Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естествознание (Ботаника. Зоология). Учебное пособие для СПО
.pdf
31
ского, у которых образуются половые клетки — гаметы в результате редукционного деления. После их слияния появляется новая клетка — зигота, да-
ющая начало новому организму. Поскольку в этом процессе участвуют две
клетки, а образуется одна, то этот процесс назван воспроизведением. Растения различаются типами гамет, а отсюда и формами полового процесса.
Наиболее совершенен процесс — оогамия, при котором женские половые
клетки — яйцеклетки крупные и неподвижные, а мужские — сперматозоиды
мелкие и подвижные. У большинства семенных растений они теряют подвижность и называются спермиями. Органы, в которых у высших растений
развиваются женские и мужские гаметы, — это архегонии и антеридии.
Большинство растений могут размножаться всеми способами, но для некото-
рых отделов водорослей, высших растений характерно чередование бесполо-
го и полового типа размножений. На бесполом поколении, называемом спо-
рофитом, образуются споры, а на половом поколении — гаметофите, форми-
руются гаметы. После процесса оплодотворения образуется зигота, из которой снова вырастает спорофит. Можно схематично изобразить этот процесс:
яйцеклетка (n) + сперматозоид или спермий (n) = зигота (2n). Таким образом,
при чередовании поколений происходит смена ядерных фаз.
Рост и развитие растений относится к числу важнейших проявлений
жизнедеятельности организмов. Рост — это необратимое увеличение разме-
ров и массы тела растения, связанное с новообразованием элементов их
структуры: клеток, тканей, органов. Основные этапы роста растений — деление клеток, их растяжение и дифференцировка — происходят в специальных образовательных тканях — меристемах. Рост различных органов опре-
деляются расположением меристем. Стебли и корни растут верхушками. У
листьев зона нарастания обычно находится у их основания. Общий характер
роста растений выражается фазами: начальной, интенсивного роста, замед-
ления роста, стационарного состояния. Признаки роста проявляются в увеличении: размеров (линейные, объемные, поверхностные); числа органов;
числа клеток и их объема (количество цитоплазмы, структурных элементов
клетки); сухой массы. Рост у растений протекает неравномерно. Этапы интенсивного роста чередуется с периодами пониженной активности, после чего рост может вновь усилиться. Смена этапов происходит ритмично, соот-
ветственно смене условий среды (сезоны года). Покой растений — физиоло-
гическое состояние, при котором резко снижаются скорость роста и интенсивность обмена веществ. Он выражается в задержке прорастания семян,
клубней, луковиц и распускания почек. Покой растений — приспособление
32
для переживания неблагоприятных внешних условий в определенные периоды жизненного цикла или в сезонах года. В период покоя повышается способность растения выносить без повреждения организма засуху, высокие и
низкие температуры. Различают глубокий покой растений, при котором рост
не возобновляется даже при оптимальных внешних условиях (вызван внут-
ренними факторами) и вынужденный — (вызван внешними факторами), ко-
торый прекращается с наступлением благоприятных условий. Растения осенью впадают в глубокий покой, который в конце зимы, задолго до распуска-
ния почек, сменяется вынужденным покоем растений. Морозостойкость —
способность растений переносит низкие температуры. Холодостойкость —
способность переносить низкие положительные температуры, что характерно
в основном для южных культур. Рост растений регулируется физиологически
активными веществами. Они называются фитогормонами (от фитон — растение). Это органические вещества, вырабатываемые клетками специализиро-
ванных тканей, и действующие в ничтожно малых количествах как регуляторы и координаторы индивидуальной жизни организма. В процессе роста органов происходят их движения. Различают два вида движений: ростовые и
сократительные. Тропизмы — ростовые движения, вызванные раздражите-
лями (свет, температура, силы притяжения, химические вещества), которые
действуют на растение в одном направлении. При положительном тропизме
движение направлено в сторону раздражителя, при отрицательном — от не-
го. Благодаря тропизмам происходит ориентация органов в пространстве,
обеспечивающая наиболее эффективное использование факторов питания и
служащая для защиты от вредных воздействий. Настии — это движения (изгибы) органов растений в ответ на изменение факторов внешней среды, дей-
ствующих ненаправленно, т.е. рассеяно. Растущим органам свойственны
настии, происходящие в результате неравномерного роста растяжением. На-
стические движения обеспечивают защиту органов (закрывание цветков,
устьиц, опускание листьев) и более совершенны, чем тропизмы. Интересно
влияние различных факторов на настии в цветках растений, что приводит к
закрыванию или открыванию венчиков.
Развитие — это совокупность качественных морфологических и фи-
зиологических изменений в растительном организме, в его жизненном цикле
от зарождения до отмирания. Индивидуальное развитие — онтогенез длится
от образования зиготы до смерти растения. Период развития от зиготы до
формирования зародыша называется эмбриогенез. В процессе онтогенеза семенное растение проходит ряд этапов: состояние покоящегося семени, всхо-
33
дов, молодого и взрослого растения, старости. Каждый период сопровождается глубокими физиологическими и биохимическими изменениями органов.
Установлено рядом ученых, что развитие растений состоит из разнокаче-
ственных стадий. Первая стадия — яровизация. Только под воздействием
определенных температур, характерных для каждого вида растения (сорта) в
клетках происходят изменения, которые приведут к формированию цветков.
У хлопчатника +20–25, у пшеницы — 0–+5. Вторая стадия — световая. Одни
растения зацветают только при 10–12 часовом дне, другим необходим более
длинный день. Поэтому признаку растения делят на две группы: растения
короткого дня и растения длинного дня. Онтогенез (жизненный цикл) у каждого вида имеет различную продолжительность. У одних видов он протекает
всего один год, такие растения называются однолетними, причем развитие их
может идти от весны до осени — яровые, и с осени до весны — озимые. У
двулетних — онтогенез протекает за два года. У многолетних растений про-
цесс роста и развития продолжается довольно долго. Если растение цветет и
плодоносит раз в жизни, их называют монокарпиками. Большинство многолетних растений цветет и плодоносит много раз, их называют поликарпиками. В процессе индивидуального развития растение повторяет основные этапы развития своих предков, который называется филогенез. Знание особенностей филогенеза помогает учёным в области селекции, интродукции и акклиматизации растений. На основе изучения взаимодействия растительных
организмов и среды их обитания возник особый раздел биологии, носящий
название фенологии. Применительно к растительным организмам называется
фитофенологией. Это система знаний о сезонных явлениях природы, сроках
их наступления и причинах, определяющих эти сроки. При фенологических
исследованиях у растений регистрируется наступление сезонных фенофаз —
набухание и раскрывание почек, начало и конец цветения, полное созревание
плодов и пр. Фенология также занимается учетом сезонных явлений в природе, таких как пробуждение после зимнего покоя: прорастание семян, нача-
ло цветения, плодоношения и т.д. Для каждой местности эти фазы наступают
в различные сроки. Фенологические наблюдения ведутся одновременно с
наблюдениями за погодой и имеют большое значение для человека. Народ-
ные приметы — не суеверия, а результат постоянных наблюдений людей в
природном окружении. Наблюдения регистрируются в календарях природы,
которые выражаются в виде таблиц, графиков, диаграмм или простыми запи-
сями в тетрадях.
34
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите способы размножения растений и признаки их отличия.
2. Какой способ чаще всего используется при выращивании культур-
ных растений и почему?
3. Дайте определение понятию «рост» и перечислите этапы роста рас-
тений.
4. Что такое покой растений, как он связан с климатическими усло-
виями?
5. Перечислите ростовые движения. Чем они отличаются друг от
друга?
6. Дайте определение понятию «развитие». Назовите стадии развития
семенного растения. Охарактеризуйте каждую стадию.
7. Приведите примеры растений короткого и длинного дня. С чем свя-
зано их различие?
8. Дайте определение понятиям: «онтогенез» и «филогенез». Как они
связаны между собой?
9. Что изучает фитофенология? Какую роль она играет в жизни чело-
века?
10. Какое значение имеет календарь природы в жизнедеятельности че-
ловека?
Глава 4. Организменный уровень организации живой материи.
Классификация живых организмов
История развития систематики живых организмов. Системы классификации (искусственная, естественная, филогенетическая). Реформа К. Линнея в
системе растительного и животного мира. Понятие о номенклатуре.
Международный кодекс ботанической систематики. Классификация живых
организмов.
Началу развитию естественных наук в целом положили труды величайшего философа древности Аристотеля (385–322 гг. до н. э.). Титул «отец
ботаники» принадлежит его ученику, другу и последователю Теофрасту
(370–285 гг. до н.э.). Он описал около 500 видов растений. Теофраст первым
ввел классификацию, разделив растения на 4 группы: деревья, кустарники,
полукустарники и травы. В их пределах использовались подчиненные группы: культурные и декоративные, наземные и водные, вечнозеленые и листо-
35
падные, цветущие и нецветущие, морские и пресноводные и т.д. Самое важное, что Теофраст использовал постепенное объединение растений в группы
последовательно все более высокого ранга. Длительный период Средневековья был неблагоприятен для развития естественных наук, и более 14 веков
ботаника не имела истории. Определенное влияние на развитие ботанических знаний в Европе оказали страны арабского мира. Такие ученые и врачи,
как Абу Али Ибн Сина (Авиценна) (980–1037 гг.), аль-Бируни (973–1048 гг.)
дополнили предшествующие труды многочисленными сведениями о местных растениях. Эпоха Возрождения ознаменовалась пробуждением интереса
к античной культуре. Резко расширили представления о богатстве и разнооб-
разии растительного царства великие географические открытия, которые сопровождались распространением в XV веке книгопечатного дела и совершенствованием техники гравировки. Это сделало возможным появление ботанических сочинений — травников с описанием и изображением растений.
Эта эпоха названа как «описательный период» в истории систематики.
Период искусственных систем открывает ботаник А. Чезальпино
(1519–1603 гг.). Его система строится на числе семян в плоде, строении околоплодника, соцветия. В середине XVIII века появляется половая система
К. Линнея (1707–1778 гг.). Его труд «Система природы» охватывает все три
ее царства — минералов, растений и животных. Особенно глубоко он рефор-
мировал ботанику, и с этого периода она берет начало как современная наука.
Заслуга Линнея в том, что он создал глубоко обоснованное учение о виде и
осуществил революционную реформу в номенклатуре. Линней много рабо-
тал над проблемой пола у растений, установил, что тычинки и пестики более
постоянны, чем вегетативные органы, соцветия и другие части цветка. На
этом он составил половую систему, разделив все изученные растения на
24 класса. Его система оказалась искусственной, так как принимала во внимание лишь отдельно взятые признаки (тычинки).
Первые попытки создания естественной системы растений принадлежит французскому ботанику М. Адамсону (1726–1806 гг.). В России эту си-
стему пропагандировал Павел Горянинов (1746–1805 гг.). Позднее (в 1813 г.)
появился первый вариант систематического труда женевского ботаника Огю-
стена Декандоля (1778–1841гг.). Заслуга его и сына в том, что использова-
лись не только морфологические, но и анатомические признаки. Их система
считается естественной. Началу филогенетическим системам положил выдающийся немецкий ботаник Адольф Энглер (1844–1930 гг.), в трудах которого описанная системы растительного царства носит эволюционный харак-
36
тер. Широкое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом, получила филогенетическая система А.Л. Тахтаджяна (1966 г.). Она «динамична»,
несет монофилетическое происхождение покрытосеменных растений, стре-
миться выделить в качестве «звеньев» системы такие таксоны, которые имеют единое происхождение. Единой классификационной единицей, как для
растений, так и животных, служит вид, т.е. популяция сходных особей, которые имеют общее происхождение, одинаковое строение, выполняют одинаковые функции и в природе скрещиваются только между собой. Близкород-
ственные виды группируются в систематическую единицу — род. Близкородственные рода объединяются в семейство. Порядок — совокупность близких по родству семейств. Класс — объединяет сходные порядки. Сходные
классы включаются в отдел. Только видовые таксоны — объективная реальность. Научное название вида обозначают с помощью двойных названий —
бинарной номенклатуры, введенной К. Линнеем. Представим современную
систему органического мира следующим образом.
Таблица 2
ИМПЕРИИ
Неклеточные организмы
Клеточные организмы
Вирусы, Бактериофаги
НАДЦАРСТВА
Прокариоты
Эукариоты
ЦАРСТВА
ЦАРСТВА
Дробянки (бактерии, сине-зеленые
водоросли)
Грибы
Растения
Животные
Неклеточные организмы. Вирусы
Характерные признаки строения. Бактериофаг и его особенности строения. Вирусные заболевания растений, животных и человека. СПИД и меры
профилактики заболевания.
Вирусы (от лат. слова virus — яд) представляют собой наиболее прими-
тивные формы жизни. Это мельчайшие, невидимые в световой микроскоп
мельчайшие тела. Клеточная структура не выражена: нет ни органелл, ни
мембранной системы. Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым
Д.И. Ивановским, изучавшим болезнь табака — табачную мозаику. Природа
37
вируса определяется нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК). Особенность
вирусов в том, что они не размножаются на искусственных средах. Признаки
жизнедеятельности проявляются только внутри клеток живых организмов.
Вирусы используют ферментный аппарат хозяина, а также способны включать свой геном в геном хозяина. Все вирусы характеризуются общностью
физико-химических и биологических свойств, которые дают основание для
классификации. Наиболее сложно устроены вирусы, паразитирующие на
бактериях. Их называют бактериофагами. Некоторые фаги используются для
профилактики инфекционных заболеваний. СПИД (синдром приобретенного
иммунодефицита) — эпидемическое заболевание человека, поражающее
преимущественно его иммунную систему. Впервые СПИД зарегистрирован
на территории США в 1981 г. Возбудитель болезни — вирус иммунодефици-
та человека (ВИЧ). Генетический материал представлен в виде двух молекул
РНК и специфическим ферментом. Возбудитель СПИДа способен поражать
лимфоциты крови. ВИЧ встраивается в хромосомы пораженной клетки, и та-
ким образом инфекция принимает интегративный характер, чем приговаривает пораженный организм к пожизненному носительству вируса. Возбудитель СПИДа весьма не стоик во внешней среде и достаточно чувствителен к
относительно высокой температуре, антисептикам и дезинфекантам. Самым
радикальным оружием в борьбе человечества со СПИДом является образ
жизни каждого человека в отдельности и общества в целом. Пути передачи
ВИЧ и распространения СПИДа — наркомания, алкоголь, неразборчивые
половые контакты. Гарантией безопасности от СПИДа является здоровый
образ жизни.
Надцарство Доядерные (Прокариоты)
Подцарство Настоящие бактерии
Строение бактериальной клетки. Размеры, форма, движение. Особенности
размножений. Спорообразование. Роль бактерий в биосфере и хозяйственной деятельности человека. Болезнетворные бактерии.
К типичным бактериям относятся микроскопические организмы, как
правило, одноклеточные. Отличаются они своими малыми размерами. Клет-
ки бактерий имеют разнообразную форму и могут объединяться в колонии.
Одиночные шаровидные формы называются кокками, прямые палочковид-
ные — бациллами, имеющие форму запятой — вибрионами, спирально изо-
38
гнутые — спириллами. Среди бактерий встречаются подвижные, снабжен-
ные жгутиками, и неподвижные формы. Бактерии покрыты плотной клеточ-
ной оболочкой, благодаря которой их форма остается постоянной. Протопласт содержит цитоплазму, ядерное вещество — нуклеоид, состоящий из
одиночной молекулы ДНК, запасные продукты — гликоген, жиры, волютин.
Размножение происходит обычно делением клеток, а в половом процессе га-
меты не образуются; происходит лишь обмен генетическим материалом.
Большинство бактерий бесцветны, но есть формы, имеющие зеленый цвет
(хлоробактерии) и красный цвет (пурпурные бактерии). По способу питания
большинство бактерий гетеротрофные организмы. Автотрофны лишь окра-
шенные представители, осуществляющие процесс хемосинтеза. Он протека-
ет благодаря энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления
различных неорганических соединений. Хемосинтез открыл русский микро-
биолог С.Н. Виноградский. По типу дыхания бактерий делят на две группы:
аэробные (живут в среде с наличием кислорода) и анаэробные (без доступа
кислорода). Энергия, необходимая для жизнедеятельности, добывается за
счет брожения: молочнокислое, маслянокислое и спиртовое. Распространены
бактерии повсюду, их можно обнаружить в воде, почве, воздухе, в жаркой
пустыне, на дне океана, в горячих источниках. Они играют положительную
роль в хозяйственной деятельности человека. Патогенные формы вызывают
тяжелые заболевания.
Подцарство Синезеленые водоросли
Особенности строения клеток. Формы тела. Способы размножения. Распространение. Значение в природе и для человека.
Синезеленые водоросли — это одноклеточные, колониальные и нитча-
тые организмы. Протопласт их лишен оформленного ядра, разделен на окра-
шенную периферическую часть — хроматоплазму и лишенную окраски центральную часть — центроплазму. В клетке отсутствуют митохондрии, ваку-
оли с клеточным соком, нет оформленных пластид, а пигменты, с помощью
которых осуществляется фотосинтез, находятся в фотосинтетических пла-
стинах — ламеллах. В зависимости от соотношения пигментов у разных видов водоросли имеют разнообразную окраску — зеленоватую, фиолетовую,
красноватую, бледно голубую и почти черную. Размножаются делением клеток пополам, нитчатые формы — короткими участками, называемыми гормо-
39
гониями, а также с помощью спор. Наиболее распространенным представи-
телем является осциллятория, вызывающая «цветение» водоемов, что приводит к гибели высших водных растений и замору рыб.
Надцарство Ядерные (Эукариоты)
Царство Грибы
Особенности строения тела и клетки. Питание. Способы размножения.
Спорообразование. Экологические группы грибов. Роль грибов в природе и хозяйственной деятельности человека.
Грибы представляют огромную группу гетеротрофных организмов,
насчитывающих свыше 100 тыс. видов. Вегетативное тело гриба, называемое
мицелием, представляет собой систему тонких бесцветных нитей, или гиф,
которые погружены в субстрат, где растет гриб и откуда он поглощает пищу.
Важнейшими органоидами грибной клетки являются ядра, митохондрии и
эндоплазматическая сеть, но отсутствуют пластиды. Клеточная оболочка
гриба состоят из целлюлозы и других полисахаридов, а у большинства - при-
сутствует также хитин, сходный по химическому составу с хитином насекомых. Веществами запаса служат жиры, гликоген, а крахмал не образуется. У
грибов нет приспособлений для проведения воды и защиты от испарения,
поэтому они живут лишь во влажных местах. По строению мицелия, или
грибницы, грибы делятся на две группы: низшие, у которых неклеточный
многоядерный мицелий, и высшие, имеющие многоклеточный мицелий.
Размножаются вегетативно (частями мицелия, почкованием), бесполым спо-
собом (с помощью различных видов спор), половое размножение разнооб-
разно. У многих представителей на поверхности субстрата развиваются плодовые тела, загнивающие к старости. Они состоят из ножки и шляпки, снизу
которой располагается гименофр — пластинчатый или трубчатый. Он служит
для образования спор. Перечисленные признаки дали основание выделить
грибы в отдельное царство. Представители: дрожжи, мукор, пеницилл; ядовитые (бледная поганка, красный и пантерный мухоморы) и съедобные шляпочные грибы (боровик, подосиновик, подберезовик, поддубовик). Грибы
живут на различных субстратах и в процессе приспособления к ним сформи-
ровались экологические группы. Самая распространенная — почвенные.
Встречаются грибы, которые разлагают мертвую или живую древесину.
Группа домовых грибов — это разрушители деревянных частей построек.
40
Известна группа водных грибов. Много представителей паразитов растений
и животных. Специфические экологические группы грибов могут развиваться на различных материалах: металле, бумаге, изделиях из кожи, в книгах и
рукописях. Большую группу составляют микоризные грибы. Значение грибов
велико и разнообразно. Присутствие большого количества ферментов в клетке позволило использовать их в разных отраслях промышленности, а также
как продукты питания.
Царство Растения. Подцарство Низшие растения
Характерные признаки низших растений. Водоросли. Особенности строения клетки и тела. Размножение. Экологические группы. Систематика.
Характерные признаки представителей отделов. Значение в природе и для
человека.
Низшие растения — это относительно просто устроенные представи-
тели растительного мира. Само название «низшие» указывает на древность
этой группы и на простоту их строения. Тело не расчленено на вегетативные
органы, а представлено слоевищем, или таллом. К ним относятся подцарства
Багрянки, или Красные водоросли, и Настоящие водоросли.
Настоящие водоросли объединяют большую группу низших растений,
в клетках которых обязательно присутствует хлорофилл, а также другие пиг-
менты. Поэтому в их клетках протекает процесс фотосинтеза. Средой обитания водорослей является водная стихия. Вегетативное тело может иметь раз-
личную организацию, простейшая представлена амебоидной структурой. Это
одноклеточные организмы, лишенные твердой клеточной оболочки и способные передвигаться с помощью образуемых выростов цитоплазмы —
ложноножек, как у амебы. Монадная структура характерна для одноклеточных или колониальных организмов, но она всегда снабжена жгутиками, поэтому они подвижны в вегетативном состоянии. Нитчатый таллом образован клетками, имеющие клеточную оболочку, состоящую из целлюлозы и
пектиновых веществ. Цитоплазма может занимать всю клетку или располагаться вдоль оболочки. Ядер в клетке или много, или одно. Пластиды водорослей называют хроматофорами. Они отличаются большим разнообразием
по форме, числу, местоположению в клетке, а также набором пигментов, которые придают разнообразную окраску. В хроматофорах присутствуют пи-
реноиды — это особые тельца белковой природы. Наличие пигментов в
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]