Чтение онлайн

Хроматин содержит почти всю ДНК ядра. В интерфазном ядре он имеет вид длинных тонких нитей, представляющих двойную спираль ДНК, закрученных в виде рыхлых спиралей более высокого порядка (суперспиралей). ДНК связана с белками-гистонами, располагающимися подобно бусинкам на нити ДНК. Хроматин, будучи местом синтеза различных РНК (транскрипции), представляет собой особое состояние хромосом, выявляющихся при делении ядра. Можно сказать, что хроматин – это функционирующая, активная форма хромосом. Дело в том, что в интерфазном ядре хромосомы сильно разрыхлены и имеют большую активную поверхность. Такое диффузное распределение генетического материала наилучшим образом соответствует контролирующей роли хромосом в обмене веществ клетки. Следовательно, хромосомы присутствуют в ядре всегда, но в интерфазной клетке не видны, потому что находятся в де-конденсированном (разрыхленном) состоянии.

Митотическое деление ядра

Митоз – основной способ деления ядра эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении генетического материала между дочерними клетками, что обеспечивает образование абсолютно идентичных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений. В процессе митоза в последнее время условно выделяют пять стадий: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Важнейшие признаки профазы – конденсация хромосом, распад ядрышка и ядерной оболочки и начало формирования веретена деления. В прометафазе наблюдается интенсивное движение хромосом, микротрубочки веретена вступают в контакт с хромосомами, а митотический аппарат приобретает форму веретена. В метафазе завершается образование веретена деления, хромосомы перестают двигаться и выстраиваются по экватору веретена, образуя однослойную метафазную пластинку. Анафаза характеризуется разделением каждой хромосомы на две дочерние хроматиды и их расхождением к противоположным полюсам клетки. Телофаза длится с момента прекращения движения хромосом до окончания процессов, связанных с реконструкцией дочерних ядер (деспирализация хромосом, образование ядрышка и ядерной оболочки) и с разрушением веретена деления. Обычно за телофазой следует цитокинез, в течение которого происходит окончательное обособление двух дочерних клеток.

Процесс образования клеточной оболочки начинается в телофазе. В то время как в делящейся клетке происходит распад митотического веретена, по экватору клетки возникают многочисленные новые, относительно короткие микротрубочки, ориентированные перпендикулярно плоскости экватора. Такая система трубочек носит название фрагмопласт. В центральной части фрагмопласта появляются многочисленные пузырьки Гольджи, содержащие пектиновые вещества. Считается, что микротрубочки контролируют направление движения пузырьков Гольджи. В результате постепенного слияния пузырьков друг с другом, в направлении от центра к периферии, возникают длинные плоские мешочки – мембранные цистерны, которые, сливаясь с плазматической мембраной, делят материнскую клетку на две дочерние. Так возникает межклеточная серединная пластинка. Сливающиеся мембраны пузырьков Гольджи становятся частью плазмалеммы дочерних клеток. Далее каждая клетка начинает откладывать свою клеточную оболочку.

Мейотическое деление ядра

Мейоз – редукционное деление ядра. Мейоз включает два следующих друг за другом деления, в каждом из которых выделяют те же фазы, что и в обычном митозе.

В профазе первого деления гомологичные хромосомы располагаются попарно – они соединяются (образуют биваленты), скручиваются, контактируя друг с другом по всей длине, – конъюгируют и могут обмениваться участками (кроссинговер). Хроматин конденсируется – выявляются хромосомы, исчезает ядрышко, начинает формироваться веретено деления. В прометафазу 1 фрагментируется ядерная оболочка и образуется веретено деления. В метафазе 1 гомологичные хромосомы образуют двухслойную метафазную пластинку, располагаясь по двум сторонам от экваториальной плоскости. Однако основное отличие от митоза наблюдается в анафазе 1, когда гомологичные хромосомы каждой пары расходятся по полюсам деления без продольного разъединения на хроматиды. В результате в телофазе 1 у полюсов оказывается вдвое уменьшенное число хромосом, состоящих не из одной, а из двух хроматид. Распределение гомологичных хромосом по дочерним ядрам носит случайный характер.

Сразу без удвоения в образовавшихся дочерних ядрах начинается второе деление мейоза, которое полностью повторяет митоз с разделением хромосом на хроматиды. В результате этих двух делений образуются четыре гаплоидные клетки, связанные друг с другом (тетрада). При этом процесс удвоения ДНК между двумя делениями отсутствует, поэтому образуются гаплоидные клетки, несущие различную генетическую информацию. Двойной набор хромосом восстанавливается при оплодотворении.

Биологическое значение мейоза состоит не только в обеспечении постоянства числа хромосом у организмов из поколения в поколение. Благодаря кроссинговеру и случайному расхождению гомологичных хромосом в анафазе 1 деления, возникающие гаплоидные клетки содержат различные сочетания хромосом. Это обеспечивает разнообразие хромосомных наборов и признаков у последующих поколений и, таким образом, дает материал для эволюции организмов.

Задание 1. Изучите строение крахмальных зерен картофеля.

Ход работы. Разрежьте клубень картофеля. Небольшое количество выступившего на срезе сока перенесите бритвой или скальпелем на предметное стекло в воду и накройте покровным стеклом. Под микроскопом рассмотрите зерна крахмала, имеющие различную форму и величину.

В заключение работы следует провести цветную реакцию на крахмал с помощью раствора йода. Зерна крахмала при этом приобретают сине-фиолетовую окраску.

Зарисуйте строение крахмальных зерен картофеля.

Обозначьте простое, полусложное и сложное зерна крахмала.

Рис. 4. Строение каменистых клеток околоплодника груши: 1 – первичная клеточная оболочка; 2 – вторичная оболочка; 3 – поровый канал; 4 – полость клетки

Задание 2. Рассмотрите строение клеточной стенки каменистых клеток груши (рис. 4).

Ход работы. С наиболее твердой части мякоти околоплодника груши сделайте тонкий небольшой срез и поместите его в каплю воды на предметное стекло. Приготовьте давленый препарат. Рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа и найдите группы клеток с толстой клеточной стенкой. Для детального изучения необходимо выбрать участок, где эти клетки лежат поодиночке или небольшими группами.

Каменистая клетка груши имеет толстую вторичную клеточную оболочку, пронизанную ветвящимися поровыми каналами. Такое «ветвление» – результат слияния отдельных поровых каналов, происходящего в процессе утолщения клеточной стенки. Каменистые клетки груши являются склереидами, относящимися к механической ткани, и выполняют опорную функцию, будучи в мертвом состоянии.

Зарисуйте строение каменистых клеток околоплодника груши.

Обозначьте первичную и вторичную клеточные оболочки, поровые каналы, полость клетки.

Задание 3. Изучите строение клеток чешуи луковицы лука репчатого.

Ход работы. С наружной стороны мясистой чешуи фиолетового лука снимите препаровальной иглой небольшой кусочек эпидермиса и поместите его в каплю воды под покровное стекло. При большом увеличении микроскопа рассмотрите участки, где клетки расположены в один слой.

Зарисуйте строение клеток чешуи луковицы лука.

Обозначьте клеточную стенку, ядро, ядрышко.

Задание 4. Рассмотрите различные стадии клеточного цикла в клетках корешка лука репчатого.

Ход работы. Изучите препарат при большом увеличении микроскопа (40Ч). В интерфазных клетках имеется хорошо оформленное ядро. В клетках, находящихся на разных стадиях митоза, хорошо заметны хромосомы, окрашенные в черный цвет.

Зарисуйте стадии клеточного цикла в корешке лука.

Обозначьте: интерфазу, профазу, прометафазу, метафазу, анафазу, телофазу и цитокинез.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные элементы клеточной оболочки, охарактеризуйте их строение, роль в придании механической прочности. Укажите отличительные особенности первичной и вторичной оболочки.

2. Каково значение плазмодесм и пор в функционировании растительной клетки?