Растительная клетка
Растительные клетки — это клетки зеленых растений , фотосинтезирующих эукариот царства Plantae . Их отличительные особенности включают первичные клеточные стенки, содержащие целлюлозу, гемицеллюлозу и пектин, наличие пластид, способных осуществлять фотосинтез и запасать крахмал, крупную вакуоль , регулирующую тургорное давление, отсутствие жгутиков или центриолей , за исключением гамет, и уникальный метод клеточного деления, включающий образование клеточной пластинки или фрагмопласта , разделяющего новые дочерние клетки.
Характеристики растительных клеток
- Растительные клетки имеют клеточные стенки, состоящие из целлюлозы , гемицеллюлозы и пектина и построенные вне клеточной мембраны . Их состав контрастирует с клеточными стенками грибов , состоящими из хитина , бактерий , состоящими из пептидогликана , и архей , состоящими из псевдопептидогликана . Во многих случаях лигнин или суберин секретируются протопластом в виде слоев вторичной стенки внутри первичной клеточной стенки. Кутин секретируется за пределы первичной клеточной стенки и во внешние слои вторичной клеточной стенки эпидермальных клеток листьев, стеблей и других надземных органов, образуя кутикулу растения . Клеточные стенки выполняют множество важных функций. Они придают форму тканям и органам растения и играют важную роль в межклеточной коммуникации и взаимодействиях растений и микробов. [1] Клеточная стенка гибкая во время роста и имеет небольшие поры, называемые плазмодесмами, которые обеспечивают обмен питательными веществами и гормонами между клетками. [2]
- Многие типы растительных клеток содержат большую центральную вакуоль — заполненный водой объем, окруженный мембраной, известной как тонопласт. [3] клетки который поддерживает тургор , контролирует движение молекул между цитозолем и соком , сохраняет полезные материалы, такие как фосфор и азот. [4] и переваривает ненужные белки и органеллы .
- Специализированные пути межклеточной коммуникации, известные как плазмодесмы . [5] возникают в виде пор в первичной клеточной стенке, через которые проходят плазмалемма и эндоплазматическая сеть. [6] соседних ячеек непрерывны.
- Клетки растений содержат пластиды , наиболее заметными из которых являются хлоропласты зеленого цвета , которые содержат пигмент хлорофилл , который преобразует энергию солнечного света в химическую энергию, которую растение использует для производства собственной пищи из воды и углекислого газа в процессе, известном как фотосинтез . [7] Другими типами пластид являются амилопласты , специализирующиеся на хранении крахмала , элайопласты, специализирующиеся на хранении жира , и хромопласты, специализирующиеся на синтезе и хранении пигментов . Как и в митохондриях , геном которых кодирует 37 генов, [8] пластиды имеют собственные геномы , состоящие примерно из 100–120 уникальных генов. [9] и интерпретируются как возникшие как прокариотические эндосимбионты, живущие в клетках раннего эукариотического предка наземных растений и водорослей . [10]
- Деление клеток у наземных растений и некоторых групп водорослей, особенно харофитов. [11] и хлорофитов порядок Trentepohliales , [12] происходит путем построения фрагмопласта в качестве матрицы для построения клеточной пластинки на поздних стадиях цитокинеза .
- Подвижные, свободно плавающие сперматозоиды мохообразных . и птеридофитов , саговников и гинкго — единственные клетки наземных растений, имеющие жгутики [13] аналогичны таковым в клетках животных . [14] [15] У хвойных и цветковых растений нет подвижных сперматозоидов, отсутствуют жгутики и центриоли . [16]
Виды растительных клеток и тканей
Растительные клетки дифференцируются из недифференцированных меристематических клеток (аналогичных стволовым клеткам животных) и образуют основные классы клеток и тканей корней , стеблей , листьев , цветков и репродуктивных структур, каждый из которых может состоять из нескольких типов клеток.
Паренхима
Клетки паренхимы — это живые клетки, функции которых варьируются от хранения и поддержки до фотосинтеза ( клетки мезофилла ) и загрузки флоэмы ( переносные клетки ). Помимо ксилемы и флоэмы в проводящих пучках листья состоят преимущественно из клеток паренхимы. Некоторые клетки паренхимы, например эпидермиса, специализируются на проникновении и фокусировке света или регуляции газообмена , но другие относятся к наименее специализированным клеткам растительной ткани и могут оставаться тотипотентными , способными делиться с образованием новых популяций недифференцированных клеток. на протяжении всей их жизни. [17] Клетки паренхимы имеют тонкие, проницаемые первичные стенки, позволяющие транспортировать небольшие молекулы между ними, а их цитоплазма отвечает за широкий спектр биохимических функций, таких как нектара секреция или производство вторичных продуктов , препятствующих травоядности . Клетки паренхимы, содержащие множество хлоропластов и участвующие в основном в фотосинтезе, называются клетками хлоренхимы . Клетки хлоренхимы – это клетки паренхимы, участвующие в фотосинтезе. [18] Другие, такие как большинство клеток паренхимы картофеля клубней и семян семядоли бобовых . , выполняют запасающую функцию
Колленхима
Клетки колленхимы живы в зрелом возрасте и имеют утолщенные клеточные стенки из целлюлозы. [19] Эти клетки созревают из производных меристемы, которые изначально напоминают паренхиму, но различия быстро становятся очевидными. Пластиды не развиваются, а секреторный аппарат (ЭР и Гольджи) пролиферирует, секретируя дополнительную первичную стенку. Стенка чаще всего бывает самой толстой в углах, где соприкасаются три или более ячеек, и самой тонкой, где соприкасаются только две ячейки, хотя возможны и другие варианты утолщения стенки. [19] Пектин и гемицеллюлоза являются доминирующими компонентами клеточных стенок колленхимы двудольных покрытосеменных растений , которые могут содержать всего лишь 20% целлюлозы в Petasites . [20] Клетки колленхимы обычно довольно удлиненные и могут делиться поперечно, образуя перегородки. Роль этого типа клеток состоит в том, чтобы поддерживать растение в осях, которые продолжают расти в длину, а также придавать тканям гибкость и прочность на растяжение. В первичной стенке отсутствует лигнин, который делал бы ее жесткой и жесткой, поэтому этот тип клеток обеспечивает то, что можно было бы назвать пластической опорой – опорой, которая может удерживать молодой стебель или черешок на воздухе, но в клетках, которые могут растягиваться, как и клетки вокруг них. удлиненный. Растягивающаяся опора (без эластичной обратной фиксации) — хороший способ описать, что делает колленхима. Часть нитей сельдерея представляет собой колленхиму.
Склеренхима
Склеренхима представляет собой ткань, состоящую из двух типов клеток: склереидов и волокон, имеющих утолщенные, одревесневшие вторичные стенки. [19] : 78 откладывается внутри первичной клеточной стенки . Вторичные стенки укрепляют клетки и делают их непроницаемыми для воды. Следовательно, склереиды и волокна при функциональной зрелости обычно погибают, а цитоплазма отсутствует, оставляя пустую центральную полость. Склереиды или каменные клетки (от греческого skleros — твердый ) — это твердые, прочные клетки, которые придают листьям или плодам шероховатую текстуру. Они могут препятствовать травоядности, повреждая пищеварительные пути на личиночных стадиях мелких насекомых. Склереиды образуют твердую стенку косточки персиков и многих других фруктов, обеспечивая физическую защиту развивающегося ядра. Волокна представляют собой удлиненные клетки с одревесневшими вторичными стенками, которые обеспечивают несущую поддержку и прочность на разрыв листьям и стеблям травянистых растений. Волокна склеренхимы не участвуют в проводимости ни воды и питательных веществ (как в ксилеме ), ни углеродных соединений (как во флоэме ), но вполне вероятно, что они развились как модификации инициалей ксилемы и флоэмы у ранних наземных растений.
Ксилема
Ксилема представляет собой сложную сосудистую ткань, состоящую из проводящих воду трахеид или сосудистых элементов вместе с волокнами и клетками паренхимы. Трахеиды [21] — удлиненные клетки с одревесневшими вторичными утолщениями клеточных стенок, специализированные для проведения воды, впервые появившиеся у растений при их переходе на сушу в силурийский период более 425 млн лет назад (см. Куксония ). Наличие ксилемных трахеид определяет сосудистые растения или трахеофиты. Трахеиды — заостренные, удлиненные клетки ксилемы, простейшие из которых имеют сплошные первичные клеточные стенки и одревесневшие утолщения вторичных стенок в виде колец, обручей или сетчатых сетей. более сложными трахеидами с клапанообразными перфорациями, называемыми окаймленными ямками Голосеменные характеризуются и имеются голосеменных . У папоротников, др. птеридофитов только ксилемные трахеиды , а у цветковых растений — еще и ксилемные сосуды . Элементы сосудов представляют собой полые клетки ксилемы без торцевых стенок, выровненные впритык так, что образуют длинные непрерывные трубки. У мохообразных отсутствует настоящая ксилемная ткань, но у их спорофитов имеется водопроводящая ткань, известная как гидром, состоящая из удлиненных клеток более простой конструкции.
Флоэма
Флоэма — это специализированная ткань для транспорта пищи у высших растений, которая в основном транспортирует сахарозу по градиентам давления, создаваемым осмосом (процесс, называемый транслокацией) . Флоэма представляет собой сложную ткань, состоящую из двух основных типов клеток: ситовидных трубок и тесно связанных клеток-спутников , а также клеток паренхимы, флоэмных волокон и склереидов. [19] : 171 Ситовые трубки соединены встык с помощью перфорированных концевых пластин между так называемыми ситовыми пластинами , которые позволяют транспортировать фотосинтат между ситовыми элементами. Элементы ситовидной трубки лишены ядер и рибосом , а их метаболизм и функции регулируются соседними ядросодержащими клетками-компаньонами. Клетки-спутники, соединенные с ситовидными трубками через плазмодесмы , отвечают за загрузку флоэмы сахарами . отсутствует У мохообразных флоэма, но мхов спорофиты имеют более простую ткань с аналогичной функцией, известную как лептом.
Эпидермис
Эпидермис растения представляет собой специализированную ткань, состоящую из клеток паренхимы, покрывающую внешнюю поверхность листьев, стеблей и корней. В эпидермисе могут присутствовать несколько типов клеток. Среди них следует выделить замыкающие клетки устьиц, которые контролируют скорость газообмена между растением и атмосферой, железистые и одежные волоски или трихомы , а также корневые волоски первичных корней. В эпидермисе побегов большинства растений хлоропласты имеются только в замыкающих клетках . Хлоропласты содержат зеленый пигмент хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. Эпидермальные клетки надземных органов возникают из поверхностного слоя клеток, известного как оболочка растения (слои L1 и L2), который покрывает верхушку побега . [19] тогда как кора и сосудистые ткани возникают из самого внутреннего слоя верхушки побега, известного как тело (слой L3). Эпидермис корней происходит из слоя клеток непосредственно под корневым чехликом. Эпидермис всех надземных органов, кроме корней, покрыт кутикулой из полиэфирного кутина или полимера кутана (или того и другого) с поверхностным слоем эпикутикулярных восков . Считается, что эпидермальные клетки первичного побега — единственные растительные клетки, обладающие биохимической способностью синтезировать кутин. [22]
См. также
Ссылки
- ^ Кигстра, К. (2010). «Стенки растительных клеток» . Физиология растений . 154 (2): 483–486. дои : 10.1104/стр.110.161240 . ПМК 2949028 . ПМИД 20921169 .
- ^ Лью, Кристи; Фитцпатрик, Брэд (1 августа 2021 г.). Растительные клетки, третье издание . Infobase Holdings, Inc. ISBN 978-1-64693-728-8 .
- ^ Рэйвен, Дж. А. (1997). «Вакуоль: анализ затрат и выгод». Достижения в ботанических исследованиях . 25 : 59–86. дои : 10.1016/S0065-2296(08)60148-2 . ISBN 9780120059256 .
- ^ Рэйвен, Дж. А. (1987). «Роль вакуолей». Новый фитолог . 106 (3): 357–422. дои : 10.1111/j.1469-8137.1987.tb00149.x .
- ^ Опарка, К.Дж. (1993). «Передача сигналов через плазмодесмы - забытый путь». Семинары по клеточной биологии . 4 (2): 131–138. дои : 10.1006/scel.1993.1016 . ПМИД 8318697 .
- ^ Хеплер, ПК (1982). «Эндоплазматический ретикулум при формировании клеточной пластинки и плазмодесм». Протоплазма . 111 (2): 121–133. дои : 10.1007/BF01282070 . S2CID 8650433 .
- ^ Бэшем, Джеймс Алан; Ламберс, Ганс, ред. (2018). «Фотосинтез: значение, процесс и реакции» . Британская энциклопедия . Проверено 15 апреля 2018 г.
- ^ Андерсон, С; Банкир, AT; Баррелл, Б.Г.; де Брёйн, Миннесота; Коулсон, Арканзас; Друэн, Дж; Эперон, ИЦ; Нирлих, ДП; Роу, бакалавр; Сэнгер, Ф; Шрайер, PH; Смит, Эй Джей; Стаден, Р; Янг, И.Г. (1981). «Последовательность и организация митохондриального генома человека». Природа . 290 (5806): 4–65. Бибкод : 1981Natur.290..457A . дои : 10.1038/290457a0 . ПМИД 7219534 . S2CID 4355527 .
- ^ Кюи, Л; Вирарагаван, Н.; Рихтер, А; Уолл, К; Янсен, РК; Либенс-Мак, Дж; Макаловская, Я; де Памфилис, CW (2006). «ChloroplastDB: база данных генома хлоропластов» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (90001): Д692-696. дои : 10.1093/nar/gkj055 . ПМЦ 1347418 . ПМИД 16381961 .
- ^ Маргулис, Л. (1970). Происхождение эукариотических клеток . Нью-Хейвен: Издательство Йельского университета. ISBN 978-0300013535 .
- ^ Льюис, Луизиана; МакКорт, РМ (2004). «Зеленые водоросли и происхождение наземных растений». Американский журнал ботаники . 91 (10): 1535–1556. дои : 10.3732/ajb.91.10.1535 . ПМИД 21652308 .
- ^ Лопес-Баутиста, Х.М.; Уотерс, Д.А.; Чепмен, Р.Л. (2003). «Фрагмопластин, зеленые водоросли и эволюция цитокинеза» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (6): 1715–1718. дои : 10.1099/ijs.0.02561-0 . ПМИД 14657098 .
- ^ Силфлоу, компакт-диск; Лефевр, Пенсильвания (2001). «Сборка и подвижность эукариотических ресничек и жгутиков. Уроки Chlamydomonas Reinhardtii » . Физиология растений . 127 (4): 1500–1507. дои : 10.1104/стр.010807 . ПМК 1540183 . ПМИД 11743094 .
- ^ Мэнтон, я; Кларк, Б. (1952). «Электронно-микроскопическое исследование сперматозоидов сфагнума » . Журнал экспериментальной ботаники . 3 (3): 265–275. дои : 10.1093/jxb/3.3.265 .
- ^ Паолильо, диджей-младший (1967). «О строении аксонемы жгутиков Polytrichum juniperinum ». Труды Американского микроскопического общества . 86 (4): 428–433. дои : 10.2307/3224266 . JSTOR 3224266 .
- ^ Рэйвен, штат Пенсильвания; Эверт, РФ; Эйхгорм, SE (1999). Биология растений (6-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 9780716762843 .
- ^ Г., Хаберландт (1902). «Культурные эксперименты с изолированными растительными клетками». Математический и научный . 111 (1). Отчеты о заседании Академии наук в Вене: 69–92.
- ^ Маусет, Джеймс Д. (2021). Ботаника: Введение в биологию растений (второе изд.). Берлингтон, Массачусетс. ISBN 978-1-284-15737-6 . OCLC 1122454203 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Каттер, Э.Г. (1977). Анатомия растений Часть 1. Клетки и ткани . Лондон: Эдвард Арнольд. ISBN 0713126388 .
- ^ Рулофсен, П.А. (1959). Стенка растительной клетки . Берлин: Братья Борнтрегер. АСИН B0007J57W0 .
- ^ MT Тайри; М. Х. Циммерманн (2003) Структура ксилемы и восхождение сока, 2-е издание, Springer-Verlag, Нью-Йорк, США.
- ^ Колаттукуди, PE (1996)Пути биосинтеза кутина и восков и их чувствительность к стрессам окружающей среды . В: Кутикулы растений. Эд. Г. Керстиенс, BIOS ScientificPublishers Ltd., Оксфорд, стр. 83–108.
| Субдисциплины | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| растений Группы | |||||||||||
| Анатомия растений |
| ||||||||||
| Физиология растений Материалы | |||||||||||
| Рост растений и привычка | |||||||||||
| Воспроизведение | |||||||||||
| Таксономия растений | |||||||||||
| Упражняться | |||||||||||
| |||||||||||
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
