ĆWICZENIE 1
Składniki komórki roślinnej:
Ściana komórkowa - zewnętrzna powłoka komórki roślinnej, będąca wytworem protoplastu. W jej skład wchodzą 3 warstwy: ściana pierwotna, ściana wtórna i blaszka środkowa. Ś.k. zbudowana jest z mikrofibryli celulozowych, pektyn i hemiceluloz oraz z niewielkiej ilości wody.
Rola ściany komórkowej:
- zabezpiecza przed nadmierną utratą wody
- osłania i ochrania protoplast komórek przez niekorzystnymi wpływami środowiska
- tworzy mocne rusztowania dla całej rośłiny
- dzięki jamkom, przez które przenikają nitki plazmodesmy, zapewniony jest kontakt między sąsiednimi komórkami
- jest przepuszczalna dla wody i soli mineralnych
- nadaje komórce kształt
Ś.k. zbudowana jest z pektyny oraz celulozy. Między łańcuchami celulozy występują wodne przestrzenie wypełnione wodą i pektynami. Jeśli związkiem wypełniającym przestrzenie między cząsteczkami celulozy jest lignina, to następuje proces drewnienia ściany komórkowej.
Ś.k. rosnąc zwiększa swoją powierzchnię i grubieje. Tworzy się wówczas wtórna ściana komórkowa.
Protoplast - jest żywą częścią komórki, w skład której wchodzą: cytoplazma, jądro komórkowe, mitochondria, plastydy i inne elementy.
Wakuola - wodniczka; wydzielona przestrzeń w cytoplazmie wypełniona sokiem komórkowym, zawierającym przede wszystkim wodę, a ponadto substancje zapasowe, wydaliny i wydzieliny komórki. Wakuola otoczona jest pojedynczą ścianą lipidowo-białkową.
Podstawowe funkcje:
- utrzymywanie turgoru - czyli jędrności, stanu napięcia komórki
- przechowywanie i gromadzenie substancji zapasowych
- przechowywanie wydalin i wydzielin, oraz substancji toksycznych
- spełnia też funkcje rozpuszczające.
Wakuole powstają z cystern retikulum endoplazmatycznego.
Plastydy - autonomiczne organelle o podwójnej błonie lipidowo-białkowej, charakterystyczne tylko dla komórek roślinnych. Są 3 rodzaje:
Chloroplasty - zawierają chlorofil, który nadaje zieloną barwę liściom i łodygom. Ma zdolność pochłaniania energii świetlnej potrzebnej do procesu fotosyntezy .
Chromoplasty - zawierają barwniki:
- ksantofil (żółty) - nadaje żółtą barwę
- karoten (czerwony) - nadaje barwę pomarańczowo-czerwoną
Leukoplasty - bezbarwne. Mają zdolność do syntezy oraz magazynowania: białek, tłuszczów i cukrów.
ĆWICZENIE 2
Cytoplazma - główna część protoplastu, w której znajdują się plazmatyczne składniki komórki. Jest to ciągliwa, lepka, elastyczna, galaretowata masa, będąca w nieustannym ruchu. W skład cytoplazmy wchodzą: woda, białka i tłuszcze, węglowodany i inne związki organiczne i nieorganiczne. Cytoplazma nie ma jednolitej struktury. Jest zróżnicowana na cytoplazmę podstawową i retikulum endoplazmatyczne. Cytoplazma podstawowa (tzw. cytozol lub matriks) składa się w dużej mierze z białek. Retikulum endoplazmatyczne to błoniasty system kanalików, pęcherzyków lub cystern biorących udział np.: w transporcie wewnątrzkomórkowym, syntezie białek (r.e. szorstkie).
Plazmoliza i deplazmoliza
W cieczy wypełniającej przedziały międzykomórkowe każdej żywej komórki rozpuszczone są różne rodzaje soli, cukrów i innych substancji, których obecność wywołuje określone ciśnienie osmotyczne
Jeżeli stężenie substancji rozpuszczonych w płynie otaczającym komórkę jest wyższe od stężenia panującego w komórce to płyn taki wykazuje wyższe ciśnienie osmotyczne niż komórka. O płynie takim mówimy, że jest hipertoniczny względem komórki. Komórka umieszczona w takim roztworze kurczy się na skutek utraty wody. Jeżeli w środowisku H. umieści się komórkę otoczoną ścianą komórkową, jej zawartość (protoplast) zacznie się kurczyć i odstawać od ściany komórkowej. Zjawisko to (plazmolizę) obserwuje się w komórkach roślin, które rosną w zawierającej duże ilości soli ziemi lub wodzie.
Jeżeli w otaczającym komórkę płynie stężenie rozpuszczonych substancji jest niższe niż w komórce, to płyn ten wykazuje niższe ciśnienie osmotyczne niż komórka. O takim płynie mówimy, że jest hipotoniczny; cząsteczki wody wnikają wtedy do komórki, powodując jej pęcznienie (deplazmoliza).
Mitoza
Podział mitotyczny jest procesem ciągłym, podzielonym na 4 stadia:
Profazę
- wczesną - otoczka jądrowa i jąderko zanikają. Widoczne stają się długie nici chromatynowe, z których na skutek kondensacji tworzą się chromosomy.
- późną - chromosomy w dalszym ciągu skracają się i grubieją. Pomiędzy centriolami, które przemieszczają się do biegunów, tworzy się wrzeciono podziałowe.
Metafazę ŕ włókna wrzeciona przyczepiają się do centromerów. Chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki.
Anafazę ŕ chromatydy rozdzielają się w rejonie centromerów; do każdego z biegunów przemieszcza się 1 kompletny zestaw chromosomów
Telofazę ŕ odwrócenie wydarzeń z profazy; odtworzenie jądra i dekondensacja chromosomów.
Podział komórki na dwie komórki potomne następuje ostateczni w cytokinezie. W wyniku mitozy powstają 2 komórki genetycznie identyczne jak komórka macierzysta.
ĆWICZENIE 3
Tkanki twórcze (merystemy)
- zbudowane są z komórek zdolnych do regularnych podziałów
- mają one cienkie, wyłącznie pierwotne ściany komórkowe
- ich jądra są duże, w cytoplazmie znajduje się niewiele wakuoli
- dzieląc się tworzą nowe partie tkanek, które powodują wzrost organów już istniejących lub tworzą nowe.
Tkanki twórcze mogą być pochodzenia:
- Pierwotnego - są to merystemy pierwotne, które znajdowały się już w zarodku. Zaliczamy do nich - stożki wzrostu korzenia głównego i łodygi (odpowiedzialne za wydłużanie się rośliny); oraz miazgę (kambium) wiązkową (odpowiedzialną za tworzenie pierwotnych wiązek przewodzących). W wyniku działań merystemów pierwotnych rośliny uzyskują tzw. pierwotną budowę anatomiczną.
- Wtórnego - powstają przez odróżnicowanie się już ukształtowanych tkanek pełniących inne (nie wzrostowe) funkcje. Zaliczamy do nich: miazgę (kambium) międzywiązkową (wytwarzającą wtórne wiązki przewodzące); oraz merystemy wierzchołkowe korzeni bocznych i pędów przybyszowych, oraz tkankę korotwórczą.
Merystemy wtórne warunkują wzrost elongacyjny korzeni bocznych oraz przyrost organów bocznych. Tkanki wtórne tworzą tzw. wtórną budowę rośliny.
Merystemy interkalarne - zlokalizowane u podstawy łodygi u traw i niektórych innych roślin jednoliściennych, umożliwiają ich wzrost na długość mimo ukończenia działalności stożka wzrostu pędu.
Miękisz (parenchyma)
- jest tkanką występującą we wszystkich częściach ciała rośliny, zbudowaną z żywych komórek, przez całe życie zachowujących zdolność do podziałów
- starsze, wyspecjalizowane komórki miękiszu mogą odróżnicowywać się, dając początek merystemom wtórnym.
Miękisz może spełniać różne funkcje:
- Miękisz zasadniczy (podstawowy) - wypełnia przestrzenie między innymi tkankami (np.: kora pierwotna, miękisz owoców). Jego komórki są cienkościenne
- Miękisz zieleniowy (asymilacyjny) - jest tkanką, w której najintensywniej przebiegają procesy fotosyntezy. Jego komórki mają szczególnie dużo chloroplastów. Znajduje się w liściach.
- Miękisz spichrzowy - jest magazynem substancji odżywczych lub wody (miękisz wodny), zgromadzonych najczęściej w wakuolach budujących go komórek.
- Miękisz powietrzny (aerenchyma) - pełni funkcje przewietrzające; występuje przede wszystkim u roślin wodnych. Jego cechą charakterystyczną są bardzo obszerne przestwory międzykomórkowe. Tworzą system kanałów będących wewnętrznym zbiornikiem powietrza, umożliwiającym zanurzonym roślinom lub ich częściom wymianę gazową.
Skórka (epiderma)
To najczęściej pojedyncza warstwa komórek na powierzchni młodych organów lub części organów. Zbudowana jest z komórek żywych, otoczonych celulozową ścianką, ściśle do siebie przylegających i zwykle pozbawionych typowo wykształconych chloroplastów.
Skórka to graniczna warstwa między rośliną a środowiskiem zewnętrznym. Skórka może być gładka, zwłaszcza gdy pokryta jest grubszą kutykulą. Może jednak wytwarzać na powierzchni specjalne wyrostki, włoski lub kolce.
Główną funkcją skórki w korzeniu jest pobieranie wody i soli mineralnych. Jej ściany są jednolicie cienkie, a na powierzchni występują tylko ślady kutykuli.
Liczne komórki skórki w młodszej strefie korzenia tworzą długie wypustki - włośniki. Wytwarzanie włośników ogromnie zwiększa powierzchnię kontaktu skórki ze środowiskiem glebowym, co ma wielkie znaczenie dla funkcji chłonnych tej tkanki. Włośniki nie tworzą się na korzeniach rosnących w środowisku wodnym.
Transpiracja oraz wymiana gazów, a także regulacja tego procesu są możliwe dzięki istnieniu w skórce urządzeń zwanych aparatami szparkowymi.
Aparaty szparkowe - zbudowane są z 2 komórek przyszparkowych w zależności od turgoru (nasycenia wodą) otwierają się bądź zamykają, przez co regulują transpirację. Aparat szparkowy uczestniczy w wymianie gazowej między środowiskiem a rośliną.
Korek (felem)
Powstaje przez zróżnicowanie się komórek powstałych dzięki podziałom felogenu odłożonego po zewnętrznej stronie tkanki korkotwórczej. Składa się z martwych komórek wypełnionych powietrzem. Ich ściany są zgrubiałe, często zdrewniałe, a pomiędzy ścianą pierwotną a wtórną znajduje się warstwa suberyny. Korek jest tkanką nie przepuszczającą wody i powietrza. Chroni roślinę przed uszkodzeniami mechanicznymi, przegrzaniem i przemarznięciem. Kontakt rośliny ze środowiskiem utrzymany jest za pomocą przetchlinek - miejsc, w których komórki korka ułożone są luźniej.
Peryderma (korkowica) zbudowana jest z 3 warstw zróżnicowanych tkanek: tkanki korkotwórczej, korka i fellodermy. Peryderma ochrania starsze organy roślin wieloletnich.
Przetchlinka - zespół luźno ułożonych cienkościennych komórek, często powstający w miejsca aparatów szparkowych. Bierze udział w wymianie gazowej. Zbudowana jest z: komórek wypełniających, skórki, korka, fellogenu i fellodermy.
Łyko (floem)
Tkanka przewodząca, której zadaniem jest przewodzenie cukrów z liści do innych organów rośliny. U paprotników i nagozalążkowych łyko zbudowane jest z żywych komórek sitowych, zaopatrzonych w otwory (sita), przez które odbywa się wymiana przewodzonych substancji.
Drewno (ksylem)
Komórki miazgi dzielące się do środka przekształcają się w układ przewodzący wodę, zwany drewnem. Są 2 rodzaje elementów drewna:
- Naczynia - długie rurki powstałe z leżących jedna nad drugą komórek, w których stopniowo zanikał protoplast i ściany poprzeczne. Są to elementy martwe, ich ściany często wzmocnione są zdrewniałymi zgrubieniami.
- Cewki - pierwotne komórki przewodzące wodę z solami mineralnymi. Nie mają protoplastu, przez co są martwe. Mają silnie zdrewniałe ściany komórkowe z wieloma jamkami, przez które woda przepływa z jednej komórki do drugiej.
Kolejnymi elementami drewna są: włókna drzewne (elementy martwe będące główną częścią składową szkieletu podtrzymującego całość rośliny); miękisz drzewny (zbudowany z żywych komórek przechowujących substancje zapasowe, np.: skrobię).
ĆWICZENIE 4
Rozwój organów z zawiązków zarodka:
Zarodkiem nazywamy młody, niedojrzały organizm, który nie jest jeszcze samodzielny, lecz zależy od materiałów pokarmowych pochodzących z organizmu macierzystego.
U paprotników:
- zapłodnienie i rozwój zygoty zachodzi w rodni na przedroślu
- zarodek czerpie pokarm z tkanki macierzystego przedrośla przez specjalny zarodkowy organ - stopę
- w budowie zarodka, oprócz stopy, można wyróżnić zawiązki korzenia i pierwszego liścia oraz stożek wzrostu pędu
- stadium zarodkowe kończy się, gdy korzeń wrośnie w glebę i zacznie czerpać z niej wodę i sole mineralne, pierwszy liść wysunie się ponad powierzchnię przedrośla, zazieleni się i rozpocznie fotosyntezę, w stożku wzrostu nastąpi rozwój zawiązków liści, a przedrośle zacznie obumierać.
U roślin nasiennych:
- stadium zarodka jest wyraźnie odgraniczone przez to, że rozwija się on w nasieniu, w którym procesy życiowe w okresie spoczynku, do osiągnięcia przez nasienie dojrzałości aż do kiełkowania są prawie całkowicie zahamowane
- zarodek zbudowany jest głównie z tkanki merystematycznej
- zarodek składa się z osi zarodkowej oraz osadzonych na niej liścieni
- oś zarodka zakończona jest na jednym biegunie merystemem wierzchołkowym korzenia, a na drugim merystemem wierzchołkowym pędu
- hipokotyl - strefa przejściowa pomiędzy korzeniem a właściwą łodygą
- plumula - zarodkowy pęd szczytowy
- epikotyl - odcinek między plumulą a liścieniami
- merystem wierzchołkowy pędu otoczony jest w nasieniu stosunkowo dużymi liścieniami (liścienie są niekiedy bardzo duże i stanowią organy spichrzowe zarodka)
- w czasie kiełkowania nasienia rozwija się z zarodka młoda roślina, zwana siewką
- z zawiązka korzenia rozwija się korzeń pierwotny, wytwarzający następnie korzenie boczne. Mogą też pojawiać się zawiązki nowych korzeni na hipokotylu (korzenie przybyszowe) i przejmować funkcje korzenia pierwotnego
- hipokotyl lub epikotyl rośnie na długość i wysuwa pędową część zarodka ponad powierzchnię podłoża
- jeżeli rosnący hipokotyl wyniesie na światło liścienie, to zazieleniają się one i powiększają i stanowią pierwsze organy asymilacyjne siewki
- na wierzchołku pędu rozwijają się pierwsze liście i stają się głównymi organami fotosyntezy
- liścienie stopniowo kurczą się, wreszcie więdną i odpadają
- w ten sposób z zarodka rozwija się młody organizm złożony z dwóch części: korzenia i pędu.
Morfologia korzenia
System palowy ŕ (u większości nagozalążkowych i dwuliściennych); obejmuje korzeń główny, rosnący pionowo w dół, oraz korzenie boczne, zwykle krótsze i cieńsze od głównego. Korzeń główny rozwija się z zawiązka korzeniowego zarodka i w związku z tym nazywa się korzeniem pierwotnym. Korzenie boczne wyrastają w pewnej odległości od merystemu wierzchołkowego korzenia macierzystego, ale jeszcze w strefie korzenia pierwotnego. System palowy może mieć znaczną długość i, sięgając głęboko w dół, docierać do warstw podłoża zawierających większe ilości wody.
System wiązkowy ŕ (u paprotników i jednoliściennych); u tych roślin korzeń pierwotny wcześnie przestaje rosnąć, a nawet zanika, a na jego miejsce z podstawy pędu wyrastają liczne nowe korzenie. Korzenie takie nazywają się przybyszowymi. W systemie utworzonym z takich korzeni żaden nie góruje rozwojem nad innymi, w związku z czym powstaje pęczek równorzędnych, mniej więcej jednakowych korzeni, zwykle cienkich i wiotkich. Wiązkowy system korzeniowy występuje też u niektórych dwuliściennych, np.: u tych, które wytwarzają podziemne łodygi - kłącza, a na nich korzenie przybyszowe.
Budowa pierwotna korzenia
- w typowym przypadku praskórka różnicuje się w skórkę (epidermę) korzenia
- liczne komórki skórki korzeniowej wytwarzają tu włośniki (tzw. strefa włośnikowa)
- rozwijający się włośnik stanowi początkowo uwypuklenie komórki włośnikowej, do którego przechodzi jądro komórkowe. Uwypuklenie to szybko rośnie, przy czym jądro znajduje się zawsze w jego partii szczytowej, jednocześnie zaś cała komórka ulega silnej wakuolizacji.
- młoda skórka i jej komórki włośnikowe stanowią układ chłonny rośliny
- pod skórką rozwija się z pramiękiszu stosunkowo gruby cylinder tkanki miękiszowej, tworzący korę pierwotną. Jej komórki są żywe i cienkościenne, a między nimi występują dość znaczne przestwory międzykomórkowe
- najbardziej wewnętrzna i najczęściej pojedyncza warstwa komórek kory pierwotnej wykształciła się w korzeniu jako endoderma. W typowej endodermie komórki przylegają do siebie i mają charakterystyczną budowę ścian, mianowicie pasemka Caspary'ego. Stwierdzono w nich obecność ligniny i suberyny. Pasemka te stanowią bariery dla przepływu roztworów wodnych
- w niektórych korzeniach (u jednoliściennych) mogą odkładać się grube warstwy ściany komórkowej, zawierającej celulozę, ligninę i suberynę. Tego typu komórki endodermy stają się martwe, jedynie niektóre komórki, leżące naprzeciw pasm drewna, często pozostają żywe. Umożliwiają one przenikanie wody i jonów z kory pierwotnej do tkanek drewna. Komórki te zwane są przepustowymi
- tkanki znajdujące się wewnątrz cylindra tworzonego przez endodermę stanowią walec osiowy, czyli stelę. Rozwijają się z prokambium
- zewnętrzna tkanka walca osiowego przylegająca do endodermy wykształca się jako cylinder okolnicy, zwanej inaczej perycyklem
- pierwsze elementy drewna różnicują się z prokambium w bezpośrednim sąsiedztwie okolnicy. Są to naczynia lub cewki o małej średnicy i pierścieniowatych lub spiralnych zgrubieniach ścian. Ta wczesna forma drewna pierwotnego nosi nazw protoksylemu
- pomiędzy pasmami drewna różnicuje się łyko, jego pierwsze elementy noszą nazwę protofloemu
- metaksylem - późniejsze elementy przewodzące drewna pierwotnego różnicujące się w kierunku do środka walca osiowego
- metafloem - różnicujące się późniejsze elementy łyka
Charakterystyczne cechy budowy pierwotnej korzenia:
- naprzemianległy, promieniowy układ protoksylemu i protofloemu
- dośrodkowy kierunek różnicowania się drewna
- dobrze wykształcona okolnica i endoderma
w strefach starszych zewnętrzne warstwy kory pierwotnej korkowacieją i stają się tkanką okrywającą, ochraniającą wnętrze korzenia. Nazywa się ona egzodermą.