Ботаника. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 44.03.01 «Педагогическое образование», профиля «Биология»,

Саратовский национальный исследовательский государственный

университет имени Н. Г. Чернышевского

М. В. Лаврентьев

БОТАНИКА

Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата

44.03.01 «Педагогическое образование», профиля «Биология», заочной формы обучения

Саратов Издательство Саратовского университета

2022

ВВЕДЕНИЕ

Преподавание классических биологических дисциплин, таких как ботаника, всегда связано не только с обобщением новых и современных сведений из передовой науки, но и с адаптацией к современным требованиям основных образовательных программ вузов. Из-за меняющихся госстандартов

инестабильности формы ведения занятий (особенно характерно для студентов заочной формы обучения) практически каждый учебный год приходится значительно корректировать содержание дисциплины. Главным образом это влияет на задания для лабораторных работ, которые унифицируются для возможности проведения как очных, так и дистанционных занятий. В связи со всем вышесказанным появилась необходимость подготовки данного учебного пособия, которое поможет студентам при получении знаний, умений

ивладений, а также для достижения необходимых компетенций с наибольшим приближением к требованиям рабочей программы данной дисциплины.

Целью освоения дисциплины «Ботаника» является знакомство студентов с основным разнообразием растений и других групп организмов, которые традиционно относят к области ботаники, с их морфологическим

ианатомическим строением, биологией, систематикой и эволюцией, значением конкретных групп организмов в природных экосистемах и в хозяйстве, их экологическими особенностями, принципами рационального использования и охраны. Данная дисциплина логически и содержательно-методиче- ски связана с дисциплинами «Экология», «Физиология растений» и «Теория эволюции». Для освоения программы необходимы базовые знания, полученные в процессе изучения школьного курса биологии.

Дисциплина осваивается в 1-м и 2-м семестрах первого курса обучения. В установочную сессию проводятся лекционные занятия по темам «Введение в ботанику», «История ботаники», «Общая характеристика растений», «Структурная организация растений», «Строение растительной клетки» и «Ткани высших растений». В установочную сессию закладываются основы для зимней сессии.

Взимнюю сессию закрепляются знания, полученные в установочную сессию по темам «Строение растительной клетки» и «Ткани высших растений», и проводятся лекционные и лабораторные занятия по темам «Строение корня», «Морфология побега», «Анатомия стебля», «Морфология листа», «Анатомия листа», «Цветок и соцветия», «Опыление и оплодотворение»,

3

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Лекция 1. Введение в ботанику

Ботаника (др.-греч. βοτανικός – относящийся к растениям, от βοτάνη – трава, растение) – это наука о растениях. Она изучает строение и функции растений, их происхождение, эволюцию, классификацию, взаимоотношения друг с другом и окружающей средой. Кроме того, сама ботаника и смежные

сней разделы науки занимаются исследованием растительных сообществ, расселением растений по нашей планете, использованием, охраной и другими вопросами. Выделяют несколько десятков разделов ботаники и смежных

сней наук.

Использование растений для своих нужд, накопление сведений о растениях и их применении было характерно ещё для первобытного человека, так как его жизнь значительно зависела от знаний о съедобных, ядовитых, лечебных и полезных для скота растениях. Дальнейшее развитие цивилизации неразрывно связано с растениями, а участие их в развитии культуры всего человечества переоценить невозможно.

Как полноценная наука ботаника стала формироваться только в последние несколько веков. В ходе этого, естественно, появлялись новые методы исследования. Такими методами, а соответственно, и разделами являются морфология и анатомия. Первый и, возможно, самый древний касается описания физических форм и внешней структуры растений, их отдельных органов (от др.-греч. μορφή – форма и λόγος– учение).

Второй метод – анатомия (от греч. ἀνα – вновь; сверху и τέμνω – режу, рублю, рассекаю) – более современный и связанный с потребностью заглянуть глубже, в суть вещей. Анатомия растений – это наука о внутреннем строении растительных тканей, их происхождении, закономерностях развития и размещения в отдельных органах. Анатомия растений тесно связана с исследованиями микроскопического (клеточного) строения, а также с физиологией растений. Изначально анатомия растений совпадала с морфологией растений, однако с середины XX века исследования в анатомии растений рассматриваются как отдельная область, связанная с изучением прежде всего внутренней, микроскопической структуры. По морфолого-ана- томическим признакам судят о разнообразии растений, они составляют ос-

5

нову их классификации. Кроме того, изучение структурных особенностей растений необходимо для развития других ботанических дисциплин.

Разнообразие методов, используемых в морфологии растений, определяет ряд более мелких разделов ботаники и позволяет решать многие проблемы, нередко имеющие общебиологическое значение. Выделяют следующие методы:

1)описательная морфология, занимается изучением многообразия внешнего строения растений;

2)сравнительная морфология, исследует сведения о внешнем строении растений путем сравнительного изучения;

3) эволюционная морфология, изучает внешнее строение растений с целью определения путей и направлений эволюции членов и органов растений;

4)экологическая морфология, характеризует взаимосвязи органов между собой и с окружающей средой.

Выделяются следующие направления морфологии растений:

1)органография – основной раздел морфологии растений; занимается описанием и сравнительным анализом внешнего строения органов растений;

2)анатомия растений – изучение строения растений на уровне клеток и тканей;

3)эмбриология растений – изучение закономерностей образования, строения и развития зародыша растений;

4)цитология растений – изучение растительной клетки;

5)гистология растений – изучение растительных тканей;

6)морфология вымерших растений – это направление является одновременно разделом палеоботаники;

7)экологическая морфология – изучение связей и зависимости между процессами индивидуального развития растений включая закономерности формирования их органов и факторами внешней среды.

Значение морфологии растений тяжело переоценить как для ботаники

или биологии, так и для всей науки в целом.

Кроме морфологии и анатомии растений выделяют ещё ряд разделов ботаники и смежных с ней наук, из которых немного подробнее рассмотрим основные.

Эмбриология растений – один из важнейших разделов ботаники, наука о путях зарождения и формировании растительного организма. В более широком смысле эмбриология растений изучает не только собственно зародышевое развитие, но и период формирования генеративной сферы, образование в ней половых клеток и оплодотворение.

6

Систематика растений – раздел ботаники, занимающийся естественной классификацией растений. Систематика растений представляет собой иерархическую систему из групп разного ранга. Независимо от ранга каждая такая группа называется таксоном. Принципами выделения и классификацией таксонов занимается таксономия.

Ботаническое ресурсоведение – наука, изучающая возможности и пути хозяйственного использования растений, распространение и состояние ресурсов важнейших лекарственных и пищевых растений, а также другие аспекты использования растений человеком.

Альгология (от лат. alga – морская трава, водоросль и греч. λόγος – учение) – раздел биологии, изучающий водоросли. Ранее все водоросли относили к растениям, а потому альгологию рассматривали как раздел ботаники. В современном же понимании водоросли – не таксон, а гетерогенная экологическая группа.

Бриология (от греч. βρύον – мох) – раздел ботаники, изучающий мохообразные растения (Bryophyta sensu lato). Учёных – специалистов в области бриологии (современные и ископаемые виды мхов) называют бриологами.

Микология (от др.-греч. μύκης – гриб и λόγος – учение) – это наука о грибах. Поскольку грибы длительное время относили к царству растений, микология не была самостоятельным разделом биологии, а считалась одним из разделов ботаники. Микология изучает так называемые настоящие грибы и грибоподобные организмы.

Лихенология (от греч. λειχήν – лишай, лишайник) – наука о лишайниках, раздел ботаники. Хотя в современном понимании лишайники являются группой лихенизированных грибов, учёные продолжают выделять лихенологию как науку из-за специфических особенностей исследования этой группы.

Фитопатология (от греч. φυτό – растение и παθολογια – патология) – это наука о болезнях растений, средствах и методах их профилактики и ликвидации. Фитопатология изучает возбудителей болезней, причины и условия их возникновения и распространения, анатомо-физиологические нарушения в заболевших организмах.

Геоботаника (от греч. γῆ – земля + βοτανικός – относящийся к растениям) – это наука о растительном покрове Земли как совокупности растительных сообществ. Растительный покров делят на отдельные пространственные единицы (фитоценозы), которые объединяют в ассоциации – наиболее мелкие, хорошо улавливаемые единицы растительного покрова, имеющие одинаковую физиономичность, структуру, видовой состав и расположенные в сходных условиях местообитания.

Экология растений – это раздел ботаники и экологии, изучающий взаимозависимость и взаимодействие растительных организмов, а также расте-

7

ний и среды их обитания. Данный раздел изучает влияние каждого фактора среды (света, влаги, температуры и т. п.) на определённые группы растений.

Палеоботаника – отрасль ботаники и геологии, наука об ископаемых растениях. Она включает в себя исследование растений геологического прошлого, классификацию этих растений, установление их родства между собой

ис современными растениями, выявление их распределения по поверхности Земли в разные геологические периоды.

Ботаническая география – наука на стыке ботаники и географии, изучающая закономерности географического распространения и распределения растений. Предметом изучения является как распространение биоценозов, т. е. географически обусловленных совокупностей живых организмов, так

ихарактер флоры отдельных территорий.

Физиология растений (от греч. φύσις – природа, греч. λόγος – учение) – наука о функциональной активности растительных организмов. Охватывает изучение закономерностей жизнедеятельности растений, разработку теоретических основ получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур и установок для осуществления процессов фотосинтеза в искусственных условиях.

Биохимия растений – выделившаяся из фитофизиологии наука, которая изучает молекулярное строение клеток растений и химические процессы, которые в них происходят. Современная биохимия растений всё глубже изучает процессы биосинтеза веществ в клетках, продукты промежуточного обмена, роль ферментов на разных стадиях синтеза и распада веществ, энергетического обмена в клетках. Развиваются мощные направления молекулярной и биоорганической химии в тесной связи с биофизикой растений.

Генетика растений – раздел генетики, изучающий наследственность и изменчивость высших растений. Генетические методы позволяют определять роль каждой хромосомы в наследовании и развитии различных признаков растений, а также положение и особенности работы отдельных генов или групп генов.

Биотехнология – дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии. Под биотехнологией понимается производственное использование, например, растительных клеток для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений.

Границы между перечисленными выше разделами ботаники в значительной мере условны, так как их методы нередко перекрещиваются, а данные взаимно используются.

8

Лекция 2. История ботаники

Вопросы истории ботаники – это лучший способ определить текущее положение и этап развития науки.

История ботаники – раздел истории науки, изучающий и рассматривающий развитие знаний человечества в области ботаники. В становлении ботаники, как и других древнейших наук, выделяют три основных периода.

I. Легендарный период

Как и история в целом, история ботаники рассматривает длительный период, начавшийся с перехода человека от инстинктивного выбора части растений для употребления в пищу до появления надёжной системы фиксации и передачи знаний на основании различных источников, носящих во многом легендарный характер.

Источниками служат:

1)сведения о древнейших памятниках письменности Двуречья (Шумер, Вавилон, Ассирия) и долины Нила (Древний Египет);

2)легендарные китайские книги о травах (например, «Бэнь цао», относимая к концу III тысячелетия до н. э.).

II. Античность

Появились первые источники, описывающие растения не только с точки зрения пищевой полезности, но и с научной целью:

1)произведения греческого учёного Аристотеля (наряду с гадательными и ошибочными мнениями, высказанными в записках Аристотеля, в них встречаются очень верные взгляды относительно сходства зародыша животного с зародышем растительным, о различии полов у некоторых растений, об их долговечности и т. д.). В этих работах приведены описания около 500 видов растений, даются основы классификации, разделения растений на деревья, кустарники, полукустарники и травы, разделения трав на многолетники, дву- и однолетники и основы физиологии растений, описания строения цветка (положение завязи в цветке, различия между сростнолепестными и свободнолепестными венчиками);

2)произведения ученика Аристотеля Теофраста «История растений» (греч. Περὶ φυτῶν ἱστορίας, лат. Historia plantarum) и «Причины растений» (греч. Περὶ φυτῶν αἰτιῶν, лат. De causis plantarum). Несмотря на то что Теофраст в своих трудах не придерживается никаких особенных методов, он внёс в изучение растений идеи, совершенно свободные от предрассудков того времени, и как истинный натуралист предполагал, что природа действует сообразно своим собственным предначертаниям, а не с целью быть полезной человеку;

9

3) «Естественная история» (лат. Plinius Naturalis Historia, около 50– 70 гг. н. э.) римского натуралиста Плиния Старшего, в которой приведены все известные его современникам сведения о природе и упомянуто около 1000 видов растений;

4)«Аюрведа» – индийская «наука о жизни», относимая к I тысячелетию до н. э. и включающая описание многих лекарственных растений;

5)комментарии и дополнения к «Аюрведе» в сочинениях индийских вра-

чей Чарака (X–VIII вв. до н. э.), Сушрута и Вадбака (VIII–VII вв. до н. э.);

6)труды персидского учёного Абу Али Ибн Сины (Авиценны) – в первую очередь «Канон врачебной науки» (около 1010 г.) с описанием многих растений, неизвестных в Европе;

7)обобщения произведений Месоамерики в трудах Бернардино де Саагуна «Общая история о делах Новой Испании» и «Флорентийский кодекс»

иФрансиско Эрнандеса де Толедо «Естественная история Новой Испании». Бернардино де Саагун дал описания 724 растений, 123 из которых – лекарственные травы, при этом привёл их местные названия, а в некоторых случаях и место произрастания. Труд Франсиско Эрнандеса де Толедо включает сведения о 3076 растениях, и почти ко всем из них приведены характеристики. Саагун опирался больше на сведения индейских информаторов, в то время как Эрнандес старался своими силами собирать растения и давать им собственные описания.

III.Средние века и Новое время

Предыдущие периоды практически не оставили сведений о введении растений в культуру, получении новых сортов, информация об этом начинает сохраняться только с эпохи великих открытий человечества, заложивших основы всех современных наук. Таким образом, зарождаются основы научного подхода, повышается интерес к миру растений как источнику лекарств, пряностей, ядов и пищевых продуктов:

1)появляются рукописные, а затем печатные «травники», благодаря чему количество описанных растений со временем возрастает;

2)появляются первые гербарии – «сухие сады»;

3)создаются ботанические сады живых растений, выращиваемых в специальных условиях, в Салерно (около 1309 г.) и Венеции (около 1333 г.).

Быстрый рост объема знаний о растениях, общее изменение в системе мировоззрений и методологии познания окружающего мира привели к зарождению научных подходов в ботанике. Способствовали этому важнейшие работы того времени:

1)труды немецкого философа и естествоиспытателя Альберта фон Больштедта (Альберта Великого), в которых он установил различие меж-

10