Введение.
Растения широко используются человеком для пищевых, декоративных и лекарственных целей. Однако растения можно использовать и в экологических целях.
Современные фитотехнологии все чаще используются в охране окружающей среды: очистка воздуха с помощью городского озеленения и комнатных цветов, очистка почвы и многое другое. Но для того, чтобы правильно использовать растения в защите окружающей среды необходимо знание таких биологических дисциплин, как ботаника, общая экология, физиология растений, фитобиотехнология и др. Данное учебное пособие составлено по материалам лекций, читаемыми авторами в МГУ инженерной экологии и телевизионных программ, вышедших на первом образовательном телеканале (СГУ ТВ). Пособие предназначено студентам, изучающим теоретический курс дисциплины «Фитотехнологии в охране окружающей среды» и обучающимся специальностям «Инженерная защита окружающей среды» «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Биотехнология».
.
Глава 1.Основы ботаники и экологии растений. Экологические основы применения современных фитотехнологий.
1.1. Науки о растениях
Человек рано осознал свою зависимость от растительного мира, поэтому первые знания о растениях относятся к древнейшим этапам развития человеческих цивилизаций. Первые датируемые сведения о растениях содержатся в клинописных таблицах Древнего Востока. Основы наук о растениях заложили древние греки. Древнегреческий философ и естествоиспытатель Теофраст был назван К. Линнеем «отцом ботаники». После общего упадка естествознания в средние века науки о растениях вновь начинают развиваться с XVI века. В первой половине 20 века складывается весь комплекс наук о растениях. Мир растений изучает наука ботаника (от греч. «ботанэ» – растения, травы).
Ботаника – комплекс биологических наук, исследующих растения. Ботаника – это наука, исследующая строение, жизнедеятельность, закономерности индивидуального и эволюционного развития растений, распространение и условия обитания.
Биотехнология растений – биологическая наука, использующая изолированные растительные клетки и ткани в хозяйственной деятельности человека (в селекции растений, для получения ценных веществ, для размножения растений).
1.2.Растения и биосфера
Растения в биосфере играют ведущую роль. Только содержащие хлорофилл, зеленые растения способны аккумулировать энергию Солнца, создавая органические вещества из неорганических, при этом растения извлекают из атмосферы диоксид углерода, и выделяют кислород, поддерживая ее постоянный состав. Следовательно, растения являются биологическим источником кислорода на Земле и оказывают значительное влияние на климат. Растения, во многих случаях первое звено в пищевой цепи, растительные сообщества определяют фауну любого биоценоза суши. Культурные растения фактически являются основой современного сельского хозяйства, человек широко использует дикорастущие и культивируемые растения для изготовления лекарственных препаратов в пищевых и декоративных целях. Растения растут в различных экосистемах имеющих разную температуру, влажность, освещение и т.д., они образуют различные сообщества (фитоценозы) на суше, обусловливая разнообразие ландшафтов и экологических условий для других организмов. Растения участвуют в формировании почвы и торфа, а скопления ископаемых растений образовали месторождения бурого и каменного угля.
1.3.Свойства растений
1.Размеры и строение растений колеблются в широких пределах – от нескольких мкм у некоторых водорослей (хлорелла) до сложно устроенных покрытосеменных и голосеменных с высокодифференцированными тканями и органами (эвкалипты и секвойи достигают 100 м и более высоты, например самый крупный – секвойядендрон «Отец лесов» ныне уже не существующий, достигал, исходя из его описаний, высоты 135 м при диаметре ствола у основания, равном 12 м). При всем разнообразии растений им свойственны общие черты: 1. В составе клеток растений находится твердая клеточная оболочка или стенка, состоящая из целлюлозы, не пропускающая твердые частицы и определяющая единственный способ питания – адсорбционный (с помощью всасывания). Содержание питательных веществ в организме зависит от размера поверхности соприкосновения растения с окружающей средой. Вследствие этого органы растения, обеспечивающие его питание – побеги и корни, достигают высокой степени расчлененности.
2. Большинство растений прикреплены к твердому субстрату, что существенно ограничивает их подвижность. Большая часть растений практически неподвижны, однако движение частей растений встречается в природе. Движение растений – это реакция растений на различные внешние и внутренние раздражения, выражающаяся в изменении положения растений или их органов в пространстве. Растения способны к очень медленным движениям (тропизмам), необходимым для ориентации органов по внешним факторам, например, свет и гравитация. Для них характерны медленные движения (складывание листьев, лепестков цветков в зависимости от времени суток и т. д.) и относительно быстрые – реакция на различные химические вещества, прикосновение, повреждение (движения насекомоядных растений при улавливании насекомых, закручивание усиков лиан вокруг твердых объектов).
У стыдливой мимозы, травянистого растения высотой 30—60 см; встречающегося в Бразилии удивительные листья, они могут складываться и опускаться в темноте от самого легкого прикосновения и других раздражающих причин.
3. Расселение растений происходит с помощью зачатков (семена, споры), которые находятся в состоянии покоя.
4. Растения – это автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганических соединений, с использованием внешних источников энергии. Лишь единичные растения имеют гетеротрофное питание (растения-паразиты, хищные растения). Такой тип питания является результатом вторичного происхождения. Запасным питательным веществом служит крахмал.
5. У растений происходит закономерное чередование поколений при половом размножении.
1.4. Растения и человек
Выделяют шесть основных сфер, где прямо или косвенно используются растения:
в качестве продуктов питания для человека,
корма для животных,
как источник сырья для промышленности и хозяйственной деятельности,
в качестве лекарственных средств и сырье для получения медицинских препаратов,
в декоративном озеленении,
в охране окружающей среды.
Пищевое значение растений общеизвестно. В качестве продуктов питания человека, используются части растений, содержащие запасные питательные вещества или сами вещества, извлеченные тем или иным способом. Значительная часть углеводов, а также ряд витаминов (некоторые витамины содержатся в основном в растениях), микроэлементов и некоторых других биологически активных веществ поступают вместе со свежей растительной пищей. Существенную роль в питании людей, кроме растений, содержащих белки и углеводы, играют пряности и растения, содержащие кофеин – чай и кофе.
Для технических целей наиболее широко применяются древесина и волокнистые части растений. Древесина используется при изготовлении мебели, строительных конструкций, в производстве бумаги. Растительные волокна, относительно конкурентноспособны и более экологически безопасны, по сравнению с синтетическими волокнами их получают из хлопчатника, льна, джута.
В народной медицине растения составляют основную массу лекарственных средств. Фитотерапия (одна из древнейших наук) – это лечение лекарственными растениям. В начале ХХ века растения составляли более 80 % всех лечебных средств. Несмотря на то, что значительное число препаратов, используемых сейчас, получено синтетическим путем, растения в медицине по-прежнему пользуются популярностью и существует большое количество лекарственных препаратов, получаемых из растений. Лекарственное растение может являться основой препарата, либо вещества, получаемые из растения составляют основу лекарства.
Более 1000 видов растений разводят с декоративными целями: либо из-за красивых цветков, либо из-за эффектной зеленой листвы.
Растения, уже используемые человеком или которые могут быть использованы им в будущем, составляют растительные ресурсы. Растительные ресурсы относятся к категории восполняемых (при правильной эксплуатации), растительные ресурсы делят на ресурсы природной флоры (сюда относятся все дикорастущие виды) и ресурсы культивируемых растений.
1.5. Сельскохозяйственные растения
Ответить на вопрос, когда впервые были посеяны семена, достаточно сложно. Возможно, это произошло в результате логического следствия простого ряда событий. Дикорастущие, дающие съедобные зерна злаки легко заселяли открытые, нарушенные человеком места или участки голой земли, где росло мало других видов, создающих им конкуренцию. Люди, регулярно собиравшие такие зерна, возможно, могли случайно рассыпать, а может быть сознательно посеять, получив более надежный источник питания. Так появилось земледелие. Где дикорастущих съедобных растений было много, люди оставались надолго, со временем они увеличивали урожай за счет запасания и посева семян, таким образом, произошел переход от собирательства к земледелию. Наибольший интерес представляли семена растений с признаками, облегчающими сбор урожая, его хранение или использование. У дикорастущей пшеницы ось соцветия (рахис) легко разламывается, рассыпая зрелые зерна. У культурных видов пшеницы рахис прочный и семена сохраняются в колосе до уборки урожая. В природе это свойство препятствовало бы их распространению, зато оно облегчает сбор для использования в пищу и нового посева. С течением времени закреплялись мутуалистические взаимоотношения – зерновые становились все более зависимыми от возделывающего их человека, а человек – от них.
Первыми культурными растениями были ячмень и пшеница, затем к ним прибавились чечевица и горох.
Специальные орудия для сбора и обработки зерна, например кремневые серпы, каменные жернова применялись уже более 10000 лет назад. Примерно 8000 лет люди стали обжигать глиняные сосуды для хранения зерна.
За последние 500 лет важнейшие сельскохозяйственные культуры распространились по всему миру, главные зерновые растения – пшеница, рис и кукуруза. Большое значение для человека имеют: сахарный тростник, сахарная свекла, фасоль, соя, ячмень, сорго, кокос, бананы, картофель, батат, маниок. Эти 14 растений составляют значительную часть возделываемых источников питания.
Растения, неизвестные в Европе до Колумба (кукуруза, помидоры и другие) разводят по всему миру.
1.6. Систематика растений
Растения делят на два подцарства – низшие и высшие. У низших растений тело не расчленено на органы и ткани и называется слоевищем или талломом. К низшим растениям относят красные водоросли (багрянки), которые иногда выделяют в отдельное подцарство, и настоящие водоросли. Лишайники, представляющие собой мутуалистические отношения грибов и водорослей, также обычно относят к низшим растениям. У высших растений имеются органы (корень, стебель и лист), образованные сложно дифференцированными тканями, зигота высших растений развивается в многоклеточный зародыш. К высшим растениям относятся отделы Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные, Голосеменные и Покрытосеменные (Цветковые).
1.7.Водоросли
Настоящие водоросли – обширная группа растительных организмов, включающая несколько отделов и около 30 тыс. видов. Размеры водорослей зависят от уровня их организации. Они могут быть представлены только одной клеткой либо колонией клеток, или многоклеточным слоевищем. Настоящих тканей нет, вегетативные органы отсутствуют. Размеры одноклеточных водорослей составляют от 0,25 до 30 мкм. Представители многоклеточных видов достигают 10-12 и даже 50 м (бурые водоросли).
Водоросли распространены в морских и пресных водах и во влажной среде на суше. В зависимости от экологических особенностей водоросли делят на планктонные, бентосные (донные), наземные, почвенные, водоросли горячих источников, водоросли снега и льда.
Биомасса водорослей в Мировом океане оценивается в 1,7 млрд. т., биомасса животных – в 32,5 млрд. т. Таким образом, биомасса животных почти в 20 раз превышает растительную. Однако, несмотря на такую разницу, фитопланктон чрезвычайно продуктивен – 550 млрд. т в год. Бентосные растения значительно менее продуктивны- 0,2 млрд. т в год.
Наземные водоросли поселяются на твердых субстратах: на коре деревьев, на мхах, валунах и скалах, на заборах, крышах и т.д., главное условие – постоянное или периодическое увлажнение.
Зеленые водоросли распространены преимущественно в пресных водах (около 13 тыс. видов). Красные водоросли (багрянки) распространены преимущественно в теплых водах морей и океанов (около 4 тыс. видов). Почти все красные водоросли многоклеточные. Багрянки выделили в самостоятельное подцарство растений. Бурые водоросли распространены преимущественно в умеренных и холодных водах морей и океанов (около 1,5 тыс. видов). Все бурые водоросли многоклеточные.
К условиям жизни в почве приспособились почти 2000 видов водорослей. Основная их масса обнаруживается в поверхностном слое глубиной до 1 см. На глубине более 10 см они встречаются в незначительных количествах, эти растения хорошо переносят засуху, благодаря образованию слизистых чехлов, состоящих из полисахаридов и способных быстро поглощать и удерживать большое количество воды. Органические вещества, выделяемые водорослями, живые тела и продукты распада клеток водорослей являются пищей для многих почвенных организмов: бактерий, грибов и др. Водоросли хорошо адаптировались к жизни в экстремальных условиях обитания, они встречаются в горячих источниках и на снегу.
Говоря о вершинах гор, мы представляем снег, одевающий их вечным покровом, и обладающий удивительной первозданной белизной. Однако, попав на вершины Гималаев, Анд, и Альп можно не поверить своим глазам – большие пространства снегов розовеют, как бледноватая мякоть арбуза. На таких высотах, кажется, что эти волшебные снежные полосы, всего лишь причудливые тени. Некоторые путешественники не могли поверить в реальность этого пейзажа. Может быть, усталость с человеком играет« злую шутку»? Это водоросли, толерантные к низким температурам и ультрафиолетовому излучению. В каждой водоросли существуют зеленые частички, осуществляющие фотосинтез, но красный цвет придает интенсивный красный пигмент, который предохраняет водоросли от ультрафиолетового излучения.
Экологическое значение. Планктонные и бентосные водоросли служат основными производителями органического вещества в водоемах. Водоросли источник питания для многочисленных морских животных, от их численности зависит численность различных растительноядных беспозвоночных и позвоночных животных (моллюсков, ракообразных, рыб и др.).
В формировании осадочных пород большую роль играют одноклеточные водоросли диатомеи, строящие свой панцирь из кремнезема.
1.8. Высшие растения
В процессе эволюции в результате адаптаций к жизни в наземно-воздушной среде у высших растений произошла дифференциация клеток на ткани и формирование органов.
1.8.1. Высшие споровые растения
Споровые растения имеют два общих свойства:
1. Для осуществления полового процесса им необходима капельно-жидкая влага, что существенно ограничивает их распространение.
2. Образующиеся споры мелкие, содержат мало питательных веществ и имеют слабую жизнеспособность.
1.8.2.Отдел Моховидные
Моховидные, или мхи (около 25 тыс. видов), произошли от водорослей, относятся к высшим споровым растениям, для которых характерно разделение тела на органы. Ареал мхов очень широкий, их можно встретить во многих экосистемах, за исключением ледников, соленых водоемов, полупустынь и пустынь, однако наиболее широко мхи представлены областях с умеренным холодным климатом: в густых лесах (часто встречаются в хвойных экосистемах), на болотах, на коре деревьев, часто поселяются на стенах и крышах деревянных построек, на скалах. Мхи толерантны к колебаниям температур, низкому освещению, они способны переносить большие морозы и сильную жару и даже высыхание. Большинство мхов являются многолетними растениями. Мхи, хотя и редко, достигают более 10 см в высоту, их размеры колеблются – от 1 мм до 3-4 см и даже до 60 – 70 см – размер стеблей у водных и эпифитных мхов. Моховидные – самые примитивные из высших наземных растений.
Представители самого большого класса мхов – листостебельные, растут в самых разных условиях среды (их 14 тысяч видов). Стебель у них прямостоячий или стелящийся, а листорасположение спиральное. Листостебельными моховидными являются кукушкин лен и сфагнум.
Кукушкин лен – многолетнее растение, представитель зеленых мхов, встречающийся на болотах и в еловых экосистемах. Кукушкин лен фиксируется в почве ризоидами, которые поглощают воду и минеральные вещества, в хлоропластах листьев идет процесс фотосинтеза.
Печеночники обладают уплощенным телом, у которого четко различимы верхняя и нижняя стороны. Они похожи на лопастные пластины без признаков листьев или как облиственные побеги. Встречаются печеночники во влажных местообитаниях.
Сфагнум представитель белых или торфяных мхов – многолетнее растение, встречающееся в болотных экосистемах умеренных широт. Ризоидов у сфагнума нет. В листьях содержатся клетки двух типов. Они располагаются в один слой, из-за этого лист имеет ажурный вид, средняя жилка отсутствует. Часть клеток содержат хлоропласты – хлорофиллоносные клетки, в которых идет процесс фотосинтеза. Между этими клетками и в местах прикрепления листьев к стеблю находятся крупные бесцветные клетки с отверстиями в оболочках – водосборные клетки, которые поглощают и запасают большие количества воды. Это растение используют как влагопоглощающий материал. Сфагнум способствует заболачиванию почвы.
Сфагнум растет медленно (до 3 см в год) верхней частью побега. В результате отмирания и уплотнения нижних участков стебля при медленном разложении и малом доступе кислорода образуется торф. Отмершие остатки – основной компонент торфа. Мхи выделяют антисептическое вещество сфагнол, в результате тормозится процесс гниения, и в слоях торфа сохраняются, не разрушаясь, не только листья и пыльца растений, но и пни и корни деревьев. Возраст торфяных болот может даже достигать тысяч лет.
Торф используется в качестве топлива, удобрения, и т.д. Высушенный сфагнум неплохой перевязочный материал благодаря своим антисептическим свойствам.
1.8.3 Экологическое значение мхов.
Обычно мхи не поедаются животными. Мхи являются регуляторами водного баланса лесных экосистем, являясь хорошими накопителями влаги. Мхи обладают хорошей накопительной способностью, концентрируя не только полезные вещества, но и вредные токсиканты. В тоже время мхи приводят к заболачиванию почвы и делают ее непригодной для посевов.
1.8.4. Плауновидные
Плауновидные, хвощевидные и папоротниковидные –древнейшие группы высших растений. Они произошли от псилофитов (риниофитов), которые произошли от зеленых водорослей и первыми заселили сушу. Их расцвет пришелся на каменноугольный период, после чего большое количество видов вымерло.
Плауновидные – это сосудистые травянистые многолетние растения, с прямостоячими (у большинства видов) или стелящимися стеблями, покрытыми темно-зелеными мелкими листочками. Они укреплены в почве с помощью придаточных корней, встречаются в хвойных и смешанных лесах. Около 1 тыс. видов. Однако, плауны можно встретить не только в северных лесах, но и в тропических экосистемах.
Плауны влаголюбивые растения. Большинство видов образуют споры в шишковидных структурах – стробилах. У многих видов спороносные листья формируются лишь на концах специализированных побегов, которые отличаются от вегетативных листьев и собраны в длинные узкие стробилы. Из спор развиваются образующие гаметы растения – заростки. Плауновидные могут размножаться и вегетативно (частями стебля). К сожалению, плауны растут очень медленно и поэтому подлежат охране. Животными не поедаются. Некоторые виды плаунов содержат сильнейший парализующий яд, сходный по характеру действия с ядом кураре.
1.8.5.Отдел Хвощевидные
Хвощевидные – это многолетние травянистые растения, обитающие влажной кислой почве в сырых лесных экосистемах, на болотах и т.д. Это почти вымершая группа, представленная в современной флоре единственным родом хвощ. В настоящее время насчитывается всего около 20 видов,12 из которых можно встретить на территории России. Однако, несмотря на небольшое видовое разнообразие, некоторые виды (хвощ полевой) очень широко распространены в различных экосистемах планеты. Русское название «хвощ» растение получило за сходство с хвостами некоторых животных, в особенности, лошадей. Хвощи имеют хорошо развитое корневище с клубнями. На корневище от узлов отходят корни, а на надземном стебле – розетки чешуевидных листьев и у многих видов – мутовки боковых веточек. Стебли со сложной системой сосудистых тканей зеленые, фотосинтезирующие. В клеточных стенках накапливается кремнезем, который выполняет механическую и защитную функции (поэтому хвощи практически не поедаются животными), раньше хвощ использовался как наждак. Из-за содержания кремнезема стебли хвоща жёсткие. Раньше стеблем хвоща чистили горшки и кастрюли. На верхушках побегов расположены спороносные колоски.
Споры прорастают в половые заростки, напоминающие заростки папоротников. Некоторые из ископаемых форм этой группы представляли собой настоящие деревья, стебель которых рос в толщину, как у современных деревянистых видов.
Хвощи несъедобны для животных, хвощ полевой применяют в фитотерапии как мочегонное, противовоспалительное средство при заболеваниях почек и мочевыводящих путей.
1.8.6. Отдел Папоротниковидные
Папоротники – высшие споровые, травянистые, реже древесные растения. Около 10 тыс. видов. Они встречаются в пустынях, на болотах, озерах, в солоноватых водоемах, особенно широко представлены лесных экосистемах (хвойных, широколиственных и т.д.). Папоротники в умеренных широтах представлены травянистыми формами (орляк), древовидные, лиановые, эпифитные папоротники являются обитателями влажных тропиков. Папоротники – сосудистые растения, листья у них особенные (их называют вайями) – крупные, двоякоперистые, разделенными у большинства видов на множество мелких сегментов. Вайи соответствуют побегу, так как характеризуются длительным ростом.
Стебель папоротников, растущий в умеренных широтах, укороченный, часто подземный, образующий снизу корни, а сверху – на растущем конце – розетку листьев. Многие тропические папоротники – древовидные, с высокими стволами, до 20 м, и пышными кронами. В толщину их стволы не растут и сохраняют цилиндрическую форму. Большинство папоротников растут во влажных тенистых экосистемах, однако некоторые папоротники смогли приспособиться даже к жизни на открытых скалах или в воде.
Лист папоротника совмещает функции фотосинтеза и спороношения. Летом на нижней стороне листа появляются бурые бугорки – сорусы (группы спорангиев представляющие собой характерные выпуклые штрихи или крапинки на нижней стороне листьев), в которых образуются и созревают гаплоидные споры. Созревшие споры разносятся ветром, прорастают, образуя сердцевидную зеленую пластинку – заросток, который прикрепляется к почве ризоидами.
1.8.7.Экологическое значение древних папоротников, хвощей и плаунов.
Экологическое значение древних папоротников, а также хвощей и плаунов, состояла в образовании залежей каменного угля и насыщении атмосферы кислородом. Сейчас роль папоротников, а также хвощей и плаунов, во влиянии на окружающую среду биосферы более скромная. Некоторые виды современных папоротников используются в медицине или как декоративные растения в декоративном садоводстве и комнатном цветоводстве, а молодые листья у небольшого числа видов можно употребляются в пищу.
1.9.Семенные растения
Более прогрессивными с эволюционной точки зрения являются семенные растения. Им для оплодотворения не требуется вода, а семя (единица расселения семенных растений) содержит запас питательных веществ, необходимый для первоначального этапа развития. К семенным растениям относятся голосеменные (размножаются семенами, но не образуют плодов) и цветковые (покрытосеменные) (семена заключены в плоды).
1.10. Отдел Голосеменные
В отделе голосеменных растений выделяют 6 классов: семенные папоротники, саговниковые, беннеттитовые, гнетовые, гинкговые, хвойные. Из них семенные папоротники и беннеттитовые полностью вымерли. Процветание голосеменных приходилось на конец палеозойской и в мезозойской эры. Сейчас голосеменных осталось всего лишь 720 видов. Однако, несмотря на скромное видовое разнообразие, голосеменные господствуют (занимают второе место после цветковых в биоценозах суши) в некоторых экосистемах Северного полушария субарктических и умеренных широт (экосистемы образованные сосной обыкновенной, елью, кедровой сосной и др.). Господствующее положение занимают представители класса хвойных. Голосеменные представлены исключительно древесными формами.
1.10.1. Саговниковидные.
Саговники внешне напоминают древовидные папоротники, но размножаются семенами. Некоторые ученые считают, что к этой группе можно отнести вымершие «семенные папоротники». В современной мире саговников очень мало, однако в прошлом они были весьма широко распространенной группой растений. Стебель у них, обычно, короткий, цилиндрический с розеткой похожих на вайи крупных, перистых листьев на вершине.
1.10.2.Гинкговидные.
По своему жизненному циклу род гинкго близок к саговникам, однако это дерево настолько своеобразно, что его помещают в самостоятельный отдел. Гинкго столетиями разводили в Китае. Листья небольшие, вееровидные. Семяпочки развиваются по отдельности на черешках и шишек не образуют.
Гинкго – последний представитель семейства гинкговых, появившихся на нашей планете еще в палеозое. Это дерево высотой 30—40 м, толщиной до 1 м, с раскидистой кроной; двудомное. Европейские ученые обнаружили живое дерево гингко в 1690 году. Это было настоящее открытие, ученые всего мира ликовали! Гинкго – это листопадное дерево, ежегодно поздней осенью деревья сбрасывают листья, которые незадолго до этого приобретают красивый золотисто-желтый цвет. Гинкго – лекарственное растение, лечебные свойства гинкго были описаны еще в 2800 году,гинкго повышает прочность и эластичность стенок кровеносных сосудов,улучшает циркуляцию крови в организме, препятствует тромбообразованию,благотворно влияет на функции головного мозга- активизирует умственную деятельность,
Этот листик был с Востока
В сад мой скромный занесен,
И для видящего ока
Тайный смысл являет он.
Существо ли здесь живое
Разделилось пополам,
Иль напротив, сразу двое
Предстают в единстве нам?
И загадку и сомненья
Разрешит мой стих один:
Перечти мои творенья,
Сам я – двойственно един.
(Гете)
1.10.3.Гнетовидные.
Это небольшая группа, объединяющая три современных рода с неясными эволюционными связями. Большинство видов гнетума– тропические лианы, внешне напоминающие цветковые растения. Хвойники– пустынные кустарники с чешуевидными листьями. Очень необычна вельвичия, произрастающая в южноафриканских пустынях: ее стебель почти полностью погружен в песок и от него отходят два огромных лентовидных листа, растущие своим основанием на протяжении всей жизни растения. Жизненный цикл этих родов похожий на саговники, однако, их шишки по строению более сложные и приближаются к цветкам.
1.10.4.Хвойные растения
В природе и в жизни человека второе место после цветковых занимают хвойные. Их насчитывается около 560 видов. Это деревья и кустарники главным образом с мелкими жесткими листьями (в основном они представлены иглами, то есть хвоей), обычно сохраняющимися на растении не один год. К ним относятся сосна, ель, лиственница, пихта, кипарис, можжевельник и др. Хвойные имеют стержневую корневую систему, часто имеют симбиотические взаимоотношения с грибами. Древесина на 90-95% образована прочной проводящей тканью. Большинство хвойных вечнозеленые растения, однако встречаются листопадные виды. У листопадных видов (лиственница) листья плоские и мягкие. У вечнозеленых видов листья игольчатой формы и жесткие, устьица глубоко погружены в ткань листа. Пыльца и семена у хвойных образуются в шишках или производных от них структурах. Хвойные леса занимают огромные пространства в холодных областях и высокогорьях. К хвойным относятся не только самые крупные на планете растения, но они держат пальму первенства (сосна остистая) по продолжительности жизни, до 4600 лет.
Побеги хвойных деревянистые, непрерывно растущие в высоту и толщину, с высоко развитой системой проводящих тканей. Жизненный цикл примерно такой же, как у саговников, но шишки устроены сложнее, а «половое поколение» – проще. В семяпочках формируются архегонии, а безжгутиковые сперматозоиды попадают к ним по пыльцевой трубке. По мере развития семени происходят изменения в женских шишки, в некоторых случаях их чешуи слипаются друг с другом, а затем одревесневают и снова расходятся. Фактически семена на определенный период изолируются от внешней среды, хотя и остаются «голыми» на поверхности чешуй. Например, женские шишки можжевельника становятся сочными, превращаясь в так называемую «ягоду», похожую на настоящий плод. У некоторых видов хвойных могут формироваться аномальные шишки, дающие как пыльцу, так и семена. У тисса нет женских шишек: их заменяет кольцо мясистой ткани – присемянник); разрастаясь вокруг семени, он образует ягодоподобную структуру, открытую в верхней части. Люди издавна используют использует хвойные как ценный строительный материал, сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, в качестве источника получения смол, эфирных масел, лекарственных средств и т.д. Например, секвойя обладает чрезвычайно ценной древесиной. Некоторые секвойи достигают высоты более 100 м и возраста 3-4 тыс. лет. В 1875 году специально для выставки в Филадельфии срубили ствол секвойядендрона диаметром семь и два десятых метра и длиной восемьдесят метров. Представьте двум дровосекам на это пришлось потратить девять дней!
1.10.5 Порядок сосновые
К основным лесообразующим породам России относят лиственницу (40% лесных площадей), сосну (16%), березу (13%) и ель (12%). 3 из 4 основных лесных пород России относятся к порядку сосновые.
Сосна – в большинстве случаев, быстрорастущее, светолюбивое и нетребовательное к почве дерево (одни виды растут на болотах, другие на засоленных почвах, третьи растут на каменистых и песчаных почвах). Холодо-и-засухоустойчива.
Сосна обыкновенная – дерево высотой до 45 м, одна из основных лесообразующих пород с обширным ареалом в Европе и Сибири, является быстрорастущей породой, ее насаждения быстро смыкаются. Сосна в некоторых случаях выполняет с березой или с осиной роль пионера леса. Под пологом сосны-пионера поселяются ель, пихта, бук и др. Они постепенно входят в состав верхнего полога сосны, создавая для ее светолюбивого потомства неблагоприятные условия. В дальнейшем, когда складываются благоприятные условия для сосны, она вновь становится господствующей породой.
Хвоя сосны узкая, мягкая или колючая, длиной до 30-45 см, сохраняется на дереве 2-5 лет. Мужские шишки располагаются у основания побега текущего года и состоят из многочисленных чешуевидных тычинок. Женские шишки вырастают вблизи верхушки или на концах растущих побегов. Опыляется сосна ветром, корневая система хорошо развита с глубоким главным корнем и широко расходящимися боковыми. Сосна формирует леса в самых различных областях северного полушария, важнейший образователь ландшафта.
В промышленности используют ее древесину, из хвои получают витамин С, хвойный экстракт, эфирное масло и др.
Лиственница – единственное листопадное дерево среди хвойных, обладает ценной древесиной. Крупное, высотой до 50 м дерево, хвоя узкая, линейная, нежная, шелковистая, прямая и изогнутая, обладающая высокой продуктивностью фотосинтеза.
Корневая система лиственницы сильно разветвленная и глубокая.
Лиственница более адаптирована к городским условиям, чем другие сосновые и широко применяется в озеленении.
Ель – высокое до 90 м дерево, с густой конусовидной и колоновидной кроной. В природе ель размножается семенами и иногда отводками. Хвоя жесткая, колючая, держится на дереве 5-7 лет и более, шишки появляются с 10-15 лет в разреженном древостое и с 25-30 лет в сомкнутом. Живет до 300 лет некоторые до 600 лет, переносит морозы до –55 С. Ель – одна из важнейших лесообразующих пород, доминирует в темно-хвойной тайге. Ее древесина используется во многих отраслях промышленности.
Кедровая сосна – группа видов рода сосна, дающих съедобные семена и ценную стволовую древесину. Наибольшие площади заняты кедровой сосной сибирской. Корневая система поверхностная, с мощными боковыми корнями, кедровая сосна в молодости растет медленно и иногда период медленного роста продолжается до 100 лет. Живет до 550-800 лет. Кедровая сосна – ценная лесообразующая порода, введена в культуру.
Можжевельник обыкновенный) – кустарник высотой 2 м или небольшое дерево (высота до 12 м) с игловидными листьями семейства кипарисовые это очень распространенное хвойное растение, встречающееся начиная от Субарктики в Европе, Азии и Северной Америке. Однодомные, чаще двудомные кустарники и деревья встречаются в сосновых или смешанных лесах, на горных склонах, пастбищах. К почвам растения нетребовательны: растут на каменистых, бедных песчаных землях. Корневая система можжевельника поверхностная. Быстро разрастаясь, можжевельник хорошо укрепляет почву, что позволяет использовать растение в почвозащитных целях. Там, где растет можжевельник, воздух насыщен фитонцидами, за сутки один гектар можжевельника испаряет почти 30 кг фитонцидов, этого достаточно, чтобы очистить атмосферу крупного города от болезнетворных микроорганизмов.
1.10.6. Экологическое значение хвойных
Хвойные образуют крупные экосистемы в Северном полушарии. В зависимости от доминирующего вида хвойных формируется весь остальной живой компонент экосистемы.
Сосновые леса в России имеют очень широкое распространение. Светлохвойные леса – это леса в составе древостоя которых доминируют виды двухвойных сосен (например, сосна обыкновенная). Леса, образованные видами пятихвойных (кедровых) сосен, называются в России кедровыми лесами.
Основными местообитаниями сосновых лесов являются песчаные отложения различающиеся богатством элементов питания и увлажнением. На богатых суглинистых почвах сосна обычно уступает позиции темнохвойным и широколиственным породам. В Сибири на длительно мёрзлых почвах формируется устойчивый по составу древостой с лиственницей.
Сосновые леса чрезвычайно разнообразны: существует кисличная, долгомошная, сфагновая лишайниковая, брусничная, черничная и травяно-болотная группы типов леса. Наиболее производительны среди них сосняки-кисличники с запасом древесины до 500-600 м3/га. Сосновые леса обычно малопригодны для других, более конкурентоспособных древесных пород, поэтому их площадь обычно не изменяется, несмотря на рубки и пожары, исключение составляют высокопроизводительные сложные боры, где сосна уступает место осине, липе, дубу.
Сосна сибирская (кедр сибирский) растет совместно с елью, лиственницей и пихтой в составе темнохвойной тайги. Иногда образует чистые древостои, формируя разнообразные сообщества – зеленомошные ягодные, высокотравные, травяно-болотистые, осоковые, сфагновые кедровники.
Ель растёт как чистыми насаждениями, так и смешанными. В таёжной зоне обычна примесь берёзы, осины и сосны, на востоке – сосны кедровой корейской, ясеня и пихты. Еловые леса также очень разнообразны. На хорошо дренированных почвах, на холмистых местах обычно развиваются ельники-где полностью господствует ель, в таёжной зоне широко распространены ельники с хорошо развитым покровом из черники. Очень продуктивен ельник кисличный с травяным покровом из кислицы, майника, папоротников и сныти на богатых суглинках и супесях.
1.11. Отдел покрытосеменные (цветковые)
Покрытосеменные – эволюционно наиболее молодая и самая многочисленная группа растений. Отдел включает около 250 тыс. видов. Размеры и форма цветковых очень разнообразны: крошечная свободноплавающая ряска, гигантские эвкалипты и баобабы, кактусы, розы и кувшинки, фиалки и подсолнечники, астры и хризантемы, орхидеи и магнолии, рябина и луизианский мох. Некоторые виды лишены хлорофилла и питаются мертвой органикой (сапрофиты) или другими растениями (паразиты). Первые покрытосеменные возможно были деревьями, однако почти во всех эволюционных линиях этого отдела появились травянистые виды, к которым относятся наиболее высокоорганизованные его представители. Не все цветковые имеют яркие цветки, у многих цветковых растений цветки мало заметны (дубы, ивы, злаки). Покрытосеменные произрастают во всех климатических зонах, господствуют во многих экосистемах суши среди растений, составляют основную массу растительного вещества биосферы и являются важнейшими производителями (продуцентами) органического вещества на суше. Ведущая роль цветковых обусловлена рядом прогрессивных особенностей:
1. Появление цветка – органа, совмещающего функции бесполого размножения (образование спор) и полового.
2.Образование в составе цветка завязи, заключающей в себе семяпочки и предохраняющей их от неблагоприятных действий среды.
3. Формирование из завязи плода: семена находятся внутри плода, они защищены (покрыты) околоплодником. Возможность использования различных агентов, как живых так и неживых, для распространения семян (насекомые, птицы, летучие мыши, ветер, вода).
4. Двойное оплодотворение.
5.Максимальная редукция гаметофита.
Гаметофит (от гаметы и греч. phyton – растение) – половое поколение, этап жизненного цикла растений; чередуется со спорофитом, у покрытосеменных гаметофитов редуцирован до пыльцевого зерна (мужской гаметофит) и зародышевого мешка (женский гаметофит). У цветковых растений мужские гаметофиты столь малы, что помещаются внутри оболочки пыльцевого зерна, и состоят всего лишь из нескольких клеток. Мужской гаметофит состоит из вегетативной и генеративной клеток. Женский гаметофит состоит из восьми клеток зародышевого мешка, одна из которых становится яйцеклеткой.
6. Семенное и вегетативное размножение
7. Усложнение и высокая степень дифференциации органов и тканей.
8.Высокая скорость роста и развития у однолетних растений .
9. Множество жизненных форм: деревья, кустарники, кустарнички, полукустарники, многолетние травы,двулетние, однолетние травы и т.д.
10. Формирование сложных многоярусных сообществ благодаря большому разнообразию жизненных форм, цветковые очень часто занимают господствующее положение на каждом ярусе.
1.12. Ткани цветковых
Ткань – совокупность клеток, сходных по строению, происхождению и выполняющих определенные функции. У растений различают следующие ткани: образовательные (меристемы), покровные, основные, механические, проводящие, выделительные.
Образовательная ткань (меристемы, в переводе с греческого «делимый») – это единственный вид растительной ткани, клетки которой способны делиться. Из образовательной ткани в результате дифференциации образуются все остальные ткани, т.к. образовательная ткань дает начало специализированным клеткам, образующим постоянные ткани – покровные, основные, проводящие, механические, выделительные. В зависимости от места расположения в теле растения меристемы делят на верхушечные, боковые, вставочные и раневые. Верхушечные (апикальные) меристемы расположены на верхушках осевых органов.
Основные ткани составляют основную массу различных органов растения. Они занимают участки между другими постоянными тканями и присутствуют во всех вегетативных и репродуктивных органах.
Покровные ткани располагаются на границе с внешней средой и защищают растение от неблагоприятных воздействий.
Механические ткани определяют прочность органов растения за счет наличия утолщенных клеточных стенок.
Проводящие ткани обеспечивают транспорт веществ в теле растений.
Выделительные (секреторные) ткани представлены самыми различными образованиями, выделяющими из растения, либо изолирующиеся в его тканях продукты обмена веществ, либо воду.
1.13.Органы растений
Орган – часть организма, имеющая определенную форму и строение, которая обычно состоит из нескольких тканей, занимает определенное положение в организме и выполняет специфические функции. У растений выделяют вегетативные органы (поддерживающие жизнь организма) и генеративные органы (органы полового размножения). К вегетативным органам растений относят корень, стебель и лист, к генеративным органам (у цветковых) – цветок, семена, плод. Органы растений возникли позднее, чем ткани. Ткани появились как результат адаптаций растений к жизни на суше, органы сформировались вследствие дифференциации тела растения в зависимости от выполняемой функции
1.14. Корень
Функции корня заключаются в закреплении растения в почве, поглощении воды и минеральных веществ, а также синтезе физиологически активных веществ (гормонов и ферментов).
Совокупность корней одного растения составляет корневую систему. В состав корневой системы входят главный корень, боковые и придаточные корни. Главный корень происходит от зародышевого корешка. От него, отходят боковые корни, которые могут ветвиться. Корни, которые происходят от надземных частей растения – листьев или стебля – называются придаточными.
1.15. Стебель
Надземная часть растений представляет собой систему ветвящихся побегов. Побег – один из основных органов растения, состоящий из стебля, листьев и почек. Стебель – часть побега, который обеспечивает его связь между корнями и листьями. Главная характеристика побега – его олиственность. Участок стебля, от которого отходит лист (или листья), называют узлом, а расстояние между соседними узлами – междоузлием. Почка – это зачаточный, еще не развивившийся побег. Она состоит из укороченного стебля с зачаточными листьями и окружена почечными чешуями, представляющие собой видоизмененные листья.
Между корой и древесиной находится слой образовательной ткани – камбий. Деление клеток камбия начинается весной и прекращается осенью.
1.16. Экологические характеристики побегов.
Для того чтобы увеличить площадь соприкосновения растений с окружающей средой – водной, воздушной или почвенной – в процессе эволюции до появления органов, у растений возникло ветвление. Формы побегов необычайно разнообразны. Они различаются по направлению роста, степени одревесневения и т.д.
По направлению роста побеги делятся на прямостоячие, вьющиеся, лазающие, ползучие. У прямостоячuх стеблей хорошо развита механическая ткань. Вьющиеся побеги выполняют опорную фукцию. Лианы, поднимаясь вверх, обвивают стволы деревьев. Большая часть лиан произрастает в тропических широтах. Лазающие побеги цепляются за опору усиками (виноградная лоза) или придаточными корнями, отрастающими от стебля: ползучие побеги стелются по земле (клубника,земляника, ежевика). Основные функции стебля – транспортная и опорная.
По степени одревесневения цветковые можно разделить две резко различающиеся группы: одревесневшие (деревья и кустарники) и травянистые (травы) растения. Травянистые формы произошли от древесных путем ослабления или прекращения деятельности кам6ия. Травы лучше адаптированы к самым разнообразным условиям среды и встречаются в водных экосистемах, на деревьях (эпифиты), в жарких пустынях и в суровых холодных экосистемах.
Стебель также может служить источником питательных веществ и вегетативного размножения растений. При этом он видоизменяется, образуя клубни, луковицы, корневища, колючки и др.
Клубни (например, у картофеля) – это сильно измененные подземные стебли с почками. Они служат для запасания питательных веществ (откладываются преимущественно в виде крахмала) и вегетативного размножения. Например, подавляющая часть органических веществ, создаваемых в процессе фотосинтеза у картофеля, запасается в клубнях. Среди запасных веществ: крахмал, сахара, полисахариды, витамины. На клубне легко можно обнаружить верхушечную и пазушные почки в виде так называемых глазков. Каждый глазок содержит три и более почки, из которых одна прорастает, а остальные остаются спящими. Клубень картофеля не имеет хлорофилла, но на свету может приобретать зеленый цвет. Молодой клубень покрыт тонкой кожицей, которая позже заменяется пробкой.
Корневище ( например, у многолетних травянистых растений
– крапивы, брусники, ландыша, ириса) – это сильно измененный подземный побег, напоминающий корень, но отличается от него горизонтальным ростом и отсутствием корневого чехлика. Он несет недоразвитые чешуевидные листья и почки. Как и побег, корневище расчленяется на узлы и междоузлия. От узлов корневища часто отходят придаточные корни. Корневище имеет верхушечную и боковые почки, из которых вырастают надземные побеги и боковые ответвления. Нормальные зеленые листья обычно отсутствуют. Корневища являются источниками углеводов. Луковица – видоизменение побега луковичных растений (лилия, лук, чеснок, тюльпан). Стеблевая часть луковицы называется донцем, она окружена сочными листьями, накапливающими воду и сахара. После высадки луковицы из нижней части донца развиваются придаточные корни. Зеленые листья луковичных называют перьями, а цветочные стебли стрелками.
1.17.Лист
Лист – важнейший вегетативный орган, возникший в процессе эволюции из боковых веточек древних растений, в результате произошло резкое увеличение поверхности надземной части растений, что привело к увеличению скорости процесса фотосинтеза и испарения воды. Лист осуществляет три основные функции – фотосинтез, газообмен и испарение воды. Лист состоит из двух основных частей – листовой пластинки и черешка. В отличие от стебля и корня лист имеет двухстороннюю симметрию и ограниченный верхушечный рост.
1.18.Экологические характеристики листьев.
Свет – один из важнейших экологических факторов, который необходим для растений. Освещенность всех листьев обеспечивается характером расположения листьев на стебле и их различными размерами.
Листья на стебле располагаются в определенном порядке. Листорасположение называется очередным (или спиральным), если в стеблевом узле находится• по одному листу, чередуясь друг с другом (роза и яблоня). Когда в узле развиваются два листа напротив друг друга, такое листорасположение называется супротивным (гортензия, сирень, клен). При мутовчатом листорасположении из стеблевого узла выходят 3-4 и более листьев (вороний глаз).
Сверху и снизу лист покрыт эпидермисом – клетками кожицы, которые повышают устойчивость к различным экологическим факторам, они защищают лист от высыхания, от механических, химических стрессов, а также от проникновения микроорганизмов в ткань листа.
Листовые пластинки пронизаны жилками, представляющие собой проводящие пучки. Жилки транспортируют различные растворы и придают листьям прочность. Жилкование различно у разных классов цветковых у однодольных – параллельное или дуговое, у двудольных растений – перистое или сетчатое . В состав листа входит механическая ткань, обеспечивающая его упругость и эластичность, наряду с жилками.
Газообмен и испарение воды осуществляются через специальные образования – устьица.
Испарение защищает растения от перегрева, способствуя охлаждению растения от перегрева. Испарение способствует передвижению воды и растворенных в ней минеральных и других веществ от корней к листьям. Для видов, которые интенсивно испаряют воду, разница между температурой воздуха и температурой листа может достигать колоссальных значений до 15 с. Интенсивность испарения регулируется при помощи устьиц. Экологические факторы (свет и температура) имеют важное значение, освещение листа способствуют открыванию устьиц, в темноте они закрыты. В сильную жару устьица закрываются, замыкающие клетки устьиц содержат хлоропласты. При освещении в них начинается фотосинтез, из-за усиленного притока воды тургор замыкающих клеток увеличивается, их стенки растягиваются и устьячная щель раскрывается. В темноте и при усиленном испарении воды в жаркий день тургор замыкающих клеток ослабевает и устьица закрываются.
1.19.Влияние экологических факторов на строение листа.
Строение листьев зависит от условий окружающей среды. Листья водных растений тонкие, механическая ткань и сосудисто-волокнистые пучки слабо развиты. В засушливых экосистемах листья могут служить для запасания воды (у некоторых суккулентов), которую они очень медленно расходуют, у таких растений воды испаряется очень мало благодаря малому числу устьиц и сильному развитию кутикулы. Среди адаптаций к недостатку влаги – утолщения стенок эпидермиса и образование покровными клетками воскового налета, густое опушение листьев. Листья некоторых растений семейства злаковых в жаркое время дня свертываются в трубку. В процессе адаптаций к экологическим факторам листья приобретают ряд дополнительных функций. Листовые суккуленты благодаря накоплению воды (алоэ) переносят засушливые условия. Например, усики гороха – видоизмененные листья – выполняют опорную функцию, у репчатого лука листья превратились в сочные чешуи, запасающие питательные вещества.
1.20. Цветок
Цветок – орган семенного размножения растений, в нем совмещены процессы бесполого и полового размножения, он заканчивает собой стебель, главный или боковые. Часть стебля несущая цветок, лишенная листьев, называется цветоножкой. Цветоножка может отсутствовать (такие цветки называются сидячими) или сильно укорочена. Расширенную часть цветоножки называют цветоложе, на ней располагаются все части цветка. В центре цветка находится пестик – женская часть цветка. Пестик образует видоизмененные листочки – плодолистики. В нем выделяют рыльце, столбик и завязь. В завязи находится полость, где есть семяпочка, защищенная от неблагоприятных факторов среды. Закрытое расположение семяпочки в завязи отличает покрытосеменные растения от голосеменных, у которых семяпочки лежат открыто. Пестик окружен тычинками, состоящими из тычиночной нити и пыльника. Тычинки и пестики окружены венчиком, состоящим из лепестков. Доказательством листового происхождения тычинок и пестиков является их превращение в лепестки в махровых цветках. Вокруг лепестков расположены чашелистики. Лепестки и чашелистики образуют околоцветник. Чашелистики происходят от листьев и выполняют защитную функцию.
1.21.Соцветия
Цветки на побеге могут располагаться поодиночке или группами. В тех случаях, когда они располагаются группами, образуются соцветия. Соцветие это часть побега, побег или система видоизмененных побегов, которые несут цветки, более или менее отграниченные от вегетативной части растения.
Соцветия, у которых боковые оси ветвятся и на главной оси расположены цветки, называются сложными. У простых соцветий боковые оси не разветвлены и служат цветоножками.
Возможно, в ряде случаев простые соцветия возникали в процессе «обеднения» сложных, что связано с редукцией их боковых осей.
Закладываются соцветия внутри цветочных или смешанных почек. У многих растений (бузина, сирень, гиацинт и др.) соцветие возникает как единое целое из-за деятельности одной меристемы.
Любое соцветие имеет главную ось, или ось соцветия, и боковые оси, которые могут быть разветвлены в различной степени или неразветвлены. Конечные их ответвления цветоножки – несут цветки. Оси соцветия делятся на узлы и междоузлия. На узлах осей соцветия располагаются листья и прицветники. Соцветие несет видоизмененные или неизмененные листья. Сильно видоизмененные листья называют прицветниками.
Закрытое соцветие характеризуется ограниченным ростом и главная ось заканчивается верхушечным цветком. Открытое соцветие имеет неограниченный рост, а его цветки располагаются сбоку от морфологической верхушки.
Выделяют простые и сложные соцветия. Сложные соцветия состоят из нескольких простых. У сложных соцветий ветвятся боковые оси, у простых оси не разветвлены и являются цветоножками,
Простые соцветия:
простой колос (подорожник, примула) – на главной удлиненной оси располагаются сидячие цветки;
початок (аир, кукуруза) напоминает колос, но имеет мясистую утолщенную ось;
простой зонтик (примула, вишня) – главная ось укороченная, боковые цветки как бы выходят из одной точки на ножках разной длины и располагаются куполообразно или в одной плоскости;
сережка (ива, грецкий орех) – разновидность колоса, отличается от колоса и кисти свисающей главной осью, обычно несет однополые цветы;
кисть (гиацинт, наперстянка, черемуха, многие крестоцветные) – боковые цветки имеют короткие цветоножки и сидят на удлиненной главной оси;
головка (клевер) – у цветков отсутствуют цветоножки и главная ось сильно укорочена;
корзинка (у сложноцветных, например у василька, подсолнечника, одуванчика, хризантемы, астры, брахикомы, ромашки, герберы) – множество мелких сидячих цветков расположено на сильно утолщенном и расширенном конце укороченной оси, имеющей вогнутую, плоскую либо выпуклую форму;
щиток (груша) – нижние цветки в отличие от кисти имеют длинные цветоножки, в результате чего все они располагаются в одной плоскости.
Сложные соцветия:
Метелка или сложная кисть – более или менее разветвленное соцветие с постепенным уменьшением степени разветвленности боковых осей от основания к верхушке (злаковые, сирень). Главная длинная ось представляет собой кисть, а боковые ее ветки простые кисти. Метелка легко видоизменяется в несколько других типов сложных соцветий (например, сложный щиток);
сложный зонтик (морковь, укроп) – боковые оси соцветия заканчиваются простыми зонтиками;
сложный щиток (рябина, калина) – главная ось представляет собой щиток, боковые – корзинки или тоже щитки;
сложный колос (пшеница, рожь) – на главной ветвящейся оси располагаются оси простых колосков.
1.22.Строение семени и его состав
Процессы, развивающиеся после двойного оплодотворения, завершаются формированием из семяпочки семени. Ткань, покрывающая зародышевый мешок снаружи, превращается в кожуру семени. У растений накапливаются различные запасные вещества. Например, в пшеничных зернах много крахмала, значительно меньше белка и мало жиров. В семенах бобовых (соя, фасоль, горох) много белков. В семенах масличных растений (оливковое дерево, подсолнечник, лен, кукуруза и другие) содержится от 25 до 80 % растительных жиров. Семена многих растений не содержат эндосперма, и питательные вещества локализованы в семядолях. Питательные вещества семян представлены углеводами, белками и жирами.
В процессе эволюции у растений сформировались самые различные приспособления, обеспечивающие распространение семян. Семена распространяются с помощью воздуха, воды, животных и т.д. У многих растений плоды при созревании вскрываются, резким толчком выбрасывая семена.
Семена разных растений существенно различаются по массе, семена имеющие маленькую массу часто встречаются у ветроопыляемых растений, т.к мелкие семена намного легче переносятся ветром . Тысячи мелких семян орхидеи весят всего доли грамма, а семена некоторых пальм достигают массы 8-15 кг. Максимального размера достигают семена сейшельской пальмы (масса около 20 кг).
Однако для маленьких семян характерно слабое развитие зародыша и малое количество питательных веществ. На более крупных семенах и плодах находятся волоски или крылатые выросты, облегчающие их парение в воздухе.
В почве существует определенный запас семян, это связано с важной особенностью семян в условиях, неблагоприятных для прорастания, они могут долгое время пребывать в состоянии покоя. С наступлением благоприятных экологических условий – температуры и влажности – семена всасывают воду и начинают прорастать. Скорость созревания семян различна, у тропических растений и у некоторых видов умеренных широт семена созревают быстро и способны прорастать сразу после попадания в почву. У большинства растений, обитающих в умеренных и субарктических широтах семена должны пройти стадию покоя, даже находясь в благоприятных для прорастаниях условиях, для адаптации к переживанию неблагоприятных для роста сезонов года. Прорастание семян – это сложные биохимические и физиологические процессы. Различно влияние света как экологического фактора на растения: одни семена светочувствительны( для их прорастания нужен свет), семена других видов (лютиковые) на свету не прорастают.
1.23.Плод
После образования зародыша цветок вступает в новую фазу развития, которая завершается образованием плода. Плод – это видоизмененный после оплодотворения цветок, который обеспечивает защиту и распространение семян. Разнообразие плодов очень велико. Истинные плоды у сливы, томата, гороха. Если в образовании плода участвуют помимо пестика другие части цветка (например,разросшееся цветоложе, основания чашелистиков, лепестков и тычинок), такие плоды называют ложными (груша, яблоко, арбуз, шиповник). Плод, образованный из нескольких пестиков одного цветка, называется сборным (ежевика, малина). В зависимости от содержания воды в околоплоднике плоды подразделяют на сухие и сочные, а по количеству семян – на односеменные и многосеменные.
К сухим односеменным плодам относят орех (лещина), семянка (василек, подсолнечник), зерновка (рожь, пшеница), крылатка (береза, клен). Сухие многосеменные плоды включают боб (горох, люцерна, клевер), стручок (капуста, брюква, пастушья сумка), коробочка (мак, подорожник, гвоздика).
К сочным односеменным или многосеменным плодам относятся костянка (слива, вишня, абрикос, крушина, боярышник), ягода (виноград, черника, смородина, клюква, томаты, баклажаны), яблоко (рябина, яблоня, груша), тыквина (тыква, дыня, арбуз, огурец), померанец (апельсин, мандарин, лимон). По происхождению выделяют простые, сложные плоды и соплодия. Простой плод (зерновка,костянка, боб) развивается из цветка с одним пестиком, сложный (ежевика, малина) – из цветка, имеющего несколько пестиков, соплодие (ананас) – из соцветия со сросшимися цветками.
Боб – это простой плод, состоящий из двух створок, внутри которых находятся семена (горох, фасоль, акация). Стручок имеет две створки, но семена располагаются на перегородках внутри плода, а не на самих створках (капуста, пастушья сумка). Плод коробочка (лен, гвоздика) характеризуется множеством семян, которые свободно высыпаются при растрескивании созревшего плода. Внутри коробочки созревают семена, которые высыпаются через дырочки (у мака), открыванием крышечки (у белены), раскрыванием створок (у дурмана) и т. д. К ореховидным (плод односеменной с сухим околоплодником при созревании не растрескивается, семена не высеиваются) относятся орех с жестким деревянистым околоплодником (лещина, гречиха); семянка (семя не срастается с околоплодником) – подсолнечник; крылатка – семянка, околоплодник которой имеет крыловидный вырост, как у вяза; зерновка – околоплодник срастается с семенной кожурой (пшеница, рожь).
1.24.Однодольные и двудольные растения
Отдел покрытосеменные или цветковые делится на два класса: двудольные и однодольные. Однодольные растения произошли от двудольных и поэтому них много общего. Однодольные являются менее многочисленными. Двудольные отличаются от однодольных по ряду признаков, однако по каждому из признаков существует множество исключений. Главное отличие – строение зародыша. Для двудольных характерны следующие признаки: зародыш несет две семядоли (редко больше), которые обычно прорастают надземно; листья имеют сетчатое жилкование, черешок обычно ясно выражен; в стебле хорошо различаются кора и сердцевина; корень у подавляющего числа видов стержневой (у многих травянистых мочковатый); цветки преимущественно пятичленные. У однодольных зародыш с одной семядолей, которая прорастает, как правило, подземно; листья с параллельным и дуговым жилкованием не расчленены на черешок и пластинку; корневая система мочковатая; цветки трехчленные; в стебле нет ясно дифференцированных коры и сердцевины. Однодольные представлены травами, иногда вторично древовидными формами (пальмы, бамбук). Видовое разнообразие однодольных значительно меньше, чем у двудольных. Классы цветковых делят на семейства, главным образом на основании строения цветка и плода. Основные семейства класса двудольных: сложноцветные, крестоцветные, бобовые, пасленовые, розоцветные; класса однодольных – злаковые, лилейные. Из всех групп растений цветковые наиболее широко используются человеком. Почти все важнейшие культурные растения, в том числе хлебные злаки, овощи, плодовые деревья и кустарники, относятся к цветковым. Они служат сырьем для строительной промышленности (древесина), для изготовления бумаги, одежды (хлопчатник, лен), для получения различных масел. Многие растения используются в медицине (наперстянка, красавка, анис, облепиха, горицвет, ромашка аптечная, женьшень и многие другие).
1.25.Класс двудольные
Подкласс магнолиевые
Подкласс включает 18 порядков и примерно 10 тысяч видов. Магнолиевые- примитивные цветковые растения, в основном деревья.
Среди видов подкласса – магнолия (всего лишь 1 вид встречается в России на Курильских островах), некоторые виды магнолии выращивают в садах и парках. Магнолия листопадное или вечнозеленое дерево с крупными цветками, препараты из магнолии крупноцветковой используются при лечении гипертонии.
Лавр благородный широко распространен в странах средиземноморья, сухие листья этого растения являются излюбленной приправой для различных блюд.
Подкласс лютиковые
Подкласс включает 4 порядка и около 4000 видов. В отличие от магнолиевых здесь доминируют травянистые виды с высокоразвитой проводящей системой, бессосудистые формы отсутствуют. Один из видов – барбарис обыкновенный, иногда культивируемый в качестве декоративного кустарника (колючие побеги барбариса обильно цветущие летом, к осени покрываются гроздьями красных съедобных плодов).
Подкласс гвоздичные
Включает три порядка и примерно 11500 видов. В основном преобладают травы и полукустарники с хорошо развитой проводящей системой.
Представители подкласса – кактусы (роль водозапасающего и фотосинтезирующего органа выполняет стебель), гвоздика (введена в культуру, громадное количество махровых сортов произошли от гвоздики голландской, происходящей из Южной Европы), пол-пола из рода эрва лекарственная трава, применяется при мочекаменной болезни.
Подкласс гамамелисовые
Включает 16 порядков и 1500 видов. Сохранились бессосудистые формы, большинство представителей – древесные растения, характеризующиеся упрощением цветка. К подклассу относятся береза (листопадные деревья и кустарники образующие мелколиственные лес, для многих видов характерна поперечно отслаивающаяся кожистая кора, или береста), лещина.
Подкласс диллениевые
Включают 31 порядок и 36000 видов, характерна высокая степень специализации цветка и наличие травянистых форм. Наиболее известные представители чайный куст, зверобой, актинидия, брусника, черника, голубика, фиалка, бегония, тыква, водяника, примула, цикломен, хурма, пасифлора, ива, капуста, хрен, горчица, левкой, липа, мальва, гибискус, редька, редис, репа, брюква, крапива, инжир.
Подкласс розоцветные
Розоцветные самый крупный подкласс цветковых, включающий 40 порядков и более 50000 видов. Они – один из центральных стволов развития двудольных. Подавляющее большинство розоцветных более специализировано, чем другие двудольные. Эволюция большинства из них выразилась в уменьшении числа частей цветка, срастание плодолистиков и др. Среди представителей розоцветных родиола, каланхоя, смородина, крыжовник; многие виды содержат эфирные масла (гвоздика, эвкалипт, каюпут); гранат; мимоза, соя, арахис, горох, клен, цитрусовые, лен, герань, настурция, протея, виноград, калина, бузина, валерьяна.
Подкласс губоцветные
Губоцветные происходят от подкласса розоцветных объединяются в 11 порядков и почти 40000 видов. В подклассе очень много травянистых, довольно высоко специализированных форм. Среди видов подкласса: кофе, маслина, подорожник; среди губоцветных много ценных эфирномасличных растений из родов мелисса, лаванда, розмарин, мята, погостемон, плектрантус.
Подкласс сложноцветные
Подкласс сложноцветные наиболее высоко специализированная группа двудольных, включает 5 порядков и около 30000 видов. В подклассе доминируют многолетние и однолетние травы. Среди видов подкласса: колокольчики (многие виды колокольчиков характерны для наших лесов и полей, цветки крупные, синие, лиловые, голубые и белые редко желтые почти всегда обоеполые, 5-членные).
1.26.Класс однодольные
Класс однодольных подразделяется на 4 подкласса и 63000 видов.
Подкласс частуховые
Подкласс частуховые включает 500 видов и 11 порядков большинство видов болотные прибрежные, плавающие или целиком погруженные в воду травы имеющие чрезвычайно примитивную проводящую систему.
Подкласс лилейные
Крупнейший подкласс однодольных состоящий из 21 порядка и 56000 видов. Обычно цветок образован 3 чашелистиками, 3 лепестками, 6 тычинками и 3 в разной степени срастающимися плодолистиками. В основном лилейные – сухопутные растения. Наиболее известными представителями лилейных являются: ирис, крокусы, фрезия, гладиолусы, тюльпаны, лилии, алоэ, лук, чеснок, хосто, лилейник, нарцисы,подснежники, зефирантисы, ландыши, спаржа, орхидея, бананы, имбирь, кордамон, куркума, злаки.
Подкласс арековые
Арековые состоят из 4 порядков и 6500 видов. Для них характерен упрощенный цветок, сочетающийся с образованием сложных соцветий. Наблюдается переход к вторично древесным формам (пальмы), к эпифитному (лианы из ароидных) и свободно плавающему образу жизни (рясковые).
Подкласс триурисовые
К триурисовым относят обычные травянистые растения тропических лесов.В подклассе около 70 видов.
1.27.Характеристика некоторых семейств
Семейство Лилейные.
Это семейство включает около 4 тыс. видов. В основном – многолетние травянистые растения с подземными побегами в виде луковиц или корневищ. Листья крупные, цельные, ланцетные или линейные с параллельным жилкованием. Растения насекомоопыляемые или ветроопыляемые. Цветки собраны в соцветия: кисть (лилия, пролеска, ландыш), зонтик (лук), либо одиночные (тюльпан), обычно крупные и яркоокрашенные. Цветок имеет 6 свободных или сросшихся лепестков (3 наружных и 3 внутренних), 6 тычинок. Плод – ягода (ландыш) или коробочка (тюльпан). Лилейные широко используются в качестве овощных культур (лук, чеснок, спаржа), в медицине при производстве лекарственных средств и биологически активных добавок (чеснок, ландыш, купена, алоэ), декоративные растения (тюльпан, ландыш, лилия, гиацинт).
Ландыш майский (Convallaria majalis L. означает «лилия долин, цветущая в мае») – многолетнее травянистое растение семейства лилейных с ползучим разветвленным корневищем и тонкими корнями в узлах. Согласно русской легенде морская царевна Волхова полюбила юношу Садко, а он отдал свое сердце любимице полей и лесов Любаве. Несчастная Волхова вышла на берег и стала плакать. И там, где падали слезинки царевны, выросли ландыши – символ чистоты, любви и грусти. По христианскому сказанию, цветы выросли из слез Богоматери, когда она оплакивала распятого сына. Ландыш используется как декоративное и лекарственное растение. Впервые серьезные исследования этого растения провели в клинике профессора С.П. Боткина, и уже в 1881 г. настойку ландыша официально признали медицинским препаратом: содержащиеся в ней вещества регулируют работу сердца. В медицине используются капли Зеленина, состоящие из настоек майского ландыша, валерианы и белладонны с ментолом, которые применяют главным образом при неврозах сердца.