ответы к экзамену по ботанике. Ботаника2. Ботаника предмет, задачи, разделы
 Скачать 178.19 Kb.
|
|
Ботаника: предмет, задачи, разделы Ботаника, как наука, в ходе исторического развития вследствие разностороннего изучения растений дифференцировалась на ряд самостоятельных, но взаимно связанных друг с другом дисциплин (разделов): морфологию, анатомию, систематику, физиологию растений, экологию растений, географию растений, фитоценологию, палеоботанику и др. Каждая из этих наук имеет свою область исследования и применяет свойственные ей методы изучения. Морфология изучает внешнее строение растений, прослеживает изменение его в процессе индивидуального и исторического развития растений, выявляет зависимость формы растений от условий среды. Анатомия изучает внутреннее строение органов растений и слагающих их тканей. В её пределах выделяют цитологию (изучение растительных клеток), гистологию (изучение тканей), палинологию (изучение пыльцы) и другие дисциплины. Эмбриология растений изучает зарождение и ранние этапы развития растений. Систематика занимается классификацией растений, изучает родство, филогению растений. Располагая группы растений в систему, пытается выяснить процесс эволюции растительного мира. Физиология растений исследует жизненные процессы, протекающие внутри организма: дыхание, обмен веществ, рост и развитие растений, фотосинтез. Экология растений изучает взаимоотношения и взаимозависимость растений и среды, выявляет закономерности приспособления растений к условиям среды. География растений изучает закономерности распределения растений и растительных сообществ на поверхности Земли. Фитоценология или геоботаника, изучает процессы формирования и развития растительных сообществ, изменения их состава и состояния в связи с условиями среды, выясняет закономерности сложения растительного покрова Земли. Палеоботаника изучает ископаемые остатки растений, живших в прошлые геологические эпохи. Их изучение позволяет восстановить историю развития растительного мира, выяснить родственные связи между группами ныне живущих растений. В зависимости от изучаемых групп растений выделяют такие разделы ботаники как альгология — исследует водоросли, бриология — мхи, лихенология — лишайники, фитопатология — болезни растений и их возбудителей, дендрология — деревья и кустарники и другие. История ботаники Легендарный период как и история в целом, история ботаники рассматривает длительный период, начавшийся с перехода человека от инстинктивного выбора части растений для употребления в пищу до появления надёжной системы фиксации и передачи знаний на основании различных источников, носящих во многом легендарный характер. Источниками служат: * сведения о древнейших памятниках письменности Двуречья (Шумер, Вавилон, Ассирия) и долины Нила (Древний Египет) * легендарные китайские книги о травах (например, «Бэнь цао», относимая к концу 3-го тысячелетия до н. э.) Античность Первыми источниками, описывающими растения не только с точки зрения пищевой или лекарственной полезности, считаются: произведения греческого учёного Аристотеля (наряду с гадательными и ошибочными мнениями, высказанными в записках Аристотеля, в них встречаются очень верные взгляды относительно сходства зародыша животного с зародышем растительным, о различии полов у некоторых растений, об их долговечности и т. д.) произведения его ученика Теофраста «История растений» и «Причины растений» в которых приведены описания около 500 видов растений даются основы классификации, разделение растений на деревья, кустарники, полукустарники и травы, разделение трав на многолетники, дву- и однолетники основы физиологии растений, описание строения цветка (положение завязи в цветке, различия между сростнолепестными и свободнолепестными венчиками) Несмотря на то, что Теофраст в трудах своих не придерживается никаких особенных методов, он внёс в изучение растений идеи, совершенно свободные от предрассудков того времени и предполагал, как истый натуралист, что природа действует сообразно своим собственным предначертаниям, а не с целью быть полезной человеку. «Естественная история» (лат. Plinius Naturalis Historia, около 50-70 н. э.) римского натуралиста Плиния Старшего, в которой приведены все известные его современникам сведения о природе, упомянуто около 1 000 видов растений. Древняя Индия «Аюрведа» — индийская «наука о жизни», относимая к 1-му тысячелетию до н. э включающая описание многих лекарственных растений. Комментарии и дополнения к «Аюрведе» в сочинениях индийских врачей Чарака (X—VIII вв. до н. э.), Сушрута и Вадбака (VIII—VII вв. до н. э.). Арабы труды персидского учёного Абу Али Ибн Сины (Авиценны): * «Канон врачебной науки» (около 1010) с описанием многих растений, неизвестных в Европе. Ацтеки О лекарственных растениях Месоамерики вкратце упоминали почти все хронисты XVI века (Эрнан Кортес, Берналь Диас дель Кастильо, Диего Дюран, Тесосомок, Иштлильшочитль, Торквемада, Мотолиниа, Мендьета, Акоста, Мартин де ла Крус, Саагун). Бернардино де Саагун подошёл к этому вопросу с особым энтузиазмом, описав растения, приведя их местные названия, а в некоторых случаях и место произрастания. В «Общей истории о делах Новой Испании» Саагун дал описания 123 лекарственным травам. В целом, во «Флорентийском кодексе» упоминается 724 растения. Большинство упомянутых имеют лекарственное предназначение (266 растений) и съедобны (229), используются в ритуальной практике (81), имеют декоративное применение (48). Но иногда некоторым растениям даны только общие названия для различных видов, например, для юкки и амарантов. Впервые были описаны кукуруза, чиа, авокадо, амарант, фасоль, тыква, агава, гуайява, черимойя, перец красный острый, табак, батат, какао, маниок, капулин, лукума, опунция, хикама, чёрная сапота, томат, ваниль, юкка и многие другие. Данные Саагуна отличаются от собранных ранее крещёным ацтеком Мартином де ла Крусом (1552), который написал на науатль иллюстрированную рукопись, переведённую на латынь Хуаном Бадиано под названием «Libellus de Medicinalibus Indorum Herbis» на 63 листах. Только 15 растений у последнего совпадают с теми, что у Саагуна, и 29 растений совпадают с теми, что у индейских информаторов. Всего в кодексе (книги X и XI) в специальных разделах о травах описано 251 лечебное растение и приведено 185 цветных рисунков. Сегодня многие из них изучены и введены в мировую медицинскую практику. В 1570—1577 годах в Мексике работал над созданием обширного труда на латыни по ботанике и зоологии Франсиско Эрнандес де Толедо[es], но его работа была опубликована лишь в 1615 году на испанском языке под названием «Естественная история Новой Испании». Эрнандес собрал сведения о 3076 растениях и более 500 животных и почти ко всем из них привёл характеристики. Основное отличие работ Саагуна и Эрнандеса не только в количестве собранных растений, но и в том, что Саагун опирался больше на сведения индейских информаторов, в то время как Эрнандес старался своими силами собирать растения и давать им собственные описания, следуя европейской традиции. В дальнейшем рукопись Саагуна была забыта, но книга Эрнандеса неоднократно использовалась другими учёными. Средние века и Новое время труды немецкого философа и естествоиспытателя Альберта фон Больштедта (Альберт Великий) * установил различие между однодольными и двудольными растениями на основании разницы в строении стебля Зарождение научных подходов Легендарный период практически не оставил сведений о введении растений в культуру, получении новых сортов. Информация об этом начинает сохраняться с эпохи великих открытий человечества, заложивших основы всех современных наук. значительное повышение интереса к миру растений как к источнику лекарств, пряностей, ядов и пищевых продуктов: появление рукописных, а затем печатных «травников», количество описанных растений возрастает со временем * создание первых «сухих садов» — гербариев * создание ботанических садов живых растений, выращиваемых в специальных условиях, в Салерно (отнесено к 1309) и Венеции (отнесено к 1333). Быстрый рост количества знаний о растениях, общее изменение в системе мировоззрений и методологии познания окружаего мира привели к зарождению научных подходов в ботанике: * немецкий ботаник Отто Брунфельс в книге «Живые изображения трав» (лат. Herbarium um vivae icones, 1530—1536) разделил растения на: «совершенные» (имеющие цветки) «несовершенные» (лишённые их) Итальянский врач и ботаник Андреа Чезальпино (в латинском произношении Цезальпин) опубликовал книгу «О растениях» (лат. De plantis, 1583), в предисловии к которой сделал попытку классифицировать растения, привлекая в дополнение к обычному в то время делению растений на деревья, кустарники и травы также признаки цветков, плодов и семян Швейцарский ботаник Иоганн Баугин (Жан Боэн) в «Всеобщей истории растений», опубликованной (1650) после его смерти, описал около 5000 растений. Его брат Каспар Баугин: создал критическое описание более 6000 растений использовал полиномиальные (многословные) наименования растений, представляющие краткое описание их важнейших свойств применил параллельно биномиальные (двухсловные) наименования, что привело к появлению бинарной номенклатуры, сохранившейся до настоящего времени * Джон Рэй в «Истории растений» (1686) ввёл понятие вида растений на основе происхождения каждого отдельного растения из одинаковых семян. Быстрыми темпами развивались также практические методы исследования растений: использование изобретённого микроскопа привело к открытию английским учёным Робертом Гуком (1665) клеточного строения растений (ему же принадлежит и сам английский термин cell — клетка) итальянец Марчелло Мальпиги и англичанин Неемия Грю заложили основы анатомии растений голландец Жан Батист ван Гельмонт поставил первый опыт по физиологии растений, вырастив ветку ивы в бочке и установив, что почти 40-кратное увеличение её в весе за 5 лет не сопровождалось сколь-нибудь значительным уменьшением веса земли немецкий ботаник Рудольф Камерариус обнаружил половой процесс у растений. Значение растений Значение растений в природе Растения выделяют в воздух кислород, которым дышат живые организмы (животные, растения и др.). Уменьшают количество углекислого газа в воздухе. Углекислый газ выделяется при дыхании живых организмов. Если бы его было слишком много, то животные не смогли бы дышать. Растения поддерживают влажность воздуха. Лесам делают климат более мягким, ослабляют ветер, благодаря им влага удерживается в почве, леса препятствуют образованию оврагов. Растения служат пищей многим животным и средой для их жизни. Значение растений для человека В жизни людей растения играют очень важную роль. В первую очередь они служат: пищей, кормом для сельскохозяйственных животных, строительным материалом, сырьем для производства (бумага, ткани и др.). У растений, которые человек использует для еды, обычно очень древняя история. Многие из них были окультурены еще на заре цивилизации. Сейчас существует множество сртов пшеницы, ржи, кукурузы, картофеля, свеклы, моркови, капусты и множества других растений. Эти растения называются культурными. Многие растения красивы и имеют декоративное значение. Их специально выращивают в садах и дома. Когда-то они также были дикорастущими, но затем были окультурены. Примеры декоративных растений: клематис, лаватера, роза. Много растений имеют лекарственное значение как для человека, так и для домашних животных. Ряд из них специально выращивают для получения лекарств. Примеры лекарственных растений: подорожник, алтей, ландыш, термопсис, валериана. Например, из термопсиса готовят лекарства от кашля. 4) Растительная клетка: общая характеристика, особенности Все живые организмы состоят из клеток (некоторые только из одной). Поэтому клетку называют основной структурно-функциональной единицей организма. Клетки имеют сложное строение, они состоят из различных частей-компонентов. Растительная клетка снаружи покрыта клеточной стенкой, которая является достаточно прочной, представляет собой каркас, придающий клетке форму и защищающий ее. В клеточной стенке есть тонкие отверстия — поры. Под клеточной стенкой находится плазматическая мембрана, она представляет собой тонкое образование, отделяющее внутреннее содержимое клетки. Мембрана проницаема, она пропускает внутрь клетки вещества и выводит из клетки ненужные вещества. Внутри клетка заполнена жидкой, но густой цитоплазмой. Именно в ней находятся все органеллы (части) клетки, протекают процессы жизнедеятельности клетки. Цитоплазма постоянно находится в движении. Большинство клеток имеют одно ядро, в котором содержатся ядрышки. У ядра есть своя оболочка, которая называется ядерной. В ядре находятся хромосомы, в которых хранится наследственная информация. При делении клетки она передается в дочерние клетки. У растительных клеток есть вакуоли — полости, заполненные клеточным соком. В клеточном соке накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности, которые клетке ненужны. В клеточном соке растворены различные органические и минеральные вещества. Вакуоли на протяжении жизни клетки постепенно наполняются клеточным соком. В результате они достигают таких размеров, что сливаются в одну большую вакуоль. Ее называют центральной. Чем больше размер вакуоли, тем больше и размер клетки. Самой главной особенностью растительных клеток является наличие в их цитоплазме множества пластид, к которым среди прочих относятся хлоропласты, именно в них протекает синтез органических веществ из неорганических под действием света (процесс фотосинтеза). Хлоропласты имеют зеленый цвет. Однако другие пластиды могут быть бесцветными (лейкопласты) или окрашенными в красно-оранжевые цвета (хромопласты). От того, какого цвета пластиды, зависит цвет органа растения. Так обычно листья имеют зеленый цвет из-за хлоропласт, а в цветках содержатся другие пластиды. Хлоропласты имеют зеленый цвет из-за особого вещества — хлорофилла. Благодаря хлорофиллу протекает фотосинтез. В лейкопластах откладываются запасные питательные вещества (например, крахмал). Растительные клетки отличаются друг от друга, но сильнее они отличаются от животных клеток. Только у растительных клеток есть хлоропласты (и другие пластиды), вакуоли и клеточные стенки. Клетки с одинаковыми свойствами и выполняющие одинаковые функции, расположенные чаще всего вместе, образуют ткани. Так одни группы клеток обеспечивают питание растения, другие проводят воду по растению, третьи — отвечают за рост и т. д. 5) Теории происхождения клетки. Следует отметить три гипотезы происхождения эукариотических клеток: симбиотическая гипотеза, или симбиогенез, инвагинационная, химерная. На сегодняшний день в научном мире основной гипотезой происхождения эукариот признается симбиогенез. Согласно симбиогенезу такие органеллы клеток как митохондрии, хлоропласты и жгутики произошли путем внедрения одних прокариот в другую, более крупную прокариотическую клетку, сыгравшую роль клетки-хозяина. В симбиотической гипотезе есть трудности при объяснении происхождения ядра эукариотических клеток и в вопросе, какой же все-таки прокариот выступил хозяином. Данные молекулярного анализа генома и белков эукариот показывают, что, с одной стороны, это был организм близкий к археям (раньше относились к бактериям, потом их выделили в отдельную ветвь). С другой стороны, в эукариотах имеются белки (и ответственные за их синтез гены), характерные для совершенной других групп прокариот. Согласно инвагинационной гипотезе происхождения эукариотических клеток их органоиды образовались путем впячивания цитоплазматической мембраны с последующим отделением этих структур. Образовывались что-то вроде шариков, окруженных мембраной и содержащих внутри цитоплазму и захваченные сюда соединения и структуры. В зависимости от того, что попало внутрь, сформировались разные органоиды. У прокариот нет настоящих органелл, их функции как раз и выполняют впячивания мембраны. Поэтому легко представить подобное ее отшнуровывание. Также в пользу инвагинационной гипотезы говорит схожесть цитоплазматической мембраны и двойных мембран органелл. С точки зрения инвагинагенеза происхождение ядра легко объяснимо, но необъяснимо, почему геном и рибосомы ядерно-цитоплазматического комплекса отличаются от таковых в хлоропластах и митохондриях (вспомним, что в них также есть ДНК и рибосомы). Причем в указанных органеллах система биосинтеза белка (ДНК, РНК, рибосомы) схожа с прокариотами. Это отличие хорошо объяснимо как раз с точки зрения первой, симбиотической, гипотезы. Согласно ей в анаэробный прокариот так или иначе попал аэробный прокариот. Он не переварился, а стал, наоборот, питаться за счет клетки-хозяина. В свою очередь он использовал кислород для получения энергии, а этот способ окисления намного эффективнее, избыток энергии он отдавал хозяину-прокариоту, который в таком случае также получал выгоду. Возник симбиоз. В последствии внедрившийся прокариот упростился, часть его генома мигрировала в клетку-хозяина, он уже не мог существовать независимо. Подобным образом симбиогенез объясняет происхождение хлоропластов. Только внедрялись уже прокариоты, способные к фотосинтезу (подобные синезеленым водорослям). Первые эукариоты без фотосинтезирующих симбионтов дали начало животным, у которых они появились — растениям. В настоящее время существуют простейшие (одноклеточные эукариотические организмы) у которых нет митохондрий или хлоропластов. Зато вместо них в цитоплазме поселяются прокариоты-симбионты, выполняющие соответствующие функции. Этот факт, а также схожесть системы биосинтеза белка митохондрий и пластид с прокариотами рассматриваются как доказательства симбиогенеза. Доказательством также служит то, что митохондрии и хлоропласты размножаются самостоятельно, они никогда не строятся клеткой с нуля. В пользу третьей, химерной, гипотезы происхождения эукариотических клеток, говорит большой размер их генома, который превосходит бактериальный в тысячи и более раз, а также разнообразие синтезируемых белков, встречающихся в разных группах прокариот. Понятно, что на протяжении эволюции эукариот их геном усложнялся, он удвоился, в нем появилось множество регулирующих генов. Но все же первоначальное увеличение размера генома могло произойти за счет объединения геномов нескольких прокариот. Возможно в древности некий прокариот приобрел способность к фагоцитозу и, питаясь таким образом, поглощал в том числе других прокариот, которые не всегда переваривались. Их геном содержал полезные для хозяина гены, и он включал их в свой геном. Возможно некоторые из оказавшихся внутри прокариот становились органеллами, что объединяет химерную гипотезу с симбиогенезом. Поскольку все перечисленные гипотезы имеют сильные и слабые стороны, а также во многом не исключают положения друг друга, то, на наш взгляд, в происхождении структур эукариотических клеток могло сыграть роль сочетание множества факторов, описываемых разными гипотезами. Следует также отметить, что согласно симбиотической гипотезе происхождение других мембранных органелл таких как вакуоли, комплекс Гольджи и др. можно рассматривать как дальнейшее упрощение, например, митохондрий. Также отметим, что сочетание в эукариотах белков из разных прокариот вовсе может не указывать на химеризм первых. Возможно, что определенные ферментативные функции могут выполнять только белки конкретного строения. И эволюция эукариот повторно приходила к этому, независимо от эволюции не являющихся их предками групп прокариот. Скажем, происходила конвергенция на молекулярном уровне. 6) Цитоплазма. Гиалоплазма. Биологические мембраны. |