лекции биология / БотВводная

Лекция 1. Вводная. Предмет, задачи и методы изучения ботаники. Основные систематические категории. Различия между высшими и низшими растениями.

Все биологические науки теснейшим образом связаны с физикой, химией, математикой, геологией, географией и принадлежит к единому комплексу естественных наук, т.е. наук о природе. Их объединяет не только предмет изучения – природа, но и методы, которыми пользуются исследователи для выяснения тех или иных закономерностей.

Наиболее общим и важным для биологических исследований является:

1. исторический метод, позволяющий проанализировать весь ход развития и становления изучаемого объекта.

2. Метод наблюдения. Каждый исследователь должен обладать известным трудолюбием в наблюдении и сборе фактов. Но простое наблюдение без анализа не предоставит нам нужного количества информации.

3. Метод эксперимента позволяет в контролируемых и управляемых условиях изучать явления природы.

4. Метод построения моделей и изучения их функционирования.

Томас Гексли: «Для человека, не знакомого с естественной историей, пребывание среди природы подобно посещению художественной галереи, где 90% всех удивительных произведений искусства повернуты лицом к стене. Познакомьте его с основами естественной истории – и вы снабдите его путеводителем к этим шедеврам, достойным быть обращенными к жаждущему знания и красоты человеческому взгляду».

Ботаника – (греч. «ботанэ» – «трава») - наука о растениях. Современная ботаника – наука комплексная. Она изучает все стороны жизни и существования растений. Ее разделами являются:

1. морфология растений – наука о разнообразии внешнего строения растений: цветков, плодов, корней. Изучает эволюцию внешнего строения, взаимосвязь строения и среды обитания. Основной метод морфологии – описательный: наблюдение и сравнение.

2. Анатомия – наука о внутреннем строении растения: изучает строение клетки, тканей, органов, эволюцию внутреннего строения и взаимосвязь с окружающей средой.

3. С анатомией тесно связаны цитология - наука, изучающая особенности строения растительной клетки.

4. Гистология – наука о растительных тканях.

5. Физиология растений изучает жизненные процессы фотосинтеза, дыхания. К физиологии примыкает

6. Биохимия растений – наука о химическом составе, изменении веществ в результате метаболизма и

7. География растений -наука о границах их распространения.

8. Экология растений – наука, изучающая взаимодействие растений с внешней средой.

9. Палеоботаника – наука о вымерших растениях. Вымерших растений во много раз больше ныне существующих.

10. Систематика растений изучает многообразие растительных организмов и их место в филогенезе.

Основная задача систематики – классификация огромного многообразия растений. Что подразумевает: 1. Выявление, 2. Описание, 3. Классификацию, 4. Идентификацию, 5. Группировку организмов в системы. Это возможно при опоре на эволюционное учение и применении многообразных методов исследования: всех ботанических специальностей:

• Сравнительно – морфологический; сутью которого является сопоставление сходства и различий в строении представителей разных групп растений, что позволяет судить об истории их формирования и развития, проследить родственные связи;

• Палеоботанический – основан на изучении ископаемых остатков растений;

• Онтогенетический – позволяет на основе индивидуального развития растений представить пути их исторического развития;

• Физиолого-биохимический устанавливает родство растений на основе сходства их химического состава;

• Цитологический основан на специфичности хромосомного аппарата каждого вида.

• Молекулярно – генетический базируется на изучении нуклеотидной последовательности наследственного материала.

Систематика включает в себя таксономию (классификацию) – распределение всего множества известных и вновь описанных организмов по определенной системе соподчиненных таксономических категорий; бинарную номенклатуру; филогенетику.

Системы бывают: искусственная, естественная, генеалогическая.

Наиболее распространенная система – иерархическая. Главным таксономическим рангом является вид. Над ним располагаются род, семейство, порядок, подкласс, класс, отдел, царство. Ниже – подвид и разновидность. Кроме этих основных рангов, в некоторых случаях используются дополнительные – секция, объединяющая группу сходных видов в пределах рода, а также подсемейство и триба – объединения сходных родов в пределах семейства.

В современной систематике в надцарстве эукариоты выделяют 3 царства:

1. – Растения

2. – Животные

3. – Грибы.

Растения – царство эукариотических организмов, способных к фотосинтезу, имеющих плотные, как правило, целлюлозные клеточные стенки. Преобладающее большинство растений по типу питания – автотрофы.

К особенностям растений как живых организмов следует отнести:

1. их характер питания (тип ассимиляции – фотоавтотрофный, способ – осмотический),

2. прикрепленный образ жизни,

3. неограниченный рост,

4. сильное расчленение тела с целью увеличения поверхности,

5. распространение с помощью спор, плодов и семян,

6. запасание углеводов в виде крахмала.

Царство растения делят на три подцарства: багрянки, или красные водоросли, настоящие водоросли и листостебельные растения. Вегетативное тело багрянок и настоящих водорослей не расчленено на органы и ткани. Поэтому их нередко называют низшими растениями. Высшие растения, в отличие от низших – сложные, дифференцированные на органы и ткани многоклеточные организмы, приспособленные к обитанию в наземной среде.

Для всех живых организмов характерны определенные признаки живой материи, отличающие их от неживой природы:

1. Определенный химический состав.

2. Клеточное строение

3. Обмен веществ и энергии.

4. Питание – необходимое условие для получения энергии, роста, развития и других процессов жизнедеятельности. Различают автотрофное и гетеротрофное питание. Автотрофный тип ассимиляции подразумевает синтез органических веществ из неорганических (углекислый газ и вода) под действием энергии Солнца. Гетеротрофный тип ассимиляции характеризуется потреблением готовых органических соединений. Питание растений делится на минеральное (всасывание корнем воды и минеральных веществ) и фотосинтез.

5. Дыхание – высвобождение энергии, необходимой для всех процессов жизнедеятельности за счет расщепления (окисления) высокоэнергетических соединений АТФ.

6. Выделение – выведение из организма конечных продуктов обмена веществ, которые могут образовываться в результате дыхания.

7. Саморегуляция. Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов по типу обратной связи. Недостаток поступления каких – либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает прекращение синтеза этих веществ.

8. Размножение. При размножении организмы воспроизводят себе подобных. Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, которое возникает путем бесполого или полового размножения. Растения размножаются тремя способами: вегетативным (за счет вегетативных органов), бесполым (спорообразование) и половым (образование гамет и их слияние). В жизненном цикле высших растений обязательно происходит смена полового (гаметофит) и бесполого (спорофит) поколений. В результате вегетативного размножения возникают особи с неизменным генотипом, а в результате бесполого и полового размножения меняется генотип особей, что приводит к повышению гетерозиготности популяций и в конечном счете повышает приспособленность организмов к меняющимся условиям окружающей среды.

9. Наследственность.

10. Изменчивость. Изменчивость создает разнообразие материала для естественного отбора.

11. Индивидуальное развитие (онтогенез).

12. Эволюционное развитие (филогенез). Все живые организмы существуют не только в пространстве, но и во времени. Филогенез есть необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся появлением новых видов и прогрессивным усложнением жизни.

13. Целостность

14. дискретность живых систем. С одной стороны живая материя целостна, определенным образом организована, подчинена ряду законов. С другой стороны она дискретна, т.к. любая система состоит из обособленных элементов. Именно принцип дискретности лежит в основе представлений об уровнях организации живой материи.

15. Рост – живые существа растут за счет питательных веществ, полученных в результате автотрофного или гетеротрофного питания.

16. Раздражимость – все живые организмы реагируют на изменения внешней и внутренней среды.

17. Подвижность. Растения неподвижны, т.к. прикреплены к субстрату, но зато способны к ростовым движениям.

Раздражимость и движение растительных организмов.

Раздражимость – свойство живого, способного на всех уровнях организации (от клеточного до организменного) реагировать на влияние факторов внешней среды. Принимающим элементом являются рецепторы. У растений такими воспринимающими структурами являются эктодесмы, крахмальные статолиты, чувствительные волоски.

Основными формами проявления раздражимости являются различного типа двигательные реакции, которые осуществляются или целым организмом, или его частью.

Таксисы – это движение организма в ответ на раздражающий фактор. Если перемещение организма осуществляется в направлении к источнику раздражения, то такой таксис называется положительным. Если перемещение осуществляется от источника раздражения – отрицательным.

В зависимости от вида раздражителя разделяют фототаксис (ответная реакция на действие света), хемотаксис (действие химических соединений), термотаксис (температуры). Примером положительного фототаксиса является целесообразная ориентация хлоропластов в клетках мезофилла листа.

Тропизмы – двигательная реакция органов и частей растений на одностороннее влияние фактора окружающей среды (света, силы земного притяжения, воды, химических веществ). Тропизмы могут быть положительными, если орган или часть растения изгибается в сторону действующего фактора, и отрицательным, если происходят отклонения органа в противоположную сторону. У растений – выражен геотропизм – реакция отдельных его органов на одностороннее воздействие силы земного притяжения. Различают три типа геотропизма: положительный, – когда орган растет вертикально вниз, отрицательный, – когда направление движения органа противоположное, и поперечный, или диагеотропизм, – когда орган старается занять горизонтальное положение. Главные стержневые корни обладают, как правило, положительным геотропизмом, ветви первого порядка древесных растений, черешки листьев – отрицательным геотропизмом, корневища и боковые корни – поперечным тропизмом. Фототропизм – ростовые движения растений в ответ на одностороннее воздействие света.

Настии – это двигательные ответные реакции органов или частей растений на действие раздражителей, которые влияют диффузно и равномерно с разных сторон:

• эпинастии – когда изгиб органа (чаще листа) происходит вниз. Это может быть связано с ускорением роста или тургорного растяжения верхней стороны черешка (опускание листочков мимозы).

• Гипонастии – изгиб органа за счет ускоренного роста или растяжения клеток нижней стороны черешка и центральной жилки (поднятие листовых пластинок на ночь вверх у лебеды, табака).

• Никтинастии – двигательные реакции, вызванные наступлением темноты, т.н. сон у растений (закрывание цветков, опускание на ночь соцветий у моркови).

• Фотонастии – раскрывание лепестков цветков при усилении освещения (соцветия цикория, одуванчика).

• Термонастии – раскрывание цветков при повышении температуры.

• Сейсмонастии – движение органов растений, которые являются ответом на удар или сотрясение (мимоза, кисличка, портулак).

Нутации – способность растений к круговым или маятниковым движениям за счет периодических изменений тургорного давления, и интенсивности роста противоположных сторон определенного органа. У вьющихся растений верхушка во время роста делает нутационные движения и при контакте с опорой начинает обвиваться вокруг нее (хмель, тыква, горох).

Сезонность. Непрерывный рост растений в течение жизни происходит периодически. Смена периодов роста и покоя связана с факторами внешней среды (свет, температура, влажность). А также внутренними физиологическими процессами, которые наследственно закреплены в процессе эволюции. Для лиственных растений проявлением сезонности является листопад. Листопад –биологическое явление, обусловленное жизнедеятельностью растений и их развитием. Листопаду предшествует старение листа, при котором замедляются жизненно важные процессы: дыхание, фотосинтез; преобладают процессы гидролиза, в результате которого образуются балластные вещества. Питательные минеральные и органические вещества оттекают из листа, лист опадает. С наступлением холодов и уменьшением освещенности хлорофилл не синтезируется. Высокое содержание сахара в тканях листа, низкая температура и слабое освещение способствует образованию антоцианов. Листопад – приспособление растений к условиям существования, когда уменьшается световой день, понижается температура воздуха и почвы. Опадение листвы предотвращает у растений физиологическую засуху, т.к. оставшиеся листья испаряли бы воду, которая не может в это время в достаточном количестве поступать в корни. Способность к листопаду определяется цикличностью физиологических процессов.

Значение растений. В экологических системах растения играют роль продуцентов. С их помощью происходит образование и накопление органики, выделение в атмосферу кислорода, включение в круговорот веществ углекислого газа. При прямом участии растений образуются почва, торф, ископаемые растения образовали залежи бурого и каменного угля.

Растения – основной компонент всех фитоценозов и биогеоценозов. Они участвуют в геохимических круговоротах веществ в природе, круговоротах углерода, кислорода, азота, серы, фосфора, воды, изменяют химический состав почвы, влажность воздуха, насыщают атмосферу кислородом. Растения укрепляют почву, заселяют ранее безжизненные пространства, т.е. участвуют в почвообразовании, играют существенную климатообразующую роль. Являются биоиндикаторами состава почвы или загрязнений атмосферы.

Космическая роль растений заключается в создании кислородной атмосферы, снижении парникового эффекта.

Для жизни человека растения имеют большое значение. Пищевое значение имеют хлебные злаки, зернобобовые, овощи, плодовые растения, маслиничные, пряные и другие. В растениях содержится большое количество питательных веществ, витаминов.

Прядильные или волокнистые растения служат сырьем для изготовления одежды. Древесина используется как строительный материал. Многие растения содержат дубильные, красильные, лекарственные и другие ценные вещества.

4