Составитель: доцент Зуева Г.А.

Федеральное агентство по образованию

Елабужский государственный педагогический университет

Лекции по ботанике

(анатомия и морфология растений)

Составитель: доцент Зуева Г.А.

Царства живой природы, изучаемые ботаникой. Ботаника—это комплекс биологических наук о растениях. Объем понятий «растение» и положение растений в системах царств природы пересматривались в истории науки неоднократно. Со времен Аристотеля (IV век до н. э.) мир живых существ делили на растения и животные. Однако, к XIX в., по мере развития естественных наук ученые начинают пересматривать систему двух царств. В первой половине XIX в. шведский ботаник Е. Фриз (1794—1878) обратил внимание на существенные различия растений и грибов и предложил выделить грибы в самостоятельное царство. Современная система живой природы допускает существование по меньшей мере четырех царств (животные, растения, грибы, бактерии). Если учесть новейшее подразделение прокариот, это число возрастает до шести, а если добавить выделяемое иногда еще одно царство — протиста, куда относят наиболее древние группы одноклеточных эукариот, то — до семи. Некоторые ученые выделяют 10 и более царств.

Современная система царств живой природы включает, следовательно:

I. Надцарство Прокариоты (Ргосагуоtа).Организмы, не имеющие оформленного клеточного ядра.

1. Царство Архебактерии. Сюда относятся метанообразующие анаэробные бактерии — хемосинтетики

2. Царство Бактерии. Различные группы анаэробных и аэробных гетеротрофных прокариот, реже автотрофных хемосинтетиков и бактерий, способных к аноксигенному (без выделения кислорода) фотосинтезу.

3. Царство Оксифотобактерии. Автотрофные аэробные прокариоты, способные к оксигенному фотосинтезу (с выделением кислорода). К ним относятся цианобактерии (синезеленые) и хлороксибактерии.

II. Надцарство Эукариоты (Еисагуоtа).Организмы, имеющие оформленное клеточное ядро.

1.Царство Животные. Гетеротрофы; питание преимущественно голозойное (путем заглатывания твердой пищи), реже — путем адсорбции (всасывания жидкой пищи). Плотная клеточная оболочка отсутствует. Обычно диплоидные организмы.

2. Царство Грибы. Гетеротрофы; пищу поглощают путем всасывания. Обычно имеется твердая клеточная оболочка. Гаплоидные или дикарионтические (двуядерные) организмы.

3. Царство Растения. Автотрофы; питаются, осуществляя синтез органических веществ из неорганических за счет энергии солнечного света. Фотосинтез оксигенный (выделяется кислород). Имеется плотная клеточная оболочка. Характерно чередование поколений, чаще преобладают диплоидные организмы.

Роль растений в биосфере.Оксигенный (с выделением кислорода) фотосинтез, свойственный растениям и некоторым прокариотам, представляет собой фактор космического и общепланетарного масштаба, который сыграл (и продолжает играть) решающую роль в формировании облика нашей планеты. Благодаря фотосинтезу на Земле появилась биосфера (т.е. совокупность слоев литосферы, гидросферы и атмосферы, в которых обитали и обитают живые организмы. В процессе фотосинтеза часть энергии солнечного света, достигшего поверхности Земли, не отражается от нее, бесполезно рассеиваясь в космическом пространстве, а надолго задерживается на нашей планете в форме энергии химических связей в органических веществах, составляющих тела фототрофных организмов. Таким образом, фотосинтез обеспечивает энергетическую связь между Солнцем и Землей и увеличивает энергетический потенциал нашей планеты. На эту космическую роль фотосинтеза первым обратил внимание русский ученый К.А. Тимизярев (1843-1920), назвавший зеленые растения «консервом солнечных лучей».

Растения представляют начальные звенья в пищевых цепях экосистем Земли. Они не только обеспечивают пищей все гетеротрофные организмы (человека, животных, грибов, большинства прокариот), но и образуют отложения полезных ископаемых (каменного и бурого угля, торфа, сапропеля и т.п.). Продуктивность фотосинтеза в масштабах Земли грандиозна и достигает 10¹⁰ т за год. Это более чем в 100 раз превышает потребности современного человечества в продуктах питания и энергоносителях.

Основные понятия и термины. Морфология растений, изучающая формы (структуры) растений на уровнях клеток, тканей, органов и организмов составляет основное содержание нашего курса. Поэтому остановимся подробнее на задачах, методах, направлениях развития и важнейших теоретических положениях этого раздела ботаники.

Первая задача морфологии состоит в описании и наименовании структур. Без такого анализа, без терминов, обозначающих морфологические понятия, не могут обойтись ни сама морфология, ни систематика, ни любая другаяботаническая наука. Разные направления морфологии растений разрабатывают понятия, термины и методы исследований для сравнительного анализа разных систематических групп растений, для выявления между ними (группами) родственных отношений, для реконструкции преобразований структуры растений в процессе эволюции. Не менее важны морфологические подходы в изучении онтогенеза растений, морфогенеза их органов и гистогенеза тканей, а также понимания физиологической, функциональной роли тех или иных структур и влияния на них условий внешней среды.

Между перечисленными направлениями нет резких границ, и морфолог обязан по возможности сочетать все направления.

Основные методы работы морфологов и анатомов - прямые наблюдения за строением и жизнью растений в природе, а также изучение их с помощью оптических приборов (луп, световых и электронных микроскопов). Для онтогенетических, физиологических и экологических исследований широко используются эксперименты.

Способность к длительному нарастанию. Прикрепленный образ жизни, линейный рост и обильное ветвление повлекли за собой еще одну характерную особенность растений - способность к длительному нарастанию с образованием новых клеток и органов. Если у высших животных довольно рано формируются зачатки всех органов и особь быстро достигает предельных размеров, то у растений рост и образование новых органов часто длятся сотни лет. В этом смысле растения обладают открытой системой роста.

В связи с длительным нарастанием в длину у растений дифференцируются

клетки, берущие на себя функцию образования новых клеток.

Образовательные клетки у водорослей могут располагаться по-разному. У одних они находятся в апексах (лат. арех - вершина, верхушка) талломов и поддерживают апикальный (верхушечный) рост; у других они расположены у основания таллома, и тогда происходит интеркалярный (лат. iпtегсаlаге - вставленный), или вставочный, рост.

Типы ветвления. Ветвление — один из важнейших способов увеличения размеров тела. Сопоставление талломов диктиоты и сфацелярии позволяет уяснить различие между главными типами ветвления. У диктиоты деление верхушечной клетки параллельно ее основанию ведет к наращиванию таллома в длину. Если же эта клетка разделится параллельно оси таллома, то возникнут две верхушечные клетки, каждая из которых в дальнейшем будет наращивать свою часть таллома. В результате таллом вилъчато или дихотомически разветвится. Образуется развилка из двух одинаковых ветвей (осей) второго порядка, которые затем могут подобным образом дать начало ветвям (осям) третьего порядка и т.д.

При боковом ветвлении новые меристематические верхушки, дающие начало боковым ветвям, закладываются ниже главной верхушки, не затрагивая ее собственной способности к дальнейшему нарастанию. Вновь возникающие боковые ветви подчинены материнской, главной оси. При таком способе потенциальные возможности ветвления и образовании систем органов гораздо более обширны и биологически выгодны.

Переход от верхушечного к боковому ветвлению можно рассматривать как проявление общей закономерности эволюции живых существ — дифференциации. При боковом ветвлении главная ось и боковые оси неравноценны по строению и функциям.

При боковом ветвлении различают два типа систем осей: моноподиальную и симподиальную.