Введение

  • 1. Ботаника в системе биологических наук
  • 2. Уровни морфологической организации растений
  • 3. Общие черты организации семенных растений
  • 4. История ботаники
  • 1. Ботаника в системе биологических наук

Что такое ботаника? Наука о растениях. Именно такое определение было дано более двух тысяч лет назад Теофра- ? стом Эрезийскпм, учеником Аристотеля. Теофраст считается «отцом» ботаники. Однако что мы подразумеваем под растениями?

Отдельные особи, вид, надвидовые группировки? Во времена Теофраста ботаника рассматривалась как наука об отдельных организмах, поскольку понятие «вид» появится много позже, лишь благодаря работам К. Линнея ботаника преврати гея в науку о видах, призванную упорядочить многообразие сведений о растительных организмах. Таким образом, слово «растение» можно употреблять в различных значениях. Наука XX в. добавила к ним популяционное понимание.

1 Точему нам так важно выяснить, что такое ботаника? В философии есть правило: «определяйте понятия, тогда половина споров станет излишней».

Единого, удовлетворяющего всех определения ботаники до сих пор не разработано. В качестве рабочего мы будем использовать следующее.

Определение: Ботаника — комплекс наук о растениях.

Что здесь важно отметить? Прежде всего, что это комплекс наук, а не отдельная наука. Следовательно, необходимо будет рассмотреть, что включает в себя этот комплекс. Далее, необходимо отметить многозначность слова «растения». Мы будем употреблять его в самом широком смысле: и в понимании Теофраста, и в трактовке К. Линнея, и в современном прочтении.

Любая наука призвана решать ряд задач.

Основная задача ботаники: изучение растений как отдельных организмов на разных уровнях их организации и как целостного образования, играющего биосферную роль.

Разделы ботаники:

1. Морфология — наука о закономерностях строения и процессах формообразования растений. Иначе морфоло-

гию называют структурной ботаникой. Как вы думаете, почему?

Морфология подразделяется на следующие науки.

  • — цитология — наука о закономерностях строения и развития клетки и ее частей.
  • — анатомия - наука, изучающая заложение, развитие и строение тканей растений.
  • — эмбриология — наука, изучающая закономерности развития и строения зародыша растений.
  • — органография - наука, изучающая заложение, развитие и структуру органов растений.

Основоположником теоретической морфологии растений является И. В. Гете. Он ввел термин и разработал учение о метаморфозе (1817 г.).

Гомологию органов размножения высших споровых и голосеменных растений установил В. Гофмейстер, который явился основоположником эволюционной морфологии растений.

Основные проблемы экологической морфологии растений, изучающей жизненные формы растений и формообразование, разрабатывали И. Э. Варминг, I I. Раункиер.

Современные направления морфологии растений — изучение морфологической эволюции цветковых растений (А. А. Тахта-джян), разработка теории происхождения и эволюции цветка и соцветия и др.

  • 2. Физиология растений — наука, изучающая процессы жизнедеятельности растительного организма.
  • 3. Систематика растений — раздел ботаники, описывающий, обозначающий все существующие и вымершие организмы и располагающий их по таксонам различного ранга.
  • 4. Палеоботаника - наука, изучаюп 1,ая растения прошлых геологических эпох.
  • 5. Геоботаника (объединяет фитоценологию и географию растений) изучает растительные сообщества и закономерности их размещения на планете.
  • 6. Флористика — раздел ботаники, изучающий флору как исторически сложившуюся совокупность таксонов растений определенной территории.
  • 7. Экология растений — наука о взаимодействии растений с окружающей средой.
  • 2. Уровни морфологической организации растений

Большинство современных ботаников по уровню морфологической организации делят все растения на высшие и низшие.

К низшим растениям относятся организмы, тело которых не расчленено на листостебельные побеги и корни, т. е. представлено талломом или слоевищем. Приведите примеры низших растений.

У высших растений тело расчленено на органы (вегетативные и генеративные), образованные тканями.

Давайте проследим, какие изменения происходили у растений в ходе эволюции. У. • Л

Как различаются растения на клеточном уровне?

Различия в клеточной организации низших и высших растений незначительны. Каким же образом растения совершенствуются в процессе эволюции? Путем появления новых тканей, органов и усложнения их структуры, т. е. говорят о морфологической эволюции растен и й. j Л

Какими были первые растения?

Это были одноклеточные организмы, снабженные жгутиками, способные к активному движению. Однако в дальнейшем растения утрачивают способность к движению. 11очему? Вспомните, что большинство изменений обусловлено средой обитания. В какой среде обитали первые растения?

Относительная равномерность распределения элементов питания в водной среде обитания обусловила переход растений к прикрепленному образу жизни. Их перемещения чаще всего связаны с размножением и распространением плодов и семян.

Итак, растениям не нужно, подобно животным, переметаться с пастбища на пастбище в поисках корма пли бегать по лесу за своей жертвой. Но как же им использовать макси-мально полно имеющиеся ресурсы среды и прежде Ду всего свет?

Для ответа на этот вопрос проведите простой опыт. Возьмите 2 листа бумаги. Один из них сомните в плотный комок, второй оставьте не смятым. Положите оба листа в воду. Какой быстрее намокнет?

Тот же фактор объясняет наблюдаемую в процессе эволюции тенденцию к увеличению поверхности соприкосновения с внешней средой. Каким образом растения этого достигают? Путем ветвления, уплощения листьев.

В. И. Вернадский в качестве важнейшего свойства живых организмов, живого вещества отмечал расползание жизни, т. е. стремление заселять новое пространство. В результате независимой эволюции растения вышли из водной среды и оказались в наземно-воздушной. В воде элементы питания рас-пределены относительно равномерно, а как складыва-ется ситуация на суше?

В наземно-воздушной среде растения оказались в условиях, когда вода и минеральные вещества находятся в почве, а солнце как источник энергии — над землей. Что явилось следствием бпфазностп наземно-воздушной среды и простран- ,?? стенного разобщения ресурсов, необходимых для рас-тений?

У растений стали появляться ткани и органы, побег, выносящий фотосинтезирующие структуры вверх, к солнцу, и корень, устремляющийся вниз, в почву, за водой и минеральными веществами.

Дифференциация или специализация, т. е. разделение однородных структур на неоднородные и функциональное их размежевание представляет собой один из основных принципов эволюции. Дифференциация намечается уже у низших растений, у которых выделятся три ее направления.

  • 1. Ограниченная дифференциация одноклеточных организмов. Например, у колониальных водорослей (вольвокс).
  • 2. Увеличение размеров одноклеточных многоядерных сп-фональных водорослей (например, вошерия каулерпа, тело которых может достигать в размерах нескольких сантиметров, но формально представлено одной клеткой).
  • 3. Появление многоклеточное™. Как вы думаете, ч? ? почему именно этот путь осуществления дифференциации оказался наиболее удачным?

Следующая особенность растений заложена в их названии. Какая?

Способность к длительному нарастанию, росту в течение всей жизни является характерной особенностью растений (сравните с животными). Растения обладают открытой системой роста, т. е. рост и образование новых органов у них часто длится много лет. Например, сотни и даже тысячи лет у некоторых деревьев.

Растения, обитающие в воде, не способны поддерживать постоянс тво водного состава своих клеток. Достаньте водоросль из воды - она завянет на глазах.

Определение. Организмы, у которых не стабилизирован водный обмен и которые в своей жизнедеятельности зависят от наличия влаги в окружающей среде, называются пойкилогидриче-скими.

Высшие растения в условиях непостоянства поступления влаги в наземно-воздушной среде выработали механизмы, позволяющие нм контролировать расход воды, что сделало их относительно независимыми от влажности окружающей среды.

Определение. Организмы, способные поддерживать постоянство содержания воды в организме, называются гомойогидриче-скими.

Как было показано выше, относительная однородность водной среды обитания ограничивала эволюцию растений. Однако их выход на сушу и освоение наземно-воздушной среды потребовали существенных новообразований. В связи с выполнением разных функций нижней и верхней частями растения тело дифференцировалось на надземную и подземную части. Это разделение повлекло возникновение специализированных групп клеток — тканей, появление органов высших растений — корня и побега.

Таковы основные уровни морфологической организации растений.

3. Общие черты организации семенных растений

Рассмотрим общие черты организации высших растений, г. е. то, что объединяет их несмотря па многочисленные особенности.

Тело высших растений состоит из органов, имеющих тканевое строение. Вспомните, на какие две группы делятся органы растений?

Вегетативные органы выполняют основные функции растения: питание и обмен веществ с окружающей средой. К ним относятся побег и корень. Такое деление соответствует основной первоначальной дифференциации тела наземных растений, осваивающих почвенную и наземно-воздушную среды обитания.

Почему именно побег, а не сгебель и лист являются основным органом растений? Ду

Для ответа на этот вопрос необходимо кратко рассмотреть эволюцию наземных растений.

Первые наземные организмы — рпнпофиты — были травянистыми растениями, у которых не было ни листьев, ни стебля, ни корня. Рпнпофиты были очень похожи на своих предков - водорослей. Их тело состояло из цилиндрических осевых органов — геломов. Вместе с тем, телом — это орган наземного растения, т. к. он обладал всеми присущими ему признаками: снаружи была эпидерма (первичная покровная ткань), в центре располагался проводящий пучок (стела), под эпидермой залегали фотосинтезирующие клетки. Подземная часть ринпофитов также была представлена теломамп.

Ископаемые остатки растений позволяют понять, как из те-ломов но мере совершенствования организации возникли побеги с листьями и стеблем.

Итак, именно побег является основным органом высших растений. Во-первых, стебель, листья и почки имеют общее эволюционное происхождение из системы теломов. Во-вторых, все элементы побега имеют общее онтогенетическое происхождение, развиваясь из единого массива меристемы.

В таком случае, будут ли стебель и лист органами высших растений, пли они существуют только как эле-менты побега?

Расчленение тела взрослого растения на стебель (ось) и листья закономерно, г. к. они различаются но выполняемым функциям, строению и являются органами второго порядка.

Генеративные органы выполняют функцию полового размножения.

Общей закономерностью морфологических структур растений является симметрия.

Определение. Симметрия — это такое расположение частей предмета в пространстве, при котором плоскость рассекает предмет на две зеркально подобные половины. Симметрия проявляется во внешнем и внутреннем строение. В зависимости от числа плоскостей симметрии выделяются виды симметрии.

  • 1. Радиальная симметрия имеет место, если через ось органа можно провести три и более плоскости симметрии. Например, правильные цветки, плоды, корни.
  • 2. Билатеральная симметрия наблюдается в том случае, когда можно провести только две взаимно перпендикулярные плоскости симметрии. Например, листья, плоские побеги кактусов.
  • 3. Моносимметрия встречается когда можно провести только одну плоскость симметрии. Например, у цветков бобовых растений. Обычно для данного типа симметрии характерно дорсовентральное строение, при котором верхняя и нижняя стороны отличаются друг от друга. Например, листья фиалки, ивы, осины.
  • 4. Асимметрия характеризуется отсутствием плоскостей симметрии. Например, у листьев вяза, бегонии, через которые нельзя провести пи одной плоскости симметрии.

Следующая закономерность морфологической структуры высших растений — полярность.

Определение. Полярность — это наличие различий между противоположными точками (полюсами) организма, органа, отдельной клетки. Такое различие проявляется не только в строении, но и в функциях, поэтому выделяют морфологическую, пли структурную полярность п физиологическую полярность. Например, по перемещению одноклеточной зеленой водоросли хламидомонады можно четко определить ее передний и задний концы. Нитчатая водоросль улотрикс прикрепляется к субстрату строго определенным концом— базальной частью, тогда как противоположная апикальная часть обеспечивает нарастание. У деревьев (дуб, береза, тополь и т. д.) полярность четко выражена как в строении, так функционально. Подумайте, как можно это проиллюстрировать на при-мере корня, кроны, ствола?

Каждый орган имеет два полюса: верхний (апикальный, пли терминальный) и нижний (базальный, или основной). Ярким примером полярности органов служит черешок, срезанный с какого-либо растения. Будучи посаженным нижним концом вверх, черешок образует именно в верху корни, стремящиеся вниз, к земле, тогда как на верхнем конце, оказавшемся в почве, образуются побеги с листьями.

Вертикально растущие органы называются ортотропными. Для них характерна радиальная симметрия. Например, стебли, корни. Органы, растущие в горизонтальном направлении, называются плагиотропными. Они, как правило, моноспммет-рпчны. Например, листья, некоторые ветви, боковые корни.

Третья закономерность морфологической структуры высших растений — морфогенетические корреляции.

Определение. Под морфогенетическими корреляциями понимается взаимосвязь разных признаков в целостном организме. Она обеспечивается физиологически и генетически. Принцип корреляции был сформулирован Ж. Кювье: в любом организме все структурные и функциональные особенности связаны постоянными соотношениями. В соответствии с ними, постоянство соотносите.ьного неравномерного роста определяе т дифференциацию зачатков в конусе нарастания, морфологические особенности всех организмов и создает характерный для вида габитус. Например, корреляция положений отражается в ярусной изменчивости частей побега одного и того же возраста, а в генеративной почке — в последовательности формирования органов цветка. При компактном расположении плодов и семян их форма обусловлена механическим воздействием друг на друга.

Вопросы и задания для усвоения темы

1. Познакомьтесь с историей становления и развития ботанических знаний по следующему плану.

Знания о природе людей в эпоху палеолита.

Неолитическая революция и появление растениеводства.

Античный период. Работы Теофраста Эрезийского.

Эпоха Средневековья. Альберт Великий.

Расширение представлений о многообразии растительного мира в эпоху Великих географических открытий. Первые ботанические сады и гербарии.

Зарождение и развитие анатомии растений. Исследования В. Гете и становление морфологии.

Дифференциация наук в XIX в. и становление ботаники как системы наук.

Начало XX в.: основные направления развития ботаники.

Успехи ботанических наук в середине XX в. Биоморфология. Исследования происхождения и эволюции растений.

Ботаника в начале XXI в.: основные направления развития и актуальные проблемы современности.

  • 2. Приведите примеры проявления полярности на уровне клеточной организации, физиологических процессов, органов, всего организма.
  • 3. В чем отличия билатеральной симметрии от дорзовен-тральности?

Тема I

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >