15
1. В чем сущность автотрофного и гетеротрофного питания растительных организмов? Каковы типы гетеротрофного питания?
По характеру пищи, используемой в процессе жизнедеятельности, все живые организмы делятся на автотрофных и гетеротрофных. Неорганические составные -- CO2, H2O и др. -- служат основной пищей для автотрофных организмов (большинство растений), которые синтезируют из них путём фотосинтеза или хемосинтеза органические вещества: белки, жиры, углеводы, -- составляющие пищу гетеротрофных организмов (ряд растений, все Грибы, животные и человек). Помимо белков жиров и углеводов гетеротрофным организмам необходимы витамины, нуклеиновые кислоты и микроэлементы.
Автотрофы -- организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические вещества. Часть организмов (фотоавтотрофы) использует для этого энергию солнца. К ним относятся высшие растения (исключение составляют растения-паразиты), водоросли (фотоавтотрофные протисты), фотосинтезирующие бактерии. Они получают энергию в ходе фотосинтеза, осуществляющегося в хлоропластах (эукариоты) или на клеточных мембранах (прокариоты). В ходе фотосинтеза образуется не только глюкоза, но и аминокислоты, используемые для построения белков. Другие организмы используют для этого энергию, высвобождающуюся в ходе химических реакций. Такие организмы называются хемоавтотрофами. К хемотрофам относятся хемосинтезирующие бактерии, образующие органику в ходе хемосинтеза. Автотрофы являются продуцентами в сообществах, именно они составлют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей)
Гетеротрофы -- организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются органические вещества, произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы -- это консументы различных порядков и редуценты.
Некоторые организмы (например, хищные растения) сочетают в себе признаки как автотрофов, так и гетеротрофов. Такие организмы называются миксотрофами.
У низших организмов выделяют три типа питания продуктами в основном растительного происхождения, т.е. гетеротрофного питания: симбиотический, паразитический и сапрофитный.
При симбиотическом питании один организм питается отходами другого, не причиняя ему вреда. Например, нитрифицирующие бактерии, живущие на бобовых растениях снабжают их азотом. В кишечнике млекопитающих находятся бактерии, помогающие расщеплять питательные вещества, например кишечная палочка E.coli. Благодаря безвредности данной бактерии для человека она широко используется при создании БСС.
При паразитическом питании организм-паразит разрушает системы жизнедеятельности организма-хозяина.
При сапрофитном питании организмы выделяют ферменты на мертвый или разлагающийся органический материал. К ним относятся грибы, ряд бактерий и насекомых. Некоторые сапрофиты выделяют ферменты протеазы, способные разлагать белки, растворять оболочки других клеток, в том числе болезнетворных. Поэтому протеазы широко применяют в качестве объектов биотехнологии в моющих средствах, а также в БСС для обнаружения с помощью ферментативных реакций различных специфичных для них белков-субстратов (Блукет и др., 2001).
2. Перечислить меристемные ткани; указать их местоположение в теле растения и те постоянные ткани, которые они образуют. Объяснить, почему одни из меристем называются первичными, а другие - вторичными
Меристемы (греч. meristos - делимый, делитель) стоят особняком среди других тканей, поскольку состоят из живых недифференцированных клеток, способных постоянно делиться. В онтогенезе этот тип растительных тканей возникает первым в результате деления зиготы. На ранних этапах развития весь зародыш состоит из меристем. Затем из них образуются все ткани растения.
Процесс детерминации (лат. determinare - определять) происходит следующим образом. Сначала в клетке возникает полярность. Она выражается в неодинаковой организации полюсов клетки. Полярность наблюдается уже в яйцеклетке, которая находится в зародышевом мешке. Так, у нее выделяют халазный полюс и полюс, обращенный к пыльцевходу (микропиле). Полярность меристематических клеток, которые детерминируются в клетки различных тканей, определяется различными факторами окружающей среды. Такие факторы могут иметь физическую природу (температура, свет, сила притяжения Земли и т.д.) или химическую (ионы, фитогормоны и другие вещества, выделяемые микроокружением). Детерминация приводит к внутриклеточным биохимическим перестройкам, в результате чего клетка получает способность развиваться специализированно, т.е. морфологически дифференцироваться в специализированную клетку ткани, определенной детерминацией.
Следующим этапом будет рост клеток. Этот процесс проходит удивительно согласованно. При этом не происходит смещения клеточных стенок относительно друг друга и цитоплазматические связи между соседними клетками сохраняются. В результате дифференцировки клетка приобретает окончательные размеры и форму, но утрачивает способность размножаться. Вероятно, митостатическое воздействие оказывает микроокружение, так как выделение неделящихся клеток приводит к превращению ее в делящуюся клетку каллуса.
Сами меристемы состоят из клеток двух типов. Клетки первого типа называются инициальными (лат. initialis - начальный). Они способны неограниченно долго размножаться (аналогичные клетки животных называются стволовыми). При этом после деления одна дочерняя клетка сохраняет свойства инициальной, а другая, продолжая делиться, детерминируется как клетка определенной ткани и приступает к начальным этапам дифференцировки. Именно они представляют собой клетки второго типа.
Инициальных клеток обычно бывает немного, иногда всего одна. Расположенные на апексах (верхушках осевых органов) они часто имеют форму многогранника (по граням здесь и происходят деления клетки).
Морфологически клетки меристем отличаются от других рядом признаков. Внешне они представляют собой похожие друг на друга относительно мелкие клетки с тонкими стенками, способными к растяжению. Ядро занимает центральное положение, вокруг ядра располагается сравнительно небольшое количество цитоплазмы. Характерно сильное развитие гранулярного эндоплазматического ретикулума, что свидетельствует об усиленном синтезе белков в клетке. Имеется много митохондрий, зато вакуоли мелкие, под световым микроскопом они не различимы.
Образовательные ткани в теле растения располагаются в разных местах, в связи с чем их делят на несколько групп.
Верхушечные, или апикальные, меристемы располагаются на верхушках (апексах) осевых органов -- стебля или корня. С помощью этих меристем вегетативные органы растений осуществляют свой рост в длину. Если такие меристемы выделить из соответствующих органов культурных растений и вырастить на питательной среде, можно получить посадочный материал, не зараженный вирусами.
Латеральные меристемы также характерны для осевых органов, где располагаются концентрически, в виде муфты. Специализированные клетки здесь располагаются как внутри (ближе к сердцевине), так и снаружи (ближе к поверхности тела). Первичные латеральные меристемы образуются из апикальных и дают начало всем тканям растения. В дальнейшем их развитие у разных форм растений происходит по-разному. У древесных они сохраняются в течение всей жизни в виде камбия, обеспечивая вторичное утолщение. У травянистых форм латеральные меристемы быстро исчезают, поэтому вторичное утолщение у них не происходит.
Интеркалярные (лат. intercalate - внедрять), или вставочные, меристемы происходят от верхушечных. Они представляют собой группы клеток, еще способных размножаться, но уже вставших на путь дифференциации. Инициальных клеток среди них нет, зато много специализированных.
Интеркалярные меристемы можно обнаружить в основании молодых листьев. Они характерны для злаков, где располагаются в нижних частях междоузлий, окруженных влагалищем листа. Эта особенность позволяет подниматься полегшим после сильного ветра злакам - изгиб побега образуется именно в указанных выше местах.
Раневые меристемы обеспечивают восстановление поврежденной части тела. Они образуются из расположенных рядом с поврежденными участками специализированных живых клеток. Регенерация начинается с дедифференциации - обратного развития от специализированных клеток к меристематическим. Вступившие в этот процесс клетки вновь обретают способность делиться. Оказавшись на поверхности, они превращаются в феллоген, который, в свою очередь, образует пробку, покрывающую поверхность раны.
В другом случае дедифференцированные клетки, делясь, образуют рыхлую паренхиматозную ткань - каллус (лат. callus - толстая кожа, мозоль). При определенных условиях из него могут формироваться органы растения. Иногда из клеток каллуса могут развиваться зародыши, которые впоследствии развиваются в самостоятельный организм (это легко наблюдать на отрезанном листе бегонии, где зародыши будут развиваться из эпидермальных клеток в области перерезанных жилок).
Первичные меристемы обладают меристематической активностью, т. е. способны к делению изначально. В ряде случаев способность к активному делению может вновь возникнуть и у клеток, уже почти утративших это свойство. Такие «вновь» возникшие меристемы называют вторичными.
Первичными меристемами являются апикальная, прокамбий и интеркалярная, вторичными -- камбий и феллоген, перицикл и раневая меристема (Родионова и др., 1990).
3. Охарактеризовать функции и строение корневых волосков
Различные части корня выполняют неодинаковые функции и характеризуются определенными морфологическими особенностями. Поступление почвенного раствора в корень происходит преимущественно через зону всасывания, поэтому чем больше поверхность этого участка корня, тем лучше он выполняет свою основную всасывающую функцию. Именно в связи с этой функцией часть клеток кожицы вытянута в корневые волоски длиной 0,1--8 мм. Корневые волоски появляются в виде небольших сосочков -- выростов клеток эпиблемы. Рост волоска осуществляется у его верхушки. Оболочка корневого волоска растягивается быстро. По прошествии определенного времени корневой волосок отмирает. Продолжительность его жизни не превышает 10--20 дней.
Почти всю клетку корневого волоска занимает вакуоль, окруженная тонким слоем цитоплазмы. Ядро располагается в цитоплазме возле верхушки волоска. Корневые волоски способны охватывать частички почвы, как будто срастаются с ними, что облегчает поглощение из почвы воды и минеральных веществ. Поглощению способствует также выделение корневыми волосками различных кислот (угольной, яблочной, лимонной, щавелевой), которые растворяют частички почвы.
Формируются корневые волоски очень быстро (у молодых сеянцев яблони за 30--40 ч). На 1 кв. мм корня при благоприятных условиях образуется до 300--400 корневых волосков, которые создают огромную поглощающую поверхность. У одной особи четырехмесячного растения ржи примерно 14 млрд. корневых волосков с площадью поглощения около 400 м2 и суммарной длиной более 10 тыс. км; поверхность всей корневой системы, включая корневые волоски, составляет примерно 640 м2, т.е. в 130 раз больше, чем у побега. Функционируют корневые волоски недолго -- обычно 10--20 дней. Средняя медленность жизни волоска у винограда -- от 10 до 40 суток. Сменяют отмершие корневые волоски в более нижней части корня новые. Таким образом, наиболее деятельная, всасывающая зона корней все время перемещается вглубь и в стороны вслед за растущими кончиками разветвлений корневой системы. При этом общая всасывающая поверхность корней все время увеличивается.
Страницы: 1, 2
