Анатомія рослин: практикум - Панюта О.О. 2019
Тема 1. Клітина
Лабораторна робота № 1. Особливості будови рослинної клітини в світловому мікроскопі
Теоретичні відомості. Живі клітини рослини мають клітинну стінку та внутрішній вміст. Клітинна стінка оточує з усіх боків цитоплазматичний вміст і є захисним утворенням.
В молодих клітинах стінка дуже тонка, ніжна, еластична та прозора. Вона складається з целюлози, або клітковини. Це речовина, що належить до групи вуглеводів-полісахаридів загальної формули (С6Н10О3)n. До складу клітинної стінки в певній кількості входять і пектинові речовини, що своїм складом та властивостями близькі до вуглеводів. Пектинові речовини заповнюють проміжки між фібрилами целюлози. З них складається міжклітинна речовина, яка склеює між собою стінки сусідніх клітин.
Властивості та склад клітинної стінки в міру розвитку клітини та всієї рослини змінюються. Вона стає грубішою, в ній виникають потовщення, які бувають рівномірні та нерівномірні. В деяких місцях клітинної стінки лишаються тоненькі ділянки без потовщень. Ці місця називають порами. Потовщення мають різний характер. Смужки потовщень можуть мати вигляд кілець, спіралей, сіточок тощо. В дорослих клітинах у багатьох рослин змінюється і хімічний склад стінки, а саме: вона може дерев’яніти, корковіти, ослизнюватись, кутинізуватись, мінералізуватись та ін.
Якщо міжклітинна речовина руйнується, то клітини роз’єднуються і всі тканини рослини розпадаються на окремі клітини. Таке явище спостерігається при мацерації тканин.
Форма клітин, навіть в тій самій рослині, неоднакова. Виділяють дві основні форми клітин: паренхімні та прозенхімні. Паренхімні клітини можуть мати округлу, багатокутну, пластинчасту, зірчасту та ін. форму. До прозенхімних належать клітини видовженої форми, які іноді досягають 1 см та більше в довжину і називаються волокнами.
Зазвичай розмір клітин невеликий, і у різних рослин неоднаковий. Діаметр видовжених клітин не перевищує кількох мікронів, тобто кількох тисячних часток міліметра. У прядивних рослин клітини значно більші і досягають розмірів понад 1 см. Здебільшого клітини в рослин настільки малі, що їх не можна бачити неозброєним оком.
Під клітинною стінкою розташований протопласт, який в основному складається з цитоплазми, ядра, пластид та інших органел. Характер клітинного вмісту змінюється протягом онтогенезу клітини. Так, в молодих клітинах є цитоплазма, ядро, мітохондрії та пластиди. Пізніше, в міру розвитку клітини, в ній виникають одна або декілька вакуолей. Змін зазнають і пластиди. Частина їх залишається безбарвними (лейкопласти), а інші перетворюються в зелені пластиди (хлоропласти) та жовті (хромопласти). Пізніше в клітинах виникають ще інші утворення. Внаслідок фотосинтезу у цитоплазмі клітини виникають крохмаль та олія, а в клітинному соку - розчинні цукри та інші сполуки.
У молодих клітинах цитоплазма заповнює всю порожнину клітини, а в старих клітинах її небагато, і вона утворює тонкий пристінний шар, а вся порожнина клітини заповнена клітинним соком, в якому можуть бути окремі тяжі цитоплазми, що відходять від пристінного шару. Клітинний сік здебільшого безбарвний, а у деяких рослин він забарвлений в червоний, синій або фіолетовий колір. Ці пігменти об’єднуються під загальною назвою - антоціани. Колір клітинного соку залежить також від рН середовища: якщо реакція середовища кисла, то колір соку буде червоним, а якщо лужна - синім. У разі відмирання клітини її внутрішній вміст зникає і залишається лише клітинна стінка. Таких мертвих клітин дуже багато у старих багаторічних дерев, де вони виконують важливу механічну та покривну функції, надаючи рослині міцності і захищаючи її від випаровування води та пошкоджень.
Для дослідження живих рослинних клітин під мікроскопом треба зробити з рослин зрізи і виготовити з них мікроскопічні препарати. Чимало об’єктів можна спостерігати під мікроскопом в цілому вигляді в краплині води, наприклад елодею (Elodea canadensis та Elodea densa), плівку з лусочки цибулі, де клітини розміщені в один шар.
Elodea canadensis часто зустрічається в природі в стоячих водоймах і її легко розводити в акваріумах, а Elodea densa розводять лише в теплицях та в теплих акваріумах. Для виготовлення препарату від стебла елодеї пінцетом відокремлюють листок, розглядають його в краплі води під мікроскопом. Листок складається з двох шарів клітин, причому клітини з верхнього шару більші, ніж з нижнього. Для дослідження краще брати листки з верхівки рослини, на якій утворюються бруньки.
Зелене забарвлення клітин у листку не однакове, що обумовлене різною кількістю хлорофілу в клітинах.
Живі клітини можна також спостерігати під мікроскопом у корінцях та кореневих волосках цибулі.
Найкраще брати для цього молоді кінчики коренів, на яких розвиваються кореневі волоски. Такі кінчики обрізують ножицями, переносять у краплю води на предметне скло і накривають накривним скельцем.
Для дослідження в живому стані клітин надземних частин рослин найкраще брати волоски, їх можна зрізати зі стебла та лист- кових черешків гарбузових, кропиви, яблуні та інших рослин. Дуже гарним об’єктом для таких досліджень є тичинкові нитки з традесканції (Tradescantia virginiana). Препарати з цієї рослини виготовляють таким чином: з молодого суцвіття беруть квіткову бруньку в ліву руку великим і вказівним пальцями так, щоб основа квітки була направлена вгору, і роблять зріз біля основи квітки. Цей зріз проходить через місце прикріплення чашолистків, пелюсток та тичинок. У краплині води пиляки видаляють, а тичинкові нитки накривають накривним скельцем. Під мікроскопом видно, що вони складаються з витягнутих бочкоподібних клітин.
Добре видно під мікроскопом живі клітини з м’якуша кавуна, помідора та інших рослин.
Мета роботи: ознайомитись із особливостями будови живої рослинної клітини.
Матеріали й обладнання: світлові мікроскопи, предметні й покривні скельця, препарувальні голки, пінцети, скляні палички, фільтрувальний папір, ножиці, леза, дистильована вода, розчин йоду в йодиді калію, аніліновий зелений, хлор-цинк-йод, рослинний матеріал.
Препарат. Будова клітин епідерми лусок цибулі городньої (Allium сера L.)
Цей об’єкт дуже зручний для дослідження будови клітин.
Перевага цього об’єкта полягає в тому, що дослідження і вивчення будови клітин можна проводити на живому матеріалі в будь-яку пору року.
При вивченні будови клітин епідерми з лусок цибулі виготовляють чотири препарати на окремих предметних стеклах, які потім обробляють різними фарбами для більш чіткого виявлення детальної будови клітин. Щоб виготовити препарат, треба взяти цибулину, яка має синє забарвлення. З такої цибулини скальпелем знімають одну забарвлену в синій колір лусочку. Взявши її в ліву руку опуклим боком догори, правою рукою, кінчиком гострої голки зривають край її, захоплюють його пінцетом і, потягнувши догори вбік, відривають. Місце, захоплене пінцетом, може бути не дуже тонким, бо разом з епідермою будуть захоплені тканини, які лежать під нею, але кінець шкірки, як правило, матиме вигляд тоненької, майже прозорої плівки. Її кладуть у краплю води, відокремивши від неї лезом товстий кінець, який заважатиме накривному скельцю щільно прилягти до предметного скла.
Вміщуючи плівку в краплю води, треба стежити, щоб вона була обернена зовнішньою стороною догори, і добре розправлена, так щоб між накривним скельцем і предметним склом не було бульбашок повітря. Щоб видалити їх, треба зняти накривне скельце, додати краплю води і, притуливши до предметного скла одним боком, повільно опустити його. Якщо при цьому вода вийде з-під накривного скельця, то її треба обережно вибрати фільтрувальним папером і уважно перевірити, щоб поверхня накривного скельця була абсолютно сухою. Виготовлений препарат розглядають спочатку за малого збільшення, вибравши найбільш тонке і чітке місце, а потім, - за великого збільшення.
Клітини епідерми лусок цибулі видовжені і щільно прилягають одна до одної.
На тонкому препараті добре видно, що бічні стінки клітин не суцільні, а ніби пересічені невеличкими тоненькими ділянками - порами.
Рис. 2. Клітини епідерми лусочки цибулі городньої:
1 - оболонка, 2 - цитоплазма, 3 - ядро, 4 - вакуоля
Стінки клітин епідерми лусок безбарвні і прозорі. Щоб побачити верхню та нижню стінки клітин, треба за допомогою мікрометричного гвинта встановити об’єктив так, щоб можна було краще спостерігати їх, але тоді межі між клітинами та вміст клітин буде видно дуже слабо. Щоб детальніше розглянути вміст клітин, треба розглядати клітину в оптичному зрізі. Для цього потрібно трубу мікроскопа встановити так, щоб були чітко визначені бічні стінки.
Розглядаючи препарат (рис. 2), можна помітити, що до клітинної стінки прилягає тоненький шар зернистої цитоплазми. На кінцях клітин та навколо ядра цитоплазма збирається в згустки, від яких відходять цитоплазматичні тяжі по всій клітині до пристінного шару, з яким вони зливаються.
У цитоплазмі завжди можна помітити ядро, яке може міститись як в центрі клітини, так і біля бічної стінки, але завжди в цитоплазмі. В ядрі є одне або двоє ядерець.
Порожнину клітини займають вакуолі з клітинним соком, забарвленим антоціаном у фіолетовий колір.
Уважно розглянувши препарат, приступають до його фарбування. Для цього з одного боку накривного скельця прикладають смужку фільтрувального паперу, а з другого боку - 2-3 краплі розчину анілінового зеленого. Від анілінового зеленого ядра інтенсивно забарвлюються. Цей барвник треба брати розведений, бо від нього забарвлюються також цитоплазма і клітинні стінки.
Зарисувавши препарат, знімають його з предметного столика, беруть другий препарат і в такий же спосіб обробляють його розчином йоду в йодистому калії, від якого цитоплазма пожовтіє, а ядро матиме жовто-бурий колір.
Третій препарат обробляють хлор-цинк-йодом. У зв’язку з тим, що верхня і нижня стінки лежать у площині скла і забарвлюються в синій колір, весь препарат здаватиметься синім. Регулюючи фокусну відстань мікрометричним гвинтом, можна спостерігати вміст клітини - цитоплазму та ядро, які забарвились в жовто-бурий колір.
На препараті, обробленому хлор-цинк-йодом, виразно виступають непотовщені місця в клітинній стінці - пори.
Препарат. Клітини листка елодеї (Elodea canadensis Michx.)
Листок елодеї кладуть на предметне скло в краплину води так, щоб його морфологічно верхня поверхня була зверху, і обережно накривають накривним скельцем так, щоб не було пухирців повітря.
Виготовлений препарат вивчають за малого збільшення мікроскопа. Листкова пластинка складається з двох шарів клітин, причому клітини верхнього шару більші за клітини нижнього. Між клітинами обох шарів помітні міжклітинні порожнини, виповнені водою або повітрям. Клітини листкової пластинки мають паренхімну будову. Всередині листкової пластинки чітко помітна жилка, що складається з кількох шарів видовжених клітин з зеленим вмістом. По краях листкової пластинки помітні видовжені клітини, серед яких деякі утворюють зубчики. За великого збільшення можна помітити тоненьку оболонку та цитоплазму, в якій містяться ядро та хлоропласти. Цитоплазма розміщена біля клітинної стінки. В центрі клітини є вакуоля, виповнена безбарвним клітинним соком.
Препарат. Волоски листка традесканції (Tradescantia virginiana L.)
Волоски традесканції є дуже зручним матеріалом для вивчення будови клітини.
Щоб виготовити препарат, треба відрізати ножицями або скальпелем від основної частини листка, яка притиснута до стебла і густо вкрита волосками, тоненьку смужку, покласти її на предметне скло у краплю води і накрити накривним скельцем. При цьому скельце треба опускати в напрямі від основи волоска до його верхівки, щоб видалити з-під скельця повітря.
Розглядаючи препарат за малого збільшення, можна побачити, що волоски розміщені по краях листка правильним рядом. Волосок складається з клітин, які біля основи короткі і широкі, а на кінці - довгі й вузенькі. Верхня клітина коротка, загострена на кінці. Перевівши мікроскоп на велике збільшення, можна помітити, що стінки клітин тоненькі, двоконтурні. Цитоплазма, що є під стінкою, оточує ядро і відходить від нього по всій клітині цитоплазматичними тяжами, утворюючи сітку. Під мікроскопом дуже добре видно округле ядро - велике і більш щільне, ніж решта вмісту клітини. У цитоплазмі є також лейкопласти - невеличкі білі зернятка, які сильно заломлюють світло.
Препарат. Будова клітини м’якуша кавуна (Citrullus vulgaris Schrad.)
Для вивчення під мікроскопом живих клітин найзручніше ізолювати окремі клітини з м’якуша кавуна. Для цього беруть кусок м’якуша стиглого червоного кавуна, в якому, внаслідок розчинення міжклітинної речовини, добре помітні окремі клітини, що мають вигляд пухирців, роз’єднують їх і пензликом або препарувальною голкою переносять на предметне скло, додаючи краплину соку, що витікає з кавуна.
Рис. 3. Клітини м’якуша кавуна:
1 - клітинна стінка, 2 - струмочки цитоплазми, 3 - ядро з ядерцем, 4 - вакуоля, 5 - хромопласти
Все це обережно розмішують на предметному склі і розглядають за малого та великого збільшення мікроскопа. Під мікроскопом видно окремі світлі клітини (рис. 3).
Розглядаючи цей препарат, можна помітити складові частини клітини, а саме: безбарвну прозору клітинну стінку та внутрішній вміст, що складається з зернистої сіруватої цитоплазми, оранжево-червоних пластид - хромопластів, ядра з ядерцем і клітинного соку.
Розглянувши препарат під малим та великим збільшенням, уважно зарисовують його в альбом.
Препарат. Будова клітини м’якуша помідора (Lycopersicon esculentum Mill.)
Будову клітини можна вивчати на препаратах з червоного помідора.
Для цього гострим скальпелем знімають разом з епідермою трохи м’якуша, розмішують його препарувальною голкою в краплині води на предметному склі так, щоб розмістити масу рівним шаром. Виготовлений препарат накривають накривним скельцем і розглядають спочатку за малого, а потім за великого збільшення.
Клітини м’якуша помідора мають різні розміри та форму: круглу, овальну, видовжену (рис. 4).
Рис. 4. Клітини м’якуша помідора:
А - клітини м’якуша стиглого помідора в нормальному стані, Б - клітини після обробки хлор-цинк-йодом; 1 - клітинна стінка, 2 - цитоплазма, 3 - хромопласти, 4 - крохмальні зерна, 5 - ядро, 6 - вакуолі
На рисунку видно тоненькі клітинні стінки, до яких зсередини прилягає вузький шар зернистої цитоплазми. Від нього в різні боки відходять цитоплазматичні тяжі. В цитоплазмі помітні хромопласти та крохмальні зерна, а також ядро, яке лежить або в центрі клітини, або біля її стінки. Форма ядра кругла або овальна. Цитоплазматичні тяжі в клітині утворюють сітку, в якій розміщені різного розміру вакуолі. Вони мають вигляд неправильної форми пластинок оранжевого кольору. Чим більш стиглий помідор, тим більше в ньому хромопластів. Клітинний сік, що знаходиться у вакуолях, безбарвний. Щоб уважно розглянути препарат і замалювати його в альбом, треба обробити його різними реактивами. Для цього треба з одного боку накривного скельця покласти смужку фільтрувального паперу, а з другого боку нанести 1-2 краплі розчину йоду в йодистому калії.
Під впливом йоду в клітині почнеться плазмоліз, при цьому цитоплазма відокремиться від стінок. Йод забарвлює цитоплазму в жовтий колір, ядро - в бурий, а крохмальні зерна - в синій. Уважно розглянувши препарат, треба порівняти його з рисунком у альбомі і виявити деякі деталі, які на незабарвленому препараті були не дуже помітні.
На іншому предметному склі готують ще один препарат і обробляють його хлор-цинк-йодом, уникаючи надміру цього реактиву. Виготовлений препарат накривають накривним скельцем і розглядають під мікроскопом. Під впливом хлор-цинк-йоду цитоплазма і ядро забарвлюються в бурий колір, клітинна стінка - в синьо-фіолетовий (таку реакцію дає хлор-цинк-йод з целюлозою), а крохмальні зерна - в чорно-синій. Клітинна стінка забарвлюється нерівномірно, внаслідок чого потовщені місця будуть темнішими.
Для того щоб на препараті чіткіше виділити ядро, треба обробити його такими барвниками, від яких інтенсивно забарвиться лише ядро, а клітинна стінка і цитоплазма та інші частини клітини залишаться незабарвленими. До таких барвників належать аніліновий зелений, метиловий зелений та кармін.
При фарбуванні препаратів аніліновим зеленим треба кусочок м’якуша помідора покласти на предметне скло в кілька крапель слабкого розчину цього барвника і добре розмішати препарувальною голкою, щоб відокремити окремі клітини. Після цього препарат накривають накривним скельцем і залишають на кілька хвилин. За цей час фарба проникає крізь стінку в клітину і доходить до ядра, яке забарвлюється в яскраво-зелений колір. У забарвленому ядрі видно одне або двоє ядерець.
Примітка. Для фарбування препаратів треба застосовувати дуже слабкі розчини барвників, оскільки при використанні міцного розчину забарвлюється не лише ядро, а також клітинна стінка і цитоплазма. Те ж саме відбувається і тоді, коли фарбування триває дуже довго.
Крім зазначених об’єктів, для ознайомлення з будовою клітини можна використати: волоски з листка гарбуза, епідерму з лусок звичайної цибулі, епідерму з пелюстки фуксії, листок моху, листок елодеї.
У більшості зазначених вище об’єктів у клітинах можна встановити такі складові частини: клітинну стінку, цитоплазму та ядро. Від пристінного шару цитоплазми відходять до середини клітини цитоплазматичні тяжі, які особливо густо скупчені навколо ядра. Ядро може бути кулястої або овальної форми. В ядрі часто помітно ядерце. Вакуолі заповнені клітинним соком. У цитоплазмі клітин м’якуша кавуна, пелюсток фуксії та ін. можна помітити також хромопласти, які мають вигляд оранжево-червоних зерняток. На рисунках повинні бути зображені такі частини клітини: клітинна стінка, цитоплазма, ядро, ядерце, вакуолі та пластиди.
Препарат. Будова клітини волоска гарбуза
(Cucurbita реро L.)
Дуже зручним об’єктом для вивчення будови клітини є волоски гарбуза. Для виготовлення препарату краще брати волоски зі свіжих зелених листків гарбуза. Для цього на предметне скло наносять краплю води, в яку обережно лезом нашкрябують з нижньої поверхні листка волоски. Далі препарат накривають накривним скельцем і розглядають його спочатку за малого, а потім за великого збільшення, вибравши найчіткіше місце в препараті.
Рис. 5. Клітини волоска гарбуза:
1 - клітинна стінка, 2 - цитоплазма, 3 - ядро
Вміст клітини оточений тонкою клітинною стінкою (рис. 5); всередині клітини міститься цитоплазма, яка тоненьким шаром щільно прилягає до стінки; від пристінного шару цитоплазми відходять цитоплазматичні тяжі, які перетинають клітину у всіх напрямах; в цитоплазмі лежить досить велике і щільне клітинне ядро, яке темніше від цитоплазми, завдяки чому його дуже добре видно; навколо ядра цитоплазма має добре виявлену зернисту будову; весь об’єм клітини в проміжках між цитоплазматичними тяжами заповнений клітинним соком. На свіжому матеріалі в клітинах також добре видно хлоропласти. Живі волоски гарбуза є зручним об’єктом для спостереження струмочкового руху цитоплазми.
Примітка. Волоски гарбуза зручні для спостереження тому, що їх можна розглядати в нормальному природному стані. Рекомендується застосовувати цей матеріал для проведення практичних робіт тоді, коли на рослинах гарбуза є живі зелені листки.
Препарат. Клітини листка моху (Plagiomnium cuspidatum (Hedw.) T.J. Kop.)
Для вивчення клітин листка моху беруть шматочок стебельця моху і пінцетом відривають від нього листок. Листок промивають у воді, а потім кладуть на предметне скло в краплину води і накривають накривним скельцем. Листок моху не вміщується в полі зору мікроскопа, а тому, щоб мати уявлення про його форму, будову та складові частини, препарат треба пересувати.
Листок моху має форму пластинки і складається з одного шару паренхімних клітин багатокутної форми. По краях листкової пластинки помітні зубчики, які утворюються з видовжених прозенхімних клітин.
В паренхімних клітинах помітна багатокутна стінка та живий цитоплазматичний вміст. Стінки клітин складаються з трьох шарів: двох товщих, які належать кожній клітині окремо, та тонкого шару, розміщеного між ними. Він утворює, так звану, серединну пластинку, яка складається з пектинових речовин і має важливе значення, надаючи міцності з’єднання суміжним клітинам.
Вміст клітини складається з цитоплазми і хлоропластів. Хлоропласти мають різну форму: овальну, видовжену тощо. На світлі в хлоропластах можна помітити безбарвні зернятка крохмалю. Ядро помітити складно, бо багато хлоропластів.
Функція різних клітин листкової пластинки моху неоднакова. В паренхімних клітинах, що мають хлоропласти, відбувається фотосинтез, а крайні прозенхімні клітини, що утворюють зубчики, виконують механічну функцію - вони скріплюють краї листкової пластинки.
Посередині листкової пластинки помітна, так звана, жилка листка. Вона складається з кількох шарів видовжених клітин.
Клітинами жилки пересувається вода та розчинені пластичні речовини.
Препарат. Клітини пелюсток квітки фуксії (Fuchsia hybrida hort. ex Siebert & Voss)
Дуже зручним об’єктом для вивчення клітин є пелюстки квітки фуксії. Для виготовлення препаратів беруть окрему пелюстку з квітки фуксії і здирають з неї пінцетом тоненьку епідерму, яку кладуть на предметне скло в краплину води, накривають накривним скельцем і розглядають під мікроскопом за малого та великого збільшення. Під мікроскопом добре видно, що епідерма складається з видовжених клітин, які щільно прилягають одна до одної. Стінки клітин дуже ніжні й тоненькі, вони не прямі, а звивисті. В клітинах є дрібнозерниста цитоплазма, велике ядро з одним, або двома ядерцями, а в деяких клітинах добре помітні безбарвні або забарвлені антоціаном в червоний колір вакуолі.