Ботаника. Систематика растений: учебное пособие (С. К. Пятунина, 2013). Ботаника систематика растений
учебное пособие. Водоросли (Algae) (С. К. Пятунина, 2013)
Многочисленная и разнообразная группа низших талломных растений, первичной средой обитания которых является вода. Водоросли объединяют несколько самостоятельных и, по всей вероятности, независимо эволюционировавших отделов. Представители отделов отличаются по набору пигментов, деталям тонкой структуры хроматофоров, по продуктам фотосинтеза, накапливающимся в клетке (запасным веществам), и по строению жгутикового аппарата. Низшие растения – одноклеточные, колониальные или ценобиальные и многоклеточные организмы. Ценобиями называют колонии, в которых число клеток определяется на ранних стадиях развития и не меняется до следующей стадии репродукции (воспроизведения). Рост ценобия происходит за счет увеличения размеров клеток, а не их числа. Различают следующие типы морфологической организации таллома:
2. Коккоидный – неподвижные клетки.
3. Ризоподиальный (амебоидный) – вегетативные клетки не покрыты оболочками и могут развивать цитоплазматические отростки – ризоподии.
4. Пальмеллоидный, или капсальный, тип организации представлен неподвижными клетками, погруженными в общую слизь.
5. Нитчатый – клетки, соединены в нити, простые или разветвленные.
6. Гетеротрихальный, или разнонитчатый, – усложненный вариант нитчатого строения, для которого характерны две системы нитей: стелющиеся по субстрату и отходящие от них вертикальные нити.
7. Пластинчатый – талломы в виде пластинок.
8. Сифональный – талломы, часто крупных размеров, формально представляют собой одну клетку обычно с большим числом ядер.
9. Сифонокладальная организация представлена многоядерными клетками, соединенными в нитчатые или иной формы многоклеточные талломы. На первых этапах образования таллома имеет сифональный тип строения.
Водоросли могут размножаться тремя способами: вегетативным, бесполым и половым. Вегетативное размножение заключается в отделении от целого растения части вегетативного таллома, дающей начало новому таллому. Бесполое размножение осуществляется при помощи специализированных клеток – спор, образующихся в спорангиях. Споры бывают подвижными (зооспоры) или неподвижными (апланоспоры). По форме они могут быть идентичны родительским талломам (автоспоры одноклеточных водорослей) или резко от них отличаться (одноклеточные споры многоклеточных водорослей).
Половое воспроизведение у водорослей чрезвычайно разнообразно. Наиболее простые формы полового процесса – слияние морфологически неразличимых вегетативных особей – хологамия и конъюгация. У значительной части водорослей происходит образование специализированных половых клеток – гамет. Различают следующее поведение гемет:
1. Изогамию — слияние одинаковых по форме и размерам гамет.
2. Гетерогамию – оба типа копулирующих гамет имеют жгутики, но женская крупнее и менее подвижна, чем мужская.
3. Оогамию — слияние неподвижной женской яйцеклетки и подвижной мужской клетки. Копулируют гаметы, возникшие на одной особи (гомоталлизм) или на разных особях (гетероталлизм). Гетероталлизм наблюдается при любой форме полового процесса. У изогамных форм гаметы при морфологическом тождестве оказываются физиологически различными и обозначаются условными знаками «+» и «—». Мужские гаметы, имеющие жгутики, называют сперматозоидами, не имеющие жгутиков, но способные передвигаться при помощи амебоидных движений называют спермациями. В результате полового процесса образуется диплоидная клетка – зигота.
Жизненный цикл, или цикл воспроизведения водорослей, включает вегетативный рост, бесполые спороношения, половой процесс, покоящиеся стадии. Соотношение диплоидной и гаплоидной фаз в жизненном цикле водорослей неодинаково. В одних случаях прорастание зиготы сопровождается редукционным делением (мейозом) зиготы (зиготическая редукция), при этом развивающиеся растения оказываются гаплоидными. У многих зеленых водорослей зигота – единственная диплоидная стадия в цикле развития, вся вегетативная фаза проходит у них у гаплоидном состоянии. Такой жизненный цикл называют моногаплобионтным. У части других водорослей, наоборот, вся вегетативная фаза диплоидна, гаплоидная фаза представлена лишь гаметами, перед образованием которых и происходит редукционное деление ядра (гаметическая редукция), жизненный цикл – монодиплобионтный. У третьих редукционное деление ядра предшествует образованию спор, развивающихся на диплоидных талломах (спорическая редукция). Они вырастают в гаплоидные растения размножающиеся половым путем (гаметофиты). После слияния гамет зигота развивается в диплоидное растение, несущее органы бесполого размножения (спорофиты). Таким образом, у этих водорослей имеет место чередование поколений (генераций): диплоидного и гаплоидного. Жизненный цикл – гаплоидно-диплоидный. Оба поколения могут быть одинаковы морфологически (изоморфная смена поколений) или же резко отличаться по внешнему виду (гетероморфная смена поколений).
На практических занятиях изучают отделы: зеленые (Chlorophyta), диатомовые (Bacillariophyta или Diatomeae), бурые (Phaeophyta), красные (Rhodophyta) водоросли.
Введение в ботанику Предмет и задачи систематики растений
Введение в ботанику. Предмет и задачи систематики растений.
План: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Предмет ботаники. Основные разделы ботаники Роль ботаники в системе подготовки провизора. Систематика растений: предмет и задачи. Ботаническая номенклатура и таксономия Типы систем живых организмов. Краткая история развития систематики. Методы систематики растений (самостоятельно) Древо жизни по Шварцу и Марголис 1982).
Теофраста (370 -285 г. до н. э. ) основатель ботаники l l l написал первые книги о растениях описал около 500 видов растений создал первую классификацию растительного царства разделил все растения на 4 группы: деревья, полукустарники, кустарники и травы. Многие названия растений, которые использовал Теофраст, прочно вошли в ботаническую номенклатуру.
Объекты изучения ботаники: l l l настоящие (наземные) растения Водоросли Грибы Лишайники Прокариоты
Разделы ботаники Общая ботаника • Морфология • Физиология • Систематика • Палеоботаника • География растений • Экология растений • Фитопатология Прикладная ботаника • Лесная • Сельскохозяйственная • Медицинская • Экономическая (ресурсоведение)
Физиология растений l l изучает жизнедеятельность растений, т. е. физико-химические процессы, происходящие в организме растения. Из физиологии выделились биохимия и биофизика растений.
Систематика растений (от греч. «систематикос» упорядоченный) l l изучает разнообразие всех существующих и вымерших растений. один из крупнейших и старейших разделов ботаники.
Задачи систематики: l l l выявление новых видов описание растений наименование растений классификация растений установление родства
Палеоботаника l l изучает вымершие формы по их ископаемым остаткам Помогает устанавливать родство между различными группами растений.
Экология растений (от греч. «ойкос» - дом) l изучает взаимоотношения растений со средой обитания.
Геоботаника (фитоценология) l изучает растительные сообщества – фитоценозы, их структуру, динамику, продуктивность.
География растений l изучает закономерности распределения видов растений и фитоценозов по поверхности Земли в зависимости от климата, почв, геологической истории.
Провизор должен уметь: l l узнавать и описывать растения (морфология и систематика) анализировать качество растительного сырья (анатомия, гистология и гистохимия) Знать как и где образуются биологически активные вещества растений (анатомия и физиология) Организовывать заготовку растительного сырья (геоботаника, география и экологии растений)
Разделы систематики l l l Таксономия Номенклатура Филогенетика
Таксономия (от греч. «таксис» - расположение по порядку, «номос» - закон) l l Термин предложен в 1813 году швейцарским ботаником Декандолем Занимается классификацией растений, т. е. распределением их по группам (таксонам)
Номенклатура l Занимается названиями видов и других таксонов
Филогенетика (от греч. «Филон» - род, племя) l занимается установлением родства между группами и хода исторического развития растительного мира
l Ботаническая таксономия и номенклатура регулируются «Международным кодексом ботанической номенклатуры» , который принимается на всемирных ботанических конгрессах и является обязательным для всех ботаников.
Таксономическая категория l l это ранг группы Основными таксономическими категориями в ботанике являются: Царство → отдел → класс → порядок → семейство→ род → вид
Таксономическая единица (таксон)это конкретная, реально существующая группа растений, относящаяся к определенной систематической категории. l Например: Отдел Зеленые водоросли Chlorophyta Семейство Лютиковые Ranunculaceae l
Названия всех таксонов, кроме вида, состоят из одного латинского слова и имеют определенное окончание, указывающее на ранг таксона. Таксономическая категория Окончание, согласно ботанической номенклатуре Царство (regnum) Отдел (division) - phyta Класс (classis) -opsida, у водорослей -phyceae Порядок (ordo) - ales Семейство (familia) - aceae Род (genus) Вид (species)
Названия видов Для видов принята бинарная номенклатура, т. е. название вида состоит из двух слов: названия рода и видового эпитета Magnolia grandiflora Магнолия крупноцветковая Систематическое положение l Отдел Покрытосеменные Magnoliophyta l Класс Двудольные Magnoliopsida l Порядок Магнолиевые Magnoliales l Семейство Магнолиевые Magnoliaceae
Цель систематики l l l – создание такой системы, в которой бы однозначно было бы определено положение каждого таксона. По мере развития науки, появления новых данных нередко меняется не только положение таксона в системе, но и его ранг. Создание систем было и остается главнейшей задачей систематики.
История развития систематики В истории систематики можно выделить три типа систем: l искусственные l естественные l филогенетические.
Искусственные системы l l l строятся на основе одного или нескольких морфологических признаков несут мало информации, т. к. не отражают сущности объектов служат только для удобного сортирования и узнавания объектов. Первые искусственные системы появились еще в IV веке до н. э. (Аристотель, Теофраст) и просуществовали до середины XVIII века. Наиболее известная искусственная система – это система Карла Линнея.
Карл Линней (1707 -1778) Главный труд - «Система природы» 1735 г (подвел итоги всего предшествующего развития естествознания):
Заслуги К. Линнея: l l Упорядочил и усовершенствовал описательную морфологию растений. Создал учение о виде Ввел бинарную номенклатуру Ввел строго иерархическую систему таксономических категорий: Класс → порядок → род → вид → разновидность
Естественные системы l l l учитывается сходство и различия по многим признакам положение таксона определяет многие его свойства Одну из первых естественных систем создал Антуан Жюссье
Антуан Жюссье: «система должна отражать природу, а не навязываться ей» . l В его работе «Роды растений» (1789 г) было описано около 20 000 видов растений, которые были отнесены к 1754 родам и 100 порядкам.
Павел Горянинов(1796 - 1865) • русский естествоиспытатель, преимущественно ботаник, доктор медицины, профессор • один из русских учёныхэволюционистов. • В его труде «Основания ботаники» (1841 г. ) голосеменные четко отделены от покрытосеменных. • Впервые указал на соотношение между папоротникообразными, голосеменными и покрытосеменными. • Автор первого в России труда по технической микологии: «Грибы, плесени и пылевики в медикополицейском и других отношениях» (1848)
Огюстен Декандоль l l l поставил своей целью описание всех видов растений, обитающих на Земле. Его сочинение «Предвестник естественной системы растительного царства» состояло из 17 томов и выходило 50 лет с 1823 по 1873 год. В нем описано 60 000 видов.
Филогенетические или генеалогические системы. l l должна отражать родство между организмами, т. е. процесс филогенеза. Одна из первых филогенетических систем была составлена немецким ботаником Адольфом Энглером 1844 -1930)
Адольф Энглер l l Разработал филогенетическую систему цветковых растений (1887), доведенную до рода; она была принята во многих флорах (включая «Флору СССР» . т. 1— 30, 1934— 64) и гербариях. Один из основателей исторической географии растений. Организатор и редактор ряда капитальных справочных изданий: «Естественные семейства растений» (1887— 1915), «Царство растений» (с 1900), «Растительность Земли» (1896— 1928).
Рихард Веттштейн (1863 -1931) • Австрийский ботаник разработал псевдантовую теорию происхождения цветка (1901 г) из репродуктивных органов голосеменных и положил ее в основу своей системы.
Арме н Лео нович Тахтаджя н (1910 - 2009) • российский (советский, армянский) ботаник, биолог-эволюционист; академик РАН, • Специалист в области систематики растений и теории эволюции, • создатель новой филогенетической системы классификации высших растений и новой системы ботаникогеографического районирования нашей планеты, получивших всемирное научное признание. • Президент Отделения ботаники Международного союза биологических наук.
Кладизм l l Все перечисленные системы отражают конечные результаты эволюции, поэтому их называют эволюционными. В конце 50 х годов ХХ века появилось новое направление в систематике – кладизм Цель: воспроизведение эволюционных событий в ходе филогенеза Кладистических систем цветковых растений пока не создано!
Древо жизни (по Шварцу и Марголис, 1982 г. ) ц. Растения ц. Грибы ц. . Животные ц. Протоктисты водоросли н/ц Эукариоты н/ц Прокариоты Грибоподобные организмы простейшие ц. Архебактерии ц. Настоящие бактерии ц. Оксифотобактерии доклеточные
present5.com
Ботаника физиология систематика и экология растений Предмет исследований
Ботаника, физиология, систематика и экология растений Предмет исследований. Методы исследования. Основные этапы развития ботаники. Растения как часть живой природы. Классификация живых организмов.
Слово «ботаника» происходит от греческого «ботанэ» , что в переводе означает «зелень» , «трава» , «растение» . Ботаника как наука занимается всесторонним исследованием растений и объединяет все современные знания о них. Она изучает внешнее и внутреннее строение растений, законы их жизнедеятельности. Кроме того, ботаника изучает места распространения растений на Земле, исследует связь растений друг с другом, и с окружающими их природными условиями.
Морфология растений (от греческого слова «морфо» - форма) – один из наиболее рано сформировавшихся разделов ботаники. Она изучает внешнее строение растений, разнообразие форм листьев, цветков, корней и других органов. Выясняет закономерности их образования, как меняется морфологическое строение в ходе индивидуального и исторического развития организма.
Анатомия растений (от латинского «анатомэ» - рассечение) изучает внутреннее строение растений и их органов. Она устанавливает связь внутреннего строения растения с особенностями его жизнедеятельности. Включает в себя цитологию (науку о клетке) и гистологию (науку о растительных тканях).
Систематика растений (от греческого «систематикос» - упорядоченный) занимается изучением всех ныне живущих и вымерших растений, а так же распределением их по родственным группам. Это один из основных разделов ботаники. Она разделяет многообразие растительного мира на соподчинённые другу естественные группы — таксоны (классификация), занимается классификацией растений и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения).
Физиология растений (от греческого "физис" - природа) исследует процессы жизнедеятельности растений. Например, каким образом по растению перемещается вода, и как запасаются питательные вещества. Она тесно взаимодействует с биохимией и генетикой. Методы физиологии растений существенно отличаются от ботанических, поэтому часто этот раздел к ботанике не относят.
География растений выявляет закономерности распространения растений и их сообществ на поверхности Земли. Из нее в конце 19 века выделилась геоботаника, которая исследует фитоценозы - растительные сообщества, их состав, структуру и распространение. Близко к географии растений стоит экология растений (от греческого «ойкос» - дом, жилище) изучает зависимость жизни растений от внешних условий, например, количества тепла и влаги, в том числе, с другими организмами.
Установление видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой. Наука о вымерших ископаемых растениях – палеоботаника. Она имеет первостепенное значение для восстановления истории развития растительного мира. Данные палеоботаники используются для решения многих вопросов систематики, морфологии (включая анатомию) и исторической географии растений. Болезнями растений, вызываемыми вирусами, бактериями и грибами, занимается фитопатология.
По объектам исследования в ботанике выделяют альгологию (наука о водорослях), микологию (наука о грибах), лихенологию (наука о лишайниках), бриологию (наука о мхах) и др. Наука об ископаемых растениях — палеоботаника (от греческого «палаиос» древний) - изучает историю развития растительного мира. Для этого используются окаменелые остатки растений, живших на Земле тысячи и миллионы лет назад.
Методы исследования. Ботаника пользуется как наблюдением, так и сравнительным, историческим и экспериментальным методами, включающими сбор и составление коллекций, наблюдение в природе и на опытных участках, эксперимент в природе и в условиях специализированных лабораторий, математическую обработку полученной информации. Наряду с классическими методами регистрации тех или иных признаков изучаемых растений используется весь арсенал современных химических, физических и кибернетических методов исследования.
Основные этапы развития ботаники Человечество стало изучать растения давно. Первые ботанические знания появились еще в глубокой древности. Уже неандертальцы различали ядовитые и лекарственные растения, знали какие растения можно употреблять в пищу. Сведения о том, какие растения съедобны, а какие ядовиты, какие останавливают кровь, а какие - унимают боль в животе передавались из поколения в поколение. Со временем человек узнавал все больше и больше новых растений. Земледельцы постигали способы возделывания культурных растений. Ремесленники и строители постигали свойства древесины различных деревьев. Так, в течение многих тысячелетий люди разных профессий накапливали ботанические знания.
Первыми людьми, которые серьезно изучали свойства растений, были древние целители и народные знахари. Среди памятников письменности Древнего Египта, Ассирии были найдены тексты, содержащие сведения о пищевых и лекарственных растениях. В конце третьего тысячелетия до нашей эры в Древнем Китае была написана легендарная книга о травах "Бонь цао", которая и сегодня считается одной из лучших книг о свойствах растений.
Однако, как наука ботаника зародилась благодаря ученым Древней Греции. «Отцом ботаники» считают древнегреческого ученого и естествоиспытателя Теофраста. В его труде «Естественная история растений» было описано около 480 видов растений. Его интересовало не только их прикладное значение, но он также исследовал строение органов растений, некоторые стороны их физиологии, распространение. Теофраст сделал первую в истории науки попытку классифицировать растения, разделив их на деревья, кустарники, полукустарники и травы.
Интенсивно ботаника начала развиваться в эпоху Возрождения (XVIXVII века), когда значительно возрос интерес к растениям, как источнику лекарств, пряностей и новых пищевых продуктов. Из разных стран мира хлынул поток новых неизвестных науке растений. Так в XV-XVI веке в Европу были ввезены из Южной Америки картофель, кукуруза, табак, подсолнечник, помидоры, из Индии – мандарины и т. д.
В это период стали появляться «травники» с описанием все возрастающего числа растений, начали создаваться первые «сухие сады» — гербарии, а также организовываться настоящие ботанические сады. В России первые ботанические сады, так называемые «аптекарские огороды» были созданы в конце XVII начале XVIII века.
К середине XVIII века накопилось множество описаний растений, поэтому возникал необходимость привести их в систему. Основателем систематики считают Карла Линнея. Он ввел в науку основные принципы систематики (представление о виде, бинарная номенклатура, принцип иерархии таксонов), которые существуют и по сей день
Для этого периода характерно не только развитие систематики. Изобретение микроскопа привело к открытию клеточного строения растений. Первые наблюдения в этой области были сделаны Робертом Гуком, которому принадлежит термин «клетка» . Позднее итальянец Марчелло Мальпиги и англичанин Николай Грю заложили основы анатомии растений. Голландец Ян ван Гельмонт поставил первый опыт по физиологии растений. Немецкий ботаник Р. Камерариус впервые обосновал наличие полового процесса у растений.
Как самостоятельная отрасль наук она определилась только в XVIII веке. Как стройная система знаний о растениях ботаника оформилась к XVII—XVIII векам, хотя многие сведения о растениях были известны и первобытному человеку, так как жизнь его была связана с полезными, главным образом пищевыми, лекарственными и ядовитыми растениями.
XIX век ознаменовался интенсивным развитием естествознания в целом. Бурное развитие получили и все отрасли ботаники. Решающее влияние на систематику оказала эволюционная теория Ч. Дарвина.
Дата рождения: 12 февраля 1809, Англия Место рождения: Шрусбери, Англия Дата смерти: 19 апреля 1882 (73 года) Англия Научная сфера: биология, геология Место работы: Королевское географическое общество Альма-матер: Эдинбургский университет, Кембриджский университет Известен как: основоположник эволюционного учения
В двадцатом веке русский ученый Николай Иванович Вавилов доказал, что все культурные растения, возделываемые человеком имели свои первоначальные центры происхождения, а затем уже распространились по миру.
Схема классификации живых организмов, или четыре царства органического мира
Растения как часть живой природы. Классификации живых организмов. Сотни лет все живые существа считались либо растениями, либо животными. Постепенно знания человечества в области биологии все более расширялись. В отдельные царства были выделены бактерии и грибы. Основы систематики как науки были заложены в трудах английского натуралиста Дж. Рея (первая сводка по флоре Англии, 1670) и шведского ученого Карла Линнея ( «Система природы» , 1735).
При изучении растений сходные друг с другом виды объединяют и роды, роды в семейства, семейства в порядки, порядки в классы, классы в отделы: вид — род — семейство — порядок — класс — отдел — царство. Таким образом, систематика это наука о степени родства организмов. Вид самая маленькая единица в систематике, он объединяет растения, схожие по 4 признакам: 1) общее строение; 2) сходные экологические условия; 3) общий ареал; 4) скрещиваемость и качество потомства.
Царство растений делится на 2 полцарства: низшие и высшие растения. К низшим, растениям относятся водоросли. Некоторые из них имеют простое одноклеточное строение. Другие, хотя и являются многоклеточными, не имеют корней, стеблей и листьев. Большинство высших растений имеет все ткани и органы. Вегетативные органы корни, стебли и листья, которые выполняют функции питания и взаимодействия с окружающей средой. Генеративные органы (цветки) служат для полового размножения.
К высшим растениям относятся: моховидные, плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные. Моховидные, плауновидные, хвощевидные растения размножаются спорами. Голосеменные и покрытосеменные растения размножаются семенами. Семена содержат запасы питательных веществ и многоклеточный зародыш.
К самой распространенной на земле группе растений относятся покрытосеменные, или цветковые, растения. По строению семян, стеблей и листьев они подразделяются на два класса: однодольные и двудольные. Например, всем известный картофель паслен клубненосный относится к роду паслен, семейству пасленовых, порядку норичниковых, классу двудольных, отделу покрытосеменных.
present5.com
