Biologija rastlinske celice - Katedra za botaniko - Biologija.org

Biologija rastlinske celice - Katedra za botaniko - Biologija.org Biologija rastlinske celice - Katedra za botaniko - Biologija.org

from botanika.biologija.org More from this publisher

06.05.2013 Views

Barbara Vilhar Biologija rastlinske celice Delovni zvezek Vaje pri predmetu Biologija celice Študijski program: Živilska tehnologija Ime in priimek: ............................................................ Urniška skupina: ........................ Študijsko leto: ............................ Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta Ljubljana, 2005

Barbara Vilhar

Biologija rastlinske celice

Delovni zvezek

Vaje pri predmetu Biologija celice

Študijski program: Živilska tehnologija

Ime in priimek: ............................................................

Urniška skupina: ........................

Študijsko leto: ............................

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta

Ljubljana, 2005

Vsebina

ZGRADBA RASTLINSKE CELICE................................................................................ 1

Jedro ......................................................................................................................................... 2

Vakuola ..................................................................................................................................... 2

Plastidi....................................................................................................................................... 4

Celična stena ............................................................................................................................ 7

Oljna telesca ........................................................................................................................... 11

Druge strukture v rastlinski celici ............................................................................................ 12

Evolucijski razvoj evkariotske celice ....................................................................................... 14

NAVODILA ZA PRAKTIČNO DELO............................................................................ 15

Kaj potrebujete pri vajah ......................................................................................................... 15

Pravila za opravljanje vaj ........................................................................................................ 15

Študijsko gradivo na spletnih straneh ..................................................................................... 16

Znanstveno poimenovanje rastlinskih vrst.............................................................................. 16

Kako pripravimo stereolupo .................................................................................................... 17

Kako pripravimo mikroskop..................................................................................................... 19

Merjenje z mikroskopom ......................................................................................................... 21

Priprava mokrega preparata ................................................................................................... 22

PRAKTIČNE VAJE ...................................................................................................... 23

2

Naloga za samostojno delo 1 Zgradba rastlinske celice ........................................................................23

Naloga za samostojno delo 2 Rastline in živali v moji kuhinji.................................................................26

Vaja 1 Zgradba rastlinske celice ............................................................................................................28

Vaja 2 Bela in rdeča čebula....................................................................................................................31

Vaja 3 Kopičenje barvil v rastlinski celici ................................................................................................34

Vaja 4 Barvilo iz rdečega zelja ...............................................................................................................42

Vaja 5 Lastnosti rastlinskih barvil ...........................................................................................................45

Naloga za samostojno delo 3 Barvila kot aditiv v živilih .........................................................................49

Vaja 6 Venenje zelenjave.......................................................................................................................51

Vaja 7 Škrob v živilih ..............................................................................................................................57

Vaja 8 Bela in polnozrnata moka............................................................................................................61

Vaja 9 Zakaj hruška škripa pod zobmi? .................................................................................................62

Vaja 10 Kako deluje plutovinast zamašek?............................................................................................64

LITERATURA............................................................................................................... 67

PRILOGA: IZVLEČEK IZ PRAVILNIKA O ADITIVIH ZA ŽIVILA................................ 68

Zakaj se je na vašem urniku znašla biologija rastlinske celice?

Rastlinska celica si je priborila mesto na urniku študija živilske tehnologije zato, ker človek

vsak dan poje na tisoče rastlinskih celic, surovih ali kuhanih ali predelanih v različne

prehrambene izdelke.

Razlog, da rastline tako pogosto uvrščamo na jedilnik, je pravzaprav njihov način življenja.

Rastline so namreč avtotrofni organizmi – v procesu fotosinteze iz okolja sprejemajo svetlobno

energijo, ki jo nato vskladiščijo kot kemijsko vezano energijo (npr. v ogljikovih hidratih).

Rastline imajo izjemno sposobnost, da lahko s pomočjo fotosinteze in z njo povezanih

metabolnih reakcij izgradijo vse snovi, ki jih potrebujejo za vzdrževanje življenjskih procesov.

Poleg svetlobne energije iz okolja sprejemajo ogljikov dioksid iz ozračja, ter vodo in raztopljene

mineralne snovi (te vsebujejo približno deset nepogrešljivih elementov) iz tal. Iz teh zelo

preprostih anorganskih snovi (voda, ogljikov dioksid, nekaj različnih soli) in zunanjega vira

energije (sončne svetlobe) rastline izdelajo ogljikove hidrate, beljakovine, maščobe, nukleinske

kisline, vitamine, alkaloide, barvila, eterična olja – skratka vse snovi, ki jih najdemo v

rastlinskem telesu, razen vode in v vodi raztopljenih anorganskih ionov.

V nasprotju z rastlinami je človek heterotrof. To pomeni, da mora iz okolja sprejemati hranilne

snovi, ki že vsebujejo kemijsko vskladiščeno energijo (npr. ogljikove hidrate, maščobe). Poleg

tega ni sposoben sam sintetizirati vseh snovi, ki jih telo potrebuje – iz okolja mora s prehrano

pridobivati tudi vitamine in esencialne aminokisline.

Rastline predstavljajo pomemben del človekove prehrane. Jemo dele svežih rastlin (sadje,

zelenjava), kuhane dele rastlin (krompir, špinača, fižol), ter bolj ali manj predelana živila

rastlinskega izvora (moka, sadni sokovi, alkoholne pijače, čokolada). Preko rastlinskih živil

človek sprejema tako energetsko bogate snovi kot tudi snovi, ki jih sam ne more sintetizirati.

Seveda človek je tudi živila živalskega izvora (meso, mleko, jajca). Vendar pa so živali, iz

katerih pridobivamo ta živila, rastlinojedci. Tako rastline predstavljajo krmo za živali (trava,

seno, koruza, krmna pesa), živila iz teh živali pa potem človek poje. V vsakem primeru je

človekova prehrana neposredno ali posredno močno odvisna od snovi, ki jih s fotosintezo

izdelajo rastline.

Pri pripravi rastlinskih živil upoštevamo in izkoriščamo lastnosti rastlinske celice, čeprav se

tega pogosto sploh ne zavedamo. Tako na primer kot vir energetsko bogatih snovi na jedilnik

uvrstimo živila, ki vsebujejo veliko škroba. Če bi rastlinska tkiva na krožniku pogledali pod

mikroskopom, bi ugotovili, da so v celicah škrobna zrna, ki se nahajajo v amiloplastih. Ravno

tako so nam mnogokrat všeč žive barve živil. Pod mikroskopom bi opazili, da se rdeče barvilo v

rdečem »olupku« jabolka kopiči v drugih celičnih strukturah kot rdeče barvilo v rdeči papriki.

Celični biolog bi vam znal razložiti, kaj se dogaja v rastlinski celici, kadar zelenjava po daljšem

skladiščenju izgubi čvrstost in »ovene«. Rastlinske celice proizvajajo tudi različna barvila in

dišeče snovi (»arome«), ki jih dodajamo živilom med industrijsko predelavo živil.

Pri vajah si bomo ogledali zgradbo in lastnosti rastlinske celice. Predvsem bomo ugotavljali,

katere celične strukture so pomembne pri pripravi živil in zakaj. Zanimivo je, da so ravno tiste

strukture, ki so posebnost rastlinske celice (plastidi, vakuola, celična stena) hkrati tudi

najpomembnejše za našo prehrano.

V uvodnem delu delovnega zvezka so na kratko opisane strukture v rastlinski celici. Drugi del

vsebuje praktične vaje in naloge za samostojno delo. Nekatere teoretične osnove so podane tudi

pri posameznih vajah. Torej, lotimo se dela.

ZGRADBA RASTLINSKE CELICE

Celica je temeljna gradbena in organizacijska enota organizmov, v kateri potekajo osnovni

(celični) metabolni procesi. Veja biologije, ki obravnava zgradbo celice, se imenuje citologija.

Prvotni organizmi so bili prokarioti (bakterije, modrozelene cepljivke). Pri prokariotih je v

notranjosti celice citoplazma s prosto, krožno molekulo DNA. Metabolni procesi potekajo ali na

celični membrani plazmalemi ali v citosolu (tekočini znotraj plazmaleme). Prokariotske celice

so zelo majhne – velike nekaj mikrometrov. Prokarioti so enocelični organizmi. Kasneje so se

razvili še evkarioti (rastline, glive, živali). Pri njih so se razvili znotrajcelični membranski

sistemi, ki obdajajo dele citosola. Tako nastale celične strukture imenujemo membranski

organeli. V notranjosti vsakega membranskega organela celica vzdržuje značilne kemične in

fizikalne razmere (npr. pH), ki omogočajo izvajanje za organel specifičnih biokemijskih reakcij.

Iz prvotnih enoceličnih evkariotov so se razvili mnogocelični organizmi, pri katerih celice v

različnih tkivih opravljajo različne naloge.

Večino organelov najdemo v vseh evkariotskih celicah – pri rastlinah, glivah in živalih.

Posebnosti rastlinske celice so celična stena, plastidi in vakuola.

Zgradba rastlinske celice je prikazana na sliki 1. V rastlinski celici so membranski organeli

jedro, mitohondriji, plastidi, vakuole, endoplazemski retikel, Golgijev aparat in mikrotelesca.

Biološka membrana je tudi celična membrana – plazmalema. Med ostale celične strukture, ki ne

vsebujejo membran, pa uvrščamo celično steno, ribosome in citoskelet. Med organeli je tekoč

citosol.

Golgijev aparat

citosol

gladki

endoplazemski

retikel

kloroplast

plazmodezma

mikrotelesce

jedrne pore

jedrce

jedrna ovojnica

primarno

polje piknje

medcelični

prostor

nukleoplazma

zrnati endoplazemski retikel

mitohondrij

tonoplast

vakuola

osrednja lamela

plazmalema

mikrotubuli

mikrofilamenti

plazmodezma

celična stena

celična stena sosednje celice

Slika 1. Rastlinska celica. Velikosti posameznih organelov niso narisane v sorazmerju (slika

prirejena po Mauseth, 1995).

Ena od posebnosti rastlin je, da so njihove celice obdane s celično steno in zlepljene med seboj.

Rast posamezne celice in njeno končno obliko in velikost tako močno omejujejo sosednje celice

v tkivu. Zato je večina rastlinskih celic kockaste, kvadraste, valjaste ali kroglaste oblike,

nekateri tipi celic (npr. celice za transport snovi) pa so tudi močno podaljšani. Večinoma so

rastlinske celice dolge od 10 do 100 µm, nekateri tipi celic pa so tudi bistveno večji.

Protoplast rastlinske celice vključuje plazmalemo in vse strukture znotraj plazmaleme – torej

vse dele rastlinske celice razen celične stene. Z izrazom citoplazma opisujemo vse celične

strukture v notranjosti celice razen jedra. Na vajah bomo izraz citoplazma uporabljali za opis

citosola z vsemi organeli, ki jih ne moremo razlikovati s svetlobnim mikroskopom.

Jedro

V jedru (nucleus) je shranjena genska informacija celice (DNA). Jedro obdaja jedrna ovojnica,

sestavljena iz dveh membran, v katerih so jedrne pore. Najpomembnejša dejavnost jedra je

prepisovanje genske informacije z DNA na mRNA in sinteza sestavin za ribosomske podenote

(rRNA). Jedro ima tako pomembno vlogo pri regulaciji metabolnih in fizioloških procesov v

celici. V notranjosti jedra je nukleoplazma, ki jo sestavljajo jedrna DNA, histoni (beljakovine,

okoli katerih je navita DNA), encimi za popravljanje in prepisovanje DNA, različne vrste RNA,

voda in mnoge druge snovi, potrebne za jedrni metabolizem. V jedru se nahaja tudi eno ali več

jedrc (nucleolus) – to so območja v jedru, kjer poteka sinteza ribosomskih podenot. Preko

jedrnih por poteka transport med jedrom in citoplazmo (prenos mRNA, nukleotidov,

ribosomskih podenot).

Dvojna vijačnica DNA je debela približno 2 nm (nm = 10 -9 m). Skupna dolžina vse DNA v

jedru je lahko dokaj velika – pri redkvici okoli 30 cm, pri grahu in človeku okoli 2 m, pri čebuli

skoraj 10 m. Pri tem je premer jedra v rastlinskih celicah precej majhen - od 5 µm do 15 µm. V

jedru je DNA organizirana v več kosov – kromosomov. DNA v vsakem kromosomu je tesno

navita skupaj. Molekula DNA se ovije okoli kroglastih struktur, sestavljenih iz več beljakovin

histonov. Kompleks DNA in histonov imenujemo kromatin (slika 2). DNA, navita okoli ene

kroglaste skupine histonov, je nukleosom. DNA, navita okoli histonov, je na več višjih ravneh

organizacije tesno zložena skupaj (slika 2).

Razen v jedru najdemo DNA tudi v plastidih in mitohondrijih, kjer pa DNA ni navita okoli

histonskih beljakovin; na ta način je DNA organizirana tudi v prokariotskih organizmih.

Vakuola

Vakuola je pri zrelih rastlinskih celicah največji organel, saj lahko zavzema več kot 95% celične

prostornine. Mlade celice, ki nastajajo s celično delitvijo v meristemih (rastnih vršičkih) pa

imajo več manjših vakuol. Vakuola je obdana z membrano - tonoplastom, znotraj katere je

vodna raztopina - vakuolni sok. Velika vakuola nastane z zlivanjem veziklov endoplazemskega

retikla in Golgijevega aparata ter manjših vakuol. Nameščena je v sredini celice in obdana s

citosolom.

Zaradi privzemanja vode vakuola stisne citoplazmo z vsemi organeli v tanko plast ob

plazmalemi in proti celični steni ustvarja turgorski pritisk, ki omogoča celično čvrstost

(turgidnost). Turgidne celice v tkivu pritiskajo druga proti drugi, kar občutimo kot čvrstost

rastlinskega tkiva (npr. sveža zelenjava). Ob pomanjkanju vode turgorski pritisk pade, celice

postanejo ohlapne in ne pritiskajo druga proti drugi (slika 3). V naravi se to zgodi med sušo, ko

rastlina skozi liste z izhlapevanjem (transpiracijo) izgublja vodo, hkrati pa te vode ne more

nadomeščati s srkanjem skozi korenine, saj so tla suha. Listi takšne rastline niso več čvrsti in se

povesijo (ovenejo). Podobno je tudi s svežo zelenjavo, ki predstavlja pravzaprav odrezane dele

rastlin (npr. listi solate). Odrezani del rastline skozi površino počasi izgublja vodo, hkrati pa v

tkivo ne priteka nova voda iz korenin, saj so le-te odrezane. Zato sčasoma sveža zelenjava

ovene, predvsem če med skladiščenjem ni dobro zaščitena pred izhlapevanjem vode.

Poleg vode so v vakuoli tudi encimi, ioni (Ca 2+ , K + ), soli, barvila, kristali, alkaloidi, rastni

hormoni, založne beljakovine, čreslovine ali tanini idr. Vakuola pogosto deluje kot organel za

skladiščenje tako založnih (sladkorji, beljakovine) kot odpadnih produktov metabolizma, saj

rastline za razliko od živali nimajo posebnih izločalnih organov.

1400 nm = 1,4 µm

30 nm

700 nm

300 nm

nukleosom

histon

11 nm

kromosom (s podvojeno DNA

– dve sestrski kromatidi)

Slika 2. Zgradba kromosoma in navijanje kromatina (slika prirejena po Moore in sod., 1998).

2 nm

zanke kromatina

kromatin – DNA, ovita okoli

histonov

molekula DNA

Slika 3. Vakuola in turgorski pritisk. A – turgidna celica; turgorski pritisk je prikazan z debelimi

sivimi puščicami; B – ohlapna celica po izgubi vode Tonoplast (ena biološka

membrana) je prikazan kot svetlo območje, obdano z dvema temnima črtama (slika

prirejena po Moore in sod., 1998).

4

Živilski kotiček: Vakuola

Pri nekaterih živilih rastlinskega izvora se v vakuoli nahajajo snovi, ki živilu dajo značilen

okus, barvo ali hranljivo vrednost. Tako se rdeča, modra, vijolična ali rdeča vodotopna

barvila antociani kopičijo v vakuolah zunanjih plasteh celic v rdečem jabolku, v

podzemnih listih rdeče čebule, v listih rdečega zelja in v plodu slive (za zgradbo

antocianov glej sliko 19 na strani 34). V korenini rdeče pese se v vakuoli kopičijo rdeča ali

vijolična vodotopna barvila, ki so po kemijski zgradbi nekoliko različna od antocianov in jih

imenujemo betaciani (za zgradbo betacianov glej sliko 19 na strani 34). V živilski

industriji antociane in betaciane uporabljamo kot dodatke, da dosežemo živo obarvanost

živil.

V notranjosti rastlinskih organov se lahko v vakuolah kopičijo sladkorji (npr. v jabolku, v

korenini sladkorne pese, v podzemnih listih čebule). Saharoza iz vakuol v korenini

sladkorne pese je pri nas glavni vir namiznega sladkorja. Čebula vsebuje okrog 89%

vode in 8-9% vodotopnih sladkorjev; preostali delež teže sestavljajo mineralne snovi,

maščobe, beljakovine in žveplove spojine. Vodotopni sladkorji (fruktoza, glukoza in

saharoza) so raztopljeni v vakuolnem soku.

V semenih stročnic (npr. v soji) se v vakuoli kopiči veliko založnih beljakovin.

Snovi, ki se kopičijo v vakuoli, lahko rastlino naredijo tudi neužitno ali strupeno.

Rastlinskih tkiv, ki imajo v vakuoli strupene alkaloide, trpke tanine ali ostre kristale, ne

jemo. Velika večina rastlin je neužitnih oz. strupenih za večino živali – tako rastline

preprečujejo, da bi jih živali požrle. Tanini dajejo trpek okus nezrelim plodovom (banana,

kaki) in poseben okus pravemu čaju (tanini v listih) in rdečemu vinu (tanini v grozdnem

olupku in v semenih).

Plastidi

celična stena

A B

tonoplast

vakuola

H2O

Plastidi so organeli, značilni le za rastline. Opravljajo različne naloge – fotosintezo, obarvanje

nekaterih rastlinskih organov, shranjevanje založnih snovi. Obdani so z dvema membranama. V

notranjosti plastida (znotraj notranje membrane) je tekoča stroma, v kateri se nahajajo plastidna

DNA in ribosomi. V notranjosti plastida je tudi notranji membranski sistem, ki nastane z

gubanjem notranje membrane - ta je lahko zelo naguban ali pa skoraj nenaguban. Plastide

delimo na več skupin glede na naloge, ki jih opravljajo: proplastidi, kloroplasti, amiloplasti in

kromoplasti.

V mladi rastlinski celici, ki nastane s celično delitvijo v meristemu (rastnem vršičku), so plastidi

nediferencirani in jih imenujemo proplastidi. Proplastidi so majhni, neobarvani in imajo slabo

H2O

H2O

naguban notranji membranski sistem. Iz proplastidov se lahko med rastjo in diferenciacijo

(zorenjem) celice razvijejo vsi ostali plastidi (slika 4).

Kloroplasti so zeleno obarvani plastidi, v katerih poteka fotosinteza (slika 5). Imajo obsežen,

razvejan in naguban notranji membranski sistem – tilakoide, ki so nekakšne sploščene in med

seboj povezane membranske vreče. Na membrane tilakoid so vezane molekule zelenega

fotosinteznega barvila klorofila (za zgradbo klorofila glej sliko 19 na strani 34). Klorofil je

lipofilno barvilo (ni topen v vodi). Na tilakoidah poteka pretvorba svetlobne energije v kemično

– ATP (»svetlobne« reakcije fotosinteze). Večina tilakoid je urejenih v skladovnice – grana

(ednina: granum). V stromi poteka sinteza ogljikovih hidratov z vezavo ogljika (Calvinov cikel

– »temotne« reakcije fotosinteze). Ob intenzivni fotosintezi se v stromi kloroplasta podnevi

nakopiči primarni ali fotosintezni škrob. Ponoči se ta škrob razgradi in pretvori v saharozo, ki

potuje (po transportnem tkivu floemu) v tiste dele rastline, ki potrebujejo ogljikove hidrate. V

založnih tkivih (npr. v semenih in gomoljih) se lahko saharoza spet pretvori v škrob in

dolgotrajno vskladišči – to je založni škrob, nakopičen v amiloplastih.

kromoplast

kopičenje karotenoidov

kloroplast

fotosinteza (klorofil)

zunanja

membrana

skupki

karotenoidov

razvejan sistem

notranjih membran

(tilakoide)

zunanja

membrana notranja

membrana

notranja

membrana

škrobno zrno

proplastid

nediferenciran plastid

zunanja

membrana notranja

membrana

amiloplast

kopičenje škroba

Slika 4. Plastidi se lahko med diferenciacijo (zorenjem) celice spreminjajo iz ene oblike v

drugo (slika prirejena po Raven in sod., 1999).

Amiloplasti so torej plastidi, v katerih se shranjuje založni škrob. Ker škrob nima barve, so

tudi amiloplasti neobarvani. Škrob je mešanica amiloze in amilopektina. Oba sta polisaharida,

sestavljena iz verig glukoznih molekul. V amilozi se molekule glukoze povezujejo v

nerazvejano verigo (α-1,4-glikozidna vez), v amilopektinu pa je veriga glukoznih molekul

razvejana (α-1,4- in α-1,6-glikozidna vez). Zaradi tridimenzionalne zgradbe α-1,4 vezi med

glukoznimi enotami se dolge verige amiloze zvijajo v nekakšne velike spirale. Molekule

amiloze in amilopektina se nalagajo v obliki škrobnih zrn znotraj notranje membrane, v stromi.

Notranji membranski sistem amiloplastov je slabo naguban. En amiloplast lahko vsebuje eno ali

več škrobnih zrn, ki so obdana z dvojno membrano.

Kromoplasti so plastidi, v katerih se kopičijo rumena, oranžna ali rdeča hidrofobna (lipofilna)

barvila karotenoidi (za zgradbo karotenoidov glej sliko 19 na strani 34). Notranja membrana

kromoplastov je nagubana, vendar ne tvori skladovnic (gran). Karotenoidi so vezani na

membrane ali prosti v stromi, lahko tvorijo tudi večje skupke (kristale) v stromi. Kromoplasti ne

opravljajo fotosinteze. Njihova naloga je dobro opazno obarvanje venčnih listov v cvetovih

(privabljanje opraševalcev – npr. čebel) in zrelih plodov (privabljanje raznašalcev semen – npr.

ptičev, sesalcev). Poleg karotenoidov v kromoplastih omenjene dele rastlin lahko obarvajo tudi

barvila v vakuoli (antociani, betaciani).

V vseh diferenciranih tipih plastidov se pogosto kopičijo tudi maščobe v obliki majhnih oljnih

kapljic.

Vsak plastid je sposoben opravljati vse zgoraj naštete naloge (slika 4). To, v kateri tip plastida

se bo nek plastid razvil med diferenciacijo celice, je odvisno od signalov, ki do celice

pripotujejo po notranjosti rastline (signalne molekule) ali iz zunanjega okolja (npr. prisotnost ali

odsotnost svetlobe). Med zorenjem paradižnika na primer zeleni kloroplasti, ki so značilni za

nezrel zelen plod, prenehajo sintetizirati klorofil in začnejo kopičiti rdeč karotenoid likopen.

Tako se kloroplasti pretvorijo v rdeče kromoplaste, značilne za zrel rdeč paradižnik. Podobno

pretvorbo plastidov iz enega tipa v drugega lahko opazimo tudi v gomolju krompirja, ki med

zorenjem pod zemljo v neobarvanih amiloplastih kopiči škrob. Če gomolj krompirja postavimo

na svetlobo, neobarvane (bele) celice pod površino gomolja postanejo zelene – v njihovih

amiloplastih se začne kopičiti klorofil in amiloplasti se pretvorijo v kloroplaste.

Zgradba plastidov je podobna zgradbi mitohondrijev, saj sta obe vrsti organelov verjetno nastali

iz prosto živečih prokariotov, ki so začeli živeti v notranjosti evkariotske celice

(endosimbiontska teorija).

Slika 5. Notranja zgradba kloroplasta. A – shema notranje zgradbe kloroplasta; B – prerez

kloroplasta (posnet z elektronskim mikroskopom). Slika prirejena po Moore in sod.,

1998.

6

A

B

stroma

zunanja membrana

granum

notranja membrana

dvojna membrana

tilakoida

Živilski kotiček: Plastidi

Škrob, shranjen v amiloplastih, je v naši prehrani glavni vir ogljikovih hidratov (pšenična

moka – kruh, gomolj krompirja). V živilski industriji škrob uporabljamo kot sredstvo za

zgoščevanje.

Barvila, ki se kopičijo v plastidih (karotenoidi, klorofili), izoliramo iz obarvanih rastlinskih

tkiv in dodajamo živilom med predelavo v živilski industriji. S tem dosežemo živo

obarvanost živil. Omenjena barvila dodajamo sokovom, sladoledom, pudingom,

bonbonom itd. Pri izolaciji in uporabi teh barvil pa moramo upoštevati, da so netopna v

vodi.

Oranžni karotenoid β-karoten, ki ga je veliko npr. v kromoplastih v korenini korenja, je

prekurzor vitamina A. Med presnovo v človeškem organizmu molekula β-karotena

razpade na dve enaki polovici, ki se imenujeta vitamin A ali retinol. Z oksidacijo se retinol

pretvori v retinal. Retinal se v očesni mrežnici vgradi v protein, s katerim zaznavamo

svetlobo.

Celična stena

Vse rastlinske celice imajo celično steno. Celična stena ima več plasti. Najbolj zunanja plast

celične stene, s katero so celice v tkivu zlepljene med seboj, se imenuje osrednja lamela. Vse

celice naložijo znotraj osrednje lamele primarno celično steno, ki je dokaj prožna, nekatere

celice pa znotraj primarne celične stene naložijo še debelo in togo sekundarno celično steno

(slika 6).

Glavna sestavina osrednje lamele so polisaharidi pektini.

V primarni celični steni najdemo do 25% celuloze, poleg tega pa še dva tipa polisaharidov

(pektini in hemiceluloze) in beljakovine (slika 7). Molekula celuloze je polisaharid, sestavljen iz

več sto molekul glukoze, ki so z β-1,4-glikozidnimi vezmi med seboj povezane v nerazvejano

verigo. Zaradi tridimenzionalne zgradbe β-1,4 vezi med glukoznimi enotami se dolga veriga

celuloze ne zvija, ampak se s sosednjimi molekulami poveže v snop vzporednih molekul

celuloze, imenovan mikrofibrila. Več mikrofibril se uredi v snop mikrofibril, ki ga imenujemo

fibrila (slika 7). Posamezna molekula celuloze se podaljšuje z dodajanjem novih enot glukoze.

To reakcijo opravlja encimski kompleks - rozeta, ki je nameščen v plazmalemi. Nova molekula

glukoze pripotuje do rozete po citosolu, rozeta jo »ujame« in pripne na molekulo celuloze, ki na

drugi strani plazmaleme štrli iz rozete v prostor celične stene. Molekule celuloze torej nastajajo

na plazmalemi, vse druge sestavine celične stene pa nastajajo v notranjosti protoplasta, v

Golgijevem aparatu se zapakirajo v vezikle, vezikli pa potujejo do plazmaleme in svojo vsebino

z eksocitozo izločijo navzven, v prostor celične stene na zunanji strani plazmaleme (glej sliko

11). Primarna celična stena je nekakšen gost preplet celuloznih fibril, drugih polisaharidov in

beljakovin. Običajno je primarna celična stena tanka in prožna.

Mlade celice v meristemih imajo primarno celično steno. S posebnim fiziološkim procesom

lahko zakisajo celično steno, kar povzroči rahljanje navzkrižnih povezav med celuloznimi

fibrilami. Tako postane celična stena raztegljiva in mlade celice lahko rastejo (se podaljšujejo in

širijo obseg).

Nekateri tipi celic po prenehanju celične rasti znotraj primarne celične stene naložijo še

sekundarno celično steno, ki vsebuje več celuloze (do 45%). Posebna sestavina sekundarne

celične stene je lignin (20-25%) – velika razvejana fenolna spojina, ki sestavine celične stene

močno navzkrižno poveže med seboj. Celice s sekundarno steno ne morejo več rasti. Zaradi

prisotnosti lignina je sekundarna celična stena bolj toga kot primarna stena in deluje predvsem

kot oporna struktura. Sekundarna celična stena je običajno tudi precej debelejša od primarne

celične stene. V celicah lesa je do 25% lignina, zato so te celice izredno trde in odporne na

razkroj. V celicah, ki znotraj primarne celične stene naložijo še sekundarno steno, protoplast na

koncu diferenciacije večinoma odmre, tako da je prostor znotraj stene prazen (slika 6B).

Žive rastlinske celice, ki vsebujejo protoplast, so med seboj povezane s posebnimi strukturami –

plazmodezmami (slika 8). Plazmodezme so ozki kanalčki (luknjice), ki vodijo skozi stene

sosednjih celic. Kanalčki so obdani s plazmalemo – plazmalema ene celice se nekako lijakasto

nadaljuje v kanalček, na drugi strani stene pa se nadaljeje v plazmalemo sosednje celice. Skozi

kanalčke iz ene celice v drugo vodi tudi ozka cevka endoplazemskega retikla.

Primarna in sekundarna celična stena sta stalni tvorbi, ki se ne razgradita. Lahko pa se

razgradijo pektinske molekule v osrednji lameli. Delna razgradnja pektinov poteka na primer

med zorenjem sadja. Ker celice niso več tako močno povezane med seboj, je zrelo sadje dosti

mehkejše od nezrelega sadja.

Osrednja lamela se lahko v ratlinskem tkivu razgradi tudi samo na določenih mestih, na primer

v »vogalih«, v katerih se sosednje celice stikajo med seboj. Na mestih z razgrajeno osrednjo

lamelo celice niso več zlepljene med seboj in se zato malo razmaknejo – nastanejo medcelični

prostori (prostori med stenama dveh sosednjih celic; slika 6C).

Celična stena močno zaznamuje način življenja rastlin. Ker so celice obdane s celično steno in

zlepljene med seboj, se rastline ne morejo gibati. Kljub temu, da se nam, živalim, pritrjenost zdi

huda omejitev, pa so v resnici rastline zelo »uspešni« organizmi. Med njimi najdemo tako

največje organizme (orjaška sekvoja ali mamutovec – 1400 ton = 10 sinjih kitov) kot tudi

najstarejše organizme (dolgoživi bor – star več kot 4000 let).

8

Živilski kotiček: Celična stena

Sestavine celičnih sten so za človeka neprebavljive, kar pomeni, da jih encimi v

človeškem prebavilu ne morejo razgraditi. Celične stene v živilih opisujemo z izrazom

»vlaknine«. Kljub nerazgradljivosti pa je zmerna vsebnost vlaknin v živilih koristna, saj

pospešuje prebavo hrane. Bela in polnozrnata pšenična moka se na primer razlikujeta

ravno po vsebnosti vlaknin. Bela moka vsebuje samo škrobna zrna s tankimi primarnimi

celičnimi stenami iz založnega tkiva v pšeničnem zrnu. Polnozrnata moka pa vsebuje tudi

ovoj pšeničnega zrna (otrobe), ki ne vsebuje visokoenergetskih ogljikovih hidratov,

vsebuje pa veliko celičnih sten, tudi sekundarnih sten z ligninom (slika 9).

Togost sekundarne celične stene dobro poznamo iz vsakdanjih izkušenj s

prehranjevanjem. Precej celic, ki naložijo sekundarno celično steno, najdemo v

osrednjem listnem rebru (glavni listni žili) v listu solate. Mehkejši deli solatnega lista (med

glavno žilo in stranskimi žilami) vsebujejo predvsem primarne celične stene. Seme v

plodu lešnika, oreha in mandlja obdajajo izključno celice s sekunardno celično steno –

tkivo, ki vsebuje celice s sekundarno steno, je tako trdo, da moramo trde »lupine« teh

rastlin razbijati s kamnom ali kladivom, da pridemo do sočnega hranljivega semena v

notranjosti plodu.

Pri kuhanju marmelade iz zrelega sadja nastane žele iz delno razgrajenih pektinov

osrednje lamele. Velika večina celic v sočnih, mesnatih tkivih sadja vsebuje poleg

osrednje lamele samo tanko primarno celično steno.

Običajne celične stene, tako primarne kot sekundarne, so prepustne za vodo in pline. V

nekaterih rastlinskih tkivih pa se celične stene prepojijo s snovjo suberin, ki je

neprepustna za vodo in pline. Po nalaganju suberina protoplast odmre, tako da je prostor

znotraj celične stene prazen (napolnjen z zrakom). Debele sloje celic, ki imajo samo

tanko primarno celično steno, prepojeno s suberinom, lahko najdemo na primer v lubju

hrasta plutovca (to tkivo se imenuje pluta), iz katerega izdelujemo plutovinaste

zamaške. S tanko plastjo plute (debelo nekaj celičnih plasti) je prekrit tudi gomolj

krompirja – to plast plute po domače imenujemo krompirjev »olupek«.

A

citoplazma

jedro

plazmalema

B

osrednja

lamela

primarna

celična

stena

Slika 6. Plasti celične stene v rastlinskem tkivu. A - Celice imajo poleg osrednje lamele samo

primarno celično steno; B – Celice imajo poleg osrednje lamele primarno in

sekundarno celično steno. Sekundarna celična stena se naloži znotraj primarne

celične stene. C – Ravno tako kot na sliki A imajo celice osrednjo lamelo in primarno

celično steno, vendar se je osrednja lamela na »vogalih« med celicami razgradila in

nastali so medcelični prostori med stenami sosednjih celic. Celice s primarno celično

steno imajo ob zrelosti navadno živ propoplast (na slikah A in C živ protoplast

ponazarjajo jedro, citoplazma in plazmalema). V celicah, ki naložijo sekundarno

celično steno, protoplast običajno odmre (glej prazno »notranjost« celic na sliki B).

Osrednja lamela – črno, primarna celična stena – temno sivo, sekundarna celična

stena – svetlo sivo.

C

primarna

osrednja celična

lamela stena

osrednja

lamela

primarna

celična stena

sekundarna

celična stena

Slika 7. Molekulska sestava primarne celične stene.

Slika 8. Zgradba plazmodezme. A – tridimenzionalni prikaz celične stene med sosednjima

celicama, skozi katero vodijo plazmodezme (slika prirejena po Raven in sod., 1999); B

– prerez plazmodezme. OL – osrednja lamela; PCS – primarna celična stena.

10

ER

plazmalema

A

PCS

OL

PCS

pektin

celulozna fibrila

(sestavljena iz snopa

mikrofibril)

celica 1

celica 2

B

celulozna mikrofibrila

(sestavljena iz snopa

vzporednih molekul

celuloze)

hemiceluloza

beljakovina

endoplazemski

retikel plazmalema

plazmalema

PCS

OL

PCS

fenoli

5%

pektini

1%

sadje in zelenjava škrobno tkivo žit žitni otrobi

proteini

7%

celuloza

3%

Slika 9. Kemijska sestava celičnih sten v različnih tipih živil. Fenoli predstavljajo predvsem

lignin (slika prirejena po Brett in Waldron, 1996).

Oljna telesca

hemiceluloze

84%

pektini

40%

V nekaterih rastlinskih tkivih, predvsem v založnih tkivih v semenih, celice kopičijo oljna

telesca, ki jih imenujemo tudi oleosomi (starejši izraz: oljna vakuola). Glavna sestavina oljnih

telesc so maščobe ali trigliceridi – na molekulo glicerola so vezane tri maščobne kisline. Poleg

ogljikovih hidratov (sladkorjev, škroba) so maščobe najbolj energetsko bogate snovi v naši

prehrani. Rastline večinoma na molekulo glicerola vežejo nenasičene maščobne kisline, ki

vsebujejo veliko dvojnih vezi.

Pri sintezi rastlinskih olj sodelujejo različni celični organeli (citosol, mitohindriji, plastidi,

endoplazemski retikel). Prekurzor za sintezo olj je saharoza. Na novo sintetizirana olja se

kopičijo v membrani endoplazemskega retikla, med zunanjim in notranjim fosfolipidnim slojem

(torej med zgornjim in spodnjim slojem fosfolipidov, prikazanih na sliki 10). Nakopičena olja se

nato odcepijo od endoplazemskega retikla kot nekakšen vezikel - oljno telesce. Oljno telesce je

okrogla oljna kapljica, katere površina je prekrita s plastjo fosfolipidov. Na površini oljnega

telesca so tudi posebne beljakovine, ki preprečujejo zlivanje oljnih kapljic med seboj. Oljna

telesca »plavajo« v citosolu.

Živilski kotiček: Oljna telesca

fenoli

5%

proteini

5%

celuloza

35%

hemiceluloze

15%

Rastlinska olja so pomembna pri pripravi živil. Uporabljamo koruzno, sončnično, oljčno,

sojino, arašidovo olje. Olja so energetsko bogate maščobe. Maščobe v živalskih tkivih

vsebujejo pretežno nasičene maščobne kisline, vezane na glicerol (trdne masti).

Maščobe v rastlinskih tkivih pa vsebujejo predvsem nenasičene maščobne kisline (tekoča

olja), ki so za človekovo zdravje manj škodljive kot nasičene maščobne kisline.

Živalske celice vsebujejo holesterol (v živalskih bioloških membranah). Rastlinske celice

pa ne vsebujejo holesterola, zato so oznake »ne vsebuje holesterola« na oljih in

margarinah, ki jih pridobivamo iz rastlinskih tkiv, več ali manj brez pomena.

Veliko olj vsebujejo različni oreški, ki jih jemo same ali v sladicah (lešniki, orehi, mandlji).

pektini

0,1%

fenoli

12%

proteini

8%

hemiceluloze

50%

celuloza

30%

Druge strukture v rastlinski celici

Strukture v rastlinski celici, ki jih nismo omenili v zgornjem poglavju, niso vidne s svetlobnim

mikroskopom. Poleg tega pa je večina teh »drugih« struktur dokaj podobnih v živalskih in v

rastlinskih celicah. Vendar pa so vse strukture, ki jih obravnavamo v tem poglavju, za preživetje

rastline ravno tako pomembne kot strukture v prejšnjem poglavju. Celica je pač nekakšno

velemesto, v katerem molekule potujejo med enim in drugi organelom, pri čemer pa je prav

vsak organel nepogrešljiv za vzdrževanje življenjskih procesov v celici.

Plazmalema je biološka membrana (slika 10), ki obdaja protoplast rastlinske celice. Lipidni

dvosloj, ki ga sestavljajo fosfolipidi in vanj vključene beljakovine, je debel od 7 do 10 nm.

Plazmalema je selektivno prepustna za snovi, ki vstopajo ali izstopajo iz celice (vsebuje tudi

beljakovinske kanalčke in druge transportne sisteme). Preko plazmaleme se prenašajo kemijski

in okoljski signali.

Slika 10. Zgradba plazmaleme (slika prirejena po Moore in sod., 1998).

Mitohondriji so obdani z dvema membranama. Notranja membrana je nagubana v uvihke -

kriste, v notranjosti mitohondrija pa je matriks z mitohondrijsko DNA in ribosomi. V

mitohondrijih poteka celično dihanje. Vse rastlinske celice, tudi tiste v listih, ki opravljajo

fotosintezo, vsebujejo mitohondrije, ves čas opravljajo celično dihanje in potrebujejo za

vzdrževanje življenjskih procesov kisik.

Endoplazemski retikel (ER) obdaja ena membrana (slika 11). Oblikovan je v sploščene

membranske cevi in plošče, od katerih se odcepljajo vezikli. ER je organel z največjo površino

membran. Na zunanjo stran so lahko vezani ribosomi (zrnati ER, sicer gladki ER). ER je

povezan z jedrno ovojnico. Cevke ER segajo preko plazmodezem iz ene rastlinske celice v

drugo (slika 8). V ER poteka sinteza beljakovin, fosfolipidov, olj, pa tudi sestavin celične stene,

ki se z eksocitozo izločijo preko plazmaleme.

Golgijev aparat (GA, Golgijevo telesce, diktiosom) sestavljajo veliki sploščeni vezikli in

majhni okrogli vezikli, obdani z eno membrano (slika 11). Vezikli z beljakovinami in lipidi

potujejo od ER do GA, kjer se kemijsko spremenijo (npr. v glikoproteine). Produkti se z vezikli

prenašajo iz GA na ustrezna mesta v celici. V GA nastajajo sestavine celične stene, smole,

nektar, ki se z eksocitozo izločijo preko plazmaleme (slika 11).

12

fosfolipid

hidrofilni del beljakovine

hidrofobni del beljakovine

fosfolipidni

dvosloj

Mikrotelesca so zelo majhni kroglasti organeli (membranski vezikli), obdani z eno membrano.

Peroksisomi razgrajujejo strupene produkte celičnega metabolizma (vodikov peroksid) in so

pogosto nameščeni ob kloroplastih. Glioksisomi razgrajujejo maščobne kisline do acetil

koencima A, ki vstopa v druge metabolne poti, npr. sintezo ogljikovih hidratov. Pogostejši so v

semenih, ki vsebujejo veliko olj, in v iz njih zraslih kalicah.

Ribosome sestavljata velika in mala podenota, ki sta zgrajeni iz beljakovin in rRNA

(ribosomske RNA). Ribosomi so lahko prosti v citosolu ali vezani na membrano grobega

endoplazemskega retikla. Na ribosomih poteka sinteza beljakovin. Lastne ribosome imajo tudi

plastidi in mitohondriji – po zgradbi so ti ribosomi bolj podobni prokariotskim ribosomom kot

ribosomom v citosolu in na ER evkariotskih celic.

jedrna

pora

jedro

endoplazemski

retikel

vezikli

Golgijev aparat

plazmalema

Slika 11. Potovanje veziklov med endoplazemskim retiklom, Golgijevim aparatom in

plazmalemo. Membrane so narisane z debelo črno črto. 1, 2 – dve fazi eksocitoze;

membrana vezikla se zlije s plazmalemo, vsebina vezikla pa se razlije v prostor

celične stene (slika prirejena po Raven in sod., 1999).

Citoskelet je omrežje iz beljakovinskih mikrotubulov in aktinskih filamentov. Citoskelet

usmerja celično rast, določa lego organelov in usmerja potovanje organelov znotraj citoplazme

(cikloza), usmerja sintezo celuloznih molekul v celični steni in potovanje kromosomov med

celično delitvijo (delitveno vreteno). V rastlinski celici, ki se ne deli, so gradniki citoskeleta

nameščeni predvsem na obodu celice, pod plazmalemo.

Citosol je znotrajcelična tekočina, ki zapolnjuje notranjost protoplasta med organeli. Sestavljajo

ga voda, anorganski ioni, encimi, ter prekurzorji, vmesni in končni produkti encimskih reakcij.

1

citoplazma

2

celična stena

Evolucijski razvoj evkariotske celice

Eden od pomembnih korakov v evolucijskem razvoju evkariotske celice je bila pridobitev

plastidov in mitohondrijev. Pridobitev plastidov je praevkariotski celici omogočila neodvisnost

od pridobivanja energetsko bogatih organskih snovi (»hrane«) iz okolja (avtotrofnost –

fotosinteza). Pridobitev mitohondrijev pa je omogočila celično dihanje in s tem energetsko

učinkovit metabolizem (aerobnost – pridobivanje energije, vezane v kemijske vezi organskih

snovi, z uporabo kisika).

Ta pomembni evolucijski korak razlaga endosimbiontska teorija. Po tej teoriji so bili predniki

plastidov in mitohondrijev prosto živeči prokarioti, ki so nato začeli živeti v celici drugega

(»gostiteljskega«) prokariota. Gostiteljeva plazmalema se je uvihala in v uvihek ujela prosto

živečega prednika plastida oz. mitohondrija (slika 12). Uvihek se je poglabljal, dokler se ni ločil

od plazmaleme kot znotrajcelični vezikel z dvema membranama. Tako naj bi plastidi in

mitohondriji postali znotrajcelični simbionti (endosimbiontska teorija). V prid tej teoriji govori

več argumentov. Tako plastidi kot mitohondriji imajo dve membrani, lastno golo DNA (brez

histonov – značilnost prokariotov) in lastne ribosome (po zgradbi bolj podobne prokariotskim

kot tistim v citosolu evkariotov). Notranja membrana naj bi bila membrana izvornega prokariota

(prednika plastida oz. mitohondrija), zunanja pa plazmalema izvorne gostiteljske celice, ki je

prokariota »požrla« iz okolja (slika 12).

Sodobne raziskave molekulske biologije kažejo, da je bil skupni prednik plastidov in

mitohondrijev fotosintetski – torej so tudi predniki mitohondrijev v človeškem telesu v daljni

preteklosti opravljali fotosintezo!

Slika 12. Nastanek plastidov in mitohondrijev z endosimbiozo. A – prostoživeči prednik plastida

oz. mitohondrija (prokariot) in celica gostitelja (prokariot). B, C – plazmalema gostitelja

se uviha in obda celico prednika plastida oz. mitohondrija z veziklom iz lastne

plazmaleme. D – prednik plastida oz. mitohondrija živi kot endosimbiont (znotrajcelični

simbiont); obdan je z dvema membranama. Plazmalema prednika plastida oz.

mitohondrija – debela črta; plazmalema gostitelja – tanka črta.

14

plazmalema

gostitelja

celica

gostitelja

prednik plastida

oz. mitohondrija

plazmalema prednika

plastida oz. mitohondrija

A B C D

endosimbiont

z dvema membranama zunanja

membrana notranja

membrana

NAVODILA ZA PRAKTIČNO DELO

Kaj potrebujete pri vajah

Na vaje vedno prinesite s seboj naslednje potrebščine:

• delovni zvezek Biologija rastlinske celice

• risalni pribor (navadni svinčnik, komplet barvnih svinčnikov s čim več odtenki, radirka,

ravnilo, beli A4 listi)

• britvice – navadne žiletke (tudi nekaj rezervnih novih britvic)

• krpica ali papirnati robčki (za brisanje objektnih in krovnih stekelc)

• kalkulator

• laboratorijska halja

Pravila za opravljanje vaj

Pri vajah se strogo upošteva sedežni red. Študent je odgovoren za opremo na svoji klopi. Po

končanih vajah mora študent počistiti svojo klop in ustrezno pospraviti opremo. Poškodbe

opreme in potrebščin in druge podobne težave študent javi vodji vaj.

Oprema na delovnem mestu: mikroskop, stereolupa, secirni pribor (pinceta, preparirna igla),

škatla s potrebščinami (objektna in krovna stekelca, koščki filtrirnega papirja, koščki stiroporja),

kristalizirka (nizka čaša), kapalka; občasno tudi druge potrebščine

Na vajah je obvezna uporaba laboratorijske halje. Če študent ne uporablja halje, stori to na

lastno odgovornost. V vajalnici je prepovedano uživanje hrane in pijače.

Udeležba na vajah je obvezna. Odsotnost se opraviči samo na osnovi uradnega opravičila (npr.

zdravniško opravičilo). V izjemnih primerih se lahko študent opraviči na osnovi lastne pisne

izjave o razlogih za odsotnost. V primeru, da študent neopravičeno manjka na vajah, se šteje, da

vaj ni redno opravljal in tako nima pravice za opravljanje kolokvija. »Skakanje« med urniškimi

skupinami ni dovoljeno. Izjemoma lahko študent zamenja skupino za en teden, vendar mora

sam poiskati študenta, s katerim bo zamenjal skupino, in o zamenjavi obvestiti vodjo vaj.

Na koncu kurza študent opravi pisno preverjanje znanja – kolokvij. Na osnovi pisnega izdelka

študent prejme delno oceno za vaje – rastlinski del, ki se vpiše v indeks. Pri zaključeni oceni za

vaje se upoštevajo ocene za živalski in rastlinski del vaj. Pogoj za pristop h kolokviju je redna

udeležba na vajah in pozitivna ocena za delovni zvezek. Študent odda izpolnjen in urejen

delovni zvezek na kolokviju.

Trije roki za kolokvij so objavljeni na oglasni deski in na spletnih straneh Katedre za botaniko

na začetku kurza. Razpis dodatnih rokov ni mogoč. V primeru, da se kolokvijski rok prekriva z

drugimi študijskimi obveznostmi, lahko študentje prosijo vodjo vaj za prestavitev roka. Za

dogovor o prestavitvi roka morajo zaprositi dovolj zgodaj pred začetkom prijavljanja na

kolokvij.

Študent se na kolokvij prijavi s podpisom na prijavni list na oglasni deski Katedre za botaniko

(zadnji rok za prijavo je teden dni pred kolokvijem). Študent se lahko odjavi s kolokvija

najkasneje dva dni pred kolokvijem pri vodji vaj. Študent, ki se na kolokvij prijavi, vendar je na

kolokviju odsoten brez odjave, dobi negativno oceno. Študent, ki na kolokviju prepisuje ali

drugače goljufa, dobi negativno oceno. Ko ta študent na pisnem kolokviju doseže pozitivno

oceno, ima obvezen ustni zagovor kolokvija (zaradi suma na goljufijo).

Sporočila po e-pošti in govorilne ure

Letos vaje vodi doc. dr. Barbara Vilhar (Katedra za botaniko, Oddelek za biologijo, Biotehniška

fakulteta). E-pošto v zvezi z vajami pošiljajte na naslov barbara.vilhar@bf.uni-lj.si. Kot

predmet (»subject«) sporočila jasno navedite namen sporočila (da ne bo le-to končalo med

»junk mailom«). Preko e-pošte se lahko dogovorite tudi za čas razgovora na individualnih

govorilnih urah.

Študijsko gradivo na spletnih straneh

• Obvestila in spletne povezave: http://botanika.biologija.org/biologija_celice.php

(tudi povezava na delovni zvezek v formatu pdf)

• Katedra za botaniko: http://botanika.biologija.org

• Slike rastlin: http://botanika.biologija.org/slike/splbot/index.php

• Slike preparatov in rastlin: http://botanika.biologija.org/zeleni-skrat/drobnogled.htm

• Angleško-slovenski slovarček botaničnih izrazov:

http://botanika.biologija.org/zeleni-skrat/studentov_skrat/slovarcek.htm

Znanstveno poimenovanje rastlinskih vrst

Na vajah si bomo ogledali celice iz različnih tkiv pri različnih rastlinskih vrstah. V biologiji ima

vsaka vrsta svoje znanstveno ime, uvrščena pa je tudi v rastlinski sistem. Pri vsaki vaji je

opazovana rastlinska vrsta opisana s slovenskim znanstvenim imenom vrste (npr. čebula),

latinskim znanstvenim imenom vrste, pri katerem je prva beseda ime rodu, druga pa vrstni

pridevek (npr. Allium cepa). Sledita slovensko in latinsko ime družine, v katero opazovana vrsta

spada (npr. lukovke Alliaceae), na koncu pa je navedena še širša taksonomska skupina (npr.

enokaličnice).

Kako pripravimo stereolupo

Deli stereolupe so prikazani na sliki 13.

1. Na mizico položimo objekt v petrijevki tako, da je objekt na sredini okroglega stekla na

mizici. Objekta nikoli ne položimo neposredno na okroglo steklo – vedno uporabimo

petrijevko!

2. Stikalo za prižiganje stereolupe (oznaka »Power«) premaknemo na položaj »1«. Z okroglim

gumbom za izbiro tipa osvetlitve osvetlimo objekt samo od zgoraj (oznaka »I«), hkrati od

zgoraj in od spodaj (oznaka »II«) ali samo od spodaj (oznaka »III«). Pozor: Na tem gumbu

je tudi položaj »OFF« – z njim med delom začasno ugasnemo lučko.

3. S parom vijakov za ostrenje slike izostrimo preparat.

4. Z razmikanjem okularjev nastavimo razdaljo med okularjema tako, da ob opazovanju z

obema očesoma vidimo sliko preparata.

5. Nastavimo primerno ostrino slike za vsako oko posebej (korekcija dioptrije). Zamižimo na

levo oko in sliko, ki jo vidimo z desnim očesom, izostrimo z vijakom za ostrenje slike. Nato

zamižimo še na desno oko in z vrtenjem prstana na levem okularju naravnamo pravilno

ostrino slike za levo oko.

6. Z vrtenjem celega objektiva lahko nastavimo povečavo objektiva na 2x ali 4x (glej oznake

na objektivu).

7. Ugotovimo, kateri tip osvetlitve je najboljši za opazovanje strukture, ki si jo želimo

ogledati. V ta namen z vrtenjem okroglega gumba za izbiro tipa osvetlitve osvetlimo objekt

od zgoraj, od spodaj ali hkrati od zgoraj in od spodaj. Med opazovanjem objekta sliko ves

čas ostrimo.

8. Kadar med delom začasno ne potrebujemo stereolupe, ugasnemo lučko s premikom

okroglega gumba za izbiro tipa osvetlitve na položaj »OFF«. Pozor: Če objekt pustimo dalj

časa na mizici s prižgano lučko, se objekt segreje in izsuši.

9. Ko končamo z delom, odstranimo opazovani objekt in petrijevko, premaknemo okrogli

gumba za izbiro tipa osvetlitve na položaj »OFF«, ugasnemo stikalo za prižiganje stereolupe

(položaj »0«) in pokrijemo stereolupo z zaščitno prevleko.

18

obroč za nastavitev

očesne dioptrije

vijak za ostrenje slike

stikalo za

prižiganje stereolupe

Slika 13. Stereolupa.

okular

objektiv

gumb za izbiro tipa

osvetlitve

mizica

opazovani objekt

v petrijevki

Kako pripravimo mikroskop

Deli mikroskopa so prikazani na sliki 14.

1. S pritiskom na stikalo prižgemo lučko mikroskopa. Z gumbom za jakost svetlobe

(potenciometrom) naravnamo jakost svetlobe na vrednost okoli 8.

2. Zavrtimo revolver tako, da je v optični osi objektiv z najmanjšo povečavo (4x – rdeča

oznaka).

3. Na mizico položimo pripravljen preparat in ga vpnemo s kovinskim peresom na mizici.

Pazimo, da je krovno stekelce na preparatu obrnjeno navzgor.

4. Z vijakoma za premik peresa premaknemo preparat v sredino okrogle odprtine na mizici.

5. Mikroskopiranje začnemo z najmanjšim objektivom (povečava 4x, rdeča oznaka). Z

makrometrskim vijakom izostrimo sliko preparata. Z razmikanjem okularjev nastavimo

razdaljo med okularjema tako, da ob opazovanju z obema očesoma vidimo sliko preparata.

6. S premikom revolverja izberimo objektiv z večjo povečavo (10x, rumena oznaka) in z

mikrometrskim vijakom izostrimo sliko preparata.

7. Z odpiranjem oz. zapiranjem zaslonke kondenzorja (črna ročica na kondenzorju) naravnamo

kontrast slike.

8. Nastavimo primerno ostrino slike za vsako oko posebej (korekcija dioptrije). Zamižimo na

levo oko in sliko, ki jo vidimo z desnim očesom, izostrimo z mikrometrskim vijakom. Nato

zamižimo še na desno oko in z vrtenjem prstana na levem okularju naravnamo pravilno

ostrino slike za levo oko.

9. Ko končamo z delom, obrnemo revolver na najmanjšo povečavo, odstranimo preparat,

ugasnemo lučko in pokrijemo mikroskop z zaščitno prevleko.

Opozorilo: Na srednji (10x, rumena oznaka) in največji povečavi (40x, modra oznaka)

uporabljamo za ostrenje slike le mikrometrski vijak.

Opazovane celice in tkiva so tridimenzionalne strukture. Pomembno je, da vsak preparat

pregledamo v celoti, tudi globinsko. Le na ta način si lahko ustvarimo pravilno predstavo

o obliki in urejenosti struktur v opazovanem rastlinskem vzorcu. Med opazovanjem

preparata sliko ves čas ostrimo z mikrometrskim vijakom.

Če so leče na mikroskopu (objektiv, okular) umazane, jih očistimo s posebnim papirjem za

brisanje leč (tega dobite pri vodji vaj). Za čiščenje leč mikroskopa ne uporabljamo

navadnih papirnatih robčkov in krpic, saj lahko z njimi leče opraskamo.

Slika 14. Šolski mikroskop. Slika prirejena po prospektu proizvajalca.

20

okular

obroč za nastavitev

očesne dioptrije

revolver

objektiv

mizica

stikalo

noga

mikroskopa

gumb za nastavitev

jakosti svetlobe

distančnik za nastavitev

razdalje med očesoma

binokularni tubus

osnovno stojalo

vzmet za vpenjanje

preparata

makrometrski vijak

mikrometrski vijak

vijak za pomik

preparata po mizici

Nastavitev kondenzorja

Naši mikroskopi imajo nastavljive kondenzorje. Kondenzorji bodo pred začetkom vaj

nastavljeni, zato jih sami ne boste nastavljali. Postopek za nastavitev je opisan spodaj.

1. Kondenzor dvignemo v najvišjo lego s črnim vijakom na levi strani pod mizico.

2. Do konca zapremo zaslonko vidnega polja (črn vrtljiv obroč nad lučko), tako da vidimo

njen rob znotraj vidnega polja mikroskopa. Zapremo tudi zaslonsko kondenzorja (črna

ročica na kondenzorju).

3. Počasi spuščamo kondenzor, dokler ne vidimo ostre slike roba zaslonke.

4. Sliko zaslonke z vrtenjem obeh velikih srebrnih vijakov na kondenzorju postavimo

natančno v sredino vidnega polja.

5. Odpremo zaslonko vidnega polja, tako da je celotno vidno polje mikroskopa osvetljeno.

Merjenje z mikroskopom

Šolski mikroskop ima v enem izmed okularjev okularno merilce v obliki križa. Okularno

merilce lahko uporabimo za merjenje velikosti struktur na mikroskopskem preparatu. Za vsak

objektiv moramo vedeti, kakšni dolžini na preparatu ustreza en razdelek na okularnem merilcu.

Umeritev okularnega merilca za naš šolski mikroskop je prikazana v tabeli 1.

Opozorilo: Prikazane umeritvene vrednosti veljajo samo za naš šolski mikroskop. Pri uporabi

drugega mikroskopa morate okularno merilce umeriti (na različnih mikroskopih so umeritvene

vrednosti različne, za vsak mikroskop obstajajo tudi različni tipi okularnih merilc).

Tabela 1. Dolžina razdelka okularnega merilca pri različnih objektivih

Objektiv Oznaka objektiva Dolžina 1 razdelka

4 x rdeča 24,5 µm

10 x rumena 9,8 µm

40 x modra 2,5 µm

Priprava mokrega preparata

Pri vajah bomo pogosto pripravljali mokre preparate rastlinskega tkiva za opazovanje pod

mikroskopom. Mokri preparat pripravimo po naslednjem postopku.

1. Pripravimo objektno in krovno stekelce, ki morata biti čista. Pazimo, da med pripravo

preparata na stekelcih ne puščamo prstnih odtisov. Objektno stekelce položimo na klop in

na njegovo sredino s kapalko kanemo kapljico vode (slika 15A).

2. Z večjega kosa tkiva z britvico odrežemo majhne tanke rezine (ali kako drugače pripravimo

koščke tkiva). Pri rezanju rezin s kosa tkiva podlakti naslonimo na rob mize, dlani pa pred

seboj naslonimo eno na drugo. Na ta način umirimo tresenje rok. S prvim izravnalnim

rezom odrežemo debelejšo rezino, ki jo zavržemo. Režemo vedno proti sebi in tako, da

britvico držimo skoraj vzporedno z ravnino reza (zelo oster kot med britvico in ravnino

reza). Z britvico ne »žagamo« sem ter tja, ampak poskušamo izvesti en gladek rez. Za

mikroskopiranje potrebujemo zelo majhno rezino, ki pa mora biti zelo tanka. Nikoli ne

režemo tkiva na klopi, kot da bi rezali salamo, saj v tem primeru nimamo dobrega

nadzora nad tankostjo rezine in smerjo reza. Rezine tkiva eno za drugo polagamo v kapljico

vode. Vedno pripravimo več rezin tkiva v eni kapljici vode. Kadar sami pripravljamo

preparat se namreč pogosto zgodi, da so nekatere rezine predebele za opazovanje, druge pa

se nam posreči dovolj tanko odrezati.

3. Krovno stekelce držimo poševno ob kapljici vode, tako da je spodnji rob krovnega stekelca

naslonjen na objektno stekelce. Zgornji rob krovnega stekelca naslonimo na vrh preparirne

igle in ga počasi s pomočjo igle spustimo na objektno stekelce (slika 15B). Če stekelce

prehitro vržemo na kapljico vode, se namreč med obe stekelci ujamejo zračni mehurčki, ki

nas motijo pri opazovanju tkiva pod mikroskopom.

4. Preverimo, ali je krovno stekelce dobro nameščeno – ležati mora vzporedno z objektnim

stekelcem (slika 15C), pri čemer mora biti razdalja med obema stekelcema majhna.

Krovno stekelce ne sme poševno štrleti navzgor, saj lahko sicer med mikroskopiranjem z

objektivom udarimo v dvignjeni del krovnega stekelca. Če stekelce poševno štrli, ga

poskusimo poravnati tako, da nanj s preparirno iglo nežno pritisnemo navpično navzdol. Če

je okoli krovnega stekelca veliko odvečne vode, jo popivnamo s koščkom filtrirnega

papirja.

5. Pod mikroskopom si pri majhni povečavi objektiva ogledamo vse rezine in ugotovimo,

katera je najprimernejša za opazovanje (najbolj tanka).

Slika 15. Priprava mokrega preparata.

22

A B C

PRAKTIČNE VAJE

Naloga za samostojno delo 1

Zgradba rastlinske celice

Preštudirajte strukture, ki jih najdemo v rastlinski celici, njihovo zgradbo in naloge. V

tabelo 2 napišite seznam in opis vseh struktur. Seznam bo predvsem vaše študijsko

gradivo, zato pri njegovi izdelavi lahko uporabljate metode za učenje, ki se vam tudi sicer

zdijo najbolj učinkovite (npr. barvanje besed, risanje majhnih skic).

Primer izpolnjevanja tabele za ribosom:

stolpec »Celična struktura«: ribosom;

stolpec »Opis zgradbe«: velika in majhna podenota; beljakovine in rRNA;

stolpec »Naloge«: sodelovanje pri sintezi beljakovin v citoplazmi

Tabela 2. Zgradba rastlinske celice – celične strukture in njihove naloge

Celična struktura Opis zgradbe Naloge

Naloga za samostojno delo 2

Rastline in živali v moji kuhinji

Za to nalogo boste morali danes malo pobrskati po svoji kuhinji. Poiščite vse rastline, dele

rastlin ali izdelke iz rastlin, ki tičijo v vaši kuhinji. Naredite seznam vseh stvari v kuhinji, ki

so rastlinskega izvora in imajo kakršnokoli zvezo s prehranjevanjem in kuhanjem. Ne

pozabite preučiti tudi majhnih kuharskih orodij in pripomočkov, embalaže, kuhinjskega

pohištva in podobnih reči. Podoben seznam izdelajte še za stvari živalskega izvora v vaši

kuhinji. Seznama sistematično uredite po poglavjih (kategorijah), ki si jih sami izberete

(vendar izdeljate ločena seznama za rastline in živali), in ju napišite na to in naslednjo

stran. Na koncu v nekaj stavkih povejte, do katerih glavnih spoznanj ste prišli med

delanjem te naloge.

Nadaljevanje seznama s prejšnje strani.

Več o pomenu rastlin za človeka lahko preberete na spletni strani

http://botanika.biologija.org/zeleni-skrat/radovednez/pomen_rastlin.htm

O tem, kako ljudje rastlin po krivici sploh ne opazimo, preberite na naslovu

http://botanika.biologija.org/zeleni-skrat/radovednez/rastlinska_slepota.htm

Vaja 1

Zgradba rastlinske celice

S poganjka vodne kuge Elodea canadensis (šejkovke Hydrocharitaceae, enokaličnice) s pinceto

odtrgajte mlad list in pripravite mokri preparat. Priprava mokrega preparata je opisana na strani

22. List položite v kapljico vode tako, da je obrnjen z zgornjo stranjo (tisto, ki je bližje vršičku)

navzgor. Preparat si oglejte pod mikroskopom.

Celice imajo tanko primarno celično steno. Celice so med seboj zlepljene z osrednjo lamelo,

ki pa je zelo tanka in je ne moremo dobro razločiti. Jedro je prozorno in zato slabo vidno.

Opazimo ga lahko v nekaterih celicah na robu lista, kjer je list tanjši.

Premaknite vidno polje na sredino lista in z mikrometrskim vijakom ostrite navzgor in navzdol

skozi list. Ugotovite, koliko celičnih plasti je debel list vodne kuge.

List vodne kuge je debel ………… plasti celic.

28

Kakšna je tridimenzionalna oblika celic v listu vodne kuge?...................................................

Kaj so zelena »zrna« v celicah? ..............................................................................................

Poiščite celice z velikim številom kloroplastov in ocenite število kloroplastov v posamezni

nepoškodovani celici. Ne pozabite, da so celice tridimenzionalne, zato niso vsi kloroplasti v isti

optični ravnini, lahko se tudi prekrivajo.

Celice v listu vodne kuge vsebujejo do …………. kloroplastov.

Kakšne oblike so kloroplasti? ..................................................................................................

Kakšno nalogo opravljajo kloroplasti? .....................................................................................

Opazujte prostorsko razporeditev kloroplastov – ostrite mikroskopsko sliko navzgor in navzdol

skozi celico. Kloroplaste proti obodu celice pritiska velika osrednja vakuola, ki vsebuje

večinoma vodo in je prozorna (ne vsebuje barvil), zato je ne vidimo.

Slika 16 na strani 29 prikazuje celično steno ene celice vodne kuge. Na sliki območje

primarne celične stene celice na sliki obarvajte modro, primarne celične stene vseh

sosednjih celic pa sivo. Označite osrednjo lamelo in primarno celično steno. Sliko dopolnite

– narišite in označite vse celične strukture, ki ste jih opazili pod mikroskopom. Močno

obarvane strukture narišite z barvnimi svinčniki. Na sredino celice s črtkano črto vrišite

vakuolo, ki je sicer ne vidimo, vendar lahko o njenem položaju sklepamo iz razporeditve

kloroplastov. Z uporabo okularnega merilca ocenite približno dolžino in širino celic v listu

vodne kuge in to oceno vpišite na prostor poleg slike celice. Umeritvena tabela za okularna

merilca je na strani 21.

Preparat položite na klop in ob rob krovnega stekelca kanite kapljico jodovice (vodne raztopine

joda in kalijevega jodida). Kapljico jodovice s pomočjo koščka filtrirnega papirja potegnite pod

krovno stekelce, tako da je tekočina pod stekelcem rjavkasta.

Katero snov jodovica specifično obarva vijolično ali črno?......................................................

Ali pričakujete, da se bo kakšna celična struktura, ki ste jo opazili v listu vodne kuge,

močno obarvala z jodovico? Katera? Utemeljite svojo domnevo.

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

Preglejte preparat, obarvan z jodovico, pod mikroskopom.

Kaj opazite in kako si to razlagate? .........................................................................................

.................................................................................................................................................

Slika 16. Celica iz lista vodne kuge.

Velikost celice

Ocena dolžine celice: ...................

Ocena širine celice: ......................

Če so se pri vašem poskusu z jodovico kakšne celične strukture močno obarvale, jih

dorišite na skico celice in označite.

Na preparatu opazujte kroženje kloroplastov. Kloroplasti drsijo vzdolž aktinskih filamentov

(sestavina citoskeleta), ki potekajo po citosolu. Hitro gibanje kloroplastov in drugih organelov,

ki ga opazimo na preparatu, je posledica segrevanja preparata med opazovanjem pod

mikroskopom. V razmerah, v katerih vodna kuga živi v naravi, se organeli gibajo bistveno

počasneje.

Ali ste v listu vodne kuge opazili kakšne celične strukture, ki so značilne samo za rastlinske

celice, ne pa tudi za živalske? Katere?

.................................................................................................................................................

V kakšnih ekoloških razmerah živi vodna kuga v naravi? ......................................................

Kakšna je kemična sestava primarne celične stene?..............................................................

.................................................................................................................................................

30

Kakšna je kemična sestava osrednje lamele? ........................................................................

.................................................................................................................................................

Kako se imenuje zeleno barvilo, ki ga vsebujejo kloroplasti? Ali je po slovenski zakonodaji

(glej Pravilnik o aditivih za živila, Uradni list RS 43/2004, stran 68) ta snov dovoljen

dodatek k živilom kot barvilo? Če je, kakšna je njena E številka?

.................................................................................................................................................

Ali so molekule klorofila, ki sodelujejo pri fotosintezi, raztopljene v stromi ali vezane na

tilakoidno membrano?

.................................................................................................................................................

Vodna kuga sicer ni živilo, vendar pa je zgradba celice v njenem listu zelo podobna zgradbi

celic v zelenih listih drugih rastlin. Naštejte nekaj rastlinskih vrst, pri katerih uporabljamo

zelene liste kot živilo.

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

Vaja 2

Bela in rdeča čebula

Pri pripravi živil kot začimbo uporabljamo podzemni založni organ rastlinske vrste čebula

Allium cepa (lukovke Alliaceae, enokaličnice). Tudi ta podzemni organ vrste čebula se imenuje

čebula. Sestavlja ga zelo kratko steblo, na katerega so pritrjeni močno omeseneli in odebeljeni

podzemni listi (slika 17A). Čebula je prekrita in zaščitena s posušenimi podzemnimi listi.

Pri pripravi živil uporabljamo belo in rdečo čebulo, ki obe spadata v isto rastlinsko vrsto.

Razložite, po čem se po vašem mnenju oba tipa čebule razlikujeta med seboj!

.................................................................................................................................................

A

posušen list ovoja čebule

mesnat podzemni list

popek za steblo s

socvetjem

popek za stranjski

poganjek

zelo kratko steblo

nadomestna

korenina

Slika 17. Zgradba podzemnega založnega organa čebule (A; slika prirejena po Hickey and

King, 1997) in priprava povrhnjice mesnatega lista bele (B) in rdeče (C) čebule (glej

pojasnila v besedilu).

Površina vseh rastlin, tudi površina podzemnih listov čebule, je prekrita s plastjo celic, ki jo

imenujemo povrhnjica. Povrhnjica je na zunanji strani prevlečena s snovmi, ki preprečujejo

čezmerno izhlapevanje vode skozi površino rastlinskih organov (kutin, voski). Najprej si bomo

ogledali povrhnjico bele čebule.

Za pripravo mokrega preparata povrhnjice iz bele čebule izrežite kos omesenelega lista, velik

približno 1,5 cm x 1, 5 cm. Izberite sočen svež list (ne na pol posušen list z oboda čebule). V

notranjo, konkavno stran lista z britvico vrežite vzorec prikazan na sliki 17B, tako da dobite štiri

kavdratke. S pinceto zagrabite vogal kvadratka, povrhnjico potegnite z lista in prenesite v

kapljico vode. V vodo prenesite še en ali dva koščka povrhnjice in pokrijte s krovnim

stekelcem. Povrhnjico si oglejte pod mikroskopom.

Celične strukture, ki jih opazite pod mikroskopom, vrišite v levo celico na sliki 18. Vse

celične strukture tudi označite in poimenujte.

B

C

4 mm

Slika 18. Zgradba celice iz povrhnjice mesnatega podzemnega lista čebule

Celice v povrhnjici bele čebule vsebujejo tanko primarno celično steno in zelo velike vakuole,

ki potiskajo citoplazmo proti steni. Citoplazma zato obsega le tanek sloj tik ob celični steni, v

katerem so vidni različni majhni prozorni organeli (npr. neobarvani plastidi). Vakuole v

povrhnjici bele čebule vsebujejo vodo in v njej raztopljene snovi, ne vsebujejo pa obarvanih

snovi. Zato vakuol ne vidimo (so prozorne).

Pod svetlobnim mikroskopom v jedru tudi brez barvanja opazimo jedrca. Ker so v jedrcu

nagneteni prekuzorji ribosomskih podenot, ima območje jedrca namreč drugačno optično

gostoto kot ostali del jedra.

Celice čebule obarvajte z 0,1-%-no raztopino nevtralno rdečega barvila. Ob rob krovnega

stekelca dodajte kapljico barvila in jo s filtrirnim papirjem potegnite pod krovno stekelce.

Nevtralno rdeče barvilo počasi prodira v celice in se kopiči v vakuoli. Tkivo barvajte 10

minut. Nato si preparat ponovno oglejte in spremembe po barvanju vrišite v srednjo celico

na sliki 18.

32

Bela čebula

neobarvano

Bela čebula

barvano z nevtralno rdečim

Rdeča čebula

neobarvano

Katere celične strukture bolje vidite na obarvanih preparatih v primerjavi z neobarvanimi?

.................................................................................................................................................

Po zgoraj opisanem postopku pripravite še mokri preparat povrhnjice lista iz rdeče čebule. Ker

pa notranja stran lista ni obarvana, tokrat potegnite povrhnjico z zunanje, konveksne strani lista

(slika 17C).

Preparat povrhnjice rdeče čebule si oglejte pod mikroskopom in celične strukture vrišite v

desno celico na sliki 18. Preparat in kos obarvanega lista si lahko ogledate tudi pod

stereolupo.

V katerem celičnem organelu se kopičijo rdeče-vijolična barvila v povrhnjici rdeče čebule?

Kako se ta barvila imenujejo?

.................................................................................................................................................

Kakšne naloge opravlja jedro? ................................................................................................

Kakšne naloge opravlja jedrce? ..............................................................................................

.................................................................................................................................................

Naštejte, katere snovi lahko vsebuje rastlinska vakuola! .......................................................

.................................................................................................................................................

Katere od snovi iz vakuole pri nekaterih rastlinskih vrstah uporabljamo kot živila?

.................................................................................................................................................

Razložite, v čem je na celični ravni bistvena razlika med celicami iz povrhnjice bele in

rdeče čebule. ..........................................................................................................................

.................................................................................................................................................

Značilna ostra aroma čebule nastane šele tedaj, ko čebulo režemo oz. ko kako drugače

poškodujemo celice. Prekurzorji za encimsko reakcijo, v kateri nastanejo aromatične in dražeče

snovi, so namreč žveplove snovi v citosolu. Encim aliinaza, ki te prekurzorje pretvori v

aromatične snovi, pa se nahaja v vakuoli. Tako so v nepoškodovani celici prekurzorji ločeni od

encima s tonoplastom (selektivno polprepustno biološko membrano). Pri rezanju čebule se

celice poškodujejo, vakuolni sok se razlije in pomeša s citosolom. Sedaj aliinaza pride v stik s

prekurzorji arome, encimska reakcija poteče in nastanejo aromatične snovi, pa tudi tiste dražeče,

zaradi katerih med rezanjem čebule »jokamo«.

Vaja 3

Kopičenje barvil v rastlinski celici

Najpogostejša rastlinska barvila glede na njihovo kemično zgradbo in lastnosti razvrščamo v

štiri skupine: antociani, betaciani, karotenoidi in klorofili. Kemijska struktura tipičnih

predstavnikov teh štirih skupin je prikazana na sliki 19. Barvila se kopičijo predvsem v vakuoli

in plastidih, pri čemer je za vsako od štirih skupin značilno, v katerem od teh dveh organelov se

nalaga (nekaj podatkov o rastlinskih barvilih in njihovih latnostih je v uvodnem delu delovnega

zvezka). Večina rastlinskih vrst sintetizira antociane, rdeča pesa in nekaj drugih vrst (npr. kaktus

z užitnim plodom opuncija) pa namesto antocianov izdeluje betaciane.

Običajno se v obarvani celični strukturi sočasno sladišči mešanica barvil iz iste skupine (na

primer več različnih karotenoidov), vendar pa v tej mešanici pogosto po količini prevladujejo

določena barvila. Ta prevladujoča barvila so značilna za rastlinsko vrsto ali za sorto gojene

vrste. Tako sta v plodu paprike glavni rdeči barvili kapsantin in kapsorubin, glavno rumeno

barvilo je violaksantin, oranžno pa β-karoten. Glavno rdeče barvilo v plodu paradižnika je

likopen. V korenini korenja se kopiči veliko oranžnega barvila β-karotena. Rdeče barvilo v

korenini rdeče pese je betanidin in sodi v skupino betacianov. Živa obarvanost je pri mnogih

živilih eden od pomembnih dejavnikov za njihovo privlačnost. Zato v živilski industriji pogosto

dodajamo živilom barvila, od katerih so mnoga rastlinskega izvora.

Znotraj ene celice so običajno močno obarvani ali plastidi ali vakuola. V nekaterih primerih pa

sta lahko v isti celici obarvani obe celični strukturi (npr. vakuola modro, kromoplast rumeno).

Končna barva rastlinskega organa, ki jo mi opazimo, je tako kombinacija prispevkov mešanice

barvil v celičnih organelih.

Slika 19. Kemična struktura predstavnikov štirih glavnih skupin rastlinskih barvil

(slika: Kristina Sepčić).

34

HO

sladkor

O

OH

C

H 2

sladkor

O

O +

R

CH

antociani

OH

CH 3

CH 2

karotenoidi (β-karoten)

N N

N

Mg

N

sladkor

HO

CH 2

HOOC

O

H

C

CH 2

N +

O CH 3

klorofil

(R = -CH3: klorofil a; R = -CHO: klorofil b)

O

N

H

O

C

H

O

COO -

COOH

betaciani (betanin)

CH 2

CH

hidrofobni rep

(zasidranje v

tilakoidni membrani)

Raziskali bomo kopičenje barvil v celicah različnih rastlinskih vrst. Najprej si oglejmo, kakšna

je na celični ravni razlika med zelenim, rumenim in rdečim plodom paprike Capsicum sp.

(razhudnikovke Solanaceae, dvokaličnice). Pripravili bomo mokri preparat, zato najprej

pripravite objektno stekelce s kapljico vode. Postopek rezanja tanke rezine tkiva za pripravo

mokrega preparata je opisan na strani 22. Z britvico odrežite nekaj tankih rezin (to pomeni več

kot eno!) od površine proti notranjosti zelene paprike in rezine drugo za drugo polagajte v

kapljico vode. Pokrijte s krovnim stekelcem in opazujte pod mikroskopom. Postopek priprave

mokrega preparata ponovite še za rumeno in rdečo papriko. Preparate in kose obarvanih tkiv si

lahko ogledate tudi pod stereolupo.

Rezultate svojih opazovanj zabeležite na sliki 20 (glej strani 36-39). V rubriko »Živilo«

napišite vrsto opazovanega živila (na prvih dveh straneh slike 20 je ta rubrika že izpolnjena

– tu najdete tudi vse tri barve paprkike, na tretji in četrti strani pa lahko sami izberete živila,

ki jih želite opazovati). V rubriko »Barva« napišite obarvani del rastline (npr. plod, cvet, list).

V rubriko »Barva« napišite barvo rastlinskega barvila, ki ste ga opazovali pod

mikroskopom. V rubriko »Obarvan organel« napišite, v katerem organelu se opazovano

barvilo kopiči. V rubriko »Tip barvila« napišite, v katero glavno skupino barvil spada

opazovano barvilo (antociani, betaciani, karotenoidi ali klorofili). Dodate lahko tudi ime

glavnega barvila v obarvani strukturi, če ga poznate.

V shemo celice vrišite samo obarvane celične strukture (uporabite barvne svinčnike).

Velikost obarvanih struktur rišite v približnem sorazmerju glede na velikost celice na sliki

(ponazorite, ali je na opazovanem preparatu obarvana skoraj cela celica ali samo njen

majhen del). Pravilno narišite tudi obliko obarvanih struktur (kroglasta, paličasta itd.).

Podobno kot za papriko raziščite še kopičenje barvil v celicah pri drugih živilih in rezultate

vpišite na sliko 20.

Na sliko 20 narišite tudi obarvane celične strukture, ki ste jih že spoznali. V skico z oznako

»Rdeča čebula« na strani 36 vrišite obarvane strukture, ki ste jih opazovali pri vaji 2 (glej

skico na strani 32), v skico z oznako »Vodna kuga« na strani 38 pa obarvane strukture iz

vaje 1 (glej skico na strani 29).

Sistematično preglejte rezultate svojih opazovanj odgovorite na spodnja vprašanja.

Katere od štirih skupin barvil se nalagajo v vakuoli? Ali so to vodotopna ali lipofilna barvila?

.................................................................................................................................................

Katere od štirih skupin barvil se nalagajo v plastidih? Ali so to vodotopna ali lipofilna

barvila?

.................................................................................................................................................

V nekaj stavkih pojasnite svoje glavne ugotovitve o kopičenju barvil v rastlinskih celicah:

.................................................................................................................................................

Slika 20. Kopičenje barvil v rastlinskih celicah.

Živilo: RDEČA ČEBULA

Del rastline: …………………………………