Pokožka cibule: Štruktúra, pozorovania a biologický kontext

Základnou stavebnou jednotkou rastlín je bunka. Rastliny zahŕňajú ako jednobunkové (napríklad riasy), tak aj mnohobunkové organizmy. Všetky rastliny sú eukaryotické, čo znamená, že ich bunky obsahujú jadro a membránové organely. Na rozdiel od prokaryotických organizmov, rastlinné bunky vykazujú komplexnú vnútornú štruktúru, ktorá im umožňuje vykonávať špecifické životné funkcie.

Pozorovanie buniek v pokožke cibule

Príprava mikroskopického preparátu

Pozorovanie buniek v pokožke cibule je klasickou praktickou aktivitou pre štúdium rastlinnej bunkovej štruktúry. Pre túto úlohu je potrebný nasledujúci materiál a pomôcky:

• Materiál: vnútorná pokožka cibule
• Pomôcky: mikroskop, podložné sklíčko, krycie sklíčko, kvapkadlo, kadička s destilovanou vodou, skalpel, preparačná ihla, pinzeta, filtračný papier.

Postup prípravy preparátu: Cibuľu rozrežeme pozdĺžne a oddelíme pozdĺžne listy. Žiletkou narežeme vnútornú pokožku na štvorčeky s rozmermi približne 0,5x0,5 cm. Na podložné sklíčko kvapneme vodu, prenesieme pinzetou štvorčeky, narovnáme ich a prikryjeme krycím sklíčkom. Prebytočnú vodu odsajeme filtračným papierom a preparát je pripravený na pozorovanie pod mikroskopom.

Mikroskopický obraz a základná stavba bunky

Pri pozorovaní pokožky cibule pod mikroskopom vidíme zväčšený a prevrátený obraz, ktorý sa pohybuje opačne ako objekt. Týmto spôsobom môžeme skúmať mikroskopickú stavbu bunky. V bunkách pokožky cibule je možné pozorovať tieto štruktúry:

• Bunková stena: Pevný vonkajší obal bunky.
• Cytoplazma: Tenká vrstva, ktorá sa nachádza pod bunkovou stenou a je zatlačená k jej okrajom.
• Jadro: Oválna štruktúra, často viditeľná pod bunkovou stenou, obsahujúca dve jadierka.
• Vakuola: Veľký priestor, ktorý vypĺňa väčšinu objemu bunky a obsahuje bunkovú šťavu.

Životné procesy v rastlinnej bunke: Plazmolýza a Plazmoptýza

Experimentálne pozorovanie príjmu a výdaja látok

V rastlinnej bunke neustále prebiehajú životné procesy, vrátane príjmu a vylučovania látok. Tieto procesy možno demonštrovať na príklade buniek cibule pomocou roztoku chloridu sodného.

Postup experimentu: Prekrojíme pozdĺžne cibuľu skalpelom a oddelíme od seba jej vnútorné časti, aby sme získali pokožku. Po umiestnení pokožky pod mikroskop sa pridá 10% roztok chloridu sodného (NaCl). Následne sa sledujú zmeny v bunkách.

V tomto experimente rastlinná bunka prijímala NaCl a vylučovala vodu. Po pridaní roztoku NaCl bunková stena zostala na mieste, no vnútro bunky - cytoplazma a vakuola - sa začalo zmenšovať svoj objem, pretože voda sa vylúčila do okolia. Po odsatí roztoku NaCl a doplnení kvapôčiek destilovanej vody bunka zväčšila svoj objem, nasala vodu z prostredia a vrátila sa do pôvodného stavu.

Mechanizmus plazmolýzy a plazmoptýzy

Kľúčovú úlohu pri príjme a výdaji látok rastlinnou bunkou hrajú bunková stena a cytoplazmatická membrána.

• Bunková stena je priepustná, čo znamená, že prepúšťa vodu a iné látky bez selekcie.
• Cytoplazmatická membrána je polopriepustná (semipermeabilná), čo znamená, že prepúšťa len niektoré látky (napríklad vodu) a bráni prechodu iných (napríklad rozpustených solí).

Tieto vlastnosti vedú k javom ako plazmolýza a plazmoptýza:

• Plazmolýza: Nastáva u rastlinných buniek v hypertonickom prostredí (s vyššou koncentráciou rozpustených látok, napr. NaCl). Bunka stráca vodu, zmenšuje svoj objem a cytoplazma sa odťahuje od bunkovej steny. Príkladom je vylučovanie vody na povrch posolených uhoriek alebo reďkoviek.
• Plazmoptýza (alebo deplazmolýza): Nastáva u rastlinných buniek v hypotonickom prostredí (s nižšou koncentráciou rozpustených látok, napr. destilovaná voda). Bunka nasáva vodu, zväčšuje svoj objem a cytoplazma sa opäť pritláča k bunkovej stene.

Špecifické štruktúry rastlinnej bunky

Rastlinná bunka sa od živočíšnej odlišuje viacerými špecifickými štruktúrami, ktoré sú nevyhnutné pre jej život a funkcie.

Bunková stena a plazmodezmy

Na povrchu rastlinnej bunky sa nachádza mohutná a pevná bunková stena, ktorej hlavnou chemickou zložkou je celulóza. Jej hlavnou úlohou je dodávať bunke tvar, pevnosť, mechanickú oporu a chrániť ju pred prasknutím pri nasatí vody. Práve bunková stena umožnila rastlinám vzpriamený rast na suchej zemi. Enzymatickým rozrušením bunkovej steny (pomocou enzýmov ako celulázy alebo pektinázy) získame protoplast, teda bunku ohraničenú len plazmatickou membránou. Tento pojem použil prvýkrát Jan Evangelista Purkyně na popísanie vnútrobunkového obsahu.

Keďže sú bunky uväznené v pevných celulózových stenách, susedné bunky sú navzájom prepojené jemnými cytoplazmatickými kanálikmi - plazmodezmami. Tieto výbežky prechádzajú cez otvory v bunkovej stene a umožňujú bunkám voľne si vymieňať vodu a malé molekuly, čím zabezpečujú komunikáciu a transport látok medzi bunkami.

Plastidy a vakuola

Typickými membránovými organelami, ktoré majú len rastlinné bunky, sú plastidy. Najvýznamnejšie sú chloroplasty, ktoré obsahujú asimilačné farbivá (chlorofyl) a slúžia ako „solárne články“ rastliny, v ktorých prebieha fotosyntéza - proces premeny svetelnej energie na chemickú. Okrem nich rastliny obsahujú aj bezfarebné leukoplasty (slúžia na ukladanie zásobného škrobu napríklad v koreňoch) a chromoplasty (obsahujú farbivá pre kvety a plody, ako sú karotenoidy). K ďalším špecifickým organelám patria glyoxyzómy, zapojené do metabolizmu tukov.

Výrazným prvkom rastlinnej bunky je aj centrálna vakuola. V mladej bunke je spravidla viac menších vakuol, no v staršej bunke splynú do jednej obrovskej, ktorá zaberá väčšinu vnútorného priestoru. Vakuola má multifunkčný význam - udržiava turgor, skladuje vodu, živiny, ale aj odpadové látky a pigmenty.

Pletivá: Organizácia rastlinného tela

Hoci vývojovo najnižšie rastliny sú jednobunkové, telo väčšiny rastlín je tvorené z veľkého množstva buniek upravených pre určité životné funkcie. Nižšie mnohobunkové rastliny majú telo tvorené z buniek, ktoré nie sú diferencované na skutočné orgány a vykonávajú všetky životné funkcie. Telo týchto rastlín označujeme ako stielka (thallus).

Typy pletív podľa pôvodu

Podľa pôvodu rozoznávame dve hlavné kategórie pletív:

• Pravé pletivá: Vznikajú delením buniek vo všetkých troch smeroch priestoru, pričom zostávajú po delení pevne zrastené a pokope. Priehradky medzi bunkami sú spočiatku tenké, neskôr hrubnú. V zhrubnutých stenách sú nezhrubnuté miesta - bodky, ktoré zabezpečujú výmenu látok medzi bunkami. Bodkami prechádzajú jemné kanáliky - plazmodezmy. Pravé pletivá vznikli u vyšších rastlín pri prechode z vody na suchú zem, kde bola nevyhnutná deľba práce a vznik špecializovaných buniek (čerpanie vody, opora, fotosyntéza) v drsnejšom prostredí s gravitáciou a suchom.
• Nepravé pletivá: Vznikajú druhotným zoskupovaním pôvodne voľných buniek a ich zrastaním. Nachádzame ich u vývojovo nižších organizmov, ktorých telo tvorí stielka (thallus). U niektorých rias vznikajú zoskupovaním buniek. U húb (ktoré historicky patrili k rastlinám) vznikajú nepravé pletivá (plektenchým alebo pseudoparenchým) vzájomným poprepletaním hubových vláken, čím tvoria mycélium.

Typy trvácich pletív podľa funkcie a štruktúry

• Parenchým: Je najmenej špecializované pletivo tvorené z tenkostenných buniek, ktoré majú vo všetkých smeroch rovnaké rozmery (najčastejšie guľovitý alebo iný pravidelný tvar). Bunky majú po celý čas živý protoplast, majú veľkú centrálnu vakuolu, takže cytoplazma je redukovaná na tenkú nástennú vrstvu. Medzi bunkami bývajú početné medzibunkové priestory (interceluláry). Parenchymatické bunky sú v tele hojne rozšírené, tvoria stržeň a kôru stoniek aj koreňov, podstatnú časť zásobných orgánov a je v nich sústredený takmer celý metabolizmus a fotosyntéza.
• Aerenchým: Pletivo s obrovskými prepojenými intercelulárami, ktoré funguje ako prevzdušňovacie pletivo. Slúži ako zásobáreň vzduchu a potrubie privádzajúce kyslík z nadzemných častí rastliny priamo do koreňa.
• Kolenchým: Je tvorený bunkami, ktoré zostávajú živé, ale ich bunkové steny sú nerovnomerne zhrubnuté a zvyčajne nemajú medzibunkové priestory. Podľa typu zhrubnutia bunkovej steny rozoznávame viacero typov (rohový, doskovitý atď.). Kolenchymatické pletivo poskytuje mechanickú oporu v mladších, vyvíjajúcich sa orgánoch, no zároveň si zachováva flexibilitu a ohybnosť.
• Prozenchým: Tvoria ho bunky značne pretiahnuté v jednom smere, na ktoré nadväzujú šikmé priečne priehradky. Medzi bunkami zvyčajne nie sú medzibunkové priestory. Najčastejšie sa vyskytuje v cievnych zväzkoch a typicky tvorí napríklad pokožku rastlín.
• Sklerenchým: Je najpevnejšie pletivo tvorené bunkami v konečnom štádiu s odumretým protoplastom. Bunky majú rovnomerne a silne zhrubnuté steny, do ktorých sa ukladá lignín (proces nazývaný drevnatenie). Zostávajú z nich len tvrdé steny pospájané kanálikmi. Sklerenchymatické bunky sú veľmi odolné voči mechanickému poškodeniu a poskytujú oporu dospelým častiam rastlín, ktoré už nerastú. Tvoria ho často dlhé vlákna alebo kubické kamenné bunky (sklereidy).

Delivé pletivá (Meristémy)

Na rozdiel od živočíchov väčšina rastlín rastie po celý život (tzv. nekonečný rast). Toto im umožňujú špecifické zóny s aktívnym bunkovým delením. Delivé pletivá - meristémy - umožňujú rast rastlinného tela. Ich jedinou a primárnou úlohou je neustále sa deliť. Bunky meristémov (nazývané aj iniciály) sú malé, parenchymatické, majú tenkú bunkovú stenu, veľa cytoplazmy a pomerne veľké jadrá.

Nachádzajú sa v rastových vrcholoch stonky a koreňov (kde tvoria protomeristém). Sú to bunky priamo pod vrcholovým meristémom, ktoré si ešte určitý čas zachovávajú schopnosť deliť sa, no postupne sa diferencujú do trvácich pletív. Sú prítomné najmä pri drevinách a zabezpečujú ich druhotné hrubnutie - čiže rast koreňa a stonky do šírky. Vznikajú tak, že určité bunky trváceho pletiva sa opäť začnú deliť. Patria sem:

• Kambium - tvorí druhotné drevo a lyko (sekundárny floém).
• Felogén - korkotvorné pletivo, ktoré obnovuje praskajúcu a opadávajúcu kôru (peridermu).

Vedeli ste, že...? Kambium u drevín nevytvára sekundárne drevo počas roka rovnomerne. Na jar (pri dostatku vody) vytvára tzv. jarné bledé drevo s veľkými bunkami. V lete vzniká pevnejšie a tmavšie letné drevo.

Krycie pletivá

Sústava krycích pletív tvorí vonkajší ochranný kryt rastliny, ktorý ju chráni pred mechanickým poškodením, infekciami a pred nadmerným vysychaním. Počas prvého roka života (a u bylín po celý život) je rastlina pokrytá pokožkou (epidermis), ktorá vzniká z dermatogénu. Tvorí ju jedna vrstva plochých buniek bez medzibunkových priestorov, zvyčajne bez chloroplastov.

Pokožkové bunky nadzemných orgánov majú vonkajšiu stenu pokrytú vrstvičkou voskovitej látky (kutínu) zvanou kutikula. Tá chráni rastlinu pred neregulovanou stratou vody. Hrúbka kutikuly závisí od stanovišťa (suchomilné rastliny ju majú hrubšiu). Keďže kutikula vodu ani plyny neprepúšťa, rastlina komunikuje s prostredím inak:

• Prieduchy (stomata) - zabezpečujú výmenu plynov (CO₂ a O₂) a regulované odparovanie vody (transpiráciu). Sú to dvojice obličkovitých zatváravých buniek s prieduchovou štrbinou. Tieto bunky obsahujú chloroplasty a ich hlavnou úlohou je podľa potrieb rastliny otvárať alebo zatvárať prieduchovú štrbinu. Tento osmotický proces aktívne regulujú transportované ióny draslíka (K⁺) a prítomnosť sacharidov vytvorených počas fotosyntézy. Najviac ich je v pokožke listov, najmä na spodnej strane.
• Hydatódy - špecifické prieduchy bez schopnosti zatvárať sa. Slúžia na gutáciu - vytláčanie prebytočnej vody vo forme kvapôčok pri vysokej vlhkosti alebo chlade.
• Chlpy (trichómy) - modifikované výrastky samotných epidermálnych buniek (nikdy neobsahujú cievne zväzky). Poznáme trichómy:
  • krycie - ochrana pred vetrom, odraz svetla;
  • žľaznaté - vylučujú silice a sacharidy;
  • absorpčné (vstrebávacie) - nasávajú vodu z pôdy ako koreňové vlásky;
  • pŕhlivé - sú inkrustované SiO₂, lámu sa a vstrekujú dráždivý histamín a acetylcholín.
• Emergencie - zložitejšie viacbunkové výrastky vzniknuté nielen z pokožky, ale aj z hlbších pletív (napríklad tŕne ruží alebo lepkavé tentakuly mäsožravých rastlín).

Pri viacročných rastlinách a drevinách pôvodná pokožka nedokáže držať krok s hrubnutím, praská a je nahradená vrstevnatou peridermou. Túto vrstvu vytvára druhotný meristém felogén. Smerom von produkuje mŕtve korkové bunky zabezpečujúce mechanickú a tepelnú ochranu.

Vodivé pletivá

Vodivé pletivá vytvárajú len vyššie rastliny a predstavujú súvislú vodivú sústavu na prenos látok. U stielkatých rastlín (Thallobionta) sa pohyb roztokov uskutočňuje len difúziou cez plazmodezmy.

• Drevná časť (lat. xylém, gr. hadróm) vedie transpiračný prúd, ktorý ťahá vodu s rozpustenými minerálmi z koreňa do nadzemných častí. Tento transport prebieha odumretými bunkami a ide o pasívny proces. Drevnú časť tvoria dva typy vodivých elementov:
  • Cievice (tracheidy) - geneticky najstaršie, odumreté, vretenovité bunky typické pre nahosemenné rastliny. Priehradky medzi bunkami nie sú prederavené, voda prechádza cez stenčené miesta.
  • Vlastné cievy (trachey) - evolučne dokonalejšie rúrky typické pre krytosemenné rastliny a lianovcorasty. Priečne steny medzi bunkami (aj cytoplazma) zanikajú, čím vznikajú súvislé duté rúrky, ktoré umožňujú mnohonásobne rýchlejší transport.

  Xylém okrem ciev obsahuje aj živé bunky drevného parenchýmu (zásobná funkcia) a mŕtve bunky sklerenchýmu (dodávajú pevnosť).

  Vodivé pletivo funguje ako dokonalý vodovod, v ktorom je voda ťahaná nahor obrovským podtlakom. Ak do tohto systému vnikne vzduch (napríklad pri extrémnom suchu alebo odrezaní kvetu), bublinky vzduchu sa spoja a vzniká kavitácia. Stav, kedy sa transport vody úplne naruší a cieva sa stáva nefunkčnou, sa nazýva embólia.

• Lyková časť (lat. floém, gr. leptóm) vedie asimilačný prúd. Smeruje z listov, kde vznikajú organické látky (sacharidy z fotosyntézy), do zvyšku rastliny a zásobných orgánov. Tvoria ju nad sebou usporiadané živé bunky, sitkovice, ktoré nedrevnatejú. V čase dospelosti však strácajú jadro. Priečne steny medzi bunkami majú otvory, ktoré tvoria sitkové políčka, cez ktoré plynule preteká cytoplazma. Keďže sitkovice nemajú jadro, priliehajú k nim sprievodné bunky, ktorých jadro slúži obom bunkám.

  Na konci vegetačného obdobia sa do otvorov sitkovice ukladá polysacharid kalóza a upchá ich. Drevná a lyková časť spoločne vytvárajú cievny zväzok.

Základné pletivá

Základné pletivo vypĺňa všetky priestory medzi vonkajším krycím pletivom a vnútorným vodivým pletivom. Tvoria ho zväčša parenchymatické bunky. Z hľadiska anatómie ho nazývame rôzne:

• ak vypĺňa obvod pod krycím pletivom, ide o kôru (cortex);
• ak vypĺňa stred orgánu, hovoríme o dreni (medula);
• v listoch má špecifický názov mezofyl (tvorený palisádovým a špongiovým parenchýmom).

Podľa funkcie rozdeľujeme základné pletivá na:

• Asimilačné pletivo - bunky obsahujú veľa chloroplastov, prebieha v nich fotosyntéza (najmä v listoch).
• Zásobné pletivo - hromadí a uchováva živiny, nachádza sa hlavne v podzemných orgánoch a hľuzách.
• Vylučovacie (sekrečné) pletivo - bunky produkujú a vylučujú špecifické látky (napr. silice, živice, mliečnice).

Rastlinné bunky v biotechnológiách: Totipotencia a dediferenciácia

V laboratórnych podmienkach sa rastlinný materiál využíva na rôzne experimentálne účely, vrátane regenerácie rastlín, čo úzko prepája teoretickú botaniku s biotechnológiami. Základom práce sú dve unikátne vlastnosti rastlinných buniek:

• Totipotencia (resp. pluripotencia) - každá rastlinná bunka má vo svojom jadre kompletnú genetickú výbavu na to, aby sa z nej mohla vyvinúť akákoľvek iná bunka alebo aj úplne nová rastlina.
• Dediferenciácia - schopnosť špecializovanej trvácej bunky vrátiť sa späť do nediferencovaného (meristematického) stavu.

Výsledkom týchto procesov je kalus. V prírode ho môžeme vidieť ako závalové pletivo, ktorým rastlina hojí rany (napríklad na mieste odrezaného konára). Kalus je nediferencované rastlinné pletivo s neobmedzenou schopnosťou delenia. V laboratóriu sa využíva tak, že aj z malého kúska rastliny (alebo z jednej bunky) sa v živnom roztoku (in vitro) vypestuje masa kalusu, z ktorej možno následne regenerovať celé rastliny.

tags: #bunkova #pokozka #cibule

Populárne príspevky:

• Recenzia Vichy Liftactiv Fresh Shot
• Účinný pomocník pri liečbe modrín
• Všetko o hydratačných krémoch bez oleja
• účinné riešenie lupín s Kerium
• Všetko o MARK peeling