Основными элементами, из которых построено тело всех растений, являются растительные клетки. Древесина, как часть растения, также состоит из клеток, имеющих разную форму и выполняющих при жизни дерева те или иные функции. Размеры, количество и распределение входящих в состав древесины клеток довольно разнообразны; это обусловливает, с одной стороны, сравнительную сложность строения древесины, а с другой — различия во внешнем виде древесины разных пород.
Каждая клетка имеет оболочку, которой она отделяется от соседних клеток. Внутри оболочки при жизни клетки находится протопласт, состоящий из протоплазмы — бесцветного слизистого вещества, похожего на яичный белок, и ядра — более плотного участка округлой формы (рис. 12). С увеличением размеров клетки (при росте) в протоплазме появляются полости — вакуоли. Протоплазма напоминает по виду яичный белок и является комбинацией органических и минеральных веществ. Среди первых главную роль играют белковые вещества (их содержится в протоплазме 35—45% от веса сухого вещества), отличающиеся содержанием азота и относящиеся к группе самых сложных органических веществ; белковые вещества содержат 55—56% углерода, 20—25% кислорода, 15—19% азота и 6,5—7,5% водорода.
Из неорганических соединений в состав протоплазмы входит главным образом вода: не менее 70% по весу живой протоплазмы. Протоплазма имеет щелочную реакцию. Никакой постоянной микроскопической и субмикроскопической структуры (зернистой, нитчатой, сетчатой, ячеисто-пенистой) она не имеет. Живой протоплазме свойственно постоянное внутреннее движение, заметное по движению мелких включений; с отмиранием протоплазмы движение прекращается.
Рис. 12. Растительная клетка в разных стадиях роста (схема): а — вновь образовавшаяся клетка; б — клетка с несколькими вакуолями; в — выросшая клетка: 1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — протоплазма; 4 — пластида; 5 — оболочка; 6 — вакуоль.
Полагают, что движение протоплазмы помогает перемешиванию содержимого клетки, благодаря чему питательные вещества в ней распределяются более равномерно. Кроме того, живая клетка обладает полупроницаемостью, или избирательной проницаемостью, т. е. способностью легко пропускать одни вещества и задерживать другие. При отмирании клетки эта способность теряется. Ядро в молодых клетках занимает обычно центральное положение и хорошо заметно благодаря тому, что оно плотнее окружающей протоплазмы. В более старых клетках протоплазма лежит только по стенкам, куда перемещается и ядро (см. рис. 12). Наиболее обыкновенная форма ядра круглая или овальная, хотя встречаются ядра и другой формы.
Размеры ядер в клетках высших растений колеблются в большинстве случаев в пределах от 10 до 20μ. Самые крупные ядра имеют клетки в однодольных и хвойных растениях. Обычно клетка содержит одно ядро, но бывают клетки и с несколькими ядрами. В ядре различают облегающий его снаружи более плотный слой (оболочку) и внутреннюю часть, по химическому составу представляющую смесь веществ, сходную с протоплазмой, но отличающуюся содержанием фосфора; консистенция ядра тягуче-жидкая, более вязкая, чем у протоплазмы.
В настоящее время установлено, что в ядре нет никакого структурного остова. Оно состоит из однородной массы, в которую включены более плотные, сильно преломляющие свет тельца — ядрышки (одно-два, редко больше); назначение этих образований точно не установлено. Протоплазма и ядро находятся в тесном взаимодействии друг с другом и с окружающей средой и составляют единое целое.
Кроме ядра, в протоплазме заключены еще другие белковые образования, называемые пластидами, которые имеют чечевицеобразную или округлую форму. По окраске и функциям пластиды делят на три группы: хлоропласты, или хлорофилловые зерна зеленого цвета; хромопласты, или пигментные зерна желтого или оранжевого цвета; лейкопласты — если они остаются бесцветными.
Наиболее важное физиологическое значение имеют хлоропласты, которые, пользуясь энергией солнечных лучей, образуют из углекислоты и воды органические вещества, необходимые для питания растения. Вместо поглощаемой углекислоты хлоропласты выделяют кислород. Хлоропласты находятся во всех частях растения, окрашенных в зеленый цвет (сама протоплазма бесцветна). Внешним признаком образования в хлоропластах органических веществ служит появление зерен крахмала, которые можно обнаружить при помощи окрашивания йодом (синяя окраска). Процесс фотосинтеза протекает по уравнению:
Иначе говоря, из 6 г-мол (264 г) углекислого газа и 6 г-мол (108 г) воды с поглощением 674 тыс. кал тепла образуется 1 г-мол (180 г) углевода (гексозы) с выделением 6 г-мол (192 г) кислорода. При помощи энзим гексоза может полимеризоваться в крахмал по схеме:
Хромопласты имеют разнообразную форму и состоят главным образом из белковых соединений; они окрашивают в желтый и красный цвет плоды (рябина, боярышник, шиповник), цветы (настурции, лютики), даже корни (морковь). Хромопласты, окрашивая цветы и плоды, способствуют перекрестному опылению растений при помощи насекомых и распространению семян при помощи животных. Лейкопласты чаще всего имеют шаровидную форму; они находятся в клетках, расположенных в закрытых частях растений; богаты ими семена, подземные органы, образовательные и запасающие ткани. В выросших частях растений лейкопласты служат главным образом для перевода органических питательных веществ из растворимой формы в нерастворимую и обратно.
Резкой границы между пластидами провести нельзя: они могут переходить одни в другие. Превращение лейкопластов в хлоропласты, а последних в хромопласты наблюдается при развитии многих плодов (например, рябины, шиповника и др.). Клеточным соком называют жидкость, заключенную в вакуолях живых клеток, у которых еще сохранилась протоплазма. В состав клеточного сока могут входить запасные питательные вещества, продукты обмена веществ и отбросы. Клеточный сок чаще всего имеет кислую реакцию. Кроме описанных выше главных составных частей клетки, обусловливающих ее жизнедеятельность, внутри клетки может находиться ряд образований, являющихся продуктом этой жизнедеятельности: белковые вещества, крахмальные зерна, жирные и эфирные масла и др. Из неорганических включений первое место занимают кристаллы щавелевокислого кальция, которые встречаются в виде одиночных или сросшихся кристаллов (друзы) или в виде пучков игл (рафиды); из прочих неорганических соединений встречаются углекислая известь, гипс, фосфорнокислый кальций и кремнекислота.
Клетки размножаются чаще всего путем деления, которое в деревьях происходит повсюду, где наблюдается прирост, т. е. на концах побегов, где расположена верхушечная меристема, и в камбии. Между образовавшимися двумя ядрами, отходящими к противоположным концам клетки, появляется пластинка, состоящая из мельчайших зернышек. Она делается все более и более плотной, растет по краям до тех пор, пока не разделит клетку на две новые. Разделенные перегородкой протопласты все же остаются связанными тончайшими нитями протоплазмы — плазмодесмами. Существует предположение, что таким путем соединяются миллионы протопластов всех живых тканей растения в одно целое.