Основные ткани растений (занятие 1)

Цель работы: разобраться в особенностях строения и функционирования основных тканей растений; изучить особенности анатомического строения стеблей травянистых растений.

Необходимые материалы и оборудование: микроскопы, постоянные препараты.

Задания:

1. Рассмотреть поперечный срез стебля кукурузы (Zea mays L.) при малом и при большом увеличении микроскопа. Нарисовать схему поперечного среза при малом увеличении, отметив на ней эпидермис, склеренхиму, паренхиму, проводящие пучки. В проводящих пучках найти ситовидные трубки с клетками-спутницами, флоэмную паренхиму, сосуды ксилемы, волокна склеренхимы. При большом увеличении зарисовать один проводящий пучок с прилегающими клетками паренхимы. Красным цветом показать одревесневшие ткани.

2. Рассмотреть поперечный срез стебля тыквы (Cucurbita pepo L.) при малом и большом увеличении микроскопа. Нарисовать схему поперечного среза при малом увеличении, отметив на ней эпидермис, склеренхиму, паренхиму, проводящие пучки, воздушную полость. В проводящих пучках отметить флоэмную паренхиму, сосуды ксилемы, волокна склеренхимы, камбий. Зарисовать один проводящий пучок с прилегающими клетками паренхимы при большом увеличении. Красным цветом показать одревесневшие ткани.

Тканями принято называть комплексы клеток, сходных по строению, выполняющих определенные функции и имеющих общее происхождение.

При характеристике тканей стоит обратить особое внимание на форму и особенности строения клеток, расположение ткани и ее функции. Удлинённые клетки называют прозенхимными, а клетки, имеющие практически равные длину, ширину и высоту - паренхимными.

Ткани могут состоять из однотипных или из разных клеток. Клетки растений соединены между собой при помощи цитоплазматических нитей – плазмодесм, проходящих через поры в клеточной стенке.

Меристемы, или образовательные ткани, состоят из живых, тонкостенных, плотно прилегающих друг к другу клеток без крупных вакуолей. У растений способны к митотическому делению только клетки меристемы. В зависимости от положения в теле растения могут быть выделены:

а) верхушечная меристема – расположена на верхушке стебля и под корневым чехликом в корне, обеспечивает рост растения в длину;

б) боковая, или латеральная (камбий) меристема – расположена в корне и стебле; способствует росту растений в толщину; камбий характерен для двудольных и голосеменных растений и не характерен для однодольных;

в) вставочная, или интеркалярная меристема – находится в основании междоузлий некоторых растений, например, злаков; обеспечивает рост в длину отдельных междоузлий;

г) раневая меристема возникает в местах повреждений.

Ткани, возникшие в результате дифференциации клеток меристем, называют постоянными. К ним относятся все остальные типы тканей.

Основные ткани, или паренхимы, состоят из живых, обычно рыхло расположенных клеток с тонкими стенками. В зависимости от выполняемой функции различают ассимилирующую (фотосинтезирующую), запасающую, водоносную, воздухоносную (аэренхиму), поглощающую (эпиблема, или ризодерма - поверхностная ткань зоны всасывания корня с корневыми волосками).

Покровные ткани растений защищают внутренние ткани от механических повреждений, иссушения, проникновения микроорганизмов, а также регулируют транспирацию и газообмен. К покровным тканям относятся:

а) эпидермис (кожица) – живая однослойная ткань, состоящая из плотно сомкнутых, как правило, лишённых хлорофилла прозрачных клеток. В эпидермисе могут находиться устьица - отверстия между двумя замыкающими клетками с неравномерно утолщёнными оболочками. Замыкающие клетки устьиц – обычно единственные клетки эпидермиса, способные к фотосинтезу. Благодаря этой особенности, устьица участвуют в газообмене и транспирации. Эпидермисом покрыты все незимующие части растений.

б) пробка, образованная пробковым камбием, на которую заменяется эпидермис в конце первого вегетационного сезона. Пробка состоит из довольно плотно прилегающих друг к другу мёртвых, обычно заполненных воздухом клеток, клеточная оболочка которых пропитана суберином. Для дыхания внутренних тканей служат специальные участки рыхло расположенных клеток – чечевички.

в) корка – тоже мёртвая покровная ткань, покрывающая стволы и корни многолетних растений, в первую очередь деревьев.

Механические ткани выполняют в растениях опорную функцию, придают органам прочность. К ним относятся колленхима, образованная живыми плотно сомкнутыми клетками с неравномерно утолщённой целлюлозной оболочкой, и склеренхима, представленная мёртвыми удлинёнными клетками с толстой одревесневшей (пропитанной лигнином) оболочкой. Клетки склеренхимы (так называемые древесинные и лубяные волокна) могут быть расположены среди проводящих тканей.

Проводящие ткани, отвечающие за передвижение в растении воды и минеральных веществ (ксилема, или древесина) и органических веществ (флоэма, или луб), представляют собой комплексные образования. Ксилема состоит из сосудов (у голосеменных – трахеид), древесинной паренхимы и древесинных волокон. Транспорт осуществляется по сосудам – полым трубочкам, состоящим из мёртвых, лишённых содержимого клеток-члеников, между которыми находятся отверстия – перфорации. Трахеиды – мёртвые клетки, суженные к концам. Древесинные волокна, сосуды и трахеиды – мёртвые клетки, оболочки которых пропитаны суберином. Флоэма состоит из ситовидных трубок, клеток-спутниц, лубяной паренхимы и лубяных волокон. Транспорт осуществляется по ситовидным трубкам, состоящим из живых, но безъядерных клеток-члеников, между которыми находится ситовидная пластинка с мелкими отверстиями, напоминающая сито. Клетки-спутницы имеют ядро и обеспечивают клетки ситовидных трубок необходимой энергией.

Как правило, флоэма и ксилема располагаются рядом друг с другом, образуя так называемые проводящие, или сосудисто-волокнистые, пучки. Если между ксилемой и флоэмой есть камбий, пучок называется открытым, если нет – закрытым. Для двудольных и голосеменных растений обычно характерны открытые, для однодольных – закрытые проводящие пучки.

У растений могут встречаться и выделительные ткани – млечники, нектарники, железистые волоски, смоляные каналы. В большинстве случаев в выделительных тканях накапливаются вещества, защищающие растения от поедания животными и проникновения микроорганизмов.

Анатомическое строение стебля травянистых растений

В стебле обычно выделяют 3 анатомо-топографические зоны: покровную, первичной коры и центрального, или осевого, цилиндра.

Стебель травянистых растений снаружи покрыт эпидермисом, под которым залегает первичная кора, состоящая либо только их паренхимы, либо из паренхимы и механической ткани (у однодольных – склеренхимы, у двудольных – колленхимы). Наружные слои паренхимных клеток часто зелёные, способны к фотосинтезу. Внутренний слой первичной коры дифференцируется в крахмалоносное влагалище, или эндодерму. Стенки клеток крахмалоносного влагалища часто неравномерно утолщены, пропитаны суберином и лигнином (на срезах видны как пояски Каспари).

Внутреннюю часть стебля занимает центральный цилиндр, состоящий из проводящих, механических и запасающих тканей. Периферическую часть центрального цилиндра, отделяющую проводящие пучки от первичной коры, называют перициклом. Он представлен либо паренхимой, либо склеренхимой (иногда перицикл отсутствует).

У травянистых двудольных растений проводящие пучки расположены кольцом вокруг сердцевины. При этом центральный цилиндр может иметь пучковое или непучковое строение. Проводящие пучки открытые (есть камбий), коллатеральные или биколлатеральные. Между ними находятся широкие или узкие сердцевинные лучи из паренхимы. Механические ткани обычно занимают периферическое положение, при этом колленхима входит в состав первичной коры, а склеренхима – в состав перицикла (склеренхима может отсутствовать).

Поперечный срез стебля кукурузы

В стебле кукурузы почти не развита первичная кора. Под эпидермисом расположено тонкое кольцо клеток склеренхимы из толстостенных одревесневших плотно прилегающих друг к другу клеток. Часть проводящих пучков примыкает к склеренхиме, другие расположены среди паренхимных клеток центрального цилиндра.

Особенностью проводящих пучков кукурузы (как и других злаков) является правильное чередование ситовидных трубок и клеток-спутниц во флоэме и немногочисленные сосуды ксилемы (рис. 63).

Проводящие пучки закрытые, коллатеральные. Флоэма имеет вид сети, имеющей крупные ячейки (клетки ситовидных трубок) и мелкие узлы (прямоугольные клетки-спутницы с зернистым содержимым). Ксилема представлена 3-5 сосудами, между которыми находятся одревесневшие клетки механической ткани. При развитии пучка некоторые внутренние элементы ксилемы разрушаются, и образуется воздухоносная полость.

Проводящие пучки окружены обкладкой из механической ткани (склеренхимы) (рис. 64).

Поперечный срез стебля тыквы

На поперечном срезе стебля тыквы видна покровная ткань – эпидермис из плотно сомкнутых клеток, покрытых слоем кутикулы. Местами на эпидермисе заметны многоклеточные волоски (рис. 65).

Под эпидермисом находятся участки механической ткани – уголковой колленхимы, для которой характерно утолщение стенок в местах соединения нескольких клеток, при этом смежные стенки двух соседних клеток остаются тонкими.

Между отдельными участками колленхимы и внутрь от колленхимы расположены клетки паренхимы, округлые в очертании, часто с хлоропластами. Внутренний слой паренхимы представляет собой эндодерму – крахмалоносное влагалище. Колленхима и паренхима с эндодермой вместе составляют первичную кору стебля, окружающую центральный проводящий цилиндр.

Внутрь от эндодермы расположено узкое кольцо плотно сомкнутых одревесневших многоугольных клеток склеренхимы (волокон) и несколько слоёв паренхимных клеток. Вместе склеренхима и паренхима составляют наружную часть центрального цилиндра – перицикл.

В центральной части среза находится пятилучевая воздушная полость, образовавшаяся в результате разрушения паренхимных клеток. Между лучами полости и снаружи от них среди клеток паренхимы расположены проводящие пучки – 5 больших и 5 маленьких.

Пучки построены по одному плану, но лучше детально рассматривать крупный пучок (рис. 66). В центре каждого пучка расположена ксилема (обычно на срезах обработанных флороглюцином и соляной кислотой – красного цвета, т.е. ее клетки одревесневшие, содержат лигнин). В ней видны крупные отверстия с толстыми стенками – сосуды и мелкие клетки механической ткани. С внешней и внутренней стороны к ксилеме прилегает флоэма (т.е. пучки биколлатеральные). Флоэма состоит из крупных округло-многоугольных клеток ситовидных трубок (иногда заметны ситовидные пластинки), мелких клеток-спутниц и немногочисленных клеток паренхимы. Камбий, расположенный между ксилемой и наружной флоэмой, заметен только при большом увеличении микроскопа. Он представляет собой слой тонкостенных клеток, способных к делению. Вновь образованные клетки со временем дифференцируются в ксилему (внутрь от камбия) или флоэму (наружу от камбия).

У однодольных травянистых растений проводящие пучки расположены диффузно, они закрытые, коллатеральные или концентрические. Из механических тканей обычна склеренхима, вторичного утолщения стебля, как правило, нет.

Вопросы к пройденному материалу:

1. Какие типы тканей встречаются у растений? В чем их особенности?

2. Дайте сравнительную характеристику флоэмы и ксилемы.

3. Назовите отличия в анатомическом строении стебля однодольных и двудольных травянистых растений.

4. Назовите и объясните особенности типов строения проводящих пучков (открытый и закрытый коллатеральный, биколлатеральный, концентрический, радиальный).