Ботаніка – Неведомська Є. О. – 1. Ботаніка – наука про рослини
План
1. Ботаніка – наука про рослини.
2. Загальна характеристика рослин.
3. Поширення рослин та їх значення у біосфері.
Основні поняття: Ботаніка, автотрофи, живлення, дихання, фотосинтез, ріст, розвиток, фітогормони, ростові рухи, значення рослин.
1. Ботаніка – наука про рослини
Ботаніка – це наука про рослини, їх будову, життєдіяльність, поширення і походження. Цей термін походить від грецького слова “botane”, що означає “трава”, “рослина”, “овоч”, “зелень”.
Ботаніка досліджує біологічну різноманітність світу рослин, систематизує і класифікує рослини, досліджує їх будову, географічне поширення, еволюцію, історичний розвиток, біосферну роль, корисні властивості, вишукує раціональні шляхи збереження та охорони флори. Та основна мета ботаніки як науки – одержання та узагальнення нових знань про світ рослин у всіх проявах його існування.
Ботаніка як наука сформувалася близько 2300 років тому. Перше письмове узагальнення знань про рослини, яке дійшло до нас, відоме лише з античної Греції (ІУ-Ш ст. до н. е.), а отже і виникнення ботаніки як науки датується саме цим часом. Теофраст (372-287 до н. е.), учень великого Арістотеля, вважається батьком ботаніки завдяки його письмовим працям “Природна історія рослин” в 10-и томах і письмовій роботі “Про причини рослин” в 8-и томах. У “Природній історії рослин” Теофраст згадує про 450 рослин і робить першу спробу їхньої наукової класифікації.
В першому столітті н. е. римські природодослідники Діоскорід і Пліній Старший доповнили ці відомості. Середньовічні вчені продовжили накопичення інформації, розпочате античними вченими. В епоху Відродження в зв’ язку із збагаченням відомостей про рослини виникла потреба в систематизації рослинного світу. Великі заслуги в справі упорядкування ботанічних знань належать Карлу Ліннею, який в середині 18 століття запровадив бінарну номенклатуру рослин, першим зробив спробу класифікації рослинного світу та розробив штучну систему, розподіливши рослинний світ на 24 класи.
Нині ботаніка – багатогалузева наука, яка вивчає як окремі рослини, так і їх сукупності – рослинні угруповання, з яких формуються луки, степи, ліси.
У процесі розвитку ботаніка диференціювалася на ряд окремих наук, з яких найважливіші: морфологія рослин – наука про будову і розвиток основних органів рослин; з неї виділилися: анатомія (гістологія) рослин, що вивчає внутрішню будову рослинного організму; клітинна біологія рослин, що вивчає особливості будови рослинної клітини; ембріологія рослин, яка досліджує процеси запліднення і розвитку зародка у рослин; фізіологія рослин – наука про життєдіяльність рослинного організму, близько пов’язана з біохімією рослин – наукою про хімічні процеси в них; генетика рослин вивчає питання мінливості і спадковості рослин; палеоботаніка (фітопалеонтологія) вивчає викопні рослини і близько пов’ язана з філогенією рослин, завданням якої є відтворення історичного розвитку рослинного світу; географія рослин (фітогеографія) – наука про закономірності поширення рослин на земній кулі; з неї виділились екологія рослин – наука про взаємовідношення рослинного організму і середовища – та фітоценологія (геоботаніка) – наука про рослинні угруповання.
Виділяють ще ряд спеціалізованих дисциплін, які вивчають окремі групи рослинного світу, наприклад альгологію – науку про водорості, ліхенологію – про лишайники, бріологію – про мохоподібні, дендрологію – науку про деревні породи, палінологію – про будову спор і пилку.
2. Загальна характеристика рослин
Усім рослинам притаманні спільні риси:
1. Рослинні організми складаються з клітин. Клітина (від грецьк. Kytos – клітина) – основна структурна і функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна біологічна система, яка має всі ознаки живого, здатна до саморегуляції, самовідтворення і розвитку.
2. Рослини є еукаріотами (евкаріотами). Еукаріоти (евкаріоти) – організми, клітини яких мають ядро, принаймні на певних етапах їх клітинного циклу. Серед еукаріотів є одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні організми.
3. Більшість рослинних організмів – Автотрофи. Автотрофи (від грецьк. autos – сам, Trophe – живлення) – організми, які самостійно виробляють органічні речовини з неорганічних сполук з використанням енергії сонячного світла або енергії хімічних процесів.
4. Клітини рослин містять Пластиди (від грецьк. plastos – виліплений): хлоропласти (від грецьк. chloros – зелений і plastos – виліплений), хромопласти (від грецьк. chroma – фарба і plastos – виліплений), лейкопласти (від грецьк. leukos – безбарвний і Plastos – виліплений).
5. Запасні речовини – крохмаль, білок, жири.
6. Рослинам характерні процеси життєдіяльності (обміну речовин): а) живлення – процес поглинання і засвоєння рослинами з навколишнього середовища речовин, необхідних для підтримання їх життєдіяльності; за способом живлення рослинні організми поділяють на автотрофи і гетеротрофи (організми, які для свого живлення використовують готові органічні речовини);
Б) дихання – сукупність фізіологічних процесів, що забезпечують надходження в рослину кисню і виділення вуглекислого газу й води; основу дихання становить окиснення (син. окислення) органічних речовин (білків, жирів і вуглеводів), внаслідок чого звільняється енергія у вигляді АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти), яка необхідна для життя рослин; рослини є аеробами (від грецьк. aer – повітря) – організмами, для життєдіяльності яких потрібен вільний кисень повітря;
В) завдяки хлоропластам рослини здатні до Фотосинтезу (від грецьк. Photos – світло, synthesis – з’єднування) – процес утворення органічних молекул з неорганічних за рахунок енергії сонця; сонячна енергія перетворюється при цьому в енергію хімічних зв’ язків.
Процес фотосинтезу складається з двох фаз:
1. Світлова фаза здійснюється у тилакоїдах хлоропластів. Енергія квантів світла вловлюється молекулами хлорофілу, що спричинює перехід електронів на вищий енергетичний рівень і відрив їх від молекули хлорофілу. Електрони захоплюються молекулами-переносниками, котрі також знаходяться в мембрані тилакоїдів. Втрачені молекулами хлорофілу електрони компенсуються шляхом відокремлення їх від молекул води у процесі Фотолізу – розкладу води під дією світла на протони (Н ) і атоми оксигену (О). Атоми оксигену утворюють молекулярний кисень, що виділяється в атмосферу:
Вивільнені протони накопичуються в порожнині тилакоїдів. Електрони рухаються мембраною тилакоїду. Енергія перенесення електронів по мембрані витрачається на відкриття каналу для протонів у АТФ-синтетазному комплексі. Внаслідок виходу протонів із порожнини тилакоїдів синтезується АТФ. Нарешті, протони зв’язуються зі специфічними молекулами-переносниками (НАДФ-нікотинамідаденіндинуклео-тидфосфат). НАДФ здатний відновлюватися, зв’ язуючись із протонами, або окислюватися, вивільняючи їх. Завдяки цьому комплекс НАДФ Н2 є акумулятором хімічної енергії, що використовується для відновлення інших сполук.
Таким чином, у світловій фазі фотосинтезу відбуваються такі реакції:
2. Темнова фаза Не залежить від світла (реакції відбуваються як в темряві, так і на світлі). Вона проходить у матриксі хлоропласта. В цій фазі з вуглекислого газу (СО2), який потрапляє з атмосфери, утворюється глюкоза. При цьому використовується енергія АТФ та Н+, що входить до складу НАДФ o Н2. Молекула СО2 при синтезі вуглеводів не розщеплюється, а фіксується (зв’ язується) за допомогою особливого ферменту. Фіксація СО2 – багатоступеневий процес. Особливий фермент зв’ язує СО2 З молекулою, яка містить п’ ять атомів вуглецю (С) (рибуло-зо-1,5-біфосфатом). При цьому утворюються дві трикарбонові молекули 3-фосфогліцератів. Ці трикарбонові сполуки змінюються ферментами, відновлюються з допомогою НАДФ o Н2 і енергії АТФ та перетворюються на речовини, з яких може синтезуватися глюкоза (та деякі інші вуглеводи). Частина таких молекул використовується на синтез глюкози, а з інших утворюються п’ ятикарбонові сполуки, потрібні для фіксації СО2. Таким чином, енергія світла, перетворена протягом світлової фази в енергію АТФ та інших молекул – носіїв енергії, використовується для синтезу глюкози.
Темнову фазу фотосинтезу можна описати таким рівнянням:
Частина молекул синтезованої глюкози розщеплюється для забезпечення потреб рослинної клітини в енергії, інша частина використовується для синтезу необхідних клітині речовин. Так, із глюкози синтезуються полісахариди та інші вуглеводи. Надлишок глюкози відкладається про запас у вигляді крохмалю.
Значення фотосинтезу:
1) утворення органічної речовини, яка є основою живлення гетеротрофних організмів;
2) утворення кисню атмосфери, який забезпечує дихання аеробних організмів та створює озоновий екран нашої планети;
3) забезпечує сталість співвідношення між СО2 і О2 в атмосфері. Академік К. А. Тімірязєв сформулював Поняття про космічну роль
Зелених рослин. Сприймаючи сонячні промені і перетворюючи їх енергію в енергію зв’язків органічних сполук, зелені рослини забезпечують збереження і розвиток життя на Землі. Вони утворюють майже всю органічну речовину і є основою живлення гетеротрофних організмів. Весь кисень атмосфери теж має фотосинтетичне походження. Таким чином, зелені рослини є ніби посередником між Сонцем і життям на планеті Земля;
Г) транспірація (від лат. trans – через, spiro – дихаю, видихаю) – фізіологічний процес виділення живими рослинами води у газоподібному стані;
Д) ріст – збільшення розмірів рослинного організму або окремих його частин і органів внаслідок збільшення кількості клітин шляхом поділу, їх лінійного розтягування та внутрішньої диференціації; триває протягом усього життєвого циклу;
Е) розвиток – сукупність якісних морфологічних та фізіологічних змін рослини на окремих етапах її життєвого циклу; розрізняють індивідуальний розвиток (онтогенез) та історичний розвиток (філогенез); нормальний індивідуальний розвиток рослинного організму залежить не тільки від Зовнішніх факторів (світло, температура, волога, кисень, довжина світлового періоду доби), а й від Внутрішніх факторів та від їх взаємодії; основними Внутрішніми факторами є фітогормони (табл. 5).
Таблиця 5
ФІТОГОРМОНИ РОСЛИН
Назва фітогормонів | Функції | Місце утворення |
Ауксини (від грецьк. Auxein – збільшую) | Зумовлює ріст верхівкової бруньки, пригнічує ріст пазушних бруньок, впливає на диференціювання провідної тканини, обумовлює ростові рухи, може спричинити утворення плодів без насіння, контролює подовження клітин | Клітини меристеми (недиференційо-вана тканина, з якої розвиваються нові клітини) |
Цитокініни (від грецьк. – клітина, cyneo-приводжу В Рух) | Стимулюють поділ клітин, зумовлюють ріст бічних бруньок, зберігають зелене забарвлення листків, затримують старіння тканин | Меристема кореня, плоди |
Етилен | Гальмує ріст у довжину проростків, затримує ріст листя, прискорює проростання насіння, бульб, сприяє дозріванню плодів, старінню організму | Всі тканини |
Гібереліни | Активують поділ клітин, стимулюють фазу розтягування, стрілкування, цвітіння, виводять насіння зі стану спокою, можуть спричинити утворення плодів без насіння, прискорюють розвиток плодів | Листя, корені |
Абсцизова кислота | Гормон стресу, сприяє пристосуванню рослини до несприятливих умов існування, затримує ростові процеси, прискорює опадання листя та плодів, прискорює старіння | Листя, плоди, кореневий чохлик |
Фітогормони (від грецьк. Phyton – рослина, hormao – збуджую) – це фізіологічно активні речовини, що виробляються протопластом (живий вміст) рослинних клітин і впливають на ростові та формотворні процеси; фітогормони активні в дуже малих кількостях і можуть як збуджувати, так і гальмувати певні процеси (діють як регулятори); на розвиток рослинного організму впливають й штучні регулятори росту і розвитку (табл.6);
Таблиця 6
ШТУЧНІ РЕГУЛЯТОРИ РОСТУ І РОЗВИТКУ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ
Назва штучного регулятора | Функції | З якою метою використовує людина |
Ретарданти (антигібереліни) | Гальмують ріст стебла у довжину, спричинюють сприятливий вплив на стійкість до полягання | Сприяють створенню низькорослих форм |
Штучні ауксини | Функції подібні до природного ауксину, у великій концентрації виступають як гербіциди (від лат. Herba – трава, Caedere – вбивати), тобто здатні знищувати рослини | Застосовують для боротьби з бур’янами |
Дефоліанти | Викликають штучний листопад | Для полегшення механічного збору врожаю бавовника |
Десиканти | Викликають в’янення надземної частини рослини | Для полегшення механічного збору врожаю коренеплодів (морква, буряк), бульб (картопля) |
Є) ростові рухи – зміни положення органів рослин у просторі внаслідок нерівномірних ростових процесів (табл. 7); у вищих рослин немає спеціалізованих органів для активного переміщення, але вони здатні реагувати на різноманітні зміни зовнішнього середовища й пристосовуватися до них.
Таблиця 7
РОСТОВІ РУХИ РОСЛИН
Ростові рухи Настії (від грецьк. Nastos – ущільнений, закритий) | Означення Ростові рухи органів і частин рослин, що виникають під впливом рівномірної дії подразника (зміна інтенсивності освітлення, температури тощо) | Приклади Фотонастії – розкривання квіток вранці і закривання увечері; зміна положення суцвіття залежно від зміни положення сонця (соняшник); Термонастії – розкривання квіток з бутонів при перенесенні їх з холоду в тепле приміщення; механонастії – складання листків від дотику до них (мімоза соромлива); розтріскування плодів при дотику (розрив-трава); хемонастії – тургорні рухи замикаючих клітин продихів у відповідь на концентрацію СО2, ростові згини залозистих волосків росички під впливом азотовмісних речовин тощо |
Тропізми (від грецьк. Tropos – поворот, напрям) | Різноманітні рухи (згини) органів або їх частин, спричинених однобічною дією подразника | Позитивні тропізми – рухи органів у бік подразника (наприклад, листків до світла); Негативні тропізми – рухи органів спрямовані від подразника (напрям росту кореня від світла); залежно від природи подразника розрізняють: Фототропізми (вплив світла), Геотро-пізми (одностороння дія сили земного тяжіння), гідротропізми (вплив вологого середовища), хемотропізми (дія хімічної речовини), трофотропізми (вплив поживних речовин) |
(2 votes, average: 4,00 out of 5)