Жизнь растительной клетки

← Вернуться в визуальный урок

1. Что делает живая клетка

Растение состоит из клеток. В живой клетке постоянно идут процессы: поступают и превращаются вещества, протекает дыхание, перемещается цитоплазма. В подходящих условиях клетка может увеличиваться, а определённые клетки — делиться. Движение меняет положение частей клетки, рост увеличивает её размер, а деление увеличивает число клеток.

Обмен веществ — поступление веществ, их превращение и удаление продуктов. Вода и растворённые минеральные вещества приходят в растение из почвы; углекислый газ поступает из воздуха. Органические вещества образуются в зелёных частях растения и могут передаваться другим клеткам. Это краткое знакомство: питание и дыхание подробно разбираются дальше по курсу.

Клеточная стенка поддерживает форму. Под ней находится мембрана, которая регулирует обмен с окружающей средой. Поступление веществ не требует разрывать стенку. Стенка и мембрана — разные структуры, поэтому нельзя считать их одинаковым «ситом».

2. Как заметить движение цитоплазмы

В тонком листе подходящего водного растения, например элодеи, под микроскопом можно заметить перемещение хлоропластов. Их положение меняется со временем внутри одной клетки. Хлоропласты находятся в цитоплазме; большая центральная вакуоль содержит клеточный сок. Наблюдаемые зелёные тельца помогают судить о движении цитоплазмы вокруг вакуоли.

Движение цитоплазмы способствует переносу веществ и органоидов внутри клетки. Чтобы обнаружить его, нужно сравнивать положение объектов во времени, сохраняя в поле зрения одну клетку. Если вместе с изображением смещается вся стенка, возможно, движется препарат, а не только содержимое клетки.

В уроке выделенная метка движется по условной траектории. Направление в этой модели — по часовой стрелке. В реальном препарате нельзя заранее назначить всем клеткам одно направление или скорость. Процент на ползунке обозначает положение в цикле модели; он не является временем опыта или скоростью движения.

3. Связи между клетками

Стенки соседних клеток могут удерживаться вместе межклеточным веществом. Оно помогает клеткам оставаться частью единого растительного организма. При размягчении некоторых плодов и тканей связь между клетками ослабевает, поэтому их легче разделить. Из этого не следует, что стенки самих клеток исчезли.

Межклетник — пространство между клетками. Многие межклетники в листе заполнены воздухом и участвуют в газообмене. Воздушный просвет снаружи клеток нельзя называть вакуолью: вакуоль расположена внутри клетки.

Кроме того, через небольшие каналы в стенках соседние живые клетки могут быть связаны цитоплазмой. Эти каналы называют плазмодесмами. Они дают возможность передавать вещества и сигналы. Межклеточное вещество удерживает клетки вместе, плазмодесмы соединяют их цитоплазму, а межклетники остаются между клетками. Это разные структуры.

Подробнее о клеточных связях — OpenStax.

4. Хромосомы и удвоение ДНК

В ядре находятся хромосомы — структуры, содержащие ДНК и связанные с ней белки. ДНК хранит наследственную информацию. Каждой новой клетке нужен полный набор наследственной информации. Поэтому перед обычным делением ДНК копируется.

До деления ДНК копируется. Удвоенная хромосома имеет две связанные копии материала, которые затем расходятся. Поэтому образование двух клеток не означает простое деление исходной информации пополам. Число хромосом в каждом дочернем ядре сохраняется по отношению к исходной материнской клетке.

В задании используются условные хромосомы A и B. После копирования есть две копии A и две копии B. Верный результат: в клетке 1 — A и B, в клетке 2 — A и B. Ошибочный результат: A и A в одной клетке, B и B в другой. Количество в обеих клетках одинаковое, но полный исходный набор не сохранён. Две хромосомы выбраны для простой модели; это не общее число хромосом растений.

5. Как одна клетка становится двумя

Рассмотрим, что происходит перед делением, во время него и после. Сначала клетка подготавливается и копирует ДНК. Затем копии наследственного материала расходятся к противоположным концам. Формируются дочерние ядра и разделяется содержимое клетки. В результате завершённого деления вместо одной клетки существуют две дочерние.

У растительной клетки между будущими дочерними клетками формируется клеточная пластинка. Она расширяется, и на её месте образуется новая общая стенка с мембранами по обе стороны. Наружная жёсткая стенка сохраняется: её нельзя изображать как мягкую оболочку, которую перетягивают посередине.

В реальном процессе некоторые события перекрываются во времени. Четыре кадра урока показывают смысл: копирование → расхождение → завершение разделения → последующий рост. Они не являются равными временными интервалами. Рост может идти и до деления; последний кадр подчёркивает, что новые клетки также способны увеличиваться.

Клеточная пластинка и клеточный цикл — OpenStax.

6. Чем рост отличается от деления

Рост клетки — увеличение её размеров. У многих молодых растительных клеток несколько небольших вакуолей; по мере увеличения клетки вакуоли укрупняются, а центральная вакуоль может занять значительную часть объёма. Цитоплазма и ядро часто оказываются ближе к стенке. Это распространённая учебная картина, а не точный портрет любой клетки по возрасту.

Проверять рост и деление удобно по двум признакам. Одна клетка стала крупнее, их число осталось одним — показан рост. Одна клетка завершила разделение на две — произошло деление. Две клетки увеличились, но их осталось две — снова показан рост. Увеличение числа и размера вместе может объяснять рост органа растения.

Определённые клетки в растущих областях продолжают делиться, многие специализированные клетки активно не делятся. Нельзя выводить способность к делению только из слов «молодая» и «старая». Возле верхушки корня образуются новые клетки; дальше от верхушки многие увеличиваются. Подробное устройство тканей изучается в следующем уроке.

Роль центральной вакуоли — OpenStax. Области роста растения — OpenStax.

7. Реальное наблюдение

Виртуальная модель помогает подготовиться к работе, но не заменяет наблюдение препарата. Вместе с учителем подготовьте тонкий препарат подходящего водного растения по освоенной инструкции. Найдите одну клетку, настройте резкость и проследите несколько хлоропластов. Сравните их положение в начале и спустя время.

В журнале зарисуйте клетку, обозначьте границы и направление замеченного движения. Запишите растение, условия освещения и наблюдения. Если движение не обнаружено, так и укажите: это честный результат. Нельзя сделать вывод о гибели клетки только по отсутствию видимого движения в одном наблюдении.

При дополнительном сравнении условий меняйте один фактор, сохраняйте остальные и повторяйте наблюдения. Температура влияет на процессы клетки, но единую «лучшую температуру» для всех растений назначать нельзя. Нагрев препарата выполняют только по отдельному плану учителя; урок не предлагает самостоятельное нагревание.

8. Самопроверка

1. По какому наблюдению можно судить о движении цитоплазмы?
2. Где находится межклетник, а где вакуоль?
3. Почему новые клетки не получают только половину исходного набора хромосом?
4. Что отделяет дочерние клетки растения?
5. Две клетки стали крупнее. Их по-прежнему две. Какой процесс показан?
6. Почему рост корня нельзя объяснить только увеличением всех клеток?

Показать ответы

1. По изменению положения хлоропластов внутри одной неподвижной клетки во времени. 2. Межклетник между клетками; вакуоль внутри. 3. ДНК копируется заранее, затем копии распределяются в оба дочерних ядра. 4. Новые мембраны и общая клеточная стенка, формирующаяся через клеточную пластинку. 5. Рост клеток; их число не увеличилось. 6. В растущих участках образуются новые клетки, а многие полученные клетки увеличиваются.

Дополнительная модель: одна клетка делится, затем обе дочерние снова делятся. Получится 1 → 2 → 4 клетки. Это вывод при заданном условии, что каждая клетка делится на каждом шаге. Он не предсказывает скорость роста реального корня.

9. Заметки учителю

Цель занятия: ученик различает внутреннее движение, обмен веществ, рост и деление; связывает сохранение наследственного набора с предварительным копированием. Вводные понятия опираются на предыдущие уроки о строении и составе клетки. Все изображения являются авторскими учебными иллюстрациями, а не данными микроскопии.

Маршрут примерно на 42 минуты: 4 минуты — вспомнить клетку; 7 — наблюдать движение цитоплазмы; 6 — изучить связи между клетками; 8 — расставить этапы деления; 7 — распределить копии; 6 — сравнить рост и деление; 4 — завершить объяснение. Любознательные остановки можно вынести на следующие 10 минут или в подготовку. Реальная микроскопия требует дополнительного времени и проводится отдельно.

При затруднении предложите два бумажных набора A/B. Сначала физически сделайте копии, затем распределите их. Для более подготовленных учеников рассмотрите неправильный вариант A/A и B/B: почему равное количество ещё не означает полный набор? Не требуйте в этом уроке названий фаз митоза и точного числа хромосом конкретного вида.

Объясните, что цвет и размер меток условны. Реальное движение цитоплазмы может отличаться от круговой траектории на странице. По двум рисункам клетки до и после роста нельзя судить о способности всех зрелых клеток делиться. Типичные ошибки: принимать межклетник за вакуоль, считать рост увеличением числа, забывать копирование до разделения, изображать растительную клетку с животной перетяжкой. Свободная запись — материал для разговора, автоматически её смысл не оценивается.