Роль растений в биосфере и жизни человека. Роль растений в биосфере
Роль растений в биосфере | Ботаника. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест
Растения играют огромную роль в создании биосферы, на их долю приходится 99% всей живой биомассы. Зелёные растения и некоторые бактерии в процессе фотосинтеза из неорганических веществ и воды за счёт солнечной энергии образуют богатые химической энергией органические вещества, за счёт которых существуют все живые организмы. За эту особенность растения называют автотрофными организмами. Животные, человек, а также грибы и большинство бактерий не способны к синтезу органических веществ из неорганических. Они питаются уже готовыми органическими веществами, перерабатывая их в вещества своего тела и используя связанную в них энергию, поэтому их называют гетеротрофными организмами.
Растения в процессе фотосинтеза выделяют свободный кислород, используемый при дыхании большинством организмов (некоторые бактерии живут в бескислородной среде). Наличие свободного кислорода усилило процессы химического выветривания горных пород и накопления в верхних слоях земной коры минеральных соединений, нужных для питания растений. За счёт кислорода, выделяемого растениями, в верхних слоях атмосферы образовался озоновый экран, защищающий поверхность Земли от ультрафиолетового излучения. Только после возникновения озонового слоя растения и животные смогли развиваться в наземновоздушной среде.
Растения играют важную роль в круговороте веществ в природе (кислорода, воды, углерода, азота, серы, фосфора), благодаря которому и возможна жизнь на Земле.
Растительный покров оказывает огромное влияние на формирование и изменение климата, исключительна роль растений в почвообразовательном процессе, в повышении плодородия почв. Лес смягчает резкие колебания температуры, улучшает водно-воздушный режим почв, задерживает ветер. Лесные насаждения скрепляют почву на склонах и препятствуют движению сыпучих песков, предотвращают развитие эрозионных процессов. Материал с сайта http://doklad-referat.ru
Не менее важна санитарно-гигиеническая и эстетическая роль растений. Они убивают болезнетворные организмы, очищают воду и воздух (на них оседает более 70% взвешенной в воздухе пыли и до 60% сернистого газа), служат преградой для распространения звуковых волн. Любая растительность украшает ландшафт и оздоровляет атмосферу.
Огромное значение играют растения в жизни человека.
На этой странице материал по темам:Лекция роль растений ф биосфере
Роль зеленых растений в биосфере реферат
Конспект лекций роль воды в биосфере
Ботаника:роль растений в биосфере
В чём заключается космическая роль зелёных растений?
Что происходит в процессе фотосинтеза?
Какие вещества из окружающей среды потребляют растения в процессе своей жизнедеятельности?
Во что превращается углекислый газ в процессе фотосинтеза?
doklad-referat.ru
Роль растений в биосфере и жизни человека — КиберПедия
ВВЕДЕНИЕ
Жизнь на Земле возникла около 3,8 миллиарда лет назад в бескислородной среде, но начала развиваться в широких масштабах лишь в присутствии свободного кислорода. Первоначальная атмосфера Земли содержала пары воды, водород, азот, метан, фосфор и другие элементы. Кислород находился только в составе химических соединений, из которых основным была вода. В ней и зародилась жизнь.
Мир растений велик и многообразен. В настоящее время он насчитывает около 500 тыс. видов. Представители мира растений встречаются везде: на суше от севера до юга, в пресных и соленых водоемах, во льдах Арктики и Антарктики. Растения отличаются от всех других живых организмов, и именно они играют самую существенную роль в жизни биосферы.
Биосфера — та область Земли, где обитает и развивается органическая жизнь (растения, животные, люди и микроорганизмы).
Роль растений в биосфере и жизни человека
Благодаря хлорофиллу — пигменту зеленого цвета — происходит поглощение лучистой энергии солнца и преобразование ее в скрытую энергию химических связей. За счет этой энергии зеленые растения из углекислого газа, воды и минеральных веществ синтезируют органические вещества, которые служат исходным материалом для построения более сложных веществ, входящих в состав живого тела (жиры, белки, клетчатка, смолы, лигнин и т. д.) и являются источником энергии, которая освобождается в процессе дыхания.
Зеленые растения — источник накопления на Земле запасов связанной энергии в виде каменного угля, торфа, нефти. Кроме того, готовое органическое вещество растений служит пищей насекомым, грибам, бактериям, животным и человеку, которые сами не способны создавать его.
Ежегодно на земном шаре путем фотосинтеза создается до 83 млрд тонн органического вещества.
Считают, что в основном благодаря деятельности зеленых растений атмосфера Земли обогатилась кислородом. Появление кислорода усилило образование почв за счет выветривания горных пород; увеличило энергию жизненных процессов, привело к возникновению кислородного дыхания, свойственного огромному количеству живых существ.
Растения осуществляют сложный круговорот веществ в природе. Зеленые растения создают органические вещества, бактерии и грибы в процессе гниения и брожения разлагают их на простые неорганические соединения (С02, воду, аммиак и др.)
Растительный покров оказывает огромное влияние на формирование и изменение климата, на почвообразовательные процессы и повышение плодородия почв.
Велико значение растений в жизни человека — они в основном удовлетворяют все его главные потребности в пище, одежде, жилище. Из пищевых растений наиболее важны хлебные злаки. Овощные и плодовые растения являются источником не только жиров, белков и углеводов, но и витаминов. Масличные растения идут на получение растительного масла для пищевых, лекарственных и технических целей. Широко используются в различных отраслях хозяйственной деятельности прядильные, дубильные, красительные, эфиромасличные, каучуконосные, лекарственные и другие растения. Луга, степи, полустепи, горные пастбища служат источником кормов для скота.
Огромно значение леса, который поставляет техническое и лекарственное сырье, пищевые продукты и т. д. Древесину человек использует во всех отраслях народного хозяйства — это строительный материал, бумага, картон, искусственный шелк, скипидар, ацетон, камфора, древесный уголь, эфирные масла и др. Полезные свойства растений изучены еще недостаточно и используются далеко не полностью.
Так, из 500 тыс. видов высших растений в практических целях используют только 2500.
Краткая история ботаники
Всесторонним изучением всего разнообразия растительного мира Земли занимается большая многоотраслевая наука о растениях — ботаника.
Термин «ботаника» происходит от греческого слова бокале —трава, растение. Эта наука изучает закономерности и особенности внешнего и внутреннего строения растений, их жизнедеятельность, распространение, взаимосвязь друг с другом и окружающей средой.
Со времен появления человека шло его знакомство с окружающими растениями, сначала преимущественно с теми, которые давали съедобные плоды, семена, побеги и корневища.
Начало искусственного разведения полезных растений относится к VI — V тысячелетиям до н. э. Позже человек научился распознавать и использовать растения для лечения, изготовления тканей, постройки жилищ. За тысячелетнюю историю человечества были накоплены определенные знания о растениях и их свойствах. Суммирование таких первоначально разрозненных знаний привело к зарождению ботаники.
Первые записанные данные о растениях дошли до наших дней в сочинениях греческих классиков III — IV вв. до н. э. — Аристотеля и его ученика Теофраста, которого считают отцом ботаники. Он создал первую в истории науки попытку классифицировать растения, разделив их на деревья, кустарники, полукустарники и травы, а травы — на многолетники, двулетники и однолетники.
Дальнейшее развитие ботаники в античной Греции и Риме шло под влиянием потребностей земледелия и медицины. В связи с этими потребностями важно было научиться различать полезные и вредные растения по внешним признакам, что определило раннее развитие морфологии.
В научном труде «Естественная история», созданном Плинием Старшим (23 — 79 гг. до н. э.), содержатся сведения о 1000 растений с полезными свойствами. До конца XVII в. этот труд был для ботаников основным источником сведений.
XV — XVIII вв. в развитии ботаники называют периодом «первоначальной инвентаризации» растений. В это время были сформированы основные понятия ботанической морфологии, появилась научная терминология, были разработаны принципы и методы классификации растений и созданы первые системы растительного мира, которые искусственно строились по одному или нескольким произвольно взятым признакам морфологического строения. Так, итальянский ученый XVI в. Андреа Чезальпино в основу своей классификации положил особенности строения плодов. Роберт Гук усовершенствовал микроскоп, ввел термин «клетка». Мальпиги и Грю положили начало анатомии растений.
Вершиной искусственной классификации растений явилась система шведского натуралиста Карла Линнея (1707 — 1778). Ученый уточнил технику описания растений, а также понятие вида как основной систематической единицы и для названия растений ввел бинарную номенклатуру, согласно которой название каждого растения состоит из двух латинских слов: первое обозначает род, второе — вид.
С накоплением сведений о развитии мира, в XIX в., появилось обоснованное учение Ж. Б. Ламарка об эволюции (развитии) организмов. Однако идея эволюционного развития органического мира Ж. Ламарка не получила широкого признания.
В дальнейшем морфология растений начала оформляться в самостоятельную науку. В начале XIX в. Вольф и Гете создали учение о метаморфозе органов. В 1831 г. Броун открывает ядро и выясняет, что именно ядро и протоплазма являются носителями жизни.
В середине XIX в. немецкими учеными Шванном и Шлейденом была создана клеточная теория, согласно которой клетка является основной структурной единицей и растений и животных; несмотря на различия в размерах и форме, клетки всех организмов имеют сходство во внутреннем строении и жизнь каждого отдельного организма начинается с одной клетки.
В 1859 г. Ч. Дарвин изложил свою эволюционную теорию и опроверг метафизические и религиозные воззрения на сотворение мира и неизменность видов. Эволюционная теория Дарвина повлекла за собой перестройку всей биологии.
На огромном фактическом материале он доказал, что живая природа постоянно развивается и в основе эволюции всего живого лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор. Движущей силой естественного отбора является борьба за существование.
В XX в. наука претерпевает глубокие изменения, происходит бурное развитие биологии. Огромные научные достижения в этой области связаны с разработкой и широким применением новых методов и средств исследования, базирующихся на достижениях физики, химии, математики, техники: электронной микроскопии, методе меченых атомов, культуре клеток и тканей и т. д.
В середине XX в. были сделаны открытия огромного значения: выявлены структура и функции молекул ДНК — того генетического материала клетки, где хранится информация о наследственных признаках организма.
В XX в. продолжают интенсивно развиваться морфология и систематика растений, которые занимаются исследованием морфогенеза, разнообразия жизненных форм у растений.
Достижения ботаники начинают все активнее практически использоваться в медицине, сельском хозяйстве, промышленности.
Разделы ботаники
Ботаника включает в себя ряд исторически сложившихся разделов, каждый из которых решает свои задачи и использует свои собственные методы исследования.
Морфология изучает внешние формы и внутренние структуры. Этот раздел часто называют структурной ботаникой. Это первоначальная и совершенно необходимая основа для всех других ботанических дисциплин. Морфология в свою очередь включает в себя ряд разделов: цитологию, гистологию, анатомию, гистохимию, эмбриологию. Морфология главными своими методами считает наблюдение и описание.
Физиология исследует жизненные процессы, присущие растениям.
Систематика ставит своей задачей восстановить пути эволюционного развития растительного мира. Кроме того, цель систематики состоит в описании существующих видов и распределение их по таксонам.
Разделом ботаники является палеоботаника.
Фитоценология изучает растительные сообщества — фитоценозы.
Экология исследует взаимосвязь растений со средой, влияние среды на структуру растений и их жизнедеятельность.
География растений изучает распределение видов растений и фитоценозов на поверхности Земли в зависимости от климата, почв и геологической истории.
Часть первая.
МИКРО- И МАКРОМОРФОЛОГИЯ
Глава 1
ЦИТОЛОГИЯ (учение о клетке)
РАЗНООБРАЗИЕ КЛЕТОК
Растение, как и всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Клетка — это простейшая и обязательная единица живого, это элемент живого, основа строения, развития и всей жизнедеятельности организма. Иными словами, клетка — самая простая элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Существуют растения, состоящие только из одной клетки, которая и осуществляет все необходимые жизненные функции и процессы. К ним относятся множество одноклеточных водорослей, грибы. Большинство растений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, — это многоклеточные организмы, построенные из большого числа клеток. Например, в одном листе древесного растения их около 20 млн. Если дерево имеет 200 ООО листьев (а это вполне реальная цифра), то число клеток во всех листьях составляет 4 ООО ООО ООО ООО. Дерево в целом содержит еще в 15 раз больше клеток.
Клетки, из которых состоит живой организм, не являются тождественными и идентичными, однако все они построены по единому плану, по единому принципу и имеют много общих черт. Это свидетельствует о единстве происхождения живых организмов, населяющих землю, о единообразии всего органического мира планеты.
Клетки отличаются по размеру, форме, происхождению, особенностям организации и функциям.
По форме различают цилиндрические, призматические, кубические, шаровидные, удлиненные, веретеновидные, дисковидные, звездчатые. Наиболее часто клетки имеют форму многогранников, определяемую главным образом их взаимным давлением.
Все разнообразие форм клеток можно свести к двум группам: паренхимные и прозенхимные.
Клетки, диаметр которых по всем направлениям различается не сильно, называют паренхимными. Примером паренхимных клеток может служить большинство клеток листьев, сочных плодов.
Однако очень часто разрастание клеток идет преимущественно в одном направлении, в результате чего образуются сильно вытянутые прозенхимные клетки. Концы их обычно заострены. Прозенхимные клетки характерны для древесины.
Хотя размеры клеток сильно колеблются, они лежат в определенных пределах, которые характерны для рода растений и типа клетки. Как правило, клетки настолько малы, что видны только под микроскопом. У высших растений диаметр клеток находится в пределах от 10 до 100 мкм (чаще всего 15 — 60 мкм). Более крупными бывают клетки, запасающие воду и питательные вещества (например, паренхимные клетки клубней картофеля, клетки сочных плодов). Мякоть плодов арбуза, лимона, апельсина состоит из столь крупных (несколько миллиметров) клеток, что их можно видеть невооруженным глазом. Но особенно большой величены, точнее длины, достигают некоторые прозенхимные клетки. Например, лубяные волокна льна имеют длину около 40 мм, а крапивы даже 80 мм, в то время как величина их поперечного сечения остается в микроскопических пределах.
ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ
Известно, что клетки размножаются путем деления. При этом процессе ядро клетки не образуется из каких-нибудь других органелл и не возникает непосредственно в цитоплазме. Возникновение новых ядер всегда связано с делением уже существующих. Каждая из дочерних клеток должна нести в своем ядре полный и одинаковый объем наследственного вещества, точно такого же, какой содержится в ядре материнской клетки.
Митоз
Равное и полное распределение наследственного вещества между дочерними клетками обеспечивает специальный процесс деления ядра, называемый митозом.
В общем мы можем определить митоз как универсальную форму деления ядра, в общих чертах сходную у растений и животных.
Что мы можем наблюдать в процессе митоза? Во-первых, удвоение вещества хромосом, второе — изменение физического состояния и химической организации хромосом, третье — расхождение дочерних, точнее — сестринских, хромосом к полюсам клетки, и, наконец, последующее деление цитоплазмы и полное восстановление двух новых ядер.
Таким образом, в митозе заложен весь жизненный цикл ядерных генов: удвоение, распределение и функционирование. В результате завершения митотического цикла новые клетки оказываются с равным наследством.
Последовательность событий, происходящих между образованием данной клетки и ее делением на дочерние клетки, называют клеточным циклом.
При делении ядро проходит пять последовательных стадий: интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Между двумя последовательными делениями клетки ядро находится в стадии интерфазы.
В этот период оно имеет сетчатую структуру, образуемую хрома- тиновыми нитями, которые в следующей фазе формируются в хромосомы. Хотя интерфазу иначе называют фазой покоящегося ядра, на самом деле метаболические процессы в ядре в этот период совершаются с наибольшей активностью.
Профаза — первая стадия подготовки ядра к делению. В профазе сетчатая структура ядра постепенно превращается в хромосомные нити. С самой ранней профазы можно наблюдать двойную природу хромосом. Это говорит о том, что в ядре именно в ранней или поздней интерфазе осуществляется наиболее важный процесс митоза — удвоение, или редупликация, хромосом, при котором каждая из материнской хромосом строит себе подобную — дочернюю. Вследствие этого каждая хромосома выглядит продольно удвоенной. Однако эти половинки хромосом, которые называются сестринскими хроматидами, удерживаются вместе одним общим участком — центромерой. В профазе хромосомы претерпевают процесс скручивания — спирализации по своей оси, что приводит к их укорочению и утолщению. Важно подчеркнуть, что в профазе каждая хромосома в кариолимфе располагается случайно.
Существенным признаком окончания профазы является растворение оболочки ядра, в результате чего хромосомы оказываются в общей массе цитоплазмы и кариоплазмы. Этим заканчивается профаза, и клетка вступает в метафазу.
Метафазой называют стадию окончания расположения хромосом на экваторе веретена. Характерное расположение хромосом в экваториальной плоскости называют экваториальной, или метафазной, пластинкой. Расположение хромосом по отношению друг к другу — чаще всего случайное. В метафазе хорошо выявляются число и форма хромосом. Каждая хромосома располагается так, что ее центромера находится точно в экваториальной плоскости. Все остальное тело хромосомы может лежать вне ее.
Анафазой называют следующую фазу митоза. В ней делятся центромеры, и хроматиды, которые теперь уже можно называть дочерними хромосомами, расходятся к полюсам. При этом отталкиваются друг от друга в первую очередь центромерные участки, а затем расходятся к полюсам центромерами вперед и сами хромосомы. Причем расхождение хромосом в анафазе начинается одновременно — «как по команде» — и завершается очень быстро.
В телофазе дочерние хромосомы деспирализуются и утрачивают видимость. Образуется оболочка ядра и само ядро. Ядро реконструируется в обратном порядке по сравнению с теми изменениями, которое оно претерпевало в профазе. В конце концов восстанавливаются и ядрышки, причем в том количестве, в каком они присутствовали в родительских ядрах. В это же время начинается симметричное разделение тела клетки. Этим митотический цикл заканчивается.
Продолжительность митоза зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, внешних факторов и длится от 30 мин. до 3 часов.
Мейоз
Мейоз, или редукционное деление, происходит у высших растений только при образовании спор полового размножения, из которых впоследствии сложным путем возникают половые клетки. Фазы мейотического деления похожи на фазы митотического деления.
Существенной разницей между митозом и мейозом является то, что в начале мейоза гомологичные хромосомы сходятся — конъюгируют попарно, а впоследствии, — в анафазе, эти спаренные хромосомы расходятся к противоположным полюсам, тогда как при митозе хромосомы не сходятся попарно, а удваиваются и к полюсам расходятся их половинки. В результате мейоза число хромосом в клетке уменьшается вдвое, т. е. редуцирует, поэтому и деление это назвали редукционным.
Половые клетки по сравнению с соматическими клетками тела имеют вдвое меньшее, так называемое гаплоидное (п), число хромосом. При оплодотворении, когда две половые клетки сливаются, число хромосом снова увеличивается вдвое, т. е. становится обычным, так называемым диплоидным (2п), характерным для данного вида.
Мейоз включает в сущности два следующих друг за другом деления ядра, называемых соответственно первым и вторым мейотическим делением. В каждом из них можно выделить те же фазы, что и в обычном митозе.
Рассмотрим ряд характерных деталей мейоза, которыми он отличается от митоза. В профазе мейоза происходит целый ряд закономерных изменений хроматиновых нитей. Это следующие стадии:
1. лептотена, во время которой в ядре формируется обычное, диплоидное число хромосомных нитей;
2. зиготена, во время которой гомологичные хромосомы притягиваются и видно их параллельное расположение;
3. синапсис, во время которого все хромосомы собираются в один клубок у оболочки ядра;
4. пахитена, во время которой клубок хромосом распутывается, парные хромосомы переплетаются, обвивают друг друга, утолщаются, образуют биваленты;
5. диплотена, во время которой спарившиеся, гомологичные хромосомы в бивалентах отталкиваются друг от друга (сначала начинают отталкиваться их центромеры), начинают расходиться и при этом разрываться и обмениваться частями;
6. диакинез, во время которого биваленты хромосом максимально укорачиваются и утолщаются и, наконец, начинает образовываться веретено, и профаза переходит в метафазу.
Рис.3. Изменения, происходящие с ядром при митозе (А) и мейозе (Б)
После метафазы следуют анафаза и телофаза.
Итак, в результате первого мейотического деления образуются два ядра с половинным, или гаплоидным, набором хромосом, поэтому первое деление мейоза называют редукционным. Во втором делении каждое дочернее ядро вновь делится, но митотическим путем. Поэтому второе деление называют уравнительным, или эквационным. Следовательно, из каждой клетки, вступившей в мейоз, после двух последовательных делений образуются четыре клетки с половинным числом хромосом.
Необходимо четко представлять значение митоза и мейоза, их сходство и различия. В основе мейоза лежит воспроизведение хромосом и их расхождение при делении ядра, поэтому основой мейоза является митоз. Принципиальное отличие митоза от мейоза состоит в следующем:
1. в митозе каждый цикл деления ядра связан с одной репродукцией хромосом, в мейозе два деления связаны с одной репродукцией;
2. в митозе каждая хромосома репродуцируется, и в анафазе дочерние хромосомы расходятся к полюсам. При этом гомологичные хромосомы ведут себя независимо. В результате деления каждая дочерняя клетка получает полный набор хромосом с одинаковым содержанием генов. В мейозе каждая пара гомологичных хромосом в профазе конъюгирует, и в дочерних ядрах происходит уменьшение числа хромосом ровно вдвое, соответствующее числу бивалентов. При этом каждая пара гомологов расходится независимо от других пар;
3. в силу отсутствия конъюгации хромосом в митозе и наличия ее в мейозе в последнем имеет место продолжительная и сложно протекающая профаза.
Мейоз был открыт русским ботаником Беляевым в 1891 году. Значение мейоза состоит не только в обеспечении постоянства числа хромосом у организмов из поколения в поколение. Благодаря случайному распределению случайных хромосом и обмену их отдельных участков в мейозе возникающие впоследствии гаплоидные половые клетки содержат разнообразнейшие сочетания хромосом.
Амитоз
Амитоз — это другой способ деления соматических клеток. Сущность его состоит в том, что ядро делится на две или более частей без каких-либо предшествующих изменений структуры. Вслед за перешнуровкой ядра следует деление цитоплазмы. При амитозе хромосомы распределяются между дочерними клетками неравномерно, поэтому не обеспечивается их биологическая равноценность. Но образовавшиеся клетки не теряют своей структурной организации.
МЕРИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ТКАНИ
Меристемы состоят из недифференцированных неспециализированных и по внешнему виду одинаковых) клеток, способных многократно делиться. Возникают из меристем клетки дифференцируются т. е. становятся различными и дают начало всем тканям и органам растения. Меристемы могут очень долго, в течение всей жизни растения, т. к. содержат число инициальных клеток, способных делиться неопределенное количество раз с сохранением меристематического характера. Именно от этих инициалей берет начало все тело растения.
По положению в теле растения различают меристемы апикальные, или верхушечные; боковые, или латеральные; вставочные, или интеркалярные.
верхушечные, Они располагаются на кончике зародышевого корешка и в первичной почечке и представляют собой группы инициальных клеток, формирующих эти апикальные; меристемы. Они наращивают
корень и побег в длину. При ветвлении каждый боковой побег или корень также обязательно имеет свою верхушечную меристему и свои инициали.
Они встречаются в осевых органах (стеблях, корнях), образуют цилиндрические слои и на поперечных срезах имеют вид колец. К ним относятся прокамбий, перицикл, камбий, феллоген.
Вставочные, или интеркалярные, меристемы находятся в междоузлиях и листовых влагалищах у злаков. Они располагаются в средней части междоузлия, ближе к его основанию. Деятельность интерка- лярных меристем обуславливает рост органа в длину после прекращения верхушечного роста. Такой рост называется вставочным, или интеркалярным. В конце концов вставочные меристемы превращаются в постоянные ткани. Этим они отличаются от боковых и верхушечных меристем.
По происхождению выделяют первичные и вторичные образовательные ткани. Если меристема возникает вплотную к апексу и находится с ним тесной связи, ее называют первичной, например, прокамбий, перицикл.
Если боковые меристемы возникают позже, то их называют вторичными.
ПОКРОВНЫЕ ТКАНИ
Под покровной тканью следует понимать комплекс
клеток, расположенных снаружи всех органов растения. Покровные ткани различных органов очень разнообразны по своему строению и по функциям. Покровные ткани надземных органов служат для защиты от высыхания и повреждения внутренних, более нежных тканей, выполняют выделительную функцию, осуществляют газообмен с окружающей средой.
Первичная покровная ткань всех растительныхорганов называется кожицей, или эпидермисом.Эпидермис образуется из поверхностного слоя первичной меристемы, называемого протодермой. Эпидермис состоит из клеток, как правило, изодиаметрических, и всегда с живым содержимым.
Если рассматривать эпидермиальные клетки снаружи, то можно убедиться, что очертания их в разных органах и у разных растений весьма различны. Например, клетки эпидермиса листа имеют извилистые очертания, а клетки эпидермиса стебля молодого растения сильно вытягивающегося в длину, имеют менее извилистые стенки и значительно вытянуты.
Клетки эпидермиса очень прочно соединены друг с другом, значительно прочнее, чем с клетками подстилающей ткани. Эпидермис, как правило, не имеет межклетников. Во взрослой эпидермальной клетке вакуоль занимает почти все пространство клетки, она заполнена клеточным соком, протопласт постенный. Часто в такой клетке пластиды разрушаются, совершенно исчезая. Это наблюдается у светолюбивых растений. У растений, произрастающих в тени, хлоропласты имеются во всех эпидермальных клетках. У некоторых растений пластиды сохраняются в эпидермисе только вокруг ядра и представлены лейкопластами.
В эпидермальных клетках образуются различные продукты жизнедеятельности протопласта.
Оболочка клеток эпидермиса, особенно наружная их стенка, часто пропитывается или солями кальция или соединениями кремния (злаки, овощи). На поверхности эпидермальных клеток очень часто выделяются кутикула и кутикулярные слои. В виде тонкого мелкозернистого налета может выделяться воск. И кутикула и восковой налет не смачиваются водой и предохраняют ткани, расположенные под ними, от потери воды. Особенности структуры эпидермальных клеток растения определяют условия произрастания.
Поверхность эпидермиса надземных органов очень редко остается гладкой и однородной в течение всего времени существования этой ткани. Даже на кутикуле почти всегда возникают бугорки, складки, штрихи. Кроме того, клетки эпидермиса часто образуют разнообразнейшие выросты — волоски, или трихомы.
Все многообразие волосков можно подразделить на два основных типа: кроющие и железистые. Очень часто трихомы обоих типов существуют на одном и том же органе. Кроющие волоски остаются живыми сравнительно недолго, впоследствии их содержимое отмирает и они заполняются воздухом, образуя характерный белый покров.
Железистые волоски сохраняют живое содержимое значительно дольше кроющих. Обычно выделения железистых волосков состоят из смолистых веществ, эфирных масел, сахаристых веществ, слизей. Железистые трихомы, выделяющие воду и имеющие специально приспособленную для этого структуру, называют гидатодами.
Значение трихом разнообразно и во многих случаях еще не выяснено. Принято считать, что наиболее распространенной функцией волосков типа кроющих является предохранение поверхности тела растения от излишней потери воды. Во всяком случае, функции волосков меняются в зависимости от их возраста: живые трихомы играют иную роль, чем отмершие сухие волоски.
Продолжительность существования эпидермиса на надземных побегах невелика и обычно ограничивается одним вегетационным периодом. Но есть и исключения, и нередкие: лавровишня, эвкалипт, платан, серая ольха, черемуха.
В отличие от надземных частей растения ткань, покрывающая молодые части корней, носит название эпиблемы и образована клетками, оболочки которых легко проницаемы для воды.
Особое значение в жизни растений имеют устьица, относящиеся к системе эпидермальной ткани. Они обеспечивают растению газо- и парообмен. Устьице состоит из замыкающих клеток, межклетник между ними называется устьичной щелью. Замыкающие клетки называются так потому, что они путем активного периодического изменения тургора меняют свою форму таким образом, что устьичная щель то открывается, то закрывается.
Замыкающие клетки в отличие от всех остальных клеток эпидермиса содержат хлоропласты, в которых на свету образуется сахар. Накопление сахара как осмотически деятельного вещества вызывает изменение тургорного давления замыкающих клеток по сравнению с другими клетками эпидермиса. Вторая особенность этих клеток состоит в неравномерном утолщении их стенок.
На продольном срезе устьице выглядит следующим образом: передний дворик устьица (пространство, нижнюю границу которого составляет щель устьица), далее внутренний дворик. Он открывается в воздушную полость.
На свету в замыкающих клетках образуется сахар, он оттягивает воду от соседних клеток, тургор замыкающих клеток увеличивается, тонкие места их оболочки растягиваются сильнее, чем толстые, поэтому выступы, направленные в щель устьица, становятся плоскими и устьице раскрывается. Если сахар переходит в крахмал, то тургор в замыкающих клетках падает, это влечет ослабление растянутости тонких оболочек, они выпячиваются навстречу друг к другу, и устьице закрывается.
У большинства растений устьица имеются на обеих сторонах листа или же только на нижней стороне. Число их весьма различно (до 1300 устьиц на мм2).
Устьица, выделяющие капельно жидкую воду, называют водными, а все образования, участвующие в выделении воды, — гидатодами. Строение их разнообразно. Наиболее хорошо выраженные гидатоды расположены по краям листьев. Особенно часто гидатоды образуются на первых листьях проростков различных растений.
Вторичная покровная ткань
На стеблях и корнях после отмирания клеток покровных тканей первичного происхождения функции покровной ткани выполняют уже более сложные образования. Эта вновь образовавшаяся система тканей носит название перидермы. Перидерма состоит из трех тканей, следующих друг за другом от наружной поверхности органа к внутренним его частям. Наружная из этих тканей и есть собственно покровная ткань, называемая пробкой, или феллемой, за ней следует слой вторичной меристемы — пробковый камбий, или феллоген, и затем самая внутренняя ткань системы вторичной покровной ткани — феллодерма (пробковая кожица). Феллема и феллодерма могут быть одно- и многослойными, а феллоген всегда однослойный.
Перидерма может возникнуть в различных слоях коры: в эпидермисе и субэпидермальном слое, а также в различных более глубоких слоях корковой паренхимы и в эндодерме. Все клетки, расположенные снаружи от пробковой ткани, отмирают, так как пробка изолирует их от водопроводящей системы и от кислорода, необходимого для дыхания.
Многие растения характеризуются тем, что на их осевых органах в качестве вторичной покровной ткани образуется только одна перидерма, т. е. комплекс тканей, отлагаемых только однажды возникшим феллогеном (серая ольха, черемуха, платан, эвкалипт). Но есть немало растений, у которых пробковый камбий в известном возрасте отмирает и вместо него в более глубоких слоях коры возникает новый феллоген. Затем, после некоторого периода деятельности, отмирает и этот слой, а ему на смену возникает опять новый феллоген. Так как феллоген всегда откладывает снаружи от себя слои пробковых клеток, обуславливающих отмирание всех тканей, на поверхности органов нередко образуются солидные массивы из отмерших тканей. Такой комплекс разнообразных отмерших тканей, отрезанных повторно возникающими слоями феллогена, называется коркой. Корка образуется у большинства деревьев умеренного пояса (дуб, береза, сосна, лиственница).
Если новообразование перидермы идет не по всей окружности ствола, а лишь местами, то корка формируется неправильными кусками. Такая корка называется чешуйчатой и возникает у большинства растений. Значительно реже развивается кольцеобразная корка (виноград).
Перидерма может возникать почти на всех органах растений. Она образуется не только в стеблях, корнях, листьях, но и в плодах.
Пробковая ткань защищает орган от излишней потери воды, от различных микроорганизмов, бактерий и грибов, разрушающих растительные ткани. Вполне возможна и механическая защитная роль пробки.
Для сообщения внутренних тканей с наружной воздушной средой существуют особые приспособления, по функциям несколько сходные
с устьицами, называемые чечевичками. Образование чечевички начинается с того, что лежащие под устьицами клетки коры делятся, теряют хлорофилл и превращаются в округлые, рыхло соединенные клетки, протопласт которых вскоре после деления отмирает. Эти клетки образуют характерные скопления, называемые выполняющей тканью чечевички. По мере накопления клеток выполняющей ткани эпидермис разрывается, и эти клетки высыпаются наружу. Новые клетки этой ткани образуются из феллогена перидермы.
Чечевички очень распространены, но встречаются растения, не имеющие их: это преимущественно лианы, например, виноградная лоза.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ТКАНИ
Клетки и слагаемые из них ткани, выполняющие механические функции, называются механическими. Эти клетки и ткани усиливают противодействие всего растения или его органов: прежде всего излому или разрыву. Механические клетки и ткани имеются во всех органах растения, произрастающего в надземных условиях.
Все механические ткани по ряду признаков могут быть разделены на три основные группы: колленхима, волокна — лубяные и древесные и склереиды.
Колленхима встречается в стеблях, черешках и средних жилках листьев, реже в цветоножках и плодоножках. Преимущественно она свойственна двудольным растениям. Колленхима служит для укрепления растущих органов. Она состоит из живых клеток, содержащих хлоропласты.
Лубяные волокна представляют собой вытянутые по оси органа длинные толстостенные клетки. Длина их у разных видов сильно колеблется. У некоторых растении оболочки лубяных волокон остаются целлюлозными, но в большинстве случаев они одревесневают. Не одревесневают луьяные волокна у льна и рами. В молодом состоянии, во время роста, луояные волокна содержат жизнедеятельный протопласт со многими ядрами. После окончательного формирования лубяного волокна протопласт обычно отмирает. Лубяные волокна смыкаются между собой острыми концами, вклиниваясь между другими волокнами. Расположены лубяные волокна либо широким поясом в стебле либо собраны отдельными группами, образуя сосудисто-волокнистые пучки.
Склереиды представляют собой клетки самой разнообразной формы, толстостенные, одревесневшие, не слишком большой длины или чаще паренхимные. Они встречаются в различных органах растений: плодах, листьях, стеблях. Наиболее типичным образцом склереид могут служить каменистые клетки. Это опорные клетки в плодах груши и айвы. Иногда склереиды ветвятся.
Механические ткан
cyberpedia.su
66. Роль низших растений в биосфере.
НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ - группа наиболее примитивно устроенных растений. Их тело представлено таллом, или слоевищем, не расчлененным на корень, стебель и лист. Ткани отсутствуют. В настоящее время низшими растениями считаются только представители двух подцарств: красных и настоящих водорослей. Ранее к ним относились бактерии, актиномицеты, слизевики, грибы, водоросли и лишайники. Водоросли распространены в морских и пресных водах и во влажной среде на суше. В зависимости от экологических особенностей водоросли делят на планктонные, бентосные (донные), наземные, почвенные, водоросли горячих источников, водоросли снега и льда. Планктонные и бентосные водоросли служат основными производителями органического вещества в водоемах. От их численности зависит численность различных растительноядных беспозвоночных и позвоночных животных, обитающих в воде (моллюсков, ракообразных, рыб и др.). Биомасса водорослей в Мировом океане оценивается в 1,7 млрд т. Продуктивность фитопланктона составляет 550 млрд т в год. Непрерывное размножение водорослей создает кормовую базу для многочисленных морских животных. Наземные водоросли поселяются на твердых увлажненных субстратах. Наземные местообитания заселяются одноклеточными, колониальными и нитчатыми водорослями. К условиям жизни в почве приспособились около 2000 видов различных водорослей. Основная их масса обнаруживается в поверхностном слое глубиной до 1 см. Водоросли играют большую роль в накоплении органического вещества в почвах. Биомасса водорослей на разных почвах составляет от 0,6 до 1,5 т на 1 га и неоднократно обновляется за вегетационный период. Органические вещества, выделяемые водорослями, живые тела и продукты распада клеток водорослей служат пищей многим почвенным организмам: бактериям, грибам, простейшим, червям и др. Водоросли влияют также на структуру почвы. Так, нитчатые водоросли оплетают частицы почвы, склеивают слизью и тем самым закрепляют их. Водоросли, обитающие в горячих источниках и на снегу, свидетельствуют о высокой приспособляемости этих организмов к жизни в самых различных условиях. В формировании осадочных пород большую роль играют одноклеточные водоросли диатомеи, строящие свой панцирь из кремнезема. Отмирая, водоросли опускаются на дно, где образуется осадок, состоящий из их панцирей.
67. Прокариоты, общая характеристика и основные группы доядерных организмов.
Организмы, относящиеся к прокариотам, характеризуются отсутствием ядра, окруженного мембраной. ДНК образует единственную нить, замкнутую в кольцо. Деление клеток осуществляется путем перетяжки. У дробянок нет пластид и митохондрий. Основу клеточной стенки составляет гликопептид муреин. Жгутиков обычно нет или они имеют простое строение. Питание гетеротрофное или автотрофное. Половой процесс осуществляется в форме обмена генетическим материалом между особями. ПОДЦАРСТВО БАКТЕРИИ Сюда относят две крупные группы бактерий: эубактерии и архебактерии. Архебактерии отличаются от истинных бактерий (эубактерии) химическим составом и физиологическими свойствами. Некоторые признаки сближают архебактерии с эукариотами, другие — отличают их как от истинных бактерий, так и от эукариот. По форме эубактерий выделяют шаровидные кокки, палочковидные бациллы, изогнутые вибрионы, извитые в виде спирали спирохеты и спириллы. Многие бактерии неподвижны, другие имеют жгутики. Многие виды бактерий образуют слизистую капсулу. Наличие капсулы обеспечивает устойчивость бактерий к фагоцитозу и тем самым повышает их болезнетворную активность. Под капсулой и клеточной стенкой располагается цитоплазматическая мембрана, которая образует впячивания в цитоплазму и формирует мембранные комплексы, выполняющие функции, аналогичные функциям митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. В цитоплазме бактериальных клеток имеются включения, содержащие запасные питательные вещества — крахмал, гликоген, жиры. Большинство бактерий гетеротрофны, т. е. используют для питания готовые органические соединения. Их называют сапротрофами. Другие гетеротрофные бактерии живут за счет питательных веществ других организмов, в теле которых они обитают. Их называют паразитами. Гетеротрофные бактерии получают энергию для биосинтеза путем окисления органических соединений. Этот процесс может происходить при участии кислорода (дыхание) или в анаэробных условиях (брожение). В зависимости от конечного продукта различают несколько видов брожения. Так, спиртовое брожение заключается в расщеплении сахаров (глюкозы, фруктозы) до этилового спирта и СО2 в присутствии фосфата. Молочнокислые бактерии превращают сахара в молочную кислоту. Маслянокислые бактерии сбраживают углеводы — крахмал, гликоген, спирты, органические кислоты до масляной кислоты. В природных условиях большое значение имеют метанообразующие бактерии, которые сбраживают спирты и органические кислоты в метан и СО2. Метанообразующие бактерии обитают в болотах, где они образуют «болотный газ» (метан). Значительная часть бактерий синтезирует органические вещества своего тела путем усвоения углекислоты. Такие организмы называются автотрофами. Эту группу бактерий делят на фототрофов, для которых источником энергии служит солнечный свет, и хемотрофов, использующих для синтеза органических веществ собственного тела энергию химических реакции — окислительных или восстановительных. Фототрофные бактерии (серные и несерные) — обитатели пресных и морских вод. Фотосинтез у них протекает в анаэробных условиях и не сопровождается выделением кислорода. Хемотрофы могут быть аэробными и анаэробными организмами. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, переводящие аммиак в нитриты и далее в нитраты, железобактерии, переводящие закисное железо (Fe2+) в окисное (Fe3+), водородные бактерии, окисляющие молекулярный водород, и др.
ПОДЦАРСТВО СИНЕЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ Синезеленые водоросли широко распространены во всех средах жизни и способны существовать практически в любых условиях.С. В. относятся к прокариотам потому, что у них наследственный материал не отграничен от цитоплазмы и представлен единственной хромосомой. Цитоплазма и ее органоиды устроены просто и напоминают аналогичные структуры бактерий. У с. В. хорошо развит фотосинтетический аппарат. Продуктом фотосинтеза в клетках с. В. является гликопротеид, который отлагается в цитоплазме в виде зерен. В клетках синезеленых водорослей часто встречаются газовые вакуоли. По форме клетки этих водорослей бывают двух видов: округлые или сильно вытянутые, уплощенные. Они имеют толстые многослойные стенки, часто одеты слизистым чехлом. Клетки живут отдельно или образуют нити и колонии. Основной способ размножения — деление клеток надвое или образование спор. Многие виды с. в. могут фиксировать атмосферный азот. Отрицательная роль этих организмов заключается в вызываемом ими цветении воды. Некоторые азотфиксирующие виды вносят на рисовые поля с целью обогащения их соединениями азота.
studfiles.net
Распространение растений и их значение в биосфере, Вопросы для самопроверки
Царство. Растений представлено разнообразными формами живых организмов - от одноклеточных микроскопических (водоросли) до гигантских деревьев, которые имеют ствол толщиной 10-12 метров (баобаб, секвойя) и д достигают высоты 100-150 метров (эвкалипт, секвойя.
На земном шаре почти везде встречаются представители растительного мира. Около шестой части суши покрыто лесами. Большую площадь занимают степи, саванны, луга, поля культурных растений. Живут растения в моей орях и океанах, пресных водоемах. Они даже в пустынях,. Арктике,. Антарктике и на снежных горных вершинах. В природе существует большое разнообразие видов растений, прежде всего связанными с условиями их жизнедеятельностиності.
Благодаря способности к фотосинтезу растения постоянно пополняют неизбежные потери органических соединений на планете; накапливают в продуктах фотосинтеза большое количество химической энергии, поддерживают необходимостей ный для существования большинства организмов уровень кислорода в атмосфере; предотвращают накопление в атмосфере избытка углекислого газа. Растения играют ведущую роль в круговороте минеральных веществ, обеспечивает непрерывное существование жизни на. Земле, невозможно без минерального питания. Растения существенно влияют на климат. Они связывают плодородные частицы поверхностных слоев почвы, предотвращают их смыва т а эрозии почветів.
Значение растений в природе и деятельности человека сложно переоценить. В практическом применении все растения разделяют на группы
1. Растения, используемые в пищу и на корм скоту:
а) хлебные злаки - пшеница, рис, рожь, ячмень, овес, кукуруза, просо;
б) овощи - картофель, капуста, морковь, свекла, огурцы, баклажаны и т.д.;
в) плодовые растения - смородина, крыжовник, малина, яблони, груши, сливы, абрикосы, лимоны, мандарины, апельсины;
г) зернобобовые - горох, фасоль, соя, бобы, эти растения богаты белками и имеют особое значение в питании человека и животных;
д) масличные - подсолнечник, лен, конопля, клещевина, соя;
е) сахаристые растения - сахарная свекла и тростник
2 Лекарственные растения - группа растений, непосредственно используется для лечения болезней человека или животного или является сырьем для химико-фармацевтической промышленности сейчас медицина использует более 3 300 видов лекарственных рослиин.
3. Технические растения, используемые в промышленности:
а) волокнистые растения - группа растений, дает сырье, пригодное для изготовления текстильных изделий, шпагата, канатов и т.п.;
б) дубильные растения - группа растений, содержащих в подземных и надземных органах дубильные вещества. Наиболее известные из них дуб, ива, ель, суммах, бадан;
в) эфиромасличные растения - группа растений, в различных органах которых образуются ценные эфирные масла. В Украине промышленное значение имеют около 30 видов растений: кориандр посевной, тмин, анис, роза масляная, л лаванда настоящая, шалфей. По химическому составу эфирные масла различных видов растений неодинаковы. Используются эфирные масла в парфюмерной, мыловаренной, врачебной, кондитерской промышленноститі;
д) каучуковые растения - группа растений, в тканях которых образуется каучук каучуконосных растений немного, среди них есть деревья, кусты, травы. Наиболее распространенными являются гевея, гваюла, ваточник
4Рослины, в которых образуется древесина. Древесина используется не только как строительный материал, но и в целлюлозно-бумажной, лесохимической промышленности, как топливо. Главные породы: дуб, бук, граб, ял линя, березеза.
5. Декоративные растения: розы, георгины, хризантемы, бархатцы, петуния, маттиола, левкой и др.. Это одно-и двулетники, многолетники, кустарники, лианы закрытого грунта
Вопросы для самопроверки
1. Что изучает наука ботаника?
2. Какие основные процессы жизнедеятельности растений вы знаете?
3. Охарактеризуйте процессы световой и темновой фаз фотосинтеза
4. Докажите космическую роль растений
5. Чем отличаются природные фитогормоны от искусственных?
6. Какое значение зеленых растений в природе и жизни человека?
. Важно знать, что
-. В 1727 году английский ботаник и химик. С. Гейлс в своей книге"Статика растений"высказал первое предположение о возможности питания растений с помощью листьев и воздуха. Такое утверждение ученого стало началом развития новой науки - физиологии рослилогії рослин.
. Интересно знать, что
-. Растительные организмы на огромных площадях суши и в толще водоемов усваивают ежегодно 25,12 o 10 кДж энергии солнечной радиации, около 300 млрд т. СО 2 2 млрд т азота, выделяют в атмосферу около 150 млрд т свободного кислорода и образуют 150 млрд т органических веществ
^. Годовая продуктивность фотосинтеза содержит примерно в 10 раз больше энергии, чем ее необходимо в данный момент для удовлетворения потребностей всего населения земного шара
Из истории науки
-. Ученые античного мира считали, что растения добывают"пищу"из почвы. Около 300 лет назад во время первого биологического эксперимента. ЯБ. Ван. Гельмонт (1577-1644) впервые доказал, что не одна почва питает во растение. Выращивая веточку вербы в вегетационного опыте, он сделал вывод, что все вещества растения образуют из воды, а не из почвы или воздуха. Ведь за 5 лет эксперимента масса почвы почти не изм инилась, тогда как ветвь превратилась в маленькое дерево. Но прошли годы прежде чем английский ученый. Джозеф. Пристли (1733-1804) сообщил, что он обнаружил метод улучшения воздуха, испорченного горением с глазки 27 августа 1771 г он заметил, что мышь остается живой, если под стеклянный колпак рядом с ней поместить веточку мяты. Считают, что это и есть дата открытия важнейшей проблемы, над решите нием которой работают уже более двухсот лет ученые всего миравчені всього світу,
- имя я которой фотосинтез. Иоганнес. Ингенхауз (1730-1799), проверяя опыты. Пристли в 1779
р, подтвердил результаты его и установил второй неизвестно этой проблемы, а именно то, что лучи. Солнца запускают сложный механизм фотосинтеза в зеленом растении. Возможно поэтому на. Памятники. И. Ингенхауз во дворе. Венского университета написаноно:
. Иоганнес. Ингенхауз - кесарево врач, который первым достиг проблему питания растений. Он первым доказал, что зеленые растения способны выделять. О 2 только при воздействии на них света, тогда как в темноте они поглощают. О 2 аналогично животным организмам, а не зеленые части растений как в темноте, так и на свету поглощают. О2.
uchebnikirus.com
Роль зеленых растений в биосфере — доклад
Ставропольский Государственный Аграрный Университет
Доклад
На тему: Роль зеленых растений в биосфере
Подготовила:
Студентка Ставропольского государственного
аграрного университет
Факультета Защиты растений
специальности ландшафтной архитектуры
1 курса 3 группы
Молодцова Ксения Ивановна
Проверила:
Лысенко Изольда Олеговна
Заведующая кафедрой экологии и
ландшафтного строительства
Роль зеленых растений в биосфере
Растительный покров. Растительный мир. Растительность. Флора. Растение. Виды и роды растений. Растительное сообщество. Это – главные ботанические слова, ими мы обозначаем ботанические сущности, реально существующие в природе. Основной цвет растительного покрова зеленый, - это знает каждый. Растительный покров подобно одеялу покрывает не только сушу нашей планеты, но и океан. Он состоит из мириадов живых организмов – растений – способных к фотосинтезу.
Особая роль растений в жизни нашей планеты состоит в том, что без них было бы невозможно существование животных и человека. Только содержащие хлорофилл зеленые растения способны аккумулировать энергию Солнца, создавая органические вещества из неорганических; при этом растения извлекают из атмосферы диоксид углерода (углекислый газ) и выделяют кислород, поддерживая ее постоянный состав. Будучи первичными продуцентами органических соединений, растения являются определяющим звеном в сложных цепях питания большинства гетеротрофов, населяющих Землю.
Фотосинтез – сложный биохимический многоступенчатый процесс, происходящий в клеточных органоидах хлоропластах под воздействием солнечного света. Вы помните из физики, что солнечный свет является смесью квантов с разной длины волны, стеклянная призма отклоняет их по-разному, и с ее помощью мы разлагаем солнечный свет на составляющие: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Невидимыми для глаза остаются инфракрасные и ультрафиолетовые кванты света. Мы их не видим, но они есть. Молекулы хлорофилла способны поглощать красные кванты света, их энергию растения используют для синтеза из молекул воды и углекислого газа сложных органических молекул крахмала. Вычтите из солнечного спектра красную часть, и вы получите зеленый свет. Теперь Вы знаете, почему растения зеленые. Потому что они поглощают красную часть солнечного спектра.
Накапливая в процессе фотосинтеза органическое вещество, растения обеспечивают не только свою жизнедеятельность, но и жизнедеятельность всех животных, грибов и большинства бактерий. Животные, грибы и гетеротрофные бактерии не способны к фотосинтезу, они гетеротрофны. Растения же являются автотрофными организмами, - они сами себя кормят. Органическое вещество, созданное в результате фотосинтеза растениями, - это источник энергии как для роста и развития самих растений, так и для жизнедеятельности гетеротрофных организмов. Травоядные и листогрызущие животные поедают живую зеленую фитомассу. Грибы и бактерии питаются либо мертвой фитомассой и трупами животных, либо древесиной живых растений. Хищники поедают травоядных, и так выстраиваются длинные пищевые цепи, благодаря которым в биосфере осуществляется биологический круговорот вещества. Атомы различных химических элементов мигрируют в этих цепях от одних организмов к другим, возвращаются во внешнюю среду, снова захватываются живыми организмами, и такие циклы продолжаются десятки и сотни миллионов лет.
Биологический круговорот химических элементов совершается благодаря солнечной энергии, захваченной растениями. Растения на свету поглощают углекислый газ и воду, всасывают из почвы минеральные вещества и выделяют кислород. Наземные растения выделяют кислород в атмосферу, а водные – в воду. Растения в темноте, животные, грибы и микробы как в темноте, так и на свету, поглощают кислород и выделяют во внешнюю среду углекислый газ. Другие вещества гетеротрофные организмы в основном получают от растений. Поглощение и выделение кислорода и углекислого газа растениями и животными уравновешено, поэтому газовый состав атмосферы Земли остается довольно постоянным длительное время. Если это равновесие нарушится, то в атмосфере и биосфере начнутся катастрофические изменения. Рост содержания углекислого газа вызовет усиление парникового эффекта и разогрев атмосферы планеты, а уменьшение содержания вызовет новый ледниковый период. Теперешний состав атмосферы нашей планеты возник и поддерживается благодаря биогеохимической работе биосферы. Без нее атмосфера Земли состояла бы в основном (не менее чем на 95%) из углекислого газа. Сейчас содержание углекислого газа в атмосфере Земли около 0,03%. Если погибнут все растения, то через небольшое время животные, грибы и микроорганизмы съедят всю органику и тоже погибнут. Через несколько сотен лет содержание кислорода в атмосфере резко снизится, а содержание углекислого газа резко возрастет. В этом случае атмосфера Земли за 1000 лет может разогреться до +150-200 градусов Цельсия. Океан закипит и испарится.
Благодаря фотосинтезу и непрерывно действующим круговоротам биогенных элементов создается устойчивость всей биосферы Земли и обеспечивается ее нормальное функционирование.
Произрастая в неодинаковых условиях, растения образуют различные растительные сообщества (фитоценозы), обусловливая разнообразие ландшафтов и экологических условий для других организмов. При непосредственном участии растений формируются почва и торф, а скопления ископаемых растений образовали бурый и каменный уголь. Глубокие нарушения растительности неизбежно влекут за собой необратимые изменения биосферы и отдельных ее частей и могут оказаться гибельными для человека как биологического вида.
freepapers.ru
Роль растительности в биосфере. Понятие «Фитогеосфера». — КиберПедия
2.Понятия «флора» и «растительность».
3.Фитоценоз и растительная группировка.
4.Предмет и задачи фитоценологии и геоботаники. Основные объекты изучения.
5.Методы исследования растительного покрова.
6.Современные направления исследований растительности. Связь фитоценологии и геоботаники с экологией и другими смежными науками.
7.Практическое значение геоботанических исследований.
8.Растения как индикаторы условий среды. Экологические группы растений по отношению к свету, влаге, кислотности и плодородию почв.
9.Понятие «экологическая ниша» применительно к растениям.
10.Понятие «экологический подбор».
11.Фитоиндикация. Экологические шкалы Л.Г.Раменского, принципы работы с ними.
12.Жизненные формы и жизненные стратегии растений, их классификации.
13.Средообразующая роль растений. Понятие «Фитосреда».
14.Влияние растений на абиотические факторы среды (свет, тепло, влага, ве-тер, рельеф, почва). Зависимость этого влияния от типа растительного сообщества и его сезонного состояния.
15.Органическое вещество, создаваемое растениями. Прирост фитомассы. Опад. Ветошь. Значение подстилки для растительного сообщества.
16.Текущие и кумулятивные изменения среды.
17.Фитомелиорация, примеры.
Фитоценотические взаимодействия. Субъекты взаимодействий.
19.Консорция, ее строение.
20. Классификация взаимодействий по Сукачеву.
21.Растения доминанты и эдификаторы.
22.Понятие «Фитоценотипы». Классификация фитоценотипов по А.А. Ниценко.
23.Фитогенное поле.
24.Фитоценотический подбор.
25.Основные признаки фитоценоза.
26.Видовое богатство и видовая насыщенность. Минимум ареал. Площадь выявления.
27.Пробная площадь. Размер и форма пробной площади.
28.Встречаемость видов. Абсолютная и относительная встречаемость.
29.Обилие видов. Проективное покрытие. Шкалы Друде, Браун-Бланке. Истинное проективное покрытие. Полнота насаждения.
30.Жизненность (виталитет) растений.
Ярусность в лесных сообществах.
32.Морфологическое и биологическое понимание ярусов.
33.Элементы вертикального строения: ярус, ступень, слой, полог, фитогоризонт.
34.Подрост и подлесок, их место в ярусной структуре сообщества.
35.Ярусность в луговых сообществах.
36.Относительная самостоятельность ярусов. Инкумбация и декумбация ярусов.
37.Вертикальный континуум. Внеярусная растительность.
38.Ценопопуляция. Варианты размещения особей растений по территории.
39. типа сложения растительных сообществ (по А.П. Шенникову).
40.Факторы, определяющие горизонтальную неоднородность растительности.
41.Сообщества гомогенные, мозаичные и клинальные.
42.Мозаичность растительных сообществ. Типы мозаичной структуры.
43.Понятие «ценоэлемент». Ценоячейка. Микрогруппировка. Микроценоз.
44.Синузия. Различные подходы к ее определению.
45.Представления о континууме растительности.
46.Исследования Л.Г. Раменского по обоснованию экологической специфичности видов.
47.Экологические шкалы и их применение.
48.Холистическая и индивидуалистическая концепции в геоботанике.
49.Континуум пространственный, временной, синтаксономический.
50.Динамика фитоценоза: суточная, сезонная, разногодичная.
51.Фенологическое развитие сообщества. Фенологические спектры. Аспекты.
52.Причины разногодичной изменчивости сообществ. Разногодичная изменчивость в разных типах растительности.
53.Флуктуации и сукцессии.
54.Автогенные и аллогенные сукцессии.
55.Классификация смен по В.Н.Сукачеву.
56.Разделение смен по темпам.
57.Первичные и вторичные сукцессии.
58.Коренные и производные сообщества.
59.Модели автогенных сукцессий.
60.Гейтогенез и гологенез.
Теория Ф.Клементса. Понятия: серия сообществ, климаксовое сообщество.
62.Концепции моноклимакса, поликлимакса и климакс-мозаики.
63.Значение классификации растительности.
64.Индуктивный и дедуктивный методы классификации.
65.Подходы и принципы классификации (топологический, эколого-флористический, эколого-морфологический, доминантный, генетический).
66.Определение понятия «ассоциация» (1910).
67.Основные синтаксоны доминантной классификации u1080 и критерии их выделения.
68.Тип растительности. Примеры различных типов растительности.
69.Объем единицы «формация» (в отечественной и зарубежной геоботанике).
70.Основные принципы эколого-флористической классификации по методу Браун-Бланке.
Верные виды, их градации.
72.Правила наименования синтаксонов (в доминантной классификации и по методу Браун-Бланке), примеры.
73.Объем ассоциации в разных системах классификаций.
74.Критика доминантного подхода. Критика метода Браун-Бланке.
75.Ординация растительности, ее принципы. Прямая и непрямая ординация.
76.Понятия «фитоценомеры» и «фитоценохоры».
77.Различное назначение карт растительности. Отражение растительности на картах разного масштаба.
78.Использование аэро- и космической съемки при создании карт растительности.
79.Геоботаническое районирование – принципы и приемы. Единицы геоботанического районирования.
cyberpedia.su
Фотосинтез и его роль в биосфере
Фотосинтез – образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света. В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода.
Первым обнаружил, что растения выделяют кислород, английский химик и философ Джозеф Пристли около 1770. Вскоре было установлено, что для этого необходим свет и что кислород выделяют только зеленые части растений. Затем исследователи нашли, что для питания растений требуется диоксид углерода и вода, из которых создается большая часть массы растений. В 1817 французские химики Пьер Жозеф Пелатье (1788–1842) и Жозеф Бьенеме Каванту (1795–1877) выделили зеленый пигмент хлорофилл (по-гречески cróz – chloros, зеленый; julln – phyllon, лист). Позднее российский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920) показал, что фотосинтез проходит с наибольшей интенсивностью в тех областях солнечного спектра, где находятся максимумы поглощения хлорофилла.
К середине 19 в. было установлено, что фотосинтез является процессом, как бы обратным дыхательному. Французский ученый Жан Батист Буссенго (1802–1887) в своих работах, опубликованных в это время, утверждал, что в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода из углекислого газа. Это мнение в научной литературе господствовало длительное время.
В 1860-х было высказано предположение, что диоксид углерода в растениях восстанавливается до органических кислот, в частности, муравьиной и щавелевой. Затем эти кислоты при дальнейшем восстановлении переходят в углеводы. В 1861 русский химик Александр Михайлович Бутлеров получил при действии известковой воды на формальдегид сиропообразное вещество, содержащее углеводы. Основываясь на этом открытии, немецкий химик Адольф Байер в 1870 высказал предположение, что первичным продуктом восстановления диоксида углерода в зеленых растениях является формальдегид, который затем превращается в углеводы. Эта гипотеза привлекла всеобщее внимание – она казалась наиболее правдоподобной. Однако она ничего не говорила о механизме выделения кислорода.
Рис.1. Схема фотосинтеза
В 20 в. было установлено, что процесс фотосинтеза начинается на свету в фоторецепторах хлорофиллов, однако многие из последующих стадий могут протекать в темноте. Общий процесс является эндотермическим (DH° ~ 469 кДж/моль СО2). В нем участвует несколько типов хлорофилла, а также другие комплексы магния, железа и меди.
В 1941 американский биохимик Мелвин Калвин (1911–1997) показал, что первичный процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекул воды, в результате чего образуются кислород, выделяющийся в атмосферу, и водород, идущий на восстановление диоксида углерода до органических веществ. Используя радиоактивный изотоп углерода 14С, бумажную хроматографию и классические методы органической химии, Калвин и его группа смогли проследить биосинтетические пути фотохимических процессов. К 1956 стал ясным полный путь превращения углерода при фотосинтезе. За исследования в области ассимиляции диоксида углерода в растениях Калвин был удостоен в 1961 Нобелевской премии по химии.
Полная последовательность всех стадий фотосинтеза пока еще выяснена не до конца, однако интенсивная научная работа в этом направлении продолжается. Исследуется механизм электронного транспорта, продолжается выяснение природы комплекса, катализирующего образование кислорода, изучается структура реакционных центров и светособирающих комплексов.
В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:
Водород, необходимый для восстановления диоксида углерода до глюкозы, берется из воды, а выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород является побочным продуктом. Процесс нуждается в энергии света, так как вода сама по себе не способна восстанавливать диоксид углерода.
В светозависимой части фотосинтеза (световой реакции) происходит расщепление молекул воды с образованием протонов, электронов и атома кислорода. Электроны, возбужденные энергией света, восстанавливают никотинадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Образующийся НАДФ-Н является подходящим восстановителем для перевода диоксида углерода в органические соединения. Кроме того, в световой реакции образуется аденозинтрифосфат (АТФ), который также необходим для фиксации диоксида углерода.
В световых реакциях электроны переносятся по электрон-транспортной цепи от одной окислительно-восстановительной системы к другой. Возбуждение электронов для восстановления никотинадениндинуклеотидфосфата – сложный фотохимический процесс. Он происходит в реакционных центрах (фотосистемах), которые представляют собой белковые комплексы, содержащие множество молекул хлорофилла и других пигментов. Только около 1% молекул хлорофилла участвуют непосредственно в фотохимическом переносе электронов. Основная часть связана с другими пигментами в так называемом комплексе светособирающей антенны. Энергия кванта света, накопленного в комплексе, передается на реакционный центр, где и используется.
Последующие процессы могут протекать в темноте (темновая реакция). Полная последовательность превращения диоксида углерода в органические соединения называется циклом Калвина.
В зеленых водорослях и высших растениях фотосинтез происходит в хлоропластах, которые окружены двумя мембранами и содержат собственную ДНК. Световые реакции катализируются ферментами, находящиеся в сложенных стопками утолщенных мембранных мешках, а темновые реакции происходят во внутреннем пространстве хлоропластов.
Роль фотосинтеза в биосфере
Наряду с фотосинтезом на Земле совершаются примерно равноценные по масштабам, но противоположные по направлению процессы окисления органических веществ и восстановленного углерода при горении топливных материалов (каменный уголь, нефть, газ, торф, дрова и т.п.), при расходовании органических веществ живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (дыхание, брожение), в результате которых образуются полностью окисленные соединения – углекислый газ и вода, и освобождается энергия. Затем с помощью энергии солнечной радиации углекислый газ, вода снова вовлекаются в процессы фотосинтеза, энергия солнечного света, используемая при фотосинтезе, служит движущей силой колоссального по размерам круговорота на Земле таких элементов, как углерод, водород, кислород. В этот круговорот включаются и многие др. элементы: N, S, Р, Mg, Ca и др. За время существования Земли благодаря фотосинтезу важнейшие элементы и вещества прошли уже много тысяч циклов полного круговорота.
В предшествующие эпохи условия для фотосинтеза на Земле были более благоприятны в связи с сильным перевесом восстановительных процессов над окислительными. Постепенно огромные количества восстановленного углерода в органических остатках оказались захороненными в недрах Земли, образовав громадные залежи горючих ископаемых. В результате этого в атмосфере сильно снизилось относительное содержание углекислого газа (до 0,03 объёмных %) и повысилось содержание кислорода, что существенно ухудшило условия для Ф.
Следствием появления на Земле мира фотосинтезирующих растений и непрерывного новообразования ими больших количеств богатых энергией органических веществ явилось развитие мира гетеротрофных организмов (бактерий, грибов, животных, человека) – потребителей этих веществ и энергии. В результате (в процессе дыхания, брожения, гниения, сжигания) органические соединения стали окисляться и подвергаться разложению в таких же количествах, в каких образуют их высшие растения, водоросли, бактерии. На Земле установился круговорот веществ, в котором сумма жизни на нашей планете определяется масштабами фотосинтеза. В текущем геологическом периоде (антропогеновом) размеры фотосинтетической продуктивности на Земле, вероятно, стабилизировались. Однако в связи с бурно возрастающим использованием продуктов фотосинтеза основным её потребителем – человеком – приходится думать о предстоящем истощении горючих ископаемых, пищевых, лесных ресурсов и т.п. Недостаточна фотосинтетическая мощность современной растительности для регенерации атмосферы: растительность Земли не способна полностью усваивать весь углекислый газ (относительное содержание его в атмосфере за последние 100 лет медленно, но неуклонно возрастает), дополнительно поступающий в окружающую среду в результате бурно возрастающих масштабов добычи и сжигания горючих ископаемых.
При этом потенциальная фотосинтетическая активность растений используется далеко не полно. Проблема сохранения, умножения и наилучшего использования фотосинтетической продуктивности растений – одна из важнейших в современном естествознании и практической деятельности человека.
Фотосинтез – это процесс, от которого зависит вся жизнь на Земле. Он происходит только в растениях. В ходе фотосинтеза растение вырабатывает из неорганических веществ необходимые для всего живого органические вещества. Диоксид углерода, содержащийся в воздухе, проникает в лист через особые отверстия в эпидермисе листа, которые называют устьицами; вода и минеральные вещества поступают из почвы в корни и отсюда транспортируются к листьям по проводящей системе растения. Энергию, необходимую для синтеза органических веществ из неорганических, поставляет Солнце; эта энергия поглощается пигментами растений, главным образом хлорофиллом. В клетке синтез органических веществ протекает в хлоропластах, которые содержат хлорофилл. Свободный кислород, также образующийся в процессе фотосинтеза, выделяется в атмосферу.
Таким образом, в основе фотосинтеза лежит превращение электромагнитной энергии света в химическую энергию. Эта энергия, в конце концов, дает возможность превращать диоксид углерода в углеводы и другие органические соединения с выделением кислорода. Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.
Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза) и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, образуется около 90–95% сухого веса урожая. Остальные 5–10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы. Человек использует около 7% продуктов фотосинтеза в пищу, в качестве корма для животных и в виде топлива и строительных материалов.
biofile.ru
