Работа К.А. Тимирязева и других ученых. Космическая роль зеленых растений.
Космическая роль зеленых растений — это не просто высокопарная фраза, призванная как можно выше оценить значение растений и важность бережного отношения к ним. Растения действительно играют жизнеопределяющую роль на Земле. Процессы жизнедеятельности любого организма требуют энергии. Основным и первоначальным источником энергии на Земле является энергия Солнца, доходящая до нас в виде солнечных лучей. Однако животные, грибы и бактерии не могут ее использовать в таком виде. Мы питаемся органическими веществами и уже из них получаем энергию. Растения же могут воспринимать солнечную энергию и преобразовывать ее в энергию химических связей органических молекул. Таким образом, растения дают пищу почти всему остальному живому миру на Земле.
В основном именно это понимают, когда говорят о космической роли растений. Первым употребил это понятие русский ученый К. А. Тимирязев (1843-1920). Он писал: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического.»
Растения синтезируют органические вещества из неорганических под действием солнечного света. Этот процесс называется фотосинтезом. В результате фотосинтеза образуются простые углеводы, далее растения из них могут синтезировать другие более сложные углеводы, белки и жиры.
Следствием процесса фотосинтеза является накопление органических веществ на Земле. Например, газ, нефть и уголь имеют органическое происхождение.
Кроме преобразования энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ, растения играют и другие важные значения. Благодаря растениям в атмосфере обеспечивается постоянство содержания углекислого газа (0,03% от объема воздуха). Все живые организмы постоянно дышат, и если бы растения не поглощали углекислый газ, то его количество в воздухе увеличивалось, что могло бы привести к плачевным последствиям. Растения используют углекислый газ как один из компонентов при образовании органических веществ. Поэтому важно охранять растительный покров Земли. Углекислый газ выделяется не только при дыхании, его очень много выделяется при горении топлива, гниении органики.
Растения выделяют в атмосферу кислород. Его используют для дыхания подавляющее большинство живых организмов на Земле. Если количество растений уменьшится, то уменьшится и доля кислорода в воздухе. В воздухе кислорода 21%. В процессе дыхания органические вещества окисляются, и вырабатывается энергия необходимая живым организмам для их жизнедеятельности.
Когда на Земле жизнь только зарождалась и растений еще не было, кислород в атмосфере почти отсутствовал.
Кислород важен не только для дыхания. В атмосфере на высоте около 25 км под действием солнечного излучения из него образуется озон. Озон задерживает губительные для живого ультрафиолетовые лучи. Таким образом, растения еще раз дают возможность жить всем остальным организмам.
Еще одно значение растений — это участие в образовании почвы. Остатки живых организмов, в том числе и растений, образуют перегной. Перемешиваясь с разрушенными горными породами, создается особый плодородный слой — почва. Не маленькую роль в образовании почвы играют корни растений.
9. цветок . Строение и функции . Диаграмма и формулы цветка :
Цветок-орган семенного размножениях покрытосеменных растений . Он представляет собой видоизменённый укорочённый спороносный побег ограниченного роста ,приспособленный для образования микро- и мегаспор , гамет и для перекрёстного опыления. От шишки голосеменных растений цветок отличается тем , что у него в результате опыления пыльца попадает на рыльце пестика, а не на семязачаток непосредственно, а при последующем половом процессе семязачатки у цветковых развиваются в семена внутри завязи .
По месторасположению цветок бывает верхушечным или боковым , т.е. выходящими из пазухи прицветного листа . Цветок состоит из стеблевой части (цветоножка, цветоложе), листовой части ( чашелистики , лепестки ),и генеративной части ( тычинки , пестики ). Цветок прикрепляется к стеблю посредством цветоножки . Если цветоножка укорочена или отсутствует , то цветок называется сидячим . Верхняя расширенная часть цветоножки , к которой прикрепляются все части цветка , называется цветоложем . Цветоложе имеет различную форуму - плоское (пион) , выпуклое полушаровидное ( лютик) , удлиненное коническое ( магнолия , горицвет , малина , земляника ),вогнутое ( миндаль ). У некоторых растений в результате срастания цветоложа и нижних частей Покрова и тычинок образуется гипантий. Гипантий имеет различную форму : блюдцевидную (смородина Альпийская ), шаровидную (роза морщинистая ), кувшинчатую( роза коричная ), бокаловидную ( мушмула Японская ) , воронковидную (вишня мелкоплодная ). Гипантий участвует иногда в образовании плода (шиповник ), и характерен для представителей семейства розовые .
Одни части цветка считаются стерильными-чашелистики, лепестки , а другие репродуктивными - пестики , и тычинки . Стерильные части выполняют защитную функцию и иногда могут частично или полностью отсутствовать , а репродуктивные приспособились к спороношению. Цветок , содержащий тычинки и пестики считается обоеполым . Большинству покрытосеменных, свойственны обоеполые цветки . Однако цветки могут быть однополыми , содержащими или только тычинки , или только пестик.
У однодомных растений однополые цветки могут находиться на одном экземпляре(кукуруза , дуб, огурец ) ; у двудомных растений ( крапива двудомная , тополь, осина ) тычиночные и пестичные цветки -на разных экземплярах.
При составлении формулы употребляют следующие обозначения: Р - простой околоцветник (perianthiutn) ; Ca (или К) - чашечка (calyx) ; Со (или С) - венчик (corolla) ; A - андроцей (androeceum) ; G - гинецей (gynoeceum) ; знак *, помещаемый в начале формулы, указывает на актиноморфность цветка; стрелка вверх - на его зигоморфность . Обоеполый цветок , обозначается знаком, обозначенным на рис. 222 , А; мужской - на рис. 222 , Б; женский - на рис. 222 , В. Знак "+" указывает на расположение частей цветка в двух или нескольких кругах либо на то, что части, разделенные этим знаком, противостоят друг другу. Скобки означают срастание частей цветка. Цифра рядом с символом указывает на количество членов данной части цветка; черта под цифрой, обозначающей число плодолистиков в гинецее , свидетельствует о том, что завязь верхняя; черта над цифрой - завязь нижняя; черта от цифры - полунижняя завязь. Большое и неопределенное число членов обозначается знаком бесконечность.
Цветки имеют также условные обозначения : обоеполый( это указание в формуле обычно опускают ),пестичный, тычиночный , * актиноморфный , | зигоморфный ( значки ставятся перед символом )
Са5Со5А∞G1 - вишня
*Са5Со5А∞G(3-5) - яблоня
*Са5Со5А∞G∞ - малина
10. Опыление цветковых растений . Приспособление к различным типам опыления :
Для образования зародыша , должно произойти опыление и оплодотворение . Опыление -это процесс переноса пыльцы с тычинки на рыльце пестика . Опыление впервые появилось у голосеменных растений, но наибольшего совершенства достигает у покрытосеменных.
Различают два типа опыления : самоопыление , и перекрёстное опыление . При самоопылении на пестик цветка попадает пыльца того же растения ; если перенос пыльцы осуществляешься между цветками разных особей , то происходит перекрёстное опыление . Считается , что оно свойственно 90% растений . Перекрёстное опыление обуславливает высокий уровень гетерозиготности популяций . Это создаёт большие возможности для естественного отбора . Строгое самоопыление встречается относительно редко ( например , у гороха ) и может вести к расщеплению вида на ряд чистых линий , т.е. делает популяции гомозиготными.
Для эволюционного процесса считается оптимальным сочетание самоопыления и перекрёстного опыления , что чаще всего и имеет место в природе . Одна из форм ограничивающихся самоопыление-, двудомность, т.е. на одних растениях развиваются только мужские цветки (тычиночные ) , а на других женские ( пестичные ) , имеющие только гинецей . Однодомные растения имеют цветки содержащие и андроцей, и гинецей . Другая форма , ограничивающая самоопыление - полная и физиологическая несовместимость . Она выражается в подавлении прорастания пыльцы на рыльце пестика той же особи .
Выделяют два типа перекрёстного опыления-биотическое и абиотическое. Биотическое опыление осуществляется животными , абиотическое- с помощью неживых факторов внешней среды ( ветер , вода у водных растений )
11. Соцветия и их биологическое значение :
Соцветием называют побег или систему специализированных побегов , несущих цветки . Соцветия свойственны большинству цветковых растений . Они имеют главную ось ( ось соцветия ) и боковые оси . Боковые оси могут ветвиться или быть неразветвленными и нести цветки . На осях соцветий есть узлы и междоузлия . На узлах соцветия располагаются прилистники , а на узлах цветоножки - прицветники .
Биологический смысл возникновения соцветий заключается в возрастающей вероятности опыления цветков , как у энтомофильных, так и анемофильных растений . Несомненно , соцветия более заметны среди зелени листьев , нежели единичные цветки , и насекомое за единицу времени посетит гораздо больше цветков если они собраны в соцветия . Обычно соцветия группируются близ верхней части растения на концах ветвей , но иногда , особенно у тропических деревьев , возникают на стволах и Толстых ветвях. Такое явление известно под названием каулифлории . В качестве примера можно привести шоколадное дерево ( Theobroma cacao) Считается , что в условиях тропического леса каулифлория делает цветки более доступными для насекомых - опылителей .
В зависимости от степени осей , соцветия делят на простые и сложные . У простых соцветий на главной оси располагаются одиночные цветки ( черемуха , подорожник ); у сложных соцветий на главной оси расположены не одиночные цветки , а боковые оси ( донник лекарственный ,сирень ). У одних растений апикальные меристемы расходуются на формирование верхушечного цветка , и в этом случае соцветия относятся к закрытым ( симподиальным), или определённым . У закрытых соцветий верхушечные цветки обычно раскрываются раньше нижележащих боковых , поэтому их называют верхоцветными. У других растений апикальные меристемы остаются в вегетативном состоянии, такие соцветия называют открытыми (моноподиальными ), или неопределенными . У открытых соцвети цветки распускаются обследовательно снизу вверх , поэтому их называют бокоцветными .
Классификация соцветий достаточно сложна , по систематике растений учитывают два знака : характер ветвления , и способ нарастания .
Существуют несколько типов моноподиальных соцветий : простые ботрические соцветия - различают по длине и форме главной оси ( кисть , щиток , зонтик , головка , колос , сережка , початок , корзинка ) ;
Сложные ботрические соцветия - имеют главную ось на которой располагаются парциальные соцветия ( сложная кисть , сложный колос , сложный зонтик ) ;
Симподиальные соцветия - закрытые соцветия , главная ось не выражена (извилина , завиток , двойной завиток , дихазий, монохазий, развилина)
12.оплодотворение , работы С.Г.Навашина:
Пыльца , попав на рыльце пестика, начинает прорастать . Из вегетативной клетки образуется пальцевая трубка , а из генеративной - два спермия. Пыльцевая трубка проникает в зародышевый мешок и , достигнув яйцеклетки, ломается , что обеспечивает проникновение в неё спермиев. Один спермий копулирует с яйцеклеткой , образуя Зиготу, дающую начало зародышу . Второй спермий сливается со вторичным диплоидным ядром , располагающимся в центре зародышевого мешка , что приводит к образованию триплоидного ядра . В результате формируется Триплоидная клетка , развивающаяся в специальную питательную ткань -эндосперма. Таким образом происходит двойное оплодотворение , свойственно только покрытосеменных растениям . Впервые оно было описано в 1898 г выдающимся русским цитологом и эмбриологом С.Н.Навишеным . Прочие клетки зародышевого мешка - антиподы и синергиды -разрушаются .
Биологический смысл двойного оплодотворения состоит в том , что Триплоидный эндосперм развивается лишь в случае оплодотворения, чем достигается существенная экономия энергетических и пластических ресурсов , в отличие от голосеменных растений , у которых образование эндосперма не саязано с оплодотворением.
У покрытосеменных растений эндосперм называется вторичным , или белком . Только у покрытосеменных растений зародыш ( спорофаза) начинает своё развитие самостоятельно за счёт Триплоидной фазы . У всех предшествующих групп (голосеменные и др.) зародыш развивается за счёт гаметофазы.
Таким образом , из составных частей цветка образуются :
1)из оплодотворённой яйцеклетки-зародыш (2n)
2)из диплоидного ядра -эндосперм (3n)
3)из интегументов семязачатка- семенная кожура семени (2n)
4)из нуцеллуса- перисперм семени (2n)
5)из стенок завязи и часто с участием других элементов цветка ( чашечки , цветоложа ) -стенка плода ( перикарпий). Перикарпий имеет три слоя : наружный -экзокарпий , средний - мезокарпий, внутренний - эндокарпий.
У многих цветковых в процессе эволюции подовое размножение замещается различными формами бесполого . Из них наиболее известен апомиксис, при котором Семена образуются без оплодотворения .
Типы семян
Семя - орган полового размножения и расселения растений , развивающихся в основном из оплодотворённого семязачатка .
Типы семян:
Различают 4 типа семян : 1) с эндоспермом, 2) с эндоспермом и перииспермом , 3) с периспермом,4) без эндосперма и перисперма .
1)Семена двудольных без эндосперма:
К этой категории относят семена бобовых , тыквенных , сложноцветных, крестоцветных , дуба , березы , клена и др.
У семян бобовых хорошо развита зародышевая почечка с эпикотелем - первым междоузлием побега . Эндосперма нет и запасающими органами являются крупные , сильно утолщенные семядольные листья зародыша .
2)Семена двудольных с эндоспермом :
Между семядолями находится конус нарастания побега ; почечка ещё не сформирована ( у семени клещевины).
3)Семена двудольных с периспермом и эндоспермом:
Например в семени перца черного ( Piper nigrum) меленький двусемядольный зародыш погружён в небольшой эндоспер , а к наружи от него располагается мощный перисперм . Иногда эндосперм в зрелом семени поглощается полностью , а перисперм остаётся и разрастается как у гвоздичных и Лебедовых ( свекла )
4)Семена однодольных с эндоспермом:
Большую часть объема семени у желтого водяного риса ( iris pseudacorus) занимает эндосперм , богатый маслами и белками . В него погружён палочковидный прямой зародыш . Зачаток корешка обращён кончиком к микропиле . Семядоля цилиндрическая : её нижняя часть представляет собой влагалище .
5)Семена однодольных без эндосперма:
Семя имеет форму подковы , под тонкой кожурой находится зародыш , сосредоточивший в семядоле все запасы , поглощённые им в ходе созревания семени , например семена стрелолиста (Sagtaria)и частухи (Alisma plantago- aquatica)-полуводные растения .
14. Понятие о росте. Стимуляторы роста. Движение растений , сопровождающие рост :
Способность к росту - одна из главных особенностей всех живых организмов. В росте многоклеточного организма можно различить три стадии :
1)деление клеток
2)рост клеток
3)дифференцировка клеток
Все стадии роста связаны с биохимической активностью , особенно важная роль принадлежит белковому синтезу . Растения , в отличие от животных способны расти в течение всей своей жизни , образуя новые ткани и органы , которые закладываются в эмбриональных зонах - меристемах. В зависимости от расположения в органах растений образовательной ткани различают несколько видов деления:
1)апикальный (верхушечный) рост- образовательные ткани расположены на концах побегов и корней;
2)латеральный(боковой )рост-образовательная ткань продуцирует слои клеток вдоль каждого побега и корня ;
3) интерекалярный( вставочный )рост - рост стебля за счёт вставочной меристемы в узлах ;
Важнейшим внешним стимулом , оказывающим многообразное влияние на рост растений , служит свет. Он не только даёт энергию для фотосинтеза , но и влияет на процессы развития . Рост растений может происходить на свету и в темноте . Как и другие процессы , рост растений зависит от температуры . В зависимости от приспособления к действию температур различают растения :
1)теплолюбивые- минимальны точка для их роста выше 10 градусов , оптимальная 30-40
2) холодостойкие - с минимальной температурой 0-5 градусов , оптимальная 25-31
Оптимальной называют температуру , при которой рост осуществляешься наиболее быстро . Для роста растений необходимо присутствие кислорода , но кратковременное снижение его содержания наполовину незначительно сказывается на росте . На рост растений благоприятно влияет высокое содержание в почве минеральных элементов , особенно азота . Процессам роста , как и другим физиологическим явлениям , свойственна периодичность , которая обуславливается как особенностями процессов Роста , так и воздействием факторов внешней среды . Для роста растений на любых этапах его развития характерен период покоя . Существует покой на этапе эмбрионального развития растений и покой побегов растений, Находящихся на разных фазах эмбрионального развития . Различают вынужденный покой , причиной которой становятся факторы внешней среды , и физиологический покой , обусловленный свойствам организма . Покой почек и побегов в большей степени , чем покой семян , зависит от климатических условий и служит приспособлением для переноса неблагоприятных условий . Для многих почек и семян выход из состояния покоя возможен лишь после длительного воздействия низких или наоборот высоких температур .
15. Условия прорастания семян :
Цветковые растения размножаются семенами , созревающими внутри плода . Однако во многих случаях, семена распространяются , не отделяясь от околоплодника. В таких случаях посевным материалом оказываются не семена , а плоды или их части . Если плоды срастаются между собой , то посевной материал морфологически представляет собой соплодие .
Для прорастания семян обязателен период пониженных температур . Для более быстрого проращивания в условиях культуры семена таких растений подвергают стратификации -длительному выдерживанию при низкой температуре, во влажной среде и в условиях хорошей аэрации . Иногда покровы семени бывают водонепроницаемы . Такие семена подвергают скарификации -искусственному нарушению целостности покровов семени перетиранием, надрезанием, пропусканием через металлические щетки .
Прорастанию семени предшествует его набухание -процесс связанный с поглощением большого количества воды и обводнением тканей семени.
Для прорастания семян необходимы вода ( ткани зрелых семян сильно обезвожены ) ,кислород для дыхания т определенная температура ,а иногда свет . Прорастание семян - это переход их от состояния покоя к росту зародыша и формированию проростка .
Надземное прорастание :
Семядоли выносятся на поверхность , зеленеют и становятся первыми ассимилирующими листьями . Вынос семядолей над почвой у двудольных чаще происходит за счёт удлинения гипокотиля ( фасоль, тыква , клён ) , либо в результате разрастания черешков семядолей ( аконит ).
Подземное прорастание:
Семядоли, как правило , сморщиваются и отмирают не выходя на поверхность , а остаются в почве и служат либо вместилищем запасных питательных веществ , либо гаусторием, передающим их из запасающих тканей проростку ( горох , дуб, пшеница , кукуруза ) , а первыми ассимилирующими листьями становятся следующие за семядолями настоящие листья . При подземном прорастании рост гипокотиля ограничен , и побег сразу начинает расти вверх .
16. Многообразие растений . Системы искусственные , естественные , филогенетические . Таксономический единицы:
Отдел цветковые (или покрытосеменные) включает 2 класса , 12 подклассов ,533 семейства , около 13 000 родов и не менее 2 500 000 видов .
Основоположником ИСКУССТВЕННОЙ системы был К.Линней.В основу классификации он положил не истинное родство организмов, а их сходство по некоторым наиболее легко отличимым признакам. Объединив растения по числу тычинок, по характеру опыления, К. Линней в ряде случаев создал совершенно искусственные группы. Так, в класс растений с пятью тычинками он объединил морковь, лен, лебеду, колокольчики, смородину и калину. Из-за различий в числе тычинок ближайшие родственники, например брусника и черника, попали в разные классы. Зато в другом классе (однодомных растений) встретились осока, береза, дуб, ряска, крапива и ель.
ЕСТЕСТВЕННАЯ система -это попытка использовать естественные взаимосвязи между организмами. В этом случае учитывается больше данных, чем в искусственной классификации, при этом принимаются во внимание не только внешние, но и внутренние признаки. Учитываются сходство в эмбриогенезе, морфологии, анатомии, физиологии, биохимии, клеточном строении и поведении. В наши дни чаще пользуются естественной и филогенетической классификациями.
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКАЯ система - основана на эволюционных взаимосвязях . В этой системе , согласно существующим представлениям , в одну группу объединяют организмы , имеющие общего предка .
Таксономические единицы:
Царство( regnum)
Отдел (divisio)
Класс( classis)
Семейство( familia)
Род(genus)
Вид( species)