Введение

Тип эукариотической клетки, присутствующей в зеленых растениях. Научный журнал.

Растительные клетки — это клетки, присутствующие в зеленых растениях, фотосинтезирующие эукариоты царства Plantae. Их отличительные особенности включают первичные клеточные стенки, содержащие целлюлозу, гемицеллюлозы и пектин, наличие пластид, способных осуществлять фотосинтез и запасать крахмал, крупную вакуоль, регулирующую тургорное давление, отсутствие флагеллы или центриолей, за исключением гамет, и уникальный способ деления клеток, включающий формирование клеточной пластинки или фрагмопласта, разделяющего новые дочерние клетки.

Характеристики растительных клеток

У клеток растений есть клеточные стенки, состоящие из целлюлозы, гемицеллюлоз и пектина, формирующиеся за пределами клеточной мембраны. Их состав отличается от клеточных стенок грибов, состоящих из хитина, бактерий, состоящих из пептидогликана, и архей, состоящих из псевдопептидогликана. Во многих случаях лигнин или суберин выделяются протопластом в виде вторичных слоев стенки внутри первичной клеточной стенки. Кутин секретируется наружу от первичной клеточной стенки и в наружные слои вторичной клеточной стенки эпидермальных клеток листьев, стеблей и других надземных органов, формируя кутикулу растения. Клеточные стенки выполняют множество важных функций. Они обеспечивают форму, формируя ткани и органы растения, и играют важную роль в межклеточной коммуникации и взаимодействии растений с микроорганизмами. Клеточная стенка эластична во время роста и имеет небольшие поры, называемые плазмодесмами, которые обеспечивают обмен питательными веществами и гормонами между клетками. Многие типы растительных клеток содержат большую центральную вакуоль – объем, заполненный водой и окруженный мембраной, известной как тонопласт, которая поддерживает тургор клетки, контролирует перемещение молекул между цитозолем и клеточным соком, накапливает полезные вещества, такие как фосфор и азот, и переваривает отходы белков и органелл. Специализированные пути межклеточной коммуникации, известные как плазмодесмы, представлены в виде пор в первичной клеточной стенке, через которые плазмолемма и эндоплазматическая сеть соседних клеток являются непрерывными. Растительные клетки содержат пластиды, наиболее заметными из которых являются хлоропласты, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который преобразует энергию солнечного света в химическую энергию, используемую растением для производства собственной пищи из воды и углекислого газа в процессе, известном как фотосинтез. Другие типы пластид включают амилопласты, специализирующиеся на хранении крахмала, элайопласты, специализирующиеся на хранении жиров, и хромопласты, специализирующиеся на синтезе и хранении пигментов. Как и в митохондриях, которые имеют геном, кодирующий 37 генов, пластиды имеют собственные геномы, состоящие примерно из 100–120 уникальных генов, и рассматриваются как происходящие от прокариотических эндосимбионтов, обитавших в клетках раннего эукариотического предка наземных растений и водорослей. Деление клеток у наземных растений и некоторых групп водорослей, в частности харофитов и хлорофитовых, происходит путем формирования фрагмопласта в качестве матрицы для построения клеточной пластинки на поздней стадии цитокинеза. Подвижные, свободно плавающие сперматозоиды мхов и папоротников, цикадовых и гинкго – единственные клетки наземных растений, имеющие жгутики, подобные тем, что встречаются в животных клетках. Хвойные и цветковые растения не имеют подвижных сперматозоидов и лишены как жгутиков, так и центриолей.

Типы растительных клеток и тканей

Растительные клетки дифференцируются из недифференцированных меристематических клеток (аналогичных стволовым клеткам животных) для формирования основных классов 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, выполняющие разнообразные функции, от хранения и поддержки до фотосинтеза (мезофильные клетки) и загрузки флоэмы (трансферные клетки). Помимо ксилемы и флоэмы в их сосудистых пучках, листья состоят главным образом из клеток паренхимы. Некоторые клетки паренхимы, например, в эпидермисе, специализированы для проникновения света и фокусировки или регулирования газообмена, в то время как другие являются одними из наименее специализированных клеток в растительных тканях и могут оставаться тотипотентными, сохраняя способность к делению и образованию новых популяций недифференцированных клеток на протяжении всей жизни. Клетки паренхимы имеют тонкие, проницаемые первичные клеточные стенки, обеспечивающие транспорт небольших молекул между ними, а их цитоплазма отвечает за широкий спектр биохимических функций, таких как секреция нектара или синтез вторичных метаболитов, отпугивающих травоядных. Клетки паренхимы, содержащие много хлоропластов и преимущественно участвующие в фотосинтезе, называются хлоренхимой. Клетки хлоренхимы – это клетки паренхимы, вовлеченные в процесс фотосинтеза. Другие, такие как большинство клеток паренхимы в клубнях картофеля и семенных долях бобовых, выполняют функцию запасания.

Колленхима

Колленхимовые клетки живы в зрелом состоянии и имеют утолщенные целлюлозные клеточные стенки. Клетки колленхимы обычно довольно вытянутые и могут делиться поперечно, создавая септированный вид. Функция этого типа клеток заключается в поддержании растущих в длину осей растения, а также в обеспечении гибкости и прочности на разрыв тканей. Первичная клеточная стенка лишена лигнина, который придал бы ей жесткость, поэтому этот тип клеток обеспечивает так называемую пластическую поддержку – поддержку, способную удерживать молодое стебло или черешок в воздухе, при этом сами клетки могут растягиваться по мере удлинения окружающих их клеток. Растяжимая поддержка (без упругого возврата в исходное положение) – хорошее описание функции колленхимы. Части волокон в сельдерее состоят из колленхимы.

Склеренхима

Склеренхима – это ткань, состоящая из двух типов клеток: склерей и волокон, у которых утолщенные, лигнифицированные вторичные стенки формируются внутри первичной клеточной стенки. Вторичные стенки затвердевают клетки и делают их непроницаемыми для воды. В результате склереи и волокна обычно мертвы к моменту функциональной зрелости, и цитоплазма отсутствует, оставляя пустое центральное пространство. Склереи, или каменные клетки (от греческого skleros – твердый), – это твердые, прочные клетки, придающие листьям или плодам зернистую текстуру. Они могут сдерживать поедание растений, повреждая пищеварительные проходы у личиночных стадий мелких насекомых. Склереи формируют твердую оболочку косточек персиков и многих других плодов, обеспечивая физическую защиту развивающегося ядра. Волокна – это удлиненные клетки с лигнифицированными вторичными стенками, которые обеспечивают несущую поддержку и прочность на растяжение листьям и стеблям травянистых растений. Волокна склеренхимы не участвуют в проведении воды и питательных веществ (как в ксилеме) или углеводных соединений (как во флоэме), но, вероятно, произошли от инициальных клеток ксилемы и флоэмы у ранних наземных растений.

Ксилема

Ксилема — это сложная сосудистая ткань, состоящая из водопроводящих трахеид или сосудистых элементов, а также волокон и клеток паренхимы. Трахеиды — это удлиненные клетки с лигнифицированным вторичным утолщением клеточных стенок, специализирующиеся на проведении воды, и впервые появились у растений во время их перехода к наземному образу жизни в силурийский период, более 425 миллионов лет назад (см. Куксония). Наличие ксилемы-трахеид определяет сосудистые растения, или трахеофиты. Трахеиды — это заострённые, удлиненные ксилемические клетки, самые простые из которых имеют непрерывные первичные клеточные стенки и лигнифицированные вторичные утолщения стенок в виде колец, обручей или сетчатых образований. Более сложные трахеиды с клапанными перфорациями, называемыми порами, характерны для голосеменных. Папоротники и другие птеридофиты, а также голосеменные имеют только ксилему-трахеиды, в то время как у цветковых растений также есть ксилемические сосуды. Сосудистые элементы — это полые ксилемические клетки без концевых стенок, выстроенные последовательно, чтобы образовать длинные непрерывные трубки. Мхи не имеют настоящей ксилемы, но их спорофиты содержат водопроводящую ткань, известную как гидрома, которая состоит из удлиненных клеток более простого строения.

Флоем

Флоэма – это специализированная ткань высших растений, предназначенная для транспорта питательных веществ, в основном сахарозы, по градиентам давления, создаваемым осмосом – процессу, называемому транслокацией. Флоэма является сложной тканью, состоящей из двух основных типов клеток: ситовых трубок и тесно связанных с ними клеток-компаньонов, а также клеток паренхимы, флоэмных волокон и склерейд.