Въведение в ботаниката - лекционен курс

Ботаника лекции
Въведение в Ботаниката

Ботаниката е наука за растенията, покриваща широк спектър от научни дисциплини
изучаващи: строежа, растежа, развитието, размножаването, екологията, еволюцията и
таксономията на растенията. Растенията биват проучвани на различни нива: от
молекулярно, генетично и биохимично ниво, през органели, клетки, тъкани, органи,
отделни индивиди до растителни съобщества и екосистеми.

Направления в Ботаниката

Всеки един от тези аспекти на научни проучвания оформя различни направления в
Ботаниката:

• Цитология – изучава състава, строежа, жизнения цикъл и деленето на растителната
клетка

• Анатомия и ембриология - изучава строежа на растителните тъкани и органи и
протичането на ембриологичните процеси.

• Систематика на растенията – наука за наименованията, описанията, родствените
връзки

и класификацията на растенията

• Екология - наука за разпространението и разнообразието на растенията и как то се
повлиява при взаимодействието им с факторите на околната среда

1 / 97

Ботаника лекции
Предмет на Ботаниката

Първоначално Ботаниката е покривала изучаването на всички организми, които не са
животни. Понастоящем повечето от т.н. “подобни-на-растения” организми като:
бактерии и вируси (изучават се в микробиологията), гъби (изучават се от микологията),
а според някои автори дори и водораслите (изучават се от фикологията) не се
разглеждат като част от растителното царство. Независимо от това те се споменават
накратко в курсовете по Ботаника

Причини да изучаваме растенията

• Изхранват света – директно или индиректно (те са в основата на почти всички
хранителни вериги). Почти всичката храна която ползваме е от растителен произход -
зърнени храни, зеленчуци, плодове, захар, растителни масла, животински продукти

• Източник са на много важни естествени продукти като памук, лен, хартия, дървесина,
каучук, коприна.

• Много от растенията са популярни стимуланти(чай, кафе, какао, тютюн) или имат
лечебни свойства - бяла върба, лайка, шипка, валериана, липа и др.

• Повечето алкохолни напитки се получават чрез ферментация на грозде или ечемик.

Причини да изучаваме растенията

• Участват в произхода на фосилните горива – въглища, суров петрол, натурален газ.

• Те са удобни обекти за проучване на фундаментални жизнени процеси(делене на
2 / 97

Ботаника лекции
клетките, синтеза на протеини), като позволяват да се избегнат етичните дилеми
съпътстващи същите проучвания при клетките на човека и животните.

• Растенията абсорбират въглероден двуокис(който е един от газовете причиняващ
глобалното затопляне) и генерират кислород при фотосинтезата

• Проучванията върху растенията ни помагат да разберем по-добре промените в
околната среда и в много случаи служат като ранна предупредителна система за
настъпващи важни промени в нея.

Клетка

Всички организми са изградени от клетки През 1665г. Роберт Хук за първи път
наблюдава и описва “мехурчета” и “празнини” в прерези на корк и ги нарича “клетки”.
Постепенно с усъвършенстването на микроскопа се обогатяват и задълбочават
познанията за строежа на клетките(открити са ядрото, протоплазмата, хлоропластите,
скорбелните зърна, митохондриите и пр.). Изяснява се, че организмовият свят е
представен от едноклетъчни и многоклетъчни рганизми. Доказването на широкото
разпространение на едноклетъчните организми показва, че клетката е не само
самостоятелна структурна, но и самостоятелна физиологична единица. Всички тези
открития създават предпоставки за формирането на обща научнообоснована теория за
строежа на живите организми – клетъчната теория. Нейни създатели са Теодор
Шван(зоолог) и Матиас Шлайден(ботаник)

Клетъчна теория - съвременни положения

• Всички живи организми са съставени от една или повече клетки

• Клетката е фундаментална и структурна единица на всички организми и всички
жизнени процеси протичат в нея

3 / 97

Ботаника лекции
• Всички клетки произлизат от вече съществуващи клетки(чрез клетъчно делене)

• Клетките съдържат наследствена информация, която се предава от клетка на клетка
в процеса на деленето на клетките

• Всички клетки на практика имат един и същ химичен състав

Структура на клетката

Всички клетки имат:

-Плазмена мембрана, която обгражда съдържанието на клетката

-Генетичен материал във форма на ДНК

-Цитоплазма с рибозоми

В зависимост от степента на развитие и усъвършенстване на клетките различаваме два
основни типа клетъчна организация - прокариоти и еукариоти.

Типове клетъчна организация

Прокариоти – прости клетки които нямат мембранно ограничени структури и ДНК е
разположена в цитоплазмата(ДНК с прилежащата до нея цитоплазма образува
нуклеоид)
4 / 97

Ботаника лекции

Еукариоти – имат множество мембранно ограничени органели и структури и ДНК е
разположена в ядрото, изолирана от цитоплазмата с двойна мембрана и организирана в
хромозоми

Прокариоти и еукариоти

Установена е и междинен тип клетъчна организация – мезокариоти. Те имат ядро с
двойна мембрана и обособени хромозоми(като еукариотите), но хромозомите им не
съдържат хистонови белтъци(като прокариотите). Протичането на митозaта е различно
от това на еукариотите.

Произход на еукариотната клетка

I. Теория за филиацията. Според нея органелите в клетката са възникнали в резултат
на вгъването на плазмената мембрана и обособяването на специализирани
компартменти(зони) - ядро, органели, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи,
митохондрии, пластиди - изпълняващи различни функции

Произход на еукариотната клетка

II. Теорията за ендосимбиозата

Според тази теория еукариотната клетка е произлязла по пътя на еволюцията чрез
обединяването на няколко типа самостоятелни прокариотни клетки и установяване на
симбиотични взаимоотношения между

2. Смята се, че митохондриите са произлезли от хетеротрофни аеробни бактерии,
хлоропластите – от цианобактерии, съкратителните белтъци – от спироплазмите
5 / 97

Ботаника лекции

3. Тези хетеротрофни анаеробни бактерии, спироплазми и цианобактерии са навлезли
чрез фагоцитоза в анаеробни клетки(термоплазми) и са установили симбиотични
взаимоотношения, като са започнали да усвояват кислорода и синтезират хранителни
вещества

Теория за ендосимбиозата - доказателства

1. Митохондриите и хлоропластите са сходни с бактериите по размер и устройство

2. Митохондриите и хлоропластите имат двойни мембрани с различен химичен строеж,
като външната произлиза от плазмената мембрана на клетката домакин, а вътрешната е
образувана от плазмена мембрана на аеробната бактерия

3. И митохондриите и хлоропластите съдържат циклична ДНК сходна с бактериалната
ДНК

4. Митохондриите и хлоропластите имат собствени рибозоми(70S), с РНК сходна по
състав (има същата последователност на аминокиселините) с тези на бактериите

5. Лабораторни изследвания показват, че амеби заразени от бактерии стават зависими
от тях

Размер на клетките - защо са толкова малки?

-Клетките имат нужда от достатъчна външна повърхност за да се осигури адекватен
транспорт на хранителни вещества навътре и на отпадъци навън.

6 / 97

Ботаника лекции
-С увеличаване обема на клетката се увеличават и разстоянията за транспортиране на
хранителните и отпадъчните вещества и ако клетките станат прекалено големи те не
могат да транспортират достатъчно хранителни и отпадъчни вещества и съответно
клетката гладува и застарява по-бързо.

-Също, размера на клетките засяга реагирането на промените и дразненията на
външната среда: сигналите пътуват от повърхността на клетката до ядрото, тогава
ядрото издава нови инструкции в съответствие със ситуацията. Инструкциите трябва да
достигнат до всички части на клетката. Колкото по- голяма е клетката, толкова повече
време й трябва за да реагира.

-Така повърхността на клетката се явява ограничаващия фактор в съотношението
обем/размер и лимитира клетките до малки размери и обуславя факта, че
многоклетъчните организми са изградени от много и малки по размер клетки, вместо от
по-малко на брой и едри клетки

Размер на клетките

-Повечето клетки имат размери от 1 до 100 микрона но в някои случаи могат да бъдат
до далеч по-големи: в клетките на клубените на картофите, в плод на домат, диня - до
1мм; в ликовите влакна на лен, коноп - 2 - 4см; в тези на копривата - до 8см; в рамията -
до 20см; около 6.5 см - власинките по семената на памука.

-Стратегии за увеличаване на повърхността на клетката, така че да могат да бъдат
по-големи:

-Неправилна форма със силно нагънати стени

-Тесни и дълги клетки

7 / 97

Ботаника лекции
-Кръглите клетки винаги са малки.

Съставни части на еукариотната клетка

Еукариотните клетки имат следните основни части:

-Плазмени мембрани - обграждат клетката и клетъчните органели

-Ядро

-Цитоплазма - всичко затворено м/у плазмената мембрана и ядрото

1. Цитозол - течната част цитоплазмата

2. Рибозоми

3. Цитомембранна система от: ендоплазмена мрежа(ЕМ), апарат на Голджи, лизозоми,
пероксизоми, транспортни мехурчета

4. Митохондрии

5. Пластиди

6. Цитоскелет
8 / 97

Ботаника лекции

Има различия в устройството на животинските и растителните клетки

Животинската клетка няма: Хлоропласти, Централна вакуола с тонопласт, Клетъчна
обвивка, Плазмодезми

Растителната клетка няма: Лизозоми, Центриоли ,Камшичета(с изключение на някои
сперматозоиди)

Плазмени мембрани

Представляват полутечен, избирателно пропусклив липиден бислой, в който са
разположени протеини, въглехидрати и други съединения, структура известна като
течно-мозаичен модел. Нарича се така понеже фосфолипидите могат да се движат
почти свободно в бислоя, а белтъчните молекули са разхвърляни в него подобно на
мозайка.

Структура на плазмените мембрани. Изградена е основно от липиди и протеини

I.Фосфолипиди

-Фосфатната част(“главичката”) е хидрофилна – съдържа фосфорна киселина

-Липидната “опашка” е хидрофобна – съдържа въглеводородни вериги на мастна
киселина

-Образуват двоен слой(бислой).
9 / 97

Ботаника лекции

-Основно свойство на фосфолипидите е тяхното свободно предвижване в бислоя.
Фосфолипидите образуват или плосък бислой или мембранни мехурчета

Структура на плазмената мембрана - протеини

II. Протеини

-Протеините са потопени в липидния слой и биват:

-интегрални – те са здраво свързани с липидите и за да се екстрахират трябва да се
разруши мембраната

-периферни - не са здраво свързани с липидите, екстрахитат се лесно

-трансмембранни - преминават открай- докрай през мембраната

-Имат способност да се движат в бислоя (латерално, въртят се около оста си или
извършват флип-флоп движения)

Функция на мембранните протеини

-Участват като сензори (рецепторна функция)

-Участват като точки за прикрепване на съседните клетки
10 / 97

Ботаника лекции

-Участват в транспорта на веществата

-Участват в предаването на сигнали между клетките

-Осигуряват прикрепване към цитоскелета и междуклетъчния матрикс

-Имат различни ензимни функции

-Протеините и липидите на плазмената мембрана често са свързани със захари
(образуват гликопротеини и гликолипиди). Например разликата между ABO кръвни
групи се дължи на различните захарни молекули прикрепени към външната мембрана
на червените кръвни телца

Функция на плазмената мембрана

-Осигурява компартменизация на клетката

-Участва в транспорта на веществата. Има избирателна пропускливост – само
определени вещества могат да влизат или излизат от клетката

-фосфолипидите са непропускливи – само водата и малко на брой, неголеми, неполярни
молекули могат да преминават свободно през фосфолипидния слой

-Всички останали вещества постъпват в клетката през протеините чрез пасивен или
активен транспорт
11 / 97

Ботаника лекции

-Плазмените мембрани варират по качествен състав и по количествено съдържание на
изграждащите ги липиди и белтъчини, в зависимост от типа на клетките и функцията
която изпълняват. Познати са 17 типа плазмени мембрани

Цитоскелет

-Представлява мрежа от нишки и тръбички в цитоплазмата изградени от белтъчни
молекули и определя формата на клетката. Без цитоскелета всички клетките