Раздел 1. Ботаника как раздел биологии. Объекты изучения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 18Следующая ⇒

Определение ботаники, разделы ботаники. Уровни организации живой материи. Особенности клеток растений. Cвойства растений как живых организмов. Отличие растений от животных. Значение растений. Растения и среда. Способы деления клеток. Растительные ткани.

Ботаника– раздел биологии, наука о растениях. Слово «ботаника» произошло от греческого слова «ботанэ», что в переводе означает растение, трава. Ботаника – сложная система научных дисциплин, изучающая растительный мир во всем его богатстве форм и жизненных проявлений. Поэтому растительные организмы изучаются различными разделами биологии. В настоящее время различают несколько структурно – функциональных уровней организации живой материи: молекулярно –генетический, клеточный, тканевой, организменный, популяционно – видовой и биосферно – биогенетический. Растения относятся к миру живой природы, как и животные и человек, в основе строения которых лежит клетка – элементарная живая система. Изучение строения клетки, открытие которой принадлежит английскому ученому Р. Гуку в 1665 г., продолжается и по сегодняшний день. Клетки сильно различаются по размерам и форме. Размер клеток колеблется от нескольких микрон до нескольких сантиметров. Но, все клетки имеют общность в строении. Клетка включает протопласт. Это живая часть, активно участвующая в обмене веществ. Форменные элементы обладают специфическими функциями и называются органоидами. Структуры, видимые в световой микроскоп: цитоплазма, ядро, митохондрии, пластиды. К ультраструктурам относятся: плазмалемма, тонопласт, микротрубочки, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть с рибосомами. В процессе жизнедеятельности клетки образуются производные протопласта, названные парапластом. Он включает: клеточную стенку, вакуоль с клеточным соком, запасные питательные вещества (белки, жиры, углеводы), экскреторные вещества (эфирные масла, включения, смолы, слизи и др.)

В 1830 г. немецкий зоолог Т. Шванн обобщил результаты немецкого ботаника М. Шлейдна и сформулировал клеточную теорию, основные положения которой следующие: как растительные, так и животные организмы состоят из клеток; клетки развиваются аналогично и близки друг к другу по строению и функциональному значению; каждая клетка способна к самостоятельной жизнедеятельности. Однако растения обладают определенными специфическими свойствами, которые отличают их от животных.

Первое свойство, заключается в строении самой растительной клетки. Имеется прочная, не пропускающая твердых частиц, клеточная стенка. Растительные клетки, покрытые твердой оболочкой, могут воспринимать из окружающей среды необходимые вещества лишь в растворенном состоянии путем «всасывания». После того как в клетку поступит определенное количество воды, достигается равновесие, при котором давление, оказываемое растянутой клеточной стенкой, соответствует давлению, оказываемому клеточным соком.

Второе свойство связано с внешним строением большинства растений, которое характеризуется более сложным, чем у животных, внешним расчленением.

Третье свойство показывает, что восприятие питания «всасыванием» влечет за собой малую подвижность растений.

Четвертое свойство вытекает из неподвижности растений, которая является главной причиной особого их способа расселения – разнообразными зачатками, которые называются диаспоры. Это могут быть специализированные одиночные клетки – споры, или сложно устроенные многоклеточные образования – семена, содержащие в себе зародыш. У многих видов диаспорами могут служить части вегетативного тела - выводковые почки, части листьев (бегония), метаморфизированные побеги (клубни, луковицы, корневища) и другие элементы.

Пятое свойство показывает особенность расположения органов тела растения. Они находятся снаружи и тесным образом связаны с факторами окружающей среды.

Шестое свойство выражается в особенности способа питания растений. Организмы, синтезирующие необходимые питательные вещества, называются автотрофными. Известно два основных типа автотрофов: 1) фотосинтезирующие организмы – зеленые растения, в клетках которых содержится хлорофилл и 2) хемосинтезирующие организмы – некоторые бактерии. Энергия, получаемая при химических процессах, используется для синтеза органических веществ, необходимых в поддержании жизни и роста. Организмы, не способные синтезировать питательные вещества из неорганических соединений и вынужденные поэтому либо жить за счет автотрофов, либо питаться разлагающимися остатками, называются гетеротрофами, а их способ питания – гетеротрофным. Существуют различные типы гетеротрофного питания: 1) голозойный, при котором происходит питание твердыми частицами пищи, в дальнейшем она переваривается и всасывается; 2) сапрофитный связан с поглощением органических веществ непосредственно через клеточные стенки при наличии разлагающихся тел или скоплений продуктов жизнедеятельности. Место их произрастания называется субстратом (бактерии, грибы); 3) тип питания, характерный для некоторых растений и животных – паразитизм. Для паразитов главное условие – наличие живого организма – хозяина. Паразит может существовать или внутри тела – эндопаразит, или на поверхности тела – эктопаразит (повилика, заразиха).

Седьмое свойство показывает, что все организмы, способные к фотосинтезу, содержат в клетках хлоропласты, в которых имеется особое вещество – хлорофилл. Кроме того, в клетках растений имеются и другие пластиды, которые хорошо различимы в световой микроскоп. По окраске различают пластиды зеленые – хлоропласты, которые встречаются в зеленых частях растений от водорослей до цветковых включительно. Желто-оранжевые и красные – хромопласты содержатся в клетках зрелых плодов, например, перца, томата, боярышника, шиповника. Яркие плоды хорошо поедаются птицами и животными, что способствует распространению семян, а яркая окраска цветков, привлекает насекомых к опылению растений. В этом их биологическая роль. И бесцветные – лейкопласты, которые встречаются в клубнях картофеля, семенах подсолнечника, способны к накоплению в своей строме запасного белка и крахмала. В последнем случае лейкопласты превращаются в крахмальные зерна.

Исходя из того, что огромное количество растительных организмы – это автотрофы, можно полагать, что жизнь на Земле в целом обеспечивается воздействием Солнца и атмосферы на зеленый растительный покров суши и океанов. Автотрофный способ создания органических веществ дает возможность питаться не только самим растениям, но и животным и человеку. Несмотря на обилие солнечного света и большую густоту зеленого покрова, растения используют лишь 1-2 % падающей на них световой энергии. Но даже при этом в результате фотосинтеза образуется колоссальная масса органической материи – ежегодно создается сотни миллиардов тонн органического вещества, а также выделяется свободный кислород.

Роль зеленых растений может быть кратко охарактеризовано следующим образом:

1. обеспечение атмосферного воздуха кислородом, необходимого для дыхания большинства организмов планеты;

2. создание из неорганических веществ органических соединений, которые используются как самими растениями для поддержания своей жизни, так и для животных и человека;

3. аккумуляция солнечной энергии в органическом веществе, за счет которого развивается жизнь на Земле и представляющая основу энергетических ресурсов, используемых человеком в промышленности;

4. создание огромного количества продуктов как сырья, необходимого человеку для различных видов промышленности;

5. разложение (диссимиляция) отмерших организмов низшими растениями;

6. формирование и изменение климата;

7. преобразование окружающей природной среды и эстетики поселений человека.

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части среды, которые называются факторами, а также их свойства многообразны и изменчивы. Среда – это совокупность всех факторов, включающая неживую (неорганическая) часть природы и живую (органическая) часть природы. В начальной школе с первых уроков естествознания начинается формирование понятий: «неживая природа» и «живая природа». Поэтому учащиеся должны различать признаки отличия между ними. Факторы среды объединены в группы.

1. Климатические факторы: осадки, солнечный свет, температура воздуха, ветер и др.

2. Почвенные, или эдафические: физические свойства почвы, ее химический состав, механическая структура, влажность и др.

3. Орографические: факторы рельефа.

4. Геологические, или исторические: землетрясения, извержение вулкана, наводнения, выветривание горных пород.

5. Биотические: взаимоотношения представителей растительного и животного миров.

6. Антропогенные: влияние деятельности человека.

Первые четыре группы факторов имеют общее название – абиотические факторы, а последние две – биотические факторы (от гр. био – жизнь). Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Таковы силы тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы. Большинство экологических факторов – температура, влажность, направление ветра, осадки, конкуренты и т.д. – очень изменчивы в пространстве и во времени. Экологические факторы оказывают на растительные организмы различные воздействия: они могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения; как ограничители, обуславливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Тело растений складывается из большого числа клеток, которые называются соматическими (сома – тело). В их ядрах содержится постоянное число хромосом, специфичных для вида и передается из поколения в поколение. Этот набор хромосом, или кариотип, двойной и называется диплоидным. Например, пшеница твердая содержит 28 хромосом, а пшеница мягкая – 42. В клетках, которые участвуют в половом процессе, содержится одинарный набор хромосом и он называется гаплоидным. Образование новых клеток происходит различными способами.

1. Слияние. Яйцеклетка и сперматозоид (спермий) в процессе оплодотворения, сливаясь, образуют зиготу – новую клетку с диплоидным набором хромосом.

2. Почкование. На поверхности материнской клетки появляется бугорок, постепенно увеличивающийся до размеров материнской клетки (дрожжи).

3. Свободное образование. Происходит многократное деление ядра с частичным участием цитоплазмы в формировании дочерних клеток (сумчатые грибы, зародышевый мешок)

4. Деление клеток – процесс, который наступает тогда, когда поверхность клеток вследствие непропорционального роста становится недостаточной по сравнению с ее объемом. Известны следующие способы деления.

Амитоз, или прямое деление (а – без и хрома – краска). При этом способе вначале происходит деление ядра на два перетяжкой, в след за которым наступает полное деление протопласта и всей клетки на две. При этом ядерное вещество не всегда равномерно распределяется между дочерними клетками. Это деление открыто в 1840 г. Н.Железновым. Встречается в клетках стареющих, но нередко и молодых (водоросли, эндосперм семян, донце луковицы).

Митоз, или кариокинез (митос – нить) открыт И.Д.Чистяковым, материалы исследования которого опубликованы в 1874 г. Это универсальный, широко распространенный способ деления. Суть этого деления заключается в передаче дочерним клеткам такого же количества хромосом, что содержится в материнской, но количество дочерних клеток увеличивается вдвое. Деление проходит в несколько стадий и может длиться от нескольких минут до 2-3 часов.

Мейоз, или редукционное деление (мейон – меньше). Этот способ характерен лишь для особых клеток. Момент наступления мейоза зависит от состояния зрелости всего организма. Характерная особенность данного деления – это уменьшение числа хромосом вдвое в процессе деления материнской клетки, но образуется четыре дочерние клетки. Открыт мейоз В.И.Беляевым в 1885 г. Мейоз складывается из двух следующих друг за другом делений. При первом делении, которое названо редукционным, происходит уменьшение вдвое числа хромосом в дочерних ядрах, а затем они вновь делятся, но путем митоза. Образуется четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.

В процессе эволюции развития многоклеточных растительных организмов шел процесс специализации клеток и разделения функций между ними. Клетки, отличающиеся друг от друга строением и формой, в наибольшей мере соответствуют выполняемой ими функции. Группа специализированных клеток, имеющих однородное строение, одинаковое происхождение и выполняющих совместно те или иные специальные функции, называется тканью. Тело растений формируется в результате деятельности образовательных тканей, которые называются меристемами (meristos – способный к делению). Они функционирую в течение всей жизни растения. Разделяются по двум признакам: 1) по времени возникновения (первичные и вторичные) и 2) по месту расположения (верхушечные, боковые, вставочные, раневые). Верхушечные меристемы всегда первичные, они определяют рост растений в длину. Боковые, как правило, вторичны и за их счет происходит разрастание осевых органов (стеблей и корней) в толщину. К боковым меристемам относят камбий и пробковый камбий, деятельность которого способствует образованию пробки в корнях и стеблях растения, а также особых участков проветривания – чечевичек. Вставочные меристемы чаще первичные и сохраняются в виде отдельных участков в зонах активного роста. Меристемы называют также непостоянными тканями, из которых образуются постоянные ткани. Они делятся следующим образом:

1. Основные ткани, или паренхимы, занимают большую часть пространства между другими постоянными тканями в органах растения. Паренхимы состоят из живых клеток, разнообразных по форме и могут выполнять неодинаковые функции, поэтому выделяют: ассимиляционную (столбчатая, губчатая), поглощающую (аэренхима), запасающую, водоносную, воздухоносную.

2. Покровные ткани по происхождению делятся следующим образом:

первичная - кожица (в стеблях и листьях она называется эпидермис, в корнях – эпиблемой), вторичная – пробка; третичная – корка. Эпидерма – живая ткань, чаще всего состоящая из одного слоя плотно сомкнутых клеток без межклеточного пространства. В ней имеются особые высокоспециализированные образования – устьица, состоящие из двух замыкающих клеток и щелевидного отверстия – устьичной щели, которая может открываться и закрываться в зависимости от тургорного давления в замыкающих клетках. Волоски - своеобразные выросты эпидермы покрывают все растение или некоторые его части. Эпиблема служит покровом молодых корневых окончаний. Через нее осуществляется водно – минеральное питание растений из почвы. Перидерма – сложный многослойный комплекс вторичной покровной ткани стеблей и корней многолетних двудольных растений и голосеменных. Корка – мощный покровный комплекс из отмерших слоев перидермы. Она формируется на многолетних побегах и корнях древесных растений. Растет корка за счет нарастания под ней новых слоев перидермы. Корка входит в состав коры деревьев. Снаружи она постоянно слущивается, сбрасывая с себя всевозможные тела грибов и лишайников.

3. Проводящие ткани транспортируют питательные вещества в двух направлениях. Восходящий ток жидкости (водные растворы и соли) идет по сосудам, или трахеям, а у голосеменных по трахеидам от корней вверх по стеблю к листьям и другим органам растения. Нисходящий ток органических веществ осуществляется от листьев по стеблю к подземным органам растения по ситовидным трубкам с клетками – спутницами. Проводящие ткани входят в состав проводящих комплексов: ксилема (древесина) и флоэма (луб), в которые, кроме проводящих тканей, могут входить механические и основные ткани. Ксилема и флоэма входят в состав сосудисто-волокнистых пучков, которые могут быть открытыми (если имеется камбий) и закрытыми.

4. Механические, или опорные, ткани – это своеобразная арматура. Основная функция – обеспечение сопротивления статическим и динамическим нагрузкам. Клетки механической ткани располагаются в стебле либо по периферии, либо сплошным цилиндром, либо отдельными участками. В корнях, которые выдерживают сопротивление на разрыв, механическая ткань сосредоточена в центре. Особенность строения клеток – сильное утолщение клеточных стенок, придающих прочность тканям. Выделяют: колленхиму, склеренхиму (лубяные и древесинные волокна), склереиды, опорные клетки.

5. Выделительные, или секреторные, ткани представляют собой специальные структурные образования, способные выделять из растения продукты жизнедеятельности. Если они выделяются наружу, то это ткани наружной секреции, если остаются внутри растения, то – внутренней секреции. Основная функция жидких секретов заключается в защите растения от поедания животными, повреждения насекомыми или болезнетворными микроорганизмами. Все вместе эти ткани образуют целую систему, которая включает млечники (каучуконосные, гуттаперчивые), нектарники, железистые волосики, выделительные клетки.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите положения клеточной теории.

2. Охарактеризуйте признаки отличия растений от животных.

3. Дайте определение понятию «парапласт». Назовите компоненты парапласта.

4. Назовите органоиды клетки.

5. Перечислите продукты жизнедеятельности в клетках растений.

6. Какие функции в клетке выполняет ядро?

7. Назовите клетки с разным набором хромосом. Где они образуются?

8. Какие способы деления характерны для растений?

9. Какие виды пластид встречаются у растений, какие функции они выполняют?

10. Какой способ питания преобладает у растений? С чем это связано?

11. По каким признакам клетки объединяются в ткани?

12. По каким признакам классифицируются ткани? Где они располагаются?

13. Дайте характеристику понятию «среде» и ее факторам.

Лабораторное занятие 1

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒