Контрольная по ботанике

Вопрос  № 1. Ботаника как наука о растениях  и ее история. Разделы ботаники, их взаимосвязь.

   Огромная роль, которую играют растения в жизни человека, доставляя ему основную массу органических веществ, необходимых для питания и удовлетворения других насущных потребностей, общеизвестна. 
   Но не все растения в этом отношении равнозначны, и с этим фактом, несомненно, приходилось считаться уже первобытному человеку, тем более что наряду с растениями полезными существует и немало вредных. 
   Отсюда, вероятно, и возникла у человека потребность отличать растения друг от друга, а в связи с этим - и необходимости давать им названия. 
   Таким образом, как наука ботаника возникла и развивалась в связи с практическими потребностями человека. Все разнообразие современных культурных растений создано упорным трудом человека в результате последовательного накопления сведений о форме и свойствах растительных организмов, об их жизнедеятельности, распространении, изменчивости и т. д. 
   Итак, ботаника изучает жизнь растений, их строение, жизнедеятельность, условия обитания, происхождение и эволюционное развитие. 
   Ботаника как наука. Предмет и задачи ботаники 
   Ботаника - это наука о растениях. 
   Ее задача - всестороннее познание растений: их строения, жизненных функций, распространения, происхождения, эволюции.

   Глобальная проблема современности - производство пищи. Быстрый рост населения земного шара выдвигает задачу максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства: повышения урожайности возделываемых культур и продуктивности животноводства. 
   Эту задачу решают технологические науки: растениеводство и животноводство, базирующиеся на достижениях фундаментальных биологических дисциплин, среди которых первое место занимает ботаника. Не менее важна роль растений в обеспечении человека древесиной, прядильным волокном, лекарственным сырьем и др. 
   Ботаника исследует растения на разных уровнях их организации. Различают несколько структурно-функциональных уровней. 
   Нижний - наиболее древний - суборганизменный уровень молекулярных структур, где проходит граница между живым и неживым. Следующий уровень - клеточный. Клетка, ее структура и основные биохимические процессы сходны у всех организмов. За ним следует органный, а затем уровень целостного организма.

   Неотъемлемые свойства организмов - способность к размножению, наследственность и изменчивость. Более сложный уровень организации жизни - популяционно-видовой. Высший уровень - экосистемный, биосферно-биогеоценотический, на котором сообщества популяций животных и растений вместе с их средой обитания образуют функционально-структурное единство. 
 
   Основу экосистемы составляют автотрофные зеленые растения - продуценты (производители), синтезирующие органические вещества из неорганических. Готовое органическое вещество используют консументы (потребители) - гетеротрофные организмы. Органические остатки продуцентов и консументов разрушаются гетеротрофными редуцентами (бактериями, грибами) и превращаются в минеральные соединения, вновь доступные растениям. Так проходит круговорот веществ и энергии в экосистеме при участии автотрофных и гетеротрофных организмов (рис. 1). 
   Автотрофные организмы способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя в процессе фотосинтеза солнечную энергию (зеленые растения) или энергию химических реакций - хемосинтез (некоторые прокариоты). Фотосинтезирующие растения, по словам К.А. Тимирязева, являются источником жизни на Земле. Ежегодно при фотосинтезе аккумулируется колоссальное количество солнечной энергии (31021 ккал). Образуется 5,81010 т органического вещества. Выделяется в атмосферу 11,51010 т кислорода. Гетеротрофные грибы и бактерии традиционно, как и растения, являются объектами ботаники. 
   Ботаника, как и другие науки о природе, возникла и развивалась в связи с практическими запросами человека, в жизни которого растения играли и играют огромную роль. 
   Начало развитию ботаники было положено в глубокой древности при выявлении и использовании пищевых, лекарственных и технических растений. 
   Ботаника тесно связана с разнообразными сторонами жизни и хозяйственной деятельности человека: сельским хозяйством, медициной и различными отраслями промышленности. 
   Растения широко используются человеком как пища и корм для животных, как источник сырья для хозяйственной деятельности (прядильные, красильные, дубильные и др.), как ценнейшие лекарственные средства. 
   Разнообразную роль в нашей жизни играют микроорганизмы, водоросли и грибы. Одни из них - болезнетворные - приносят вред, другие широко используются в ряде отраслей пищевой промышленности, в производстве лекарств и т. д. 
   Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Основоположниками ее были деятели древнего мира Аристотель (384 - 32 гг. до н.э.) и Феофраст (371 - 286 гг. до н.э.). 
   Они обобщили накопленные сведения о разнообразии растений и их свойствах, приемах возделывания, размножения и использования, географическом распространении. 
   Феофрасту было известно около 600 видов полезных растений, в число которых входили не только европейские виды, но и завезенные из восточных стран. 
   Таким образом, ботаника возникла как единая наука, суммируя отдельные сведения о растениях, но с течением времени, по мере накопления и углубления знаний, она разделилась на ряд самостоятельных дисциплин. 
   Ранее всего обособилась морфология - наука о внешнем и внутреннем строении растений. Основной метод морфологии - наблюдение и сравнение. 
   В зависимости от величины объекта наблюдения можно проводить невооруженным глазом  - макроскопическая морфология или при помощи микроскопа  -  микроскопическая морфология. 
   К макроскопической морфологии относится органография - учение об органах растений; к микроскопической - цитология (учение о клетке), гистология (учение о тканях), анатомия, изучающая внутреннее строение растений, и эмбриология (учение об образовании и закономерностях развития зародыша растений). 
   Позже выделились следующие разделы: 
 
- систематика, классифицирующая многообразие растительных организмов; 
 
- география растений, изучающая распределение растений на земном шаре; 
 
- геоботаника - наука о растительных сообществах; 
 
- экология растений, изучающая их взаимоотношения с окружающей средой; 
 
-  палеоботаника, воссоздающая прежний облик растительности земли. 
    Все науки, отделившиеся от ботаники, изучают различные стороны жизни растений, также как и частные курсы: микология (наука о грибах), альгология (наука о водорослях), фитопатология (наука о болезнях растений) и др. 
   Таким образом, в наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку. 
   Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей - растительных сообществ, из которых формируются луга, леса, степи. 
   Вот далеко не полный перечень вопросов, которые рассматриваются ботаническими науками: 
- структура и закономерности роста растений, их отношения с окружающей средой, закономерности распространения и распределения отдельных видов и всего растительного покрова на земном шаре; 
- происхождение и эволюция царства растений, причины его разнообразия и классификация; 
- запасы в природе хозяйственно ценных растений и пути их рационального использования; 
- разработка научных основ введения в культуру (интродукции) новых кормовых, лекарственных, плодовых, овощных, технических и других растений.  
   Одна из первоочередных задач ботаники - разработка научных основ охраны природных и растительных ресурсов. 
   Особенно большое внимание отводят изучению и охране редких и исчезающих растений, занесенных в Красную книгу, так как потеря каждого вида не только уменьшает разнообразие растений, но и нарушает устой-чивость растительного сообщества, сбалансированного в течение многих тысячелетий. 
   Итак, ботаника изучает жизнь растений, их строение, жизнедеятельность, условия обитания, происхождение и эволюционное развитие. 
   Современная ботаника - многоотраслевая наука, подразделяющаяся на частные дисциплины: систематику, которая классифицирует растения на основе общности строения и происхождения; цитологию - науку о строении растительной клетки; морфологию - науку о внешнем строении органов растений и их видоизменениях; анатомию, изучающую строение тканей и органов растений; физиологию - науку о процессах, протекающих в растении, закономерностях роста, развития и жизненных отправлений в зависимости от внешних условий; биохимию, изучающую химические процессы, происходящие в растительном организме; генетику - науку о наследственности и изменчивости растений; фитоценологию, исследующую растительный покров Земли, его видовой состав, структуру, динамику связей со средой, закономерности распределения и развития растительных сообществ; флористическую географию - науку о закономерностях распространения видов растений на Земле. 
   Важнейшие задачи современной ботаники - изучение строения растений в единстве с условиями их жизни, изучение их наследственности для создания новых сортов, повышение их урожайности, устойчивости к заболеваниям, полеганию и т.п.

Вопрос   № 17.  Придаточные и спящие почки, их особенности и значение в жизни растений. Приведите примеры. 

    Кроме нормальных, экзогенных по заложению пазушных почек, у растений часто образуются так называемые придаточные почки. Эти почки не имеют определенной правильности в расположении и возникают не в меристематической верхушке побега, а на взрослой, уже дифференцированной части органа, и притом эндогенно, из внутренних тканей. Придаточные почки могут образовываться и на стеблях, и на листьях, и даже на корнях. Однако по строению эти почки ничем не отличаются от обычных верхушечных и пазушных.  

    Образуясь в большом количестве, придаточные почки обеспечивают интенсивное вегетативное возобновление и размножение. Поэтому они имеют большое биологическое значение.

В частности, при помощи придаточных почек размножаются корнеотпрысковые растения. Примерами могут служить осина, осот, иван-чай. Корневые отпрыски ? это побеги, развившиеся из придаточных почек на корнях. Среди корнеотпрысковых растений ? ряд трудноискоренимых сорняков.

    Придаточные почки на листьях относительно редки. Все видели комнатное растение бриофиллюм, у которого почки сразу дают маленькие побеги с придаточными корешками, поэтому такие почки называют выводковыми.

    В сезонном климате умеренной зоны развертывание побегов из почек имеет периодический характер. Побеги, вырастающие из почек за один вегетационный период, называют годичными побегами или годичными приростами. У деревьев эти приросты хорошо различимы благодаря наличию почечных колец. У наших листопадных деревьев летом покрыты листьями только побеги текущего года, на годичных побегах прошлых лет ? листьев уже нет. По годичным почечным кольцам можно достаточно точно определить возраст ветви.

   У некоторых растений за один вегетационный период образуется несколько приростов, такие побеги, чтобы не путать их с годичными, было предложено называть элементарными. Таким образом, годичный побег может состоять из нескольких элементарных. Так, например, у дуба нередко в год образуется 2 элементарных побега: первый весной, второй ? в середине лета (так называемые «ивановы побеги»).

    Почки могут впадать на некоторое время в покой, в том случае, если покой обусловлен морозным периодом, их называют зимующими. Однако по функции все покоящиеся почки можно также назвать почками возобновления. Из этих почек после перерыва возобновляется рост новых побегов.

В том случае, если боковые  почки совсем не имеют периода  ростового покоя и развертываются одновременно с ростом материнского побега, их можно назвать почками  обогащения. Развивающиеся из таких  почек побеги обогащения сильно увеличивают (обогащают) фотосинтетическую поверхность растения, а иногда и увеличивают семенную продуктивность, если побеги генеративные. Такие боковые побеги образуют одновозрастную с материнским побегом систему. Побеги обогащения характерны для большинства однолетних и многих многолетних трав (пример, Veronica longifolia).

   И, наконец, особую категорию составляют так называемые спящие почки, очень характерные для лиственных деревьев, кустарников и ряда многолетних трав. Эти почки не превращаются в нормальные побеги в течение многих лет, нередко они спят в течение всей жизни растения.

    Обычно спящие почки ежегодно нарастают, ровно настолько, насколько утолщается стебель, именно поэтому они не погребаются нарастающими тканями. Нередко спящие почки по мере нарастания многократно ветвятся и образуют густое скопление, целую систему.

   Стимулом для пробуждения спящих почек служит обычно гибель ствола. При порубке березы, например, из таких спящих почек образуется пневая поросль ? это один из способов вегетативного размножения.

   Особую роль спящие почки играют в жизни кустарников. От дерева кустарник отличается своей многоствольностью. Обычно у кустарников главный материнский стволик функционирует недолго – несколько лет. При затухании роста главного стволика пробуждаются спящие почки и из них формируются дочерние стволики, которые в росте обгоняют материнский. Таким образом, сама кустарниковая форма возникает в результате деятельности спящих почек.

   Итак, система побегов, как мы выяснили, формируется за счет верхушечных, пазушных и придаточных почек. Но даже при одинаковом способе заложения почек общий облик побегов может сильно различаться. Дело в том, что из этих, внешне одинаковых почек, могут развиваться сильные и слабые ветви.

   Вопрос № 32. Строение цветка, его части и их функции. Рисунок.

     Общие понятия. Цветок покрытосеменных растений в своем происхождении, как полагают многие ученые, связан со стробилом голосеменных. Однако он, как правило, обоеполый и в несравненно большей степени специализирован благодаря далеко зашедшим эволюционным процессам, Последние привели к тому, что истинная природа органов цветка с трудом распознается и нередко  вызывает различные толкования.

   Цветок имеет ось, или цветоложе, которая несет листочки околоцветник а, тычинки и пестики, состоящие из одного или нескольких плодолистиков. В завязях пестиков содержатся семязачатки (семяпочки). После опыления и оплодотворения завязи превращаются в плоды, а семязачатки — в семена. Плод не может возникать независимо от цветка.

   Цветоложе чаще бывает плоское, реже выпуклое (рис.1,) (лютик, малина, магнолия, мышехвостник) или несколько вогнутое.

   Цветок бывает верхушечным или выходит из пазухи кроющего листа (прицветника), большей частью отличающегося по форме от вегетативных листьев. Участок между кроющим листом и цветком называют цветоножкой. Цветки, не имеющие цветоножки, являются сидячими. На цветоножке располагаются также два (у двудольных) или один (у однодольных) маленьких листочка, которые называют предлистьями или прицветничками. Предлистья располагаются в плоскости, перпендикулярной кроющему листу. Часто предлистья вообще отсутствуют. У некоторых растений абортированы кроющие листья.

   Сторону цветка, обращенную к кроющему листу, называют передней, нижней или абаксиальной; противоположную, обращенную к оси побега,—задней, верхней или адаксиальной. Плоскость, проходящую через ось соцветия, середину цветка и кроющий лист, называют медианной (М); плоскость,

проходящую через предлистья и  середину цветка, перпендикулярную предыдущей, называют поперечной или трансверсальной.

рис 1. Общие представления о цветке:

1—цветок магнолии; 2—диаграмма цветка крестоцветного.

   Это основные плоскости симметрии в цветке. Если других плоскостей симметрии провести невозможно, говорят о билатеральном строении цветка, характерном в основном для крестоцветных (рис.2, 2). В соответствии с означенными плоскостями можно различать медианные и латеральные (т. е. расположенные в поперечной, или трансверсальной, плоскости) части цветка. Кроме билатерально-симметричных, встречаются цветки правильные, или актиноморфные, зигоморфные, и неправильные, или асимметричные. Поскольку симметрия цветка определяется главным образом венчиком, она будет подробнее рассмотрена в соответствующем разделе.

   В зависимости от наличия или отсутствия околоцветника, а также от его строения, различают следующие типы цветка:

   1) гомохламидный. Околоцветник простой, т. е. листочки его примерно одинаковые, чаще спирально расположенные, в довольно большом числе, чашечковидные или венчиковидные (магнолия, купальница, лилия); характерен для более примитивных семейств покрытосеменных;

   2) гетерохламидный. Околоцветник двойной, т. е. дифференцированный на чашечку и венчик (гвоздика, колокольчик, горох);

   3) гаплохламидный, или монохламидный. Лишь один круг листочков околоцветника, чаще чашечковидных (крапива, вяз, лебеда);

   4) апохламидный. Околоцветника нет, цветки голые (ясень, ива). В настоящее время большинство ученых полагают, что в подобных случаях имела место утрата околоцветника; прежде придерживались противоположной точки зрения и семейства с апохламидными и гаплохламидными цветками помещали в начале системы покрытосеменных.

   Распределение полов в цветке. Цветок, содержащий тычинки и пестики, называют обоеполым. Обоеполые цветки свойственны громадному большинству покрытосеменных. В этом отношении последние отличаются от голосеменных , у которых обоеполые стробилы представляют большую редкость. Однако у сравнительно немногих покрытосеменных цветки содержат или только тычинки, или только пестик (пестики). Соответственно различают цветки тычиночные и пестичные.  Растения с раздельнополыми цветками на одном и том же экземпляре называют однодомными (кукуруза, осоки, береза, орешник-лещина, дуб). Растения, обладающие тычиночными и пестичными цветками, но на разных экземплярах, называют двудомными (крапива двудомная, тополь, осина, ива, конопля, щавель съедобный, или кислый). У однодомных растений чаще мужские и женские цветки собраны в различные соцветия, реже соцветия бывают смешанные (например, у некоторых осок, у настоящего каштана). У многих растений наряду с обоеполыми цветками встречаются и раздельнополые; распределение их различно и образует те или иные комбинации. Такие растения известны под названием многодомных или многобрачных (полигамных) растений (многие клены, гречишные и др.).

   Наконец, правда редко, наблюдается полная редукция половых функций цветка и возникают стерильные цветки, назначение  которых— привлечение насекомых. Как правило, такие цветки располагаются по периферии специализированных соцветий у некоторых высших покрытосеменных (подсолнечник, калина), в центре которых помещаются обоеполые цветки. Во многих раздельнополых цветках можно заметить следы органов другого пола, что истолковывается различным образом.

   Расположение частей цветка. У большинства растений части цветка образуют хорошо заметные мутовки, или круги (циклы). Весьма распространены 5-или 4-круговые, иначе пентациклические, и тетрациклические цветки. Пентациклические цветки характерны для лилейных, амариллисовых, гвоздичных, гераниевых, рутовых; тетрациклические — для ирисовых, орхидных, крушинных, бересклетовых, норичниковых, губоцветных и др. Реже встречаются шестикруговые, или гексациклические , цветки. Количество частей цветка в каждом круге может быть различным. У однодольных наиболее часто встречаются трехчленные, у двудольных— пятичленные, реже дву- или четырехчленные (крестоцветные, маковые) цветки.

Главным образом, среди  так называемых многоплодниковых (магнолиевые, лютиковые) распространено спиральное расположение частей. В этом случае листочки околоцветника, тычинки и плодолистики встречаются в неопределенном, часто в большом числе. В связи с этим различают спиральные (ациклические) и циклические, а также гемициклические цветки. В последних околоцветник имеет циклическое, а тычинки и пестики—спиральное расположение (лютик) или чашечка—спиральное, а остальные части цветка—циклическое (шиповник). Установлены следующие эволюционные линии: цветок ациклический—>пятичленный полициклический—»-пятичленный пентациклический—>-пятичленный тетра циклический; цветок ациклический—трехчленный полициклический—трехчленный пентациклический—трехчленный тетрациклический. Строго говоря, переход от спиральных цветков к циклическим  весьма постепенный, а во многих циклических цветках на самом деле имеются весьма сжатые спирали. В цветке спирали выражаются теми же формулами, что и листорасположение . Иногда они весьма сложны, особенно среди тычинок. У купальницы, например, формула расположения тычинок; в других случаях известны отношения и др. Для многих цветков соответствующие числа не установлены. В циклических цветках большей частью отчетливо видно, что члены какого-либо круга чередуются с членами соседних кругов, а не противостоят им. Отсюда выводят правило чередования кругов. Если тычинки расположены в два круга, то наружный круг бывает обычно противочашечным, а члены внутреннего круга противостоят лепесткам; при редукции, однако, одного из кругов, т. е. при переходе от пентациклического к тетрациклическому цветку сохраняется либо наружный (крушинные), либо внутренний круг (бересклетовые), и, таким образом, правило как бы нарушается. Следует также иметь в виду, что благодаря тем или иным процессам, имевшим место в эволюции различных групп цветковых, в кругах может быть различное число членов.