Ботаника. Экзамен – 3 семестр

1. Краткая история развития систематики высших растений, исторические периоды ее становления. Принципы научного подхода к разработке классификации растений, типы систем высших растений: искусственные, естественные и филогенетические.

Человек обратил внимание на огромное разнообразие растительного мира. В процессе хозяйственной деятельности стремился познать и отличить растения полезные (пищевые, лекарственные и проч.), а также вредные, особенно ядовитые. Очень рано человек стал использовать зерна многих хлебных злаков (пшеница, просо, ячмень), которые найдены при археологических раскопках.

О выращивании пищевых растений и знакомстве человека с лекарственными травами свидетельствуют иероглифы и рисунки на гробницах египетских фараонов (3000 г. до н.э.). Рисунки на древнеегипетских памятниках отражают в первую очередь съедобные, прядильные, лекарственные растения.

Об использовании древними народами таких растений, как хлебные злаки, просо, лук, чеснок известно от греческого историка Геродота (484—425 гг. до н.э.). Кукурузу, картофель, табак выращивали древние народы Мексики и Перу.

Самой первой известной классификацией растений была классификация Теофраста (371—287 гг. до н.э.) — ученого и философа древней Греции. В основу своей классификации Теофраст положил экологический принцип, выделяя классификационные группы на основе жизненных форм растений. Теофраст делил все растения на деревья, кустарники, полукустарники и травы; отличал наземную флору, выделяя в ней растения листопадные и вечнозеленые, и водную флору с пресноводными и морскими растениями; увязывал данные о растениях с вопросами их практического использования; положил начало утилитарному направлению в классификации.

Принципы научного подхода: Период конец XVI- вторая половина XVIII столетия характеризуется появлением ряда искусственных морфологических систем (систем, которые строятся на основе какого-либо одного или нескольких признаков).

Период искусственных систем классификации начинается с системы итальянского ботаника А. Чезальпино (1519-1603 гг.). В основу классификации он положил принцип строения органов размножения. Растительный мир был разделен им на два отдела: 1) деревья и кустарники, 2) полукустарники и травы. Далее растения группировались в 15 классов на основе строения плодов и числа гнезд и семян в них, а затем выделялись группы меньшего объема – с учетом строения цветка. Особое место в системе Чезальпино занимал 15 класс, куда были отнесены мхи, папоротники, хвощи и грибы.

Швейцарский ботаник Каспар Баугин (1560-1624 гг.) виды растений распределил по признакам подобия в 12 классов.

В классификационной системе английский ботаник Рей (1623-1705 гг.) выделяет отделы растений по числу семядолей и подразделяет их на односемядольные и двусемядольные. В своей системе он принимает во внимание, кроме семян и плодов, форму цветка.

Ботаник Турнефор (1656-1708 гг.) создал свою систему растений, основанную на форме венчика цветка. Турнефор подразделяет растения на безлепестные и лепестные, а последние – на однолепестные и многолепестные. По форме цветка Турнефор разделил цветковые растения сначала на 14, а затем на 18 классов.

Карл Линней (1707-1778 гг.). «Система Природы» (1735), «Основы ботаники» (1736), «Виды растений» (1753) и др. Выбрал в качестве основного систематического признака орган размножения, но не плод. Система Линнея включает 24 класса растений. В 23 классах представлены растения с цветками, которые отличаются между собой количеством тычинок, их взаимным расположением, одинаковой или различной длиной, распределением полов, а также растения, у которых тычинки срослись со столбиком. В 24 класс Линней отнес «бесцветковые» растения. Впервые ввел бинарную номенклатуру растений: вид растения называют двумя словами – родовым и видовым. Системой К. Линнея заканчивается период искусственных систем в истории систематики растений.

В основу создания естественной системы классификации положены принципы сходства растений по совокупности признаков. В естественной системе все растения, начиная с водорослей и грибов и заканчивая высшими цветковыми растениями, располагаются в такой последовательности, что в конце каждого семейства помещались формы, переходные к следующему. Авторами разных естественных систем растений были французский ботаник А. Жюссье (1748-1836 гг.), швейцарский ботаник О. Декандоль (1778-1841 гг.), австрийский ботаник С. Эндлихер (1805-1849 гг.), французский палеоботаник А. Броньяр (1801-1876 гг.) и др.

Эволюционная теория Ч. Дарвина совершила настоящий переворот во всех областях естествознания, поэтому систематика не могла оставаться на старых позициях. Этим заканчивается второй период истории систематики – период естественных систем и начинается третий – период филогенетических систем.

В основу построения филогенетических систем растений положены принципы общности исторического развития отдельных таксонов растений (отделов, классов, порядков, семейств, родов и видов). Наиболее распространенными филогенетическими системами растений являются системы немецкого ботаника А. Энглера (1844-1930 гг.), австрийского ботаника Р. Веттштейна (1863-1931 гг.), немецкого ботаника Г. Галлира (1868-1932 гг.), английского ботаника Д. Хатчинсона (1884 г. рожд.), голландского ботаника А. Пулле (1878-1955 гг.), американского ботаника Ч. Бэсси (1845-1915 гг.), русских и советских ботаников И.Н. Горожанкина (1848-1904 гг.), Н.А. Буша (1869-1941 гг.), А.А. Гроссгейма (1888-1948 гг.), Б.М. Козо-Полянского (1890-1957 гг.), Н.И. Кузнецова (1864-1932 гг.), А.Л. Тахтаджяна (1910 г. рожд.) и др.

2. Гаплоидная линия эволюции высших растений отдел Мохообразные ( Bryophyta ). Особенности жизненного цикла, общая морфолого-анатомическая характеристика. Размножение.

Моховидные представляют собой особую ветвь эволюции высших растений, пошедшей по пути совершенствования гаплоидного поколения - гаметофита, который преобладает в жизненном цикле этих растений, долго и самостоятельно живет, тогда как диплоидный спорофит крайне редуцирован и, по существу, сведен до органа спороношения. У большинства мхов он состоит из более или менее сложно устроенной коробочки со спорами на очень короткой или несколько удлиненной ножке, заканчивающийся гаусторией (пятой). Самостоятельно жить спорофит не может, так как не имеет листьев и ризоидов, большей частью лишен устьиц и хлорофилла; он всю жизнь остается прикрепленным к гаметофиту и питается за его счет (паразитирует).

Жизнь гаметофита начинается с прорастания упавшей на землю или другой подходящий субстрат споры, причем очень быстро образуется напоминающий ветвящуюся нитчатую водоросль нитчатый организм - протонема, ювенильная (юношеская) стадия развития гаметофита. Сначала появляется нитевидный бесцветный вырост, углубляющийся в почву; он дает начало ризоидам. Затем формируются ветвящиеся зеленеющие части протонемы, которая постепенно разрастается на субстрате. Позднее на ней образуются многочисленные почки, которые дают начало так называемым гаметофорам - растеньицам мхов, столь часто встречающимся в природе, и у листостебельных мхов состоящим из стебля, покрытого мелкими листьями. На гаметофорах развиваются органы полового размножения - антеридии и архегонии. Позднее, с отмиранием протонемы, эти растения обособляются друг от друга, и таким образом сама протонема служит для вегетативного размножения мхов, обычно образующих плотные скопления, куртинки, иногда весьма крупные.

Гаметофоры мхов могут быть пластинчатой, слоевищной формы,

как у маршанциевых и антоцеротовых мхов, или состоять из стебля, несущего листья и ризоиды, как у юнгерманиевых листостебельных, андреевых и бриевых мхов; у сфагновых мхов ризоиды отсутствуют.

На гаметофорах развиваются органы полового размножения. У мхов распространены как двудомные, так и однодомные гаметофиты.

Оплодотворение у мхов возможно только при наличии капельно- жидкой влаги, которая переносит вышедшую из антеридия и содержащую сперматозоиды слизь на архегоний. Далее сперматозоид

под влиянием хемотаксиса устремляется во внутрь архегония и сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу. Из зиготы в течение периода, длящегося от нескольких месяцев до

двух лет, развивается спорофит (спорогон).

Современные моховидные – большая и древняя группа растений, насчитывающая от 22000 до 27000 видов и известная в ископаемом состоянии с карбона, хотя возникла она на Земле, по всей видимости, много раньше. В настоящее время отдел подразделяется на три класса: класс Hepaticopsida, нли Marchantiopsida, – печеночники;

класс Anthocerhotopsida – антоцеротовые мхи; класс Bryopsida – листостебельные мхи. Из них наиболее обширные классы Hepaticopsida и Bryopsida.

Распространены моховидные на всех континентах: от высоких широт до тропиков и от уровня моря до весьма высоких отметок в горах, у границ вечных снегов. Растут они на почве, постройках, древесине и скалах, в тропиках нередко это эпифиты и эпифиллы, некоторые моховидные вернулись в водную среду или без ущерба для себя переносят временное затопление. Не встречаются они только вблизи соленых вод, в засоленных пустынях и в областях, где почвы подвергаются сильной эрозии.