Как выглядит клубника под микроскопом. Для всех и обо всем
Ткань (мякоть) картофеля, овощей и плодов состоит из тонкостенных клеток, разрастающихся примерно одинаково во всех направлениях. Такую ткань называют паренхимной. Содержимое отдельных клеток представляет собой полужидкую массу - цитоплазму, в которую погружены различные клеточные элементы (органеллы) - вакуоли, пластиды, ядра, крахмальные зерна и др. (рис. 9.2). Все органеллы клетки окружены мембранами. Каждая клетка покрыта оболочкой, представляющей собой первичную клеточную стенку.
Оболочки каждых двух соседних клеток скрепляются с помощью срединных пластинок, образуя остов паренхимной ткани (рис. 9.3).
Контакт между содержимым клеток осуществляется через плазмодесмы, которые представляют собой тонкие цитоплазматические тяжи, проходящие через оболочки.
Поверхность отдельных экземпляров овощей и плодов покрыта покровной тканью - эпидермисом (плоды, наземные овощи) или перидермой (картофель, свекла, репа и др.).
Поскольку в свежих овощах содержится значительное количество воды, то все структурные элементы их паренхимной ткани в той илиЧшой степени гидратированы. Вода как растворитель оказывает важное влияние на механические свойства растительной ткани. Гидратируя в той или иной степени гидрофильные соединения, она пластифицирует структуру стенок и срединных пластин. Это обеспечивает достаточно высокое тургорное давление в тканях.
Тургор - состояние напряжения, возникающее вследствие давления содержимого клеток на их эластичные оболочки и давления оболочек на содержимое клеток.
Тургорное давление может снижаться, например, при увядании или подсыхании овощей и плодов или возрастать, что наблюдается при погружении увядших овощей в воду. Это свойство овощей и плодов можно учитывать при их кулинарной переработке. Так, картофель и корнеплоды с ослабленным тур-гором перед механической очисткой рекомендуют замачивать в течение нескольких часов для сокращения времени обработки и снижения количества отходов.
Рис. 9.2. Строение растительной клетки
Рис. 9.3. Стенка растительной ткани:
1 -- срединная пластинка; 2 - плазмалемма.
Увеличение х 45000 (по Ж.-К. Ролан, А. Сёлеши, Д. Сёлеши)
Вакуоль - самый крупный элемент, расположенный в центре клетки. Она представляет собой своеобразный пузырек, заполненный клеточным соком, и является наиболее гидратированным элементом клетки паренхимы овощей и плодов (95...98 % воды). В состав сухого остатка клеточного сока входят в том или ином количестве практически все водорастворимые пищевые вещества.
Основная масса Сахаров, содержащихся в картофеле, овощах и плодах в свободном состоянии, растворимого пектина, органических кислот, водорастворимых витаминов и полифенольных соединений концентрируется в вакуолях.
В клеточном соке содержится примерно 60... 80 % минеральных веществ от общего их количества в овощах и плодах. Соли одновалентных металлов (калия, натрия и др.) практически полностью концентрируются в клеточном соке. Солей же кальция, железа, меди, магния содержится в нем несколько меньше, так как они входят в состав других элементов тканей.
Клеточный сок содержит как свободные аминокислоты, так и растворимые белки, которые образуют в вакуолях растворы относительно слабой концентрации.
Тонкий слой цитоплазмы с другими органеллами занимает в клетке пристенное положение. В состав цитоплазмы входят в основном белки, ферменты и в небольшом количестве липиды (соотношение белков и липидов 90:1). В цитоплазме, как и в вакуолях, они находятся в виде раствора, но более концентрированного (10 %).
Пластиды - это органеллы, которые присутствуют только в растительных клетках. Наиболее типичные из них - хлоропласты, которые содержат хлорофилл. В определенных физиологических условиях пластиды не образуют хлорофилл; в этих случаях они вырабатывают либо белки (протеопласты), либо липиды и пигменты (хромопласты), но чаще всего такие пластиды выполняют резервные функции, и тогда в них накапливается крахмал (амилопласты), поэтому пластиды бывают окрашенными и бесцветными. Последние называют лейкопластами.
В состав хлоропластов кроме хлорофилла входят белки и липиды в соотношении 40:30, а также крахмальные зерна.
В процессе развития хромопластов образуются крупные глобулы, или кристаллы, содержащие каротиноиды, в том числе и каротины. Присутствие этих пигментов в зеленых овощах и некоторых плодах (крыжовник, виноград, слива ренклод и др.) обусловливает различные оттенки их зелено-желтой окраски. Каротины придают желто-оранжевую окраску моркови, репе и др. Однако не всегда оранжевая окраска указывает на высокое содержание их в плодах и овощах; например, окраска апельсинов, мандаринов обусловлена другим пигментом - криптоксантином. В то же время в зеленых овощах относительно высокое содержание каротина может быть замаскировано хлорофиллом.
Амилопласты заполнены в основном крупными гранулами крахмала. Следует отметить, что в растительных клетках все содержащиеся в них крахмальные зерна находятся в пространстве, ограниченном оболочкой амилопластов или других пластид.
Ядро клетки содержит хроматин (деспирализованные хромосомы), состоящий из ДНК и основных белков (гистонов), и ядрышки, богатые РНК.
Мембраны - это активный молекулярный комплекс, способный осуществлять обмен веществ и энергии.
Цитоплазма на границе с клеточной оболочкой покрыта простой мембраной, называемой плазмалеммой. Внешнюю гра-ни1ДУ плазмалеммы можно увидеть при рассмотрении под микроскопом препаратов растительной ткани, обработанных концент рированным раствором поваренной соли. Из-за разности между осмотическим давлением внутри клетки и вне ее происходит переход воды из клетки в окружающую среду, вызывающий плазмолиз - отделение цитоплазмы от клеточной оболочки. Аналогично плазмолиз можно вызвать, обрабатывая срезы растительной ткани концентрированными растворами Сахаров или кислот.
Цитоплазматические мембраны регулируют клеточную проницаемость, избирательно задерживая либо пропуская молекулы и ионы тех или иных веществ в клетку и за ее пределы.
Вакуоль, как и цитоплазма, также окружена простой мембраной, называемой тонопластом.
Основные структурные компоненты мембран - белки и полярные липиды (фосфолипиды). Существуют различные типы строения цитоплазматической мембраны: трехслойное (из двух слоев белка с биомолекулярной прослойкой липидов), гранулярное (из частиц, диаметр которых составляет около 100 Ю- 10 м, или из более мелких частиц - субъединиц). В настоящее время мембрану рассматривают как жидкую структуру, пронизанную белками.
Поверхность ядер, пластид и других цитоплазматических структур покрыта двойной мембраной, состоящей из двух рядов простых мембран, разделенных перинуклеарным пространством. Эти мембраны препятствуют также смешиванию содержимого двух соседних органелл. Отдельные вещества переходят из одних органелл в другие лишь в строго определенных количествах, необходимых для протекания физиологических процессов в тканях.
Клеточные оболочки в совокупности со срединными пластинками называют клеточными стенками. В отличие от мембран они характеризуются полной проницаемостью.
Клеточные стенки составляют 0,7...5,0 % сырой массы овощей и плодов. Так, в овощах плодовой группы, например в кабачках, количество их не превышает 0,7 %. В листовых овощах - белокочанной капусте, салате, шпинате - около 2 %. Наибольшим содержанием клеточных стенок отличаются корнеплоды - 2...4%.
В состав клеточных стенок входят в основном полисахариды (80...95 %) - клетчатка, гемицеллюлозы и протопектин, поэтому их часто называют углеводами клеточных стенок. В состав клеточных оболочек входят все перечисленные выше полисахариды. Считают, что срединные пластинки состоят в основном из кислых полисахаридов (протопектина), играющих роль межклеточного цементирующего вещества, которому иногда сопутствуют протеиновые соединения, а в наиболее старых тканях - лигнин.
Таб.9.1. Содержание экстенсина и оксипролина
в клеточных стенках некоторых растительных продуктов (%)
Кроме углеводов в клеточных стенках содержатся азотистые вещества, лигнин, липиды, воска, минеральные вещества.
Из азотистых веществ в клеточных стенках растительной ткани обнаружен структурный белок экстенсии - полимер из группы гликопротеидов, белковая часть которого связана с углеводами - остатками арабинозы и галактозы. Молекулярная масса белковой части таких макромолекул равна 50 000, экстенсии имеет форму жесткого стержня, на 50 % состоит из оксипролина. В клеточной стенке присутствует несколько фракций белка, различающихся содержанием оксипролина.
Экстенсии в некоторых отношениях напоминает белок коллаген, выполняющий аналогичные функции в животных тканях. Содержание экстенсина и оксипролина в клеточных стенках различных овощей и картофеля неодинаково (табл. 9.1). Клеточные стенки картофеля состоят примерно на 1/5 из экстенсина. В клеточных стенках корнеплодов его содержится в 2 раза меньше, чем в клеточных стенках картофеля; в клеточных стенках дыни содержание экстенсина не превышает 5 %.
Соотношение углеводов и экстенсина в клеточных стенках зависит от вида растительной ткани. Клеточные стенки многих растительных продуктов состоят примерно на 1/3 из целлюлозы, на 1/3 из гемицеллюлоз и на 1/3 из пектиновых веществ и белка. В клеточных стенках томатов между углеводами и белком существует другое соотношение -1:1.
Лигнин - природный полимер сложного строения, формирующий клеточные стенки растений. Играет роль инкрустирующего вещества, скрепляющего волокна целлюлозы и гемицеллюлоз. Ковалентно связан с полисахаридами гемицеллюлоз (кспланом), с пектиновыми веществами и белком. Содержание лигнина в тканях растений зависит от их вида и степени одревеснения. Значительное количество лигнина содержится в клеточных стенках свеклы, моркови, меньше его накапливается в белокочанной капусте.
В связи с тем, что размягчение картофеля, овощей и плодов, происходящее в процессе их тепловой кулинарной обработки, связывают с деструкцией клеточных стенок, представляется целесообразным рассмотреть строение последних.
По современным представлениям, клеточная стенка - это высоко специализированный агрегат, состоящий из различных полимеров (целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, белков и др.), структура которых у разных растений закодирована с той же степенью точности, что и структура молекул белков.
На рис. 9.4 представлена модель структуры первичной клеточной стенки.
Первичная клеточная стенка состоит из волокон (микрофибрилл) целлюлозы, которые занимают менее 20 % объема гидратированной стенки. Располагаясь в клеточных стенках параллельно, целлюлозные волокна с помощью водородных связей образуют мицеллы, которые имеют правильную, почти кристаллическую упаковку. Одна мицелла целлюлозы может отстоять от другой на расстоянии, равном десяти ее диаметрам. Пространство между мицеллами целлюлозы заполнено аморфным основным веществом (матриксом), состоящим из пектиновых веществ, гемицеллюлоз (ксилоглюкан и арбиногалантан) и структурного белка, связанного с тетрасахаридами.
Первичная стенка клетки рассматривается как целая мешкообразная макромолекула, компоненты которой тесно взаимосвязаны. Между мицеллами целлюлозы и ксилоглюканом существуют многочисленные водородные связи. В свою очередь, ксилоглюкан ковалентно связан с боковыми галактановыми цепями пектиновых веществ, а пектиновые вещества через арабиногалактан ковалентно связаны со структурным белком.
Учитывая, что клеточные стенки многих овощей и плодов отличаются относительно высоким содержанием двухвалентных катионов, в основном Са и Mg (0,5... 1,0 %), между пектиновыми молекулами, содержащими свободные карбоксильные группы, могут возникать хелатные связи в виде солевых мостиков.
Рис. 9.4. Структура первичной клеточной стенки (по Альберсхейму):
1 - микрофибрилла целлюлозы: 2 - ксилоглюкан; 3 - главные
рамногалактуроновые цепи пектиновых веществ; 4 - боковые
галактановые цепи пектиновых веществ; 5- структурный белок
с арабинозными тетрасахаридами; 6- арабиногалактан
Вероятность образования солевых мостиков и степень этерификации полигалактуроновых кислот связаны обратной зависимостью. Солевые мостики способствуют упрочнению клеточных стенок и паренхимной ткани в целом.
Покровные ткани клубней картофеля, корнеплодов и других овощей характеризуются пониженной пищевой ценностью из-за концентрации в них клетчатки и гемицеллюлоз, поэтому при кулинарной обработке картофеля и большинства овощей эти ткани удаляют.
Даже невооружённым глазом, а ещё лучше под лупой можно видеть, что мякоть зрелого арбуза, помидора, яблока состоит из очень мелких крупинок, или зёрнышек. Это клетки — мельчайшие «кирпичики», из которых состоят тела всех живых организмов.
Что делаем. Изготовим временный микропрепарат плода помидора.
Предметное и покровное стекла протрите салфеткой. Пипеткой нанесите каплю воды на предметное стекло (1).
Что делать. Препаровальной иглой возьмите маленький кусочек мякоти плода и положите его в каплю воды на предметное стекло. Разомните мякоть препаровальной иглой до получения кашицы (2).
Накройте покровным стеклом, Излишек воды удалите фильтровальной бумагой (3).
Что делать. Рассмотрите временный микропрепарат с помощью лупы.
Что наблюдаем. Хорошо видно, что мякоть плода помидора имеет зернистое строение (4).
Это клетки мякоти плода помидора.
Что делаем: Рассмотрите микропрепарат под микроскопом. Найдите отдельные клетки и рассмотрите при малом увеличении (10х6), а затем (5) при большом (10х30).
Что наблюдаем. Цвет клетки плода помидора изменился.
Изменила свой цвет и капля воды.
Вывод: основные части растительной клетки — это оболочка клетки, цитоплазма с пластидами, ядро, вакуоли. Наличие в клетке пластид, — характерный признак всех представителей царства растений.
Клубень картофеля (Solanum tuberosum)
Если тонкий срез кусочка клубня картофеля поместить в каплю воды и рассмотреть под микроскопом, то видно, что все клетки сплошь заполнены довольно крупными образованиями, налегающими одно на другое, - крахмальными зернами. Чтобы лучше рассмотреть их строение, с поверхности разрезанного клубня соскабливают небольшое количество мутноватой массы и переносят в каплю воды на предметное стекло. Накрыв препарат покровным стеклом, отыскивают при малом увеличении микроскопа место, где крахмальные зерна расположены достаточно редко, и переводят микроскоп на большое увеличение.
Крахмальные зерна имеют различную величину и форму: более крупные яйцевидные и более мелкие округлые. Крупные зерна являются вполне развитыми, типичными. Медленно поворачивая микровинт, можно заметить, что зерна слоисты, т. е. состоят из темных и светлых слоев неравной толщины. Слои расположены вокруг общего центра, так называемого образовательного центра, который смещен к периферии. Слоистое строение зерна зависит оттого, что слои крахмала, образуемые пластидой вокруг центра образования, отличаются по содержанию влаги. При высушивании крахмала слоистость исчезает.
Крахмальные зерна, имеющие один центр образования, называются простыми. Если в теле лейкопласта возникают два или более центров образования, то каждое зерно нарастает самостоятельно до соприкосновения друг с другом. Если после этого пластида перестает откладывать новые слои, образуется сложное зерно, если же откладываются еще общие слои вокруг образовавшихся зернышек, то возникает полусложное зерно (рис. 9).
Для доказательства того, что зерна состоят из крахмала, можно провести йодную реакцию. Чтобы познакомиться с разнообразием крахмальных зерен, можно использовать семена овса, пшеницы, гороха, кукурузы и т. д. или заменить их соответствующей мукой. На рисунке 9, кроме крахмальных зерен картофеля, изображены сложные крахмальные зерна овса, легко распадающиеся на отдельные зернышки, и крупные простые крахмальные зерна кукурузы, имеющие в центре щель.
Ход работы
Исследуют препараты, полученные из сырых и вареных овощей. Для получения препаратов из овощей от каждого экземпляра отделяют часть мякоти и разрезают ее пополам. Одну половину до снятия срезов хранят в холодной воде, другую варят до готовности. Для обеспечения сравнимости результатов срезы для микроскопирования снимают с тех мест мякоти, которые соприкасались друг с другом до разрезания перед варкой. Замоченные семена фасоли делят на две семядоли, одну из которых варят.
Для микроскопирования на каждое предметное стекло помещают по два препарата: с левой стороны – из сырых продуктов, с правой – из вареных, добавив к ним по капле воды. Каждый препарат рассматривают в неокрашенном и окрашенном виде. В качестве красителей для препаратов из овощей используют сафранин, который окрашивает пектиновые вещества в оранжево-желтый цвет, а клетчатку и хлопья денатурированных белков – в вишнево-красный, для крахмалосодержащих овощей используют, кроме того, йод. Окрашивание препаратов из фасоли производят только йодом, который окрашивает крахмальные зерна в сине-черный цвет, а белковую матрицу и клеточные стенки – в золотисто-желтый.
При окрашивании препаратов с них удаляют воду с помощью фильтровальной бумаги, наносят по капле краски и выдерживают в течение двух минут. Затем с препаратов снимают избыток красящего вещества и добавляют к ним по капле воды. На окрашенные и неокрашенные препараты кладут покровные стекла.
Микроскопирование препаратов производить сначала при малом увеличении, а затем при большом. Зарисовать препараты при большом увеличении.
1. Изучение строения тканей картофеля и корнеплодов .
Из середины очищенного клубня (корнеплода) вырезать ломтик толщиной 5 мм и разрезать его пополам. Одну половинку поместить в стакан с холодной водой, вторую – в стакан с кипящей водой и варить 10-15 мин. Из сырой и вареной частей клубня (корнеплода) вырезать, соблюдая симметрию, по одному брусочку поперечным сечением 5×5 мм. С помощью бритвенного лезвия сделать с торцевой стороны каждого брусочка по два прозрачных среза площадью 2-4 мм 2 . Перенести их иглой на три предметных стекла и добавить по капле воды.
Препараты на одном предметном стекле оставить неокрашенными, на другом – окрасить йодом, на третьем – сафранином и йодом. Препараты накрыть предметными стеклами и рассмотреть под микроскопом. Обратить внимание на форму клеток, плотность прилегания их друг к другу, состояние клеточных стенок, зерен крахмала в тканях сырого и вареного картофеля (корнеплодов).
2. Изучение строения тканей лука репчатого. От луковицы отделить мясистую чешую и разрезать ее пополам вдоль оси роста, одну половинку поместить в стакан с холодной водой, а другую сварить в течение 15 мин. С внутренней стороны сырых и вареных чешуек снять с помощью препаровальной иглы тонкую пленку. Полученные пленки расправить. Вырезать из наиболее тонких участков по два препарата площадью 2× 2 мм 2 и поместить их на два предметных стекла, добавив к каждому препарату по капле воды. Препараты на одном предметном стекле оставить неокрашенными, а на другом окрасить сафранином. Подготовленные препараты покрыть покровными стеклами и рассмотреть под микроскопом. Обратить внимание на толщину и состояние клеточных стенок, плотность прилегания их друг к другу, степень прозрачности содержимого клеток, наличие ядер. Отметить различия в строении тканей сырого и вареного лука, а также в структуре и интенсивности окраски отдельных элементов клеток.
Неокрашенные препараты использовать для наблюдения плазмолиза клеток. С препаратов снять покровные стекла, фильтровальной бумагой удалить воду и добавить несколько капель 10%-ного раствора поваренной соли, выдержать в течение 5-10 мин, накрыть покровными стеклами и вновь рассмотреть под микроскопом. Найти в поле зрения плазмолизованные клетки в препаратах сырого лука, объяснить отсутствие таких клеток в препарате из вареного лука. Сделать зарисовки.
3. Изучение строения тканей семян фасоли . Предварительно замоченное семя фасоли разделить на две семядоли, одну из которых варить в течение 1 ч. Из каждой семядоли сделать по два среза для приготовления препаратов, неокрашенных и окрашенных йодом. При рассмотрении препаратов под микроскопом обратить внимание на различие в структуре тканей сырых и вареных семян фасоли.
Сделать выводы о влиянии тепловой кулинарной обработки на структуру тканей овощей.
Задание №2. Изучить влияние технологических факторов на
Сохранность клеточных стенок картофеля при изготовлении
Картофельного пюре
Ход работы
Вариант 1. Оставшиеся от предыдущего исследования две боковые части клубня картофеля поместить в стакан с кипящей водой и варить в течение 20-25 мин. Одну часть в горячем состоянии растереть в ступке, другую охладить до комнатной температуры и также растереть.
Приготовить препараты для микроскопирования. На предметное стекло перенести препаровальной иглой немного того и другого пюре, добавить по капле раствора йода и накрыть покровными стеклами. При рассмотрении препаратов при малом увеличении сравнить количество клеток с разрушенными клеточными стенками в том и другом пюре. Рассмотреть препараты при большом увеличении и зарисовать. Сделать вывод о влиянии температуры вареного картофеля при его протирании на степень сохраняемости клеточных стенок.
Вариант 2. Провести сравнительное микроскопирование сухого картофельного пюре и восстановленного жидкостью с последующим перемешиванием и без него.
Отвесить две пробы сухого пюре массой по 25 г и поместить их в два стакана. В двух других стаканах нагреть до 78 - 80°С по 100 см 3 воды и залить ею сухое пюре. Один стакан закрыть часовым стеклом и выдержать пюре в течение 2 мин для набухания. Приготовить для микроскопирования препараты из сухого пюре и восстановленного. Концом стеклянной палочки, смоченной водой, взять немного сухого пюре и поместить на предметное стекло, добавить каплю воды, затем окрасить йодом, накрыть покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом. Отметить наличие в сухом пюре клеток с разрушенными клеточными стенками. Из восстановленного пюре приготовить препараты и рассмотреть их под микроскопом, как указано в варианте 1.
Сопоставить количество клеток с разрушенными клеточными стенками, в пюре из свежего картофеля, протертого в горячем состоянии, и в сухом пюре, а также в восстановленном пюре. Зарисовать препараты.
Клубни отличаются от корневищ тем, что у них стебель короткий и толстый, а листья недоразвиты. Как и на всяком побеге, у них имеются почки и расположены они на верхушке и в пазухах недоразвитых листьев. Придаточные корни на клубнях не развиваются. Клубни у картофеля вырастают из подземных почек не сразу. Сначала из почки растёт длинный белый подземный побег — столон. Столон живёт меньше года. Верхушка со временем начинает утолщаться и превращается к осени в клубень.
В клубне накапливается много крахмала в виде мелких зёрен. Клубень картофеля — это видоизменённый побег с утолщённым стеблем и мелкими листьями.
Что делать. Рассмотрите внешнее строение клубня картофеля.
Что наблюдать. Найдите на его поверхности верхушечную и пазушные почки (глазки), рубцы от листьев (бровки) и рубец от отделившегося столона.
Что делать. Подсчитайте число глазков на клубне.
Что наблюдать. Найдите на клубне верхушку и основание.
Обратите внимание на неравномерное распределение глазков на утолщённом стебле.
Ту часть клубня, где больше глазков, называют верхушкой, а противоположную где рубец от столона — основанием.
Что делать. Разрежьте клубень на две части. На разрез клубня капните каплю раствора иода.
- Как изменилась окраска разреза клубня?
- Какие вещества отложены в клетках клубня?
- Каково значение клубня в жизни растения?
Подготовить к отчёту. Зарисуйте в тетради внешний вид клубня и подпишите его части. Запишите признаки, доказывающие, что клубень — это побег.