1)Бота́ника (др.-греч. βοτανικός — «относящийся к растениям»,
отβοτάνη — «трава, растение») — наука о растениях, раздел биологии[1]. Основные этапы развития ботаники. Как
стройная система знаний о растениях ботаника
оформилась к XVII—XVIII векам,. Первыми книгами, в которых
растения описывались не только в связи
с их полезностью, были произведения греческих
и других учёных-натуралистов. Занимаясь
растениями как частью природы, философы
античного мира пытались определить их
сущность и систематизировать их. До Аристотеля исследователи
интересовались преимущественно лекарственными
и хозяйственно-ценными свойствами растений.
Аристотель (384—322 до н. э.) в пятой книге
«Истории животных» (лат. Historia Animalium) упомянул о своём «Учении о растениях»,
которое сохранилось только в небольшом
числе фрагментов. Из них можно видеть,
что Аристотель признавал существование
двух царств в окружающем мире: неодушевленную
и живую природу. Растения он относил к
одушевлённой, живой природе. Ученика Аристотеля Теофраста (371—286
до н. э.) называют «отцом ботаники». Ботанические
труды Теофраста можно рассматривать
как свод в единую систему познаний практиков
сельского хозяйства, медицины и работ
учёных античного мира в этой области.
Теофраст был основателем ботаники как
самостоятельной науки: наряду с описанием
применения растений в хозяйстве и медицине
он рассматривал теоретические вопросы Римский натуралист Плиний
Старший в своей «Естественной истории» привёл
все известные его современникам сведения
о природе; он упомянул около 1000 видов
растений, описав их достаточно точно. После общего упадка естествознания
в Средние века ботаника начинает вновь
интенсивно развиваться в Европе с XVI века.
Первоначально это коснулось лишь систематики
и морфологии, но в XVII—XVIII веках возникают
и формируются другие разделы ботаники,
в частности, анатомия растений. Большим прорывом европейской науки в изучении растений
стал объёмный, хорошо иллюстрированный,
труд Франсиско
Эрнандеса «История
растений Новой Испании» (1570—1577), выполненный по заказу Филиппа
II. В книгу вошли описания более 3000 растений
и 500 животных, существовавших на территории
современной Мексики.
В то же самое время, но несколько более
краткую работу о растениях в своём фундаментальном
произведении «Общая
история дел Новой Испании» (1576) написал Бернардино
де Саагун. Обе книги опирались на сведения ацтеков об
окружающем их мире, а потому могут считаться
такими, которые мало подверглись европейскому
влиянию (хотя классификация растений
базировалась на работах Плиния). В России в XV—XVII
веках переводят с греческого, латинского и
европейских языков и переписывают описания лекарственных
растений. Карл
Линне́й (швед. Carl Linnaeus, Carl Linné) известный шведский естествоиспытатель и
врач, создатель единой системы классификации
растительного и животного мира, обобщившей
и в значительной степени упорядочившей
биологические знания всего предыдущего
периода, что ещё при жизни принесло ему
всемирную известность Генрих
Иоганн Непомук фон Кранц (нем. Heinrich Johann Nepomuk Edler von Crantz — австрийский врач и
ботаник, профессор Венского
университета (стал доктором медицины в 1750
году). В 1769 году опубликовалClassis Cruciformium emendeta. XIX
век ознаменовался интенсивным развитием
естествознания в целом. Бурное развитие
получили и все отрасли ботаники. Решающее
влияние на систематику оказала эволюционная
теория Ч.
Дарвина. Характерные черты современного
этапа развития ботаники — стирание граней
между отдельными её отраслями и их интеграция.
Так, в систематике растений для характеристики
отдельных таксонов всё шире применяют
цитологические, анатомические, эмбриологические
и биохимические методы. В настоящее время
ботаника представляет совокупность целого
ряда взаимосвязанных разделов. Морфология
растений - изучает внешнее строение растений,
исследует закономерности и обусловленность
внешней формы растений. Анатомия растений
- исследует особенности закономерностей
внутреннего строения растений. Цитология
растений - изучает строение клеток растений.
Гистохимия растений - с помощью микрохимических
реакций выявляет и исследует вещества,
находящиеся в растительной клетке. Эмбриология
растений - раздел ботаники, исследующий
закономерности зарождения организма
в первые этапы его развития.
Физиология
растений - изучает жизнедеятельность
растений: обмен веществ, рост, развитие
и т.п. Биохимия растений - исследует процессы
химических превращений как химических
соединений, входящих в состав самого
организма, так и веществ, поступающих
в него из окружающей среды. Экология растений
- изучает взаимоотношения растений и
среды. Растения и человек: общие
сведения Существует пять основных
сфер, где прямо или косвенно используются
растения: - в качестве продуктов питания
для человека и корма для животных, - как
источник сырья для промышленности и хозяйственной
деятельности, - как лекарственные
средства и сырье для получения медицинских
препаратов, - в декоративном озеленении
и - в охране и улучшении окружающей среды.
2) Клеточная
теория — одно из общепризнанных биологическихобобщений,
утверждающих единство принципа строения
и развития мирарастений, животных и остальных
живых организмов с клеточным строением, в котором
клетка рассматривается в качестве единого
структурного элемента живых организмов. Современная клеточная
теория.
Современная клеточная теория исходит
из того, что клеточная структура является
главнейшей формой существования жизни,
присущей всем живым организмам, кроме вирусов.
Совершенствование клеточной структуры
явилось главным направлением эволюционного
развития как у растений, так и у животных,
и клеточное строение прочно удержалось
у большинства современных организмов.
Вместе с тем должны быть подвергнуты
переоценке догматические и методологически
неправильные положения клеточной теории:
Клеточная структура является главной,
но не единственной формой существования
жизни. Неклеточными формами жизни можно
считать вирусы. Правда, признаки живого
(обмен веществ, способность к размножению
и т. п.) они проявляют только внутри клеток,
вне клеток вирус является сложным химическим
веществом. По мнению большинства учёных,
в своём происхождении вирусы связаны
с клеткой, являются частью её генетического материала, «одичавшими»
генами.
Выяснилось, что существует два типа
клеток — прокариотические (клетки бактерий
и архебактерий), не имеющие отграниченного
мембранами ядра, и эукариотические (клетки
растений, животных, грибов и протистов),
имеющие ядро, окружённое двойной мембраной
с ядерными порами. Между клетками прокариот
и эукариот существует и множество иных
различий. У большинства прокариот нет
внутренних мембранных органоидов, а у
большинства эукариот есть митохондрии
и хлоропласты. В соответствии с теорией
симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды — потомки бактериальных клеток. Таким
образом, эукариотическая клетка — система более высокого уровня организации,
она не может считаться целиком гомологичной
клетке бактерии (клетка бактерии гомологична
одной митохондрии клетки человека). Гомология
всех клеток, таким образом, свелась к
наличию у них замкнутой наружной мембраны
из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий
она имеет иной химический состав, чем
у остальных групп организмов), рибосом
и хромосом — наследственного материала в виде
молекул ДНК, образующих комплекс с белками.
Это, конечно, не отменяет общего происхождения
всех клеток, которое подтверждается общностью
их химического состава.
Клеточная теория рассматривала организм
как сумму клеток, а жизнепроявления организма
растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих
его клеток. Этим игнорировалась целостность
организма, закономерности целого подменялись
суммой частей.
Считая клетку всеобщим структурным
элементом, клеточная теория рассматривала
как вполне гомологичные структуры тканевые
клетки и гаметы, протистов и бластомеры.
Применимость понятия клетки к протистам
является дискуссионным вопросом клеточного
учения в том смысле, что многие сложно
устроенные многоядерные клетки протистов
могут рассматриваться как надклеточные
структуры. В тканевых клетках, половых
клетках, протистах проявляется общая
клеточная организация, выражающаяся
в морфологическом выделении кариоплазмы
в виде ядра, однако эти структуры нельзя
считать качественно равноценными, вынося
за пределы понятия «клетка» все их специфические
особенности. В частности, гаметы животных
или растений — это не просто клетки многоклеточного
организма, а особое гаплоидное поколение
их жизненного цикла, обладающее генетическими,
морфологическими, а иногда и экологическими
особенностями и подверженное независимому
действию естественного отбора. В то же
время практически все эукариотические
клетки, несомненно, имеют общее происхождение
и набор гомологичных структур — элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического
типа и др.
Догматическая клеточная теория игнорировала
специфичность неклеточных структур в
организме или даже признавала их, как
это делал Вирхов, неживыми. В действительности,
в организме кроме клеток есть многоядерные
надклеточные структуры (синцитии, симпласты) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных — продукт слияния исходных клеток, а
внеклеточное вещество — продукт их секреции, то есть образуется
оно в результате метаболизма клеток.
Проблема части и целого разрешалась
ортодоксальной клеточной теорией метафизически:
всё внимание переносилось на части организма — клетки или «элементарные организмы».
Стороение эукариотической клетки:
1 – клеточная стенка; 2 – цитоплазматическая
мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро;
5 – эндоплазматическая сеть; 6 – митохондрии; 7 – комплекс
Гольджи; 8 – рибосомы; 9 – лизосомы; 10 – вакуоли В растительной и животной клетке существуют
общие органоиды, такие как ядро, эндоплазматическая сеть. рибосомы, митохондрии,
аппарат Гольджи. Однако растительная
клетка имеет существенное отличие от
живой клетки.
Растительная клетка, как и
животная, окружена цитоплазматической
мембраной, но кроме неё ограничена толстой
клетчатой стенкой, состоящей из целлюлозы,
которой нет у животных клеток.
Их различия связаны с разным
способом питания: растения - автотрофы,
а животные - гетеротрофы.
3) В растительной клетке есть
ядро и все органоиды, свойственные в животной
клетке: эндоплазматическая сеть, рибосомы,
митохондрии, аппарат Гольджи. Вместе
с тем она отличается от животной клетки
следующими особенностями строения:
1) прочной клеточной стенкой
значительной толщины;
2) особыми органоидами — пластидами,
в которых происходит первичный синтез
органических веществ из минеральных
за счет энергии света — фотосинтез;
3) paзвитой системой вакуолей,
в значительной мере обусловливающих
осмотические свойства клеток.
Растительная клетка, как и животная,
окружена цитоплазматической мембраной,
но, кроме нее, ограничена толстой состоящей
из целлюлозы клеточной стенкой. Наличие
клеточной стенки — специфическая Особенность
растений. Она определила малую подвижность
растений. Вследствие этого питание и
дыхание организма стали зависеть от поверхности
тела, контактирующей с окружающей средой,
что привело в процессе эволюции к большей
расчлененности тела, гораздо более выраженной,
чем у животных. Клеточная стенка имеет
поры, через которые каналы эндоплаэматической
сети соседних клеток сообщаются друг
с другом.
Преобладание синтетических
процессов над процессами освобождения
энергии — одна из наиболее характерных
особенностей обмена веществ растительных
организмов. Первичный синтез углеводов
из неорганических веществ осуществляется
в пластидах.
Различают три вида пластид:
1) лейкопласты — бесцветные пластиды,
в которых из моносахаридов и дисахаридов
синтезируется крахмал (есть лейкопласты,
запасающие белки или жиры); 2) хлоропласты
— зеленые пластиды, содержащие пигмент
хлорофилл, где осуществляется фотосинтез
— процесс образования органических молекул
из неорганических за счет энергии света,
8) хромопласты, включающие различные пигменты
из группы каротиноидов, обусловливающих
яркую окраску цветков и плодов. Пластиды
могут превращаться друг в друга. Они содержат
ДНК и РНК, и увеличение их количества
осуществляется делением надвое.
Вакуоли окружены мембраной
и рецэвиваются из эндоплазматичеокой
сети. Вакуоли содержат в растворенном
виде белки, углеводы, низкомолекулярные
продукты синтеза, витамины, различные
соли. Осмотическое давление, создаваемое
растворенными в вакуолярном соке веществами,
приводит к тому, что в клетку поступает
вода, которая обусловливает тургор —
напряженное состояние клеточной стенки.
Толстые упругие стенки обеспечивают
прочность растений к статическим и динамическим
нагрузкам. Основными, общими компонентами,
из которых построены клетки, являются
ядро, цитоплазма с многочисленными органоидами
различного строения и функций, оболочка,
вакуоль.
Оболочка покрывает клетку снаружи,
под ней находится цитоплазма, в ней —
ядро и одна или несколько вакуолей
.Оболочка, или клеточная стенка,
— это защитное образование. Под оболочкой
находится цитоплазма. Важнейшими органоидами
цитоплазмы являются митохондрии, эндоплазматический
ретикулум (эндоплазматическая сеть) ,
аппарат Гольджи, рибосомы, пластиды, лизосомы.
Аппарат Гольджи особенно развит
в выделительных (секреторных) клетках,
в которых откладываются или из которых
выводятся различные вещества. Он синтезирует
и выделяет вещества, образующие клеточную
оболочку.
Те части клетки, которые отмирают
в процессе ее развития, разрушаются с
помощью ферментов лизосом.
Рибосомы представляют собой
аппараты для синтеза белка. Пластиды
— органоиды, присущие только растительным
клеткам. (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты)
В типичной растительной клетке
имеется крупная вакуоль, наполненная
жидким содержимым. Содержимое вакуоли
— клеточный сок — это водный раствор
очень многих веществ: сахаров, аминокислот,
других органических кислот, пигментов
(красящих веществ) , витаминов, дубильных
веществ,
Ядро всегда лежит в цитоплазме.
Содержимое ядра — зернистое основное
вещество (ядерный сок, или нуклеоплазма)
, в котором помещаются более плотные структуры
— хромосомы и ядрышко.
ФУНКЦИИ: Клетки поглощают питательные
вещества, перерабатывают их, добывая
энергию и строя собственное тело, дышат,
освобождаются от ненужных веществ, борются
с различными повреждениями, реагируют
на изменения внешних условий, перестраивая
свою жизнедеятельность, растут
4) Характерной
особенностью растительной клетки является
наличие жесткой (твердой) клеточной стенки.
Клеточная оболочка определяет форму
клетки, придает клеткам и тканям растений
механическую прочность и опору, защищает
цитоплазматическую мембрану от разрушения
под влиянием гидростатического давления,
развиваемого внутри клетки. Однако такую
оболочку нельзя рассматривать только
как механический каркас. Клеточная оболочка
обладает такими свойствами, которые позволяют
противостоять давлению воды внутри клетки,
и в то же время обладает растяжимостью
и способностью к росту. Она является противоинфекционным
барьером, принимает участие в поглощении
минеральных веществ, являясь своеобразным
ионообменником. Появились данные, что
углеводные компоненты клеточной оболочки,
взаимодействуя с гормонами, вызывают
ряд физиологических изменений. Для молодых
растущих клеток характерна первичная
клеточная оболочка. По мере их старения
образуется вторичная структура. Первичная
клеточная оболочка, как правило, малоспециализирована,
имеет более простое строение и меньшую
толщину, чем вторичная. В состав клеточной
оболочки входят целлюлоза, гемицеллюлозы,
пектиновые вещества, липиды и небольшое
количество белка. Компоненты клеточной
оболочки являются продуктами жизнедеятельности
клетки. Они выделяются из цитоплазмы
и претерпевают превращения на поверхности
плазмалеммы.
Одревеснение, опробковение
и кутинизация клеточных оболочек
Сильному метаморфозу состава
и структуры подвергается оболочка при
одревеснении, опробковении и кутинизации.
Одревеснение состоит в том, что часть
целлюлозной толщи стенки пропитывается
лигнином. Ароматическое вещество лигнин
является основным инкрустирующим веществом
клеточной стенки. Это полимер с неразветвленной
молекулой, состоящей из ароматических
компонентов. Мономерами лигнина могут
быть конифериловый, синаповый и другие
спирты.
Интенсивная лигнификация клеточных
стенок начинается после прекращения
роста клетки. Отношение между целлюлозой
и лигнином в одревесневших слоях оболочки
было признано аналогичным конструкции
железобетонных сооружений. Лигнин, подобно
бетонной массе, заполняет промежутки
ячеек сетки; при этом арматура и заполнение
образуют монолитное целое. Одревеснение
понижает пластичность клеточных стенок,
закрепляет их форму. Однако клетки с одревесневшими
стенками могут оставаться живыми десятки
лет. Лигнин обладает и консервирующими
свойствами и поэтому действуют как антисептик,
придавая тканям повышенную стойкость
по отношению к разрушительному действию
грибов и бактерий.
Весьма распространено в растительном
мире наличие в толще клеточных оболочек,
либо на поверхности веществ, называемых
кутинами, суберинами и спорополленинами.