Khái niệm về tế bào thực vật

KHÁI NIỆM VỀ TẾ BÀO THỰC VẬT 1. Định nghĩa Tế bào là đơn vị cấu tạo cơ bản của cơ thể sống, có đầy đủ các tính chất của sự sống. Cơ thể thực vật cũng như bất kỳ một cơ thể sống nào khác, đều được cấu tạo từ tế bào. Một số loài thực vật, cơ thể chỉ gồm 1 tế bào: một số loài tảo đơn bào Chlamydomonas, Chlorella) - ở những cơ thể này mọi quá trình sống: sinh trưởng, phát triển, đồng hoá, phân giải... đều do bản thân tế bào đó đảm nhận - điều đó chứng tỏ nó là một đơn vị sống độc lập. Một vài trường hợp đặc biệt như tảo không đốt (Vaucheria) cơ thể có cấu tạo cộng bào - nghĩa là cơ thể của chúng gồm nhiều tế bào chung nhau, không có vách ngăn. Hầu hết những loài thực vật khác đều là những cơ thể đa bào, cơ thể được cấu tạo từ rất nhiều tế bào, trong đó mỗi nhóm tế bào thực hiện một chức phận riêng biệt và hợp thành mô thực vật. Tế bào thực vật là đơn vị giải phẫu và sinh lý của cơ thể thực vật. Cấu tạo của tế bào rất phức tạp, tất cả các bộ phận của nó đều đạt đến mức độ phân hoá cao về hình thái và chuyên hoá về chức năng rất cao. 2. Thành phần, cấu tạo của tế bào thực vật 2.1. Hình dạng và kích thước của tế bào thực vật Các tế bào thực vật có hình dạng rất khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loài và từng loại mô thực vật. Ở các loài tảo, tế bào có hình dạng rất đa dạng: Hình 1.1. Các loại tế bào thực vật A. Tế bào sợi; B. Tế bào mô phân sinh; C. Tế bào mô dự trữ chứa hạt tinh bột; D. Tế bào biểu bì; E. Tế bào hai nhân; F. Tế bào mô đồng hóa với với các hạt lạp lục; G. Tế bào mô cứng; H. Tế bào rây và tế bào kèm. 6 hình cầu (tảo tiểu cầu- Chlorella), hình trứng (tảo lục đơn bào - Chlamydomonas) hay hình cong lưỡi liềm (tảo lưỡi liềm - Closterium). Ở cơ thể thực vật bậc cao, hình dạng của tế bào thường được phân thành 2 nhóm có liên quan đến các chức năng khác nhau - Nhóm tế bào nhu mô (Parenchyma): là những tế bào có dạng tròn, bầu dục, đa giác, hình đĩa, hình phiến, hình sao... thường tròn ở góc, kích thước giữa các chiều ít có sự chênh lệch nhau. Tế bào nhu mô thường là những tế bào sống, có màng mỏng, những tế bào này thường tạo nên các loại mô cơ bản của cơ thể thực vật như phần ruột và vỏ của thân và rễ, các mô của lá, hoa, quả và hạt... các tế bào này thường có nhiệm vụ dự trữ hay sinh sản. - Nhóm tế bào hình thoi (Prosenchyma): là những tế bào có dạng hình thoi kéo dài, chiều dài gấp nhiều lần chiều rộng, hai đầu thường vát nhọn, những tế bào này thường có màng dày, thường không có nội chất, chúng chủ yếu tạo nên các mô dẫn và mô cơ của cơ thể thực vật, có nhiệm vụ vận chuyển các chất ở trong cơ thể thực vật và có nhiệm vụ nâng đỡ cây. Tuy nhiên, sự phân biệt hình dạng của 2 nhóm tế bào này chỉ thấy rõ trên lát cắt dọc, còn trên lát cắt ngang chúng rất khó phân biệt. Kích thước của tế bào thực vật cũng rất biến đổi: nhìn chung tế bào thực vật rất nhỏ bé, phải sử dụng kính hiển vi mới có khả năng quan sát được; kích thước trung bình vào khoảng 10 - 1000m. Song cũng có những tế bào có thể nhìn thấy bằng mắt thường: tế bào thịt quả dưa hấu, tép bưởi, tép cam, sợi đay, sợi gai, sợi bông... 2.2. Cấu tạo của tế bào thực vật Tế bào thực vật có cấu tạo rất phức tạp, thường gồm 2 thành phần cơ bản sau đây: - Chất nguyên sinh: là chất sống của tế bào, có cấu tạo rất phức tạp, thường gồm các thành phần cơ bản sau đây: tế bào chất, nhân, ty thể, lạp thể, thể golgi, mạng lưới nội sinh chất... - Thành phần không sống: được hình thành do hoạt động của chất nguyên sinh tạo nên, bao gồm: vách tế bào, không bào và dịch tế bào, các thể ẩn nhập, chất dự trữ... 2.2.1. Tế bào chất (chất tế bào) Tế bào chất là chất sống cơ bản, là thành phần cơ bản và bắt buộc của tế bào, tại đây xảy ra các quá trình tiêu biểu cho hoạt động sống của tế bào. Ở những tế bào còn non, chất tế '62ào chiếm một phần lớn hay hầu hết khoang tế bào. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào, dần dần xuất hiện không bào chứa một chất lỏng gọi là dịch tế bào, tế bào càng già không bào càng lớn, do đó chất tế bào về sau chỉ còn lại một lớp mỏng nằm sát màng. 7 a. Tính chất lý học Tế bào chất là một chất lỏng không màu và hơi trong suốt, nhớt, có tính đàn hồi, không hoà tan trong nước, nặng hơn nước (có tỷ trọng d = 1,04-1,06), có tính chiết quang hơn nước, khi bị đun nóng tới 50oC - 60oC thì tế bào chất sẽ mất khả năng sống. Tuy vậy, tế bào chất của một số hạt, quả khô và của một số bào tử có thể chịu được nhiệt độ cao hơn (từ 80oC - 100 oC). Tế bào chất là một dạng chất keo nhớt, cấu tạo bởi những phân tử hợp lại thành các hạt rất nhỏ gọi là mixen keo. Các mixen keo mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau và gây chuyển động hỗn loạn gọi là chuyển động Brown. Ngoài ra, các mixen này không tan trong nước thành dung dịch thật mà chỉ phân tán trong đó thành các dung dịch giả. Độ nhớt của tế bào chất có thể thay đổi, nghĩa là hệ thống keo của nó vừa có thể ở trạng thái lỏng (sol) vừa có thể ở trạng thái đặc (gel). Trạng thái sol đặc trưng cho độ nhớt của chất tế bào, còn trạng thái gel gần với thể rắn hơn, do đó nó đảm bảo hình dạng ổn định của chất tế bào . b. Thành phần hoá học Tế bào chất có nhiều thành phần hoá học khác nhau, nhưng quan trọng nhất là protein, không có tế bào chất nào lại vắng mặt protein - đó là chất cơ bản của của quá trình sống. Ngoài protein, trong tế bào chất còn có nhiều thành phần hoá học khác nữa: glucid, lipid, nước... Khi nghiên cứu trên nhiều đối tượng khác nhau, người ta đã thu được những số liệu sau đây về thành phần hoá học của tế bào chất: nước 75 - 80%, protein:10 - 20%, lipid: 2 - 5%, glucid: 1 - 2%, muối khoáng: 1% (theo N.X. Kixeleva). Như vậy, trong tế bào chất nước chiếm 1 tỷ lệ rất lớn (trên dưới 80% chỉ trừ vài trường hợp như các hạt khô hàm lượng nước có thể hạ xuống 12 - 14%, đứng sau nước hàm lượng protein cũng chiếm 1 tỷ lệ khá lớn trong tế bào chất). + Protein: trong thành phần hoá học của tế bào chất có 2 loại protein: Protein đơn giản (holoprotein hay protein) và protein phức tạp (heteroprotein) - đó là những hợp chất protein kết hợp với các hợp chất khác như: glucid, lipid, axit nucleic, axit phosphoric... + Lipid: là những este của glyxerin và axit béo, nó chiếm hơn 20% khối lượng khô của tế bào chất, lipid không phải là chất sống mà là sản phẩm của sự trao đổi chất, chủ yếu ở trong các chất dự trữ: các giọt dầu, mỡ ... thường có trong một số hạt và quả... Trong tế bào chất, lipid có thể kết hợp với protein thành hợp chất lipoprotein - chất này có mặt trong ty thể, dùng cung cấp năng lượng. Một số hợp chất lipid cũng gặp trong vách của tế bào và màng nhân. + Glucid: chiếm khoảng 4 - 6% trọng lượng khô của tế bào chất, gồm các loại đường đơn giản (monosaccharide): glucose, ribose, desoxyribose... và những loại 8 đường phức tạp (polysaccharide): Saccharose, tinh bột và cellulose... Các glucidđặc biệt là monosaccharide có vai trò rất quan trọng trong sự trao đổi chất của tế bào, trừ ribose và desoxyribose tham gia vào các chất sống vá có ý nghĩa sinh học rất quan trọng, các glucid khác tuy không phải là các chất sống thật sự nhưng lại là một trong những nguồn năng lượng của tế bào. + Muối khoáng vô cơ: trong tế bào chất, các thành phần muối vô cơ chiếm 2 - 6 % trọng lượng khô, chúng thường ở dưới dạng các hợp chất muối hoặc có trong các hợp chất với protein, glucid, lipid... Trong tế bào chất, các loại muối thường ở trạng thái phân ly thành các ion mang điện tích dương như K +, Mg++, Ca++ , Fe++... và các ion mang điện tích âm như Cl-, N03 -, PO4 3- . Ngoài ra còn có một số nguyên tố vi lượng khác như Cu, Mn, Br... + Nước: trong tế bào chất, nước chiếm trên dưới 80% khối lượng của tế bào chất, nước cần thiết cho 2 quá trình thuỷ phân và oxy hoá thường xuyên xảy ra bên trong tế bào. Trong tế bào chất có 2 dạng nước: - Nước liên kết: bao quanh các phân tử keo, là điều kiện để duy trì độ bền của keo trong chất tế bào, dạng nước này không đóng vai trò dung môi đối với các chất hoà tan được trong nước. Sự mất loại nước này làm cho tế bào và mô bị xẹp đi, do đó loại nước này rất cần thiết cho sự sống của tế bào, mô. - Nước tự do: là môi trường để thực hiện mọi quá trình sinh hoá diễn ra trong tế bào. Nó có thể hoà tan muối và các chất khác, dạng nước này chiếm phần lớn khối lượng nước của tế bào. c. Cấu trúc siêu hiển vi của tế bào chất Khi quan sát tế bào dưới kính hiển vi quang học, ta thấy tế bào chất là một khối đồng nhất về quang học. Tuy nhiên, khi quan sát tế bào dưới kính hiển vi điện tử đã cho ta thấy được cấu trúc siêu hiển vi của tế bào chất. Tế bào chất của tế bào thực vật có 3 lớp màng: - Màng nguyên sinh: có đặc tính cơ bản của chất nguyên sinh bởi tính thấm phân biệt và khả năng dịch chuyển tích cực các chất, thậm chí còn chống lại cả gradiel nồng độ (Clander,1959). Những màng mỏng này khó có thể nhận biết được bằng kính hiển vi quang học, nhưng ở kính kiển vi điện tử người ta có thể khẳng định được đặc tính hình thái của chúng (Mercer,1960). Chúng có thể xuất hiện những đường đơn hoặc kép tuỳ thuộc vào tiêu bản và mức độ phân tích, màng trong đôi khi nhỏ hơn màng ngoài (Falk và Sitte,1963). - Màng không bào: là những phần chất nguyên sinh bao quanh các không bào. Cả hai lớp màng nguyên sinh và màng không bào đều có cùng một cấu tạo phân tử lipoprotein. - Phần cơ bản giữa hai lớp màng có cấu tạo phức tạp. Theo K.Pocte và cộng sự (1943) đã xác định: chúng được cấu tạo từ một hệ thống các xoang, các túi nhỏ 9 và các rãnh có cấu tạo như màng nguyên sinh và màng không bào. Hệ thống đó được gọi là mạng lưới nội chất. Thành mạng lưới nội chất có thể nhẵn hay mang các hạt riboxom, chúng không bền vững, số lượng và sự phân bố có sự thay đổi trong quá trình sống của tế bào. Mạng lưới nội chất cung cấp cho tế bào một bề dày màng mỏng bên trong rộng lớn, các enzyme thường phân bố thứ tự dọc theo các màng đó và cũng cung cấp cho tế bào một hệ thống các ngăn như tách riêng các sản phẩm trao đổi chất và có thể được vận chuyển từ phần này đến phần khác của tế bào. Màng nguyên sinh và màng không bào đều rất mỏng, có độ dày thường từ 7 - 12nm, có cấu tạo bởi 3 lớp phân tử: ở giữa là lớp phân tử lipid phân cực, còn phía ngoài là 2 lớp phân tử protein. Cả 2 lớp màng này đều giàu lipid và đều có tính bán thấm chọn lọc: có khả năng để cho nước và các chất hoà tan cần thiết thấm qua, có tính đàn hồi và có khả năng tái sinh, chúng hợp hành màng cơ sở của tế bào. Trong phần chất cơ bản, còn một chất nền trong suốt không màu được gọi là chất nền, là phần nằm ngoài các màng mỏng của mạng lưới nội chất. d. Tính chất sinh lý của tế bào chất + Tính thấm chọn lọc Là khả năng hút được chất này hay chất khác từ môi trường xung quanh vào tế bào và ngược lại nhả một số chất vào môi trường khi nồng độ dung dịch bên trong tế bào và ngoài môi trường chênh lệch nhau. Tế bào chất có thể được xem như một màng bán thấm có tính chọn lọc, nghĩa là có khả năng cho dung môi thấm qua, còn các chất hoà tan trong không bào không thể lọt qua được hoặc nếu có thì thấm qua với tốc độ chậm hơn nước rất nhiều. Tính chất này của tế bào chất được thể hiện khá rõ trong hiện tượng co nguyên sinh và phản co nguyên sinh của tế bào chất. + Sự chuyển động của chất tế bào Sự chuyển động của tế bào chất là đặc tính của các tế bào sống, trong quá trình chuyển động, tế bào chất đã lôi kéo những nội bào quan, đôi khi cả tế bào chuyển động theo. Sự chuyển động của tế bào chất có thể quan sát dễ dàng dưới kình hiển vi quang học, có thể phân biệt 3 dạng chuyển động sau đây của chất tế bào: - Chuyển động amip: tế bào chất có thể chuyển động theo nhiều hướng khác nhau bằng những xúc tu giả, sự chuyển động này kéo theo sự chuyển động của cả tế bào, thường gặp u7903 . các tế bào nấm nhầy (myxomycetes). - Chuyển động vòng: chuyển động của tế bào chất theo một hướng xung quanh không bào trung tâm, chuyển động như vậy ở các tế bào lân cận thường xảy ra theo hướng ngược chiều nhau, kiểu chuyển động này thường gặp trong các tế bào của lá những cây ở nước như rong Mái chèo (Vallisneria spiralis) và rong Đuôi chồn (Hydrilla verticillata). 10 - Chuyển động khuếch tán: tế bào chất chuyển động theo những dải xuyên qua không bào trung tâm theo các hướng khác nhau có khi ngược chiều nhau, kiểu chuyển động này có thể thấy ở lông các loài Thài lài (Tradescantia) và Bí ngô (Cucurbita pepo). Ngoài ra, còn có hình thức chuyển động trung gian giữa kiểu chuyển động vòng và chuyển động khuếch tán, thường thấy ở tế bào chất của lông rễ các cây ở nước (hydrocharia). Kiểu chuyển động dao động của chất tế bào là kiểu đơn giản hơn cả, đặc trưng cho các loài tảo như closterium, Spirogyra... Về cơ chế và chức năng chuyển động của chất tế bào đến nay vẫn còn chưa được nghiên cứu kỹ, rất có thể sự chuyển động này giúp cho sự vận chuyển các chất cần thiết trong chất nguyên sinh. e. Sợi liên bào và sự liên lạc giữa các tế bào Trong những cơ thể thực vật đa bào, tế bào chất của những tế bào ở gần nhau được liên hệ chặt chẽ với nhau nhờ những sợi mảnh chất tế bào xuyên qua vách tế bào - gọi là sợi liên bào. Chức năng chủ yếu của sợi liên bào là mang những sản phẩm trao đổi chất và dẫn truyền kích thích do ảnh hưởng của các nhân tố bên ngoài, từ chỗ nhận kích thích truyền vào sâu ở bên trong của các cơ quan. Như vậy, giữa các tế bào có sự giao lưu rõ ràng và mối liên hệ thường xuyên. 2.2.2. Lạp thể Lạp thể là những nội bào quan nhỏ đặc trưng cho tế bào thực vật (không có ở vi khuẩn, tảo lam và nấm), chúng có vai trò rất quan trọng đối với các quá trình dinh dưỡng của tế bào. Tuỳ theo sự có mặt của các loại sắc tố chứa bên trong lạp thể, người ta chia lạp thể làm 3 loại: lạp lục, lạp màu và lạp không màu. Sự phân chia thành các loại lạp nói trên mang tính chất tương đối, vì các loại lạp thể này đều có chung một nguồn gốc và giữa chúng có sự chuyển hoá lẫn nhau: a. Lạp lục (Chloroplaste) Lạp lục là loại lạp thể có chứa các sắc tố màu lục gọi là chất diệp lục (Chlorophyll), lạp lục có mặt trong tất cả các phần xanh của cây như: lá, thân, cành non của cây...