Растение не только состоит, но и строится из
клеток. Клетки, в свою очередь, не только создают органы, входя в
состав строительных материалов организма - тканей, но и сами в качестве
микроскопических органов выполняют определенные функции.
Рост растений в основном происходит за счет деления и растяжения клеток
по мере поглощения ими поступающей из корней
воды. Но в определенных
участках, таких, как точка роста развивающихся стеблей и корней, рост
растения идет за счет увеличения числа клеток в результате их деления
(митоза).
Митоз можно увидеть в клетках кончика корней семян лука в оптическом микроскопе.
Если применить замедленную киносъемку, то потом на экране
за 1-2 минуты мы увидим таинственное движение хромосом - митоз клетки.
Одним из первых, кто увидел, как делятся клетки, был русский зоолог А.
О. Ковалевский. Это были клетки развивающихся зародышей животных.
Ученый отметил исчезновение ядерных очертаний и появление на их месте
кучки зернышек, расходящихся по двум дочерним клеткам. Потом, через
несколько десятилетий, в делящихся клетках был обнаружен хромосомный
механизм и описан митоз. Нас отделяет от этого исторического этапа
столетие. Но следует сказать, что в познании механизма митоза,
выяснении способа его осуществления наука продвинулась мало.
Перед делением клетки в ядре происходит накопление хромосомного
материала. Его количество удваивается. Каждая хромосома синтезирует
себе копию. Затем длинные нити хромосом спирализуются, ядерная оболочка
растворяется и нити становятся видны в микроскоп. Каким образом
осуществляется спирализация хромосом, остается загадкой. Хромосомы
выстраиваются в центре клетки, постепенно расходясь к ее полюсам.
В конечной фазе митоза после того, как удвоившиеся хромосомы
разделяются, создав два ядра, цитоплазма делится перегородкой пополам.
При этом образуются две дочерние клетки. В зависимости от вида растений
митоз длится от 30 минут до двух часов. Эта удивительная способность
клетки размножаться делением надвое - одна из основных характеристик
клеточной организации живых организмов. Клетка существует не только
потому, что фактически она - сложнейшая химическая фабрика переработки
сырья внешней околоклеточной среды, продукция которой аккумулируется
самой же клеткой. Клетка как главная единица живых организмов
существует также и потому, что обладает уникальным свойством
воспроизводить себя, превращаться в две дочерние клетки-близнецы.
Точки роста стеблей и корней - меристемы - состоят из клеток с разной
частотой деления, резко различающихся своими особенностями и реакцией
на внешние условия. Интересно, что корни и побеги способны к
длительному росту. Это связано с активностью меристем. Их роль
заключается не только в том, чтобы образовывать новые клетки, но и в
том, чтобы сохранять способность к размножению клеток во время роста
растения. Сами меристемы мало меняются, пока не произойдет переход
побегов к заложению органов цветения.
Рис.1. Центр роста растений - меристема верхушки
побега.
Меристемы могут длительное время существовать благодаря тому, что в них
содержатся две отличающиеся друг от друга группы клеток, не связанные
между собой единой системой. В корне и побеге клетки размножаются в
принципе одинаково. Есть небольшая группа клеток, называемых
инициальнымии. Применительно к корню эта группа получила название
"покоящегося центра", а применительно к стеблю - "меристемы ожидания".
Упомянутые клетки делятся в течение большого периода жизни, иногда -
нескольких лет. Но они делятся реже по сравнению с типичными клетками.
Уменьшение числа клеточных делений за счет выделения особых групп редко
делящихся клеток имеет большое значение в жизни растений. Таким путем
ограничивается количество хромосомных нарушений, которые могут
возникать случайно или при неблагоприятных условиях. Изменения хромосом
влекут появление дефектных клеток с нарушенным ядерным аппаратом.
Клетки "покоящегося центра" и "меристемы ожидания" делятся редко.
Поэтому они более устойчивы, и вероятность хромосомных нарушений здесь
мала.
Основная масса размножающихся клеток меристем делится в четыре-пять раз
чаще инициальных. Они быстрее начинают расти и за более короткое время
достигают своей окончательной формы.
Почти 100 лет назад немецкий физиолог Юлиус Сакс выделил три стадии
роста каждого органа растения. На первой стадии, часто называемой
эмбрионльной, в точках роста закладывается зачаток органа, который
затем первично разделяется на отдельные ткани, на второй стадии, так
называемой стадии растяжения, этот зачаток начинает быстро расти и
достигает окончательной формы и размера. Наконец, на третьей стадии,
именуемой стадией дифференциации, окончательно формируются клетки
отдельных органов.
Выводы Сакса отражают характерную особенность роста клеток растения -
существование растяжения, которого нет у животных.
Внешне этот процесс выражается в увеличении объема клетки,
обусловленном необратимым ростом клеточной стенки. В результате вода
поступает в центральную вакуоль, которая в растягивающихся клетках
занимает большую часть пространства. Подобное увеличение возможно еще и
потому, что первичные клеточные стенки обладают растяжимостью.
Исследованиями доказано, что, помимо перечисленных процессов, в
растении на стадии растяжения образуются новые органеллы, а также
увеличивается количество белка в клетке. Но все-таки основной процесс -
это накопление такого количества воды, которого не может быть при росте
клеток животных. Значит, стадия растяжения свойственна только
растительным клеткам.
Клетка за короткое время увеличивается в 10-50 раз. Быстрое распускание
почек весной - это и есть клеточное растяжение. Завершив рост,
одинаковые клетки далее развиваются разными путями, приобретают
"профессию" - специализацию и после этого становятся
дифференцированными.
Надо сказать, что специализация клеток, или дифференцировка, имеет
огромное значение в развитии растений. Так, в верхушечной меристеме
побегов после специализации клетки образуются зачатки листьев, почек и цветков. Из камбиальных клеток корня
- внутренней меристемы -
формируются ситовидные трубки и трахеи, то есть создается
транспортная система растения. Особенность дифференцировки заключается
в том, что она возможна в генетически однородных, так называемых
тотипотентных клетках. Увы, до сих пор остается загадкой сам механизм
дифференцировки клеток.
Таким образом, меристема поставляет не только клетки для построения
тканей. Она, по-видимому, служит еще и источником стимулов, вызывающих
дифференцировку клеток. Опыты показали, что одним из таких стимулов для
образования новых тканей и органов растений являются фитогормоны -
вещества-регуляторы, перемещающиеся из одной части растения в другую.
Познакомившись с особенностями строения и роста растительных клеток, мы
убедились, что рост и развитие растений во многом зависят от окружающей
среды. Об этом и пойдет речь в следующей главе.
