Rastlinné pletivá: Stavba, funkcia a typy
Rastlinná bunka tvorí základnú stavebnú jednotku rastlín, ktoré zahŕňajú ako jednobunkové, tak aj mnohobunkové organizmy. Všetky rastliny sú eukaryotické, čo znamená, že ich bunky obsahujú jadro a membránové organely, na rozdiel od prokaryotických organizmov.
Špecifické znaky rastlinnej bunky
Rastlinná bunka sa od živočíšnej odlišuje niekoľkými kľúčovými štruktúrami. Na svojom povrchu disponuje mohutnou a pevnou bunkovou stenou, ktorej hlavnou chemickou zložkou je celulóza. Táto stena dodáva bunke tvar, pevnosť a chráni ju pred prasknutím pri nasatí vody. Práve bunková stena umožnila rastlinám vzpriamený rast na súši.
Enzymatickým rozrušením bunkovej steny pomocou enzýmov ako celulázy alebo pektinázy získame protoplast, teda bunku ohraničenú iba plazmatickou membránou. Tento pojem prvýkrát použil JAN EVANGELISTA PURKYNĚ na opis vnútrobunkového obsahu.
Keďže sú bunky uväznené v pevných celulózových stenách, susedné bunky sú navzájom prepojené jemnými cytoplazmatickými kanálikmi nazývanými plazmodezmy. Tieto výbežky prechádzajú cez otvory v bunkovej stene a umožňujú bunkám voľne si vymieňať vodu a malé molekuly.
Typickými membránovými organelami, ktoré sa nachádzajú výlučne v rastlinných bunkách, sú plastidy. Najvýznamnejšie sú chloroplasty, ktoré obsahujú asimilačné farbivá (chlorofyl) a fungujú ako „solárne články“ rastliny, kde prebieha fotosyntéza. Okrem nich rastliny obsahujú aj bezfarebné leukoplasty (slúžia na ukladanie zásobného škrobu, napríklad v koreňoch) a chromoplasty (obsahujú farbivá pre kvety a plody). K ďalším špecifickým organelám patria glyoxyzómy.
Výrazným prvkom rastlinnej bunky je aj centrálna vakuola. V mladej bunke sa nachádza viacero menších vakuol, ktoré sa v staršej bunke spájajú do jednej obrovskej, zaberajúcej väčšinu vnútorného priestoru.
Pletivá rastlín: Organizácia a delenie
Telo väčšiny rastlín je tvorené z veľkého množstva buniek, ktoré sú špecializované pre určité životné funkcie. Nižšie mnohobunkové rastliny majú telo tvorené z buniek, ktoré nie sú diferencované na skutočné orgány, ale vykonávajú všetky životné funkcie. Telo týchto rastlín sa označuje ako stielka (thallus).
Podľa pôvodu rozoznávame dva základné typy pletív:
Pravé pletivá
Pravé pletivá vznikajú delením buniek vo všetkých troch smeroch priestoru, pričom bunky zostávajú po delení pevne zrastené. Priehradky medzi bunkami sú spočiatku tenké a neskôr hrubnú. V zhrubnutých stenách sa nachádzajú nezhrubnuté miesta - bodky, ktoré zabezpečujú výmenu látok medzi bunkami. Týmito bodkami prechádzajú jemné kanáliky - plazmodezmy. Pravé pletivá sa vyvinuli u vyšších rastlín pri prechode z vodného prostredia na súš, kde bola nevyhnutná deľba práce a vznik špecializovaných buniek pre čerpanie vody, oporu a fotosyntézu.
Nepravé pletivá
Nepravé pletivá vznikajú druhotným zoskupovaním pôvodne voľných buniek a ich následným zrastaním. Nachádzame ich u vývojovo nižších organizmov, ktorých telo tvorí stielka. 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 rastlinných pletív podľa funkcie a stavby
Rastlinné pletivá možno ďalej klasifikovať podľa ich funkcie a stavby:
Parenchým
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 a veľkú centrálnu vakuolu, takže cytoplazma je redukovaná na tenkú nástennú vrstvu. Medzi bunkami sa často nachádzajú medzibunkové priestory (interceluláry). Parenchymatické bunky sú v tele rastliny hojne rozšírené, tvoria stržeň a kôru stoniek aj koreňov, podstatnú časť zásobných orgánov a sú v nich sústredené takmer všetky metabolické procesy a fotosyntéza.
Aerenchým
Pletivo s obrovskými prepojenými intercelulárami, ktoré funguje ako prevzdušňovacie pletivo, sa nazýva aerenchým. Slúži ako zásobáreň vzduchu a ako potrubie privádzajúce kyslík z nadzemných častí rastliny priamo do koreňa.
Kolenchým
Kolenchým je tvorený bunkami, ktoré zostávajú živé, ale ich bunkové steny sú nerovnomerne zhrubnuté a zvyčajne nemajú medzibunkové priestory. Podľa typu zhrubnutia bunkovej steny rozlišujeme viacero typov (rohový, doskovitý atď.). Kolenchymatické pletivo poskytuje mechanickú oporu v mladších, vyvíjajúcich sa orgánoch, pričom si zachováva flexibilitu a ohybnosť.
Prozenchým
Prozenchým tvoria 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
Sklerenchým je najpevnejšie pletivo tvorené bunkami, ktoré sú 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) a rast rastlín
Na rozdiel od živočíchov väčšina rastlín rastie po celý život (tzv. nekonečný rast). Toto im umožňujú špecifické zóny s aktívnym bunkovým delením, nazývané delivé pletivá - meristémy. 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).
Sekundárne meristémy sú tvorené bunkami 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 - 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.
- Felogén - korkotvorné pletivo, ktoré obnovuje praskajúcu a opadávajúcu kôru.
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: Ochrana a komunikácia
Sústava krycích pletív tvorí vonkajší ochranný obal rastliny, ktorý ju chráni pred mechanickým poškodením, infekciami a pred nadmerným vysychaním.
Pokožka (Epidermis)
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. Táto kutikula chráni rastlinu pred neregulovanou stratou vody. Hrúbka kutikuly závisí od stanovišťa (suchomilné rastliny ju majú hrubšiu).
Komunikácia s prostredím
Keďže kutikula neprepúšťa vodu ani plyny, rastlina komunikuje s prostredím prostredníctvom:
- 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 prieduchov sa nachádza 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 lepivé 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: Transport látok
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 (Xylém)
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 je pasívnym procesom.
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 (Floém)
Lyková časť (lat. floém, gr. leptóm) vedie asimilačný prúd. Smeruje z listov, kde vznikajú organické látky, do zvyšku rastliny a do 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.
Transport vody a živín v rastlinách | Xylém a floém | Biológia pre 7. ročník |
Základné pletivo: Výplň a špecializácia
Základné pletivo vypĺňa všetky priestory medzi vonkajším krycím pletivom a vnútorným vodivým pletivom. Zväčša ho tvoria parenchymatické bunky. Z hľadiska anatómie ho nazývame rôzne: ak vypĺňa obvod pod krycím pletivom, ide o kôru (cortex), ak vypĺňa stred orgánu, hovoríme o drení (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.
Rastlinné biotechnológie a vlastnosti buniek
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 kúsku rastliny (alebo z jednej bunky) sa v živnom roztoku (in vitro) vypestuje masa kalusu.
