини беруть він певні функції і втрачають здатність до подальшого поділу. Вони поділяються на три основні типи: покривні, механічні та провідні тканини.Покривна тканина покриває і захищає рослину, а тканина, що проводить, транспортує воду, мінерали і цукру в різні частини рослини. Механічна тканина служить місцем для фотосинтезу, забезпечує підтримуючу матрицю для судинної тканини та допомагає накопичувати воду та цукри.

Вторинні тканини бувають або простими (що складаються з однакових типів клітин), або складними (що складаються з різних типів клітин). Епідерма, наприклад, є простою тканиною, яка покриває зовнішню поверхню рослини і контролює газообмін. Провідна тканина є прикладом складної тканини і складається з двох спеціалізованих провідних тканин: ксилеми та флоеми. Тканина ксилеми транспортує воду і поживні речовини від коренів до різних частин рослини і включає судини, трахеїди, волокна ксилеми і паренхіму ксилеми. Тканина флоеми, яка транспортує органічні сполуки від місця фотосинтезу до інших частин рослини, складається з чотирьох різних типів клітин: волокна флоеми, ситоподібні трубки, паренхіму флоеми та клітини-компаньйони. На відміну від ксилемних провідних клітин, флоемні залишаються живими у зрілості.

Покривна тканина

Покривна тканина стебла складається в основному з епідермісу, одного шару клітин, що покривають та захищають інші тканини. Деревні рослини мають жорсткий, водонепроникний зовнішній шар коркових клітин, широко відомий як кора, яка додатково захищає рослину від пошкоджень. Епідермальні клітини - найчисленніші і найменш диференційовані з клітин епідермісу. Епідерміс листа також містить отвори, відомі як продихи, через які відбувається обмін газами.Дві захисні клітини, оточують кожну листову стому, контролюючи її відкриття та закриття і, таким чином, регулюючи поглинання вуглекислого газу та виділення кисню та водяної пари. Трихоми – це волоскоподібні структури на поверхні епідермісу. Вони допомагають уповільнювати транспірацію (втрату води надземними частинами рослин), підвищувати сонячну здатність, що відбиває, і накопичувати сполуки, які захищають листя від травоїдних тварин.

Провідна тканина

Ксилема і флоема, що становлять судинну тканину стебла, розташовані у вигляді окремих ниток, які називаються судинними пучками, які проходять вгору і вниз по довжині стебла. При огляді стебла у поперечному перерізі судинні пучки дводольних стебел розташовуються кільцем. У рослин із стеблами, які живуть більше одного року, окремі пучки ростуть разом і утворюють характерні кільця росту. У стеблах однодольних судинні пучки безладно розкидані по всій механічній тканині.

Тканина ксилеми має три типи клітин: паренхіму ксилеми, трахеїди та судинні елементи. Трахеїди - це ксилемні клітини з товстими вторинними клітинними стінками, які здерев'янюють. Вода рухається від однієї трахеїди до іншої через області на бічних стінках відомі як ями, де вторинні стінки відсутні. Судинні елементи є клітинами ксилеми з більш тонкими стінками; вони коротші за трахеїд. Кожен елемент судини з'єднаний з наступним за допомогою перфораційної пластини на стінках торцевих елемента. Вода рухається через перфораційні пластини вгору рослиною.

Тканина флоеми складається з волокна флоеми, ситоподібні трубки, паренхіму флоеми та клітини-компаньйони.Ряд клітин ситовидних трубок розташовані впритул один до одного, утворюючи довгу трубку, якою транспортуються органічні речовини, такі як цукру та амінокислоти. Цукру перетікають з однієї клітини ситовидної трубки в іншу через перфоровані гратчасті пластини, які знаходяться в кінцевих з'єднаннях між двома клітинами. У зрілому віці ядро ​​та інші структури клітин ситоподібних трубок розпадаються. Клітини-компаньйони знаходяться поруч із клітинами ситоподібних трубок, забезпечуючи їм метаболічну підтримку. Клітини-компаньйони містять більше рибосом та мітохондрій, ніж клітини ситоподібних трубок, у яких відсутні деякі органели.

Механічна тканина

Механічна тканина в основному складається з клітин паренхіми, але може також містити клітини коленхіми та склеренхіми, які допомагають підтримувати стебло. Основна тканина у напрямку внутрішньої частини судинної тканини в стеблі або корені відома як серцевина, тоді як шар тканини між судинною тканиною та епідермісом відомий як кора.

Органи рослин

Як і тварини, рослини містять клітини з органелами, де відбувається специфічна метаболічна діяльність. Однак, на відміну від тварин, рослини використовують енергію сонячного світла для утворення цукрів у процесі фотосинтезу. Крім того, рослинні клітини мають клітинні стінки, пластиди та велику центральну вакуоль, які не зустрічаються у клітинах тварин. Кожна з цих клітинних структур відіграє певну роль у будові та функціонуванні рослин.

У рослин, як і тварин, подібні клітини, працюючи разом, утворюють тканину.Коли різні типи тканин працюють спільно, щоб виконувати унікальну функцію, вони утворюють орган; органи, що працюють разом, утворюють системи органів. Судинні рослини мають дві різні системи органів: пагонову та кореневу. Пагінна система складається з двох частин: вегетативних (не репродуктивних) частин рослини, таких як листя та стебла, та репродуктивних частин рослини, які включають квіти та плоди. Втеча система зазвичай знаходиться над землею, де вона поглинає світло, необхідне для фотосинтезу. Коренева система, яка підтримує рослини та поглинає воду та мінерали з ґрунту, зазвичай розташована під землею.

Стебло

Стебла є частиною пагонової системи рослини. Вони можуть змінюватись в довжину від декількох міліметрів до сотень метрів, а також відрізнятимуться в діаметрі, залежно від типу рослини. Стебла зазвичай перебувають над землею, хоча стебла деяких рослин ростуть під землею. Стебла можуть бути трав'янистими (м'якими) або дерев'яними. Їхня основна функція - це підтримка рослини, утримуючи листя, квіти, плоди та нирки; у деяких випадках стебла також зберігають їжу для рослин. Стебло може бути нерозгалуженим, як у пальми, або сильно розгалуженим, як у магнолії. Стебло з'єднує коріння з листям, допомагаючи транспортувати поглинену воду та мінерали у різні частини рослини. Він також допомагає транспортувати продукти фотосинтезу, а саме цукру, від листя до решти рослини.

Стебла рослин, як надземні, і підземні, характеризуються наявністю вузлів і междоузлий. Вузли - це точки прикріплення листя, повітряного коріння і квітів. Область стебла між двома вузлами називається міжвузлям.Стебло, яке простягається від основного стебла до основи листа, називається черешком. Пазушна нирка зазвичай знаходиться в пазусі – області між основою листа та стеблом – де вона може дати початок гілці або квітці. Верхівка (кінчик) пагона містить апікальну меристему всередині апікальної нирки.

Листя

Листя є основними органами реалізації фотосинтезу — процесу, з якого рослини синтезують їжу. Більшість листя зазвичай зелені, через присутність хлорофілу у їхніх клітинах. Однак деякі листки можуть мати різні кольори, спричинені іншими рослинними пігментами, які маскують зелений хлорофіл.

Товщина, форма та розмір листя адаптовані до навколишнього середовища. Кожна варіація допомагає рослині максимізувати свої шанси на виживання у певному середовищі. Зазвичай листя рослин, що ростуть у тропічних лісах, мають більшу площу поверхні, ніж листя рослин, що ростуть у пустелях або дуже холодних умовах, які мають меншу площу поверхні, щоб мінімізувати втрату води.

Коріння

Два типи кореневої системи рослин: (A) - Мочковата коренева система і (В) - стрижнева коренева система. Зображення: KaitlinLiu / Wikimedia Commons

Коріння насіннєвих рослин виконують три основні функції: закріплюють рослину в ґрунті, поглинають воду та мінерали та транспортують їх вгору, а також зберігають продукти фотосинтезу. Деякі корені модифіковані для поглинання вологи та обміну газів. Більшість коренів знаходяться під землею. Деякі рослини, однак, також мають придаткове коріння, яке з'являється над землею з втечі.

Кореневі системи переважно бувають двох типів (приклад малюнку вище).Дводольні мають стрижневу кореневу систему, а однодольні - мочкувату. Стрижнева коренева система має головний корінь, який росте вертикально вниз, і з якого виникає багато менших бічних коренів. Хорошим прикладом є кульбаби; їх стрижневі корені зазвичай обриваються при спробі вирвати ці бур'яни, і вони можуть відростити ще один втечу з кореня, що залишився). Стрижнева коренева система глибоко проникає у ґрунт. Навпаки, мочкувата коренева система розташована ближче до поверхні ґрунту та утворює щільну мережу коренів, яка також допомагає запобігти ерозії ґрунту (хорошим прикладом є газонні трави, а також пшениця, рис та кукурудза). Деякі рослини мають поєднання стрижневих та волокнистих коренів. Рослини, що ростуть у посушливих районах, часто мають глибоку кореневу систему, у той час як рослини, що ростуть в районах з великою кількістю води, як правило, мають більш дрібні кореневі системи.

Особливості будови та основні органели рослинних клітин

Рослини унікальні серед еукаріотів організми, чиї клітини мають додаткову оболонку, поверх плазматичної мембрани та органели, які допомагають виробляти свою власну їжу. Хлорофіл надає рослинам зеленого забарвлення і дозволяє використовувати сонячне світло в процесі фотосинтезу для перетворення води та вуглекислого газу в цукри та вуглеводи — речовини, що використовуються клітиною як джерело енергії.

Характеристика рослин та їх клітин

Як і клітини грибів, рослинні клітини зберегли захисну клітинну стінку своїх предків.Типова клітина рослин має подібну будову з типовою еукаріотною клітиною, але не має центріолей, лізосом, проміжних волокон, вій або джгутиків, як тваринна клітина. Однак клітини рослин мають ряд інших спеціалізованих структур, включаючи жорстку клітинну стінку, центральну вакуоль, плазмодесмату і хлоропласти. Хоча рослини (і їх типові клітини) не рухливі, деякі види виробляють гамети (статеві клітини), які мають джгутики і, отже, здатні рухатися.

Всі рослини можна розділити на два основні типи: судинні та несудинні. Судинні рослини вважаються більш розвиненими, ніж несудинні, тому що мають спеціалізовані тканини: ксилему, яка бере участь у структурній підтримці та водопровідності, а також флоему, яка є транспортною системою для продуктів фотосинтезу. Отже, вони також мають коріння, стебла і листя, що представляють вищу форму організації, відсутню в рослинах без судинних тканин.

Несудинні рослини, що входять до групи мохоподібних, зазвичай не більше 3-5 см у висоту, тому що не мають структурної підтримки, характерної судинним рослинам. Вони також переважно залежать від навколишнього середовища, щоб підтримувати відповідну кількість вологи і, як правило, зустрічаються у вологих затемнених місцях.

За оцінками, сьогодні у світі налічується щонайменше 260 000 видів рослин. Вони варіюються за розміром і складністю від невеликих мохів до гігантських секв, найбільших живих організмів на планеті, що ростуть до 100 м. Лише малий відсоток від цих видів, безпосередньо використовується людьми для харчування, житла та медицини.

Тим не менш, рослини є основою екосистеми та харчового ланцюга на Землі, і без них складні форми життя, такі як тварини (включаючи людей), ніколи б не розвинулися. Справді, всі живі організми безпосередньо чи опосередковано залежить від енергії, створюваної фотосинтезом, а побічний продукт цього процесу — кисень життєво необхідний тварин. Рослини також зменшують кількість вуглекислого газу, присутнього в атмосфері, перешкоджають ерозії ґрунтів, впливають на рівень та якість води.

Рослинам властиві життєві цикли, які включають чергування поколінь диплоїдних форм, що містять парні набори хромосом в ядрах клітин і гаплоїдні форми, які мають лише один набір. Як правило, ці дві форми рослини дуже різні на вигляд. У вищих рослинах диплоїдна фаза, відома як спорофіт (через здатність виробляти суперечки), зазвичай домінує і більш пізнавана, ніж генерація гаплоїдних гаметофітів. Однак у мохоподібних, покоління гаметофіт є домінуючим та фізіологічно необхідним для фази спорофіт.

Тварини повинні споживати білок для отримання азоту, але рослини можуть використовувати неорганічні форми цього елемента і, отже, не потребують зовнішнього джерела білка. Однак рослинам зазвичай потрібна значна кількість води, яка необхідна для процесу фотосинтезу, для підтримки структури клітин, полегшення росту та як засіб доставки поживних речовин до рослинних клітин.

Кількість і типи поживних речовин, необхідні різних видів рослин, значно різниться, проте деякі елементи необхідні рослинам у великих кількостях. Ці поживні речовини включають кальцій, вуглець, водень, магній, азот, кисень, фосфор, калій та сірку.Також є кілька мікроелементів, які потрібні рослинами в менших кількостях: бор, хлор, мідь, залізо, марганець, молібден та цинк.

Будова рослинних клітин

Далі наведено список і коротка характеристика основних органел клітин рослин.

• Клітинна стінка. Як і їхні прокаріотичні предки, рослинні клітини мають тверду оболонку, що оточує плазматичну мембрану.
• Хлоропласти Найважливішою характеристикою рослин є їхня здатність фотосинтезувати, по суті, виробляти свою власну їжу, перетворюючи світлову енергію на хімічну енергію.
• Ендоплазматичний ретикулу — мережа мішечків, яка виробляє, обробляє та переносить хімічні сполуки для використання всередині та поза клітиною. Він пов'язаний з двошаровою ядерною оболонкою, що забезпечує трубопровід між ядром та цитоплазмою.
• Апарат Гольджі – це відділ розподілу та доставки хімічних речовин клітини. Він модифікує білки та жири, вбудовані в ендоплазматичний ретикулум, та готує їх для експорту.
• Мікрофіламенти - тверді стрижні з глобулярних білків, які називаються актином. Вони виконують структурну підтримку і є основним компонентом цитоскелета.
• Мікротрубочки - прямі, порожнисті циліндри, виявлені в цитоплазмі всіх еукаріотів (у прокаріотів вони відсутні) і виконують різні функції, від транспортування до підтримки структури.
• Мітохондрії – витягнуті органели, які також присутні у цитоплазмі всіх еукаріотичних клітин. У рослинних клітинах вони переробляють молекули вуглеводів та цукру, щоб забезпечити клітину енергією, особливо коли світло не доступне для хлоропластів.
• Ядро - важлива органела, яка служить інформаційно-адміністративним центром клітини і виконує дві основні функції: 1) зберігає спадковий матеріал клітини або ДНК і координує діяльність клітини (зростання, посередній метаболізм, синтез білка і поділ клітин).
• Пероксисоми - оточені однією мембраною округлі органели, що зустрічаються в цитоплазмі клітин.
• Плазмодесми - невеликі трубки, що з'єднують рослинні клітини одна з одною, забезпечуючи живі містки між ними.
• Плазматична мембрана. Усі живі клітини мають мембрану, яка оточує їхній вміст. У прокаріотах і рослинах мембрана є внутрішнім шаром захисту, оточеним жорсткою клітинною стінкою. Ці мембрани також регулюють проходження молекул усередину або з клітин.
• Рибосоми. Всі клітини живих організмів мають рибосоми, що складаються приблизно з 60% РНК і 40% білка. У еукаріотів рибосоми включають чотири нитки РНК, а у прокаріотів — три нитки РНК.
• Вакуолі. Кожна рослинна клітина має велику одиночну вакуолю, яка зберігає сполуки, допомагає у зростанні та відіграє важливу структурну роль для рослин.