Разделы ботаники и что они изучают таблица
Что изучает ботаника: виды растений, систематика, морфология, классификация ботаники, предмет, задачи и методы изучения в ботанкие
Что изучает ботаника как наука?
Определение ботаники и этапы ее развития
Ботаника — это комплексная наука о растениях, рассматривающая их происхождение, развитие, внешнее и внутреннее строение, классификацию, распространение по земной поверхности, а также охрану и экологию.
Что означает слово «ботаника»? Само слово «ботаника» происходит от греческого слова «βοτάνη», что означает зелень, трава, растение, овощ.
Ботаника — это раздел науки о растительном покрове поверхности Земли на всех уровнях: клеточном, молекулярном, организменном и популяционном. Соответственно, ботаник — это тот, кто непосредственно все этом изучает.
Ботаника как наука о растениях имеет богатую предысторию. Она зародилась в глубокой древности: в начале использования людьми растений для удовлетворения своих практических потребностей. В числе таких потребностей — еда, лечение, жилье, одежда.
На протяжении долгого периода времени естествоиспытатели только описывали растения: их размеры, специфику отдельных органов, характерную окраску и др. Это так называемый описательный характер ботаники.
Что такое ботаника, какие разделы ботаники существуют, кто такой ботаник и прочие вопросы активно ставились перед исследователями в 17-18 веках, во времена активного формирования ботаники как раздела биологии.
Систематизация растительного мира тесно связана с началом использования сравнительно-описательного метода. С его помощью растения описывались и сравнивались с другими по внешним (морфологическим) признакам.
Экспериментальное направление возникло и стало доминировать с момента изобретения микроскопа, а позже — в ходе развития науки и микроскопической техники.
Современная ботаника — это не просто наука, изучающая растения, и даже не наука, которая изучает классификацию растений.
Современная ботаника — наука, включающая множество отраслей.
Ботаника изучает все, что касается растений, и включает в себя различные разделы. Один из наиболее важных разделов — систематика.
В ботанике выделяют флористику и ботаническую географию. Первая занимается изучением сообществ растений на конкретной территории, а вторая — изучением особенностей распространения растений на планете.
Виды растений
Растения — важный источник биологически активных веществ (в растениях их количество может достигать десяти). Эти вещества непосредственно воздействуют на организм людей и животных, потому что употребляются в пищу.
Будучи неотъемлемым элементом человеческой жизни, растения стали пристально изучаться. Растения включают две большие группы:
Грибы, лишайники и бактерии изучают отдельно.
Систематика как ботаническая дисциплина
Что изучает наука систематика? Она занимается классификацией растений на основе подобных общих характеристик.
Являясь основной ботанической дисциплиной, систематика сконцентрировала внимание на классификации растений. Поэтому на вопрос, что изучает систематика проще всего ответить так: она изучает весь растительный мир, выделяет в нем отдельные группы, объясняет родственные и эволюционные связи между этими группами.
Для этих целей в ботанике существует специальный раздел — филогения.
Процесс систематизации растений происходил поэтапно. Вначале исследователи брали за основу внешние, морфологические признаки. Сегодня уже учитываются и внутренние признаки: смотрят, как устроены клетки, изучают их химический состав, какой хромосомный набор они имеют, какими экологическими особенностями отличаются.
Морфология как наука
Стоит отметить такую дисциплину как морфология растений. Эта наука изучает строение растений.
Она подразделяется на:
Разделы морфологии
Отдельные разделы морфологии — самостоятельные дисциплины:
Растительность в данном контексте — сочетание всех растений на одной территории, составляющие ее ландшафт.
Классификации ботаники по объекту изучения
Если выделять отдельные науки в ботанике кратко, то получится, что по объекту изучения эта классификация включает:
Если во внимание берется проживание изучаемого объекта, то можно говорить о специальных отраслях в ботанике растений. Среди них — лесоведение, болотоведение, луговедение, тундроведение и др.
Наука, изучающая лишайники — лихенология.
Предмет, задачи и методы исследования в ботанике
Предмет изучения в ботанике — растения: их строение, рост, родственные связи, возможности рационального применения.
Выделяют 5 основных задач ботаники:
Основных методов исследования в ботанике 6:
Ботаника — (от греч. botane — овощ, зелень, трава, растение).
Это один из разделов биологии, комплексно исследующий мир растений. Флора земли – это миллионы видов.
Как система знаний о растениях, ботаника формировалась во времена Древней Греции и Египта.
Она возникла и развивалась вместе с хозяйственной деятельностью человека, медициной.
Эти книги не только описывали растение, но указывали на их полезность для человека. Период великих географических открытий дал толчок развитию всех естественных наук, и ботаника – не исключение.
Выдающийся ботаник и естествоиспытатель, шведский ученый Карл Линней создал и узаконил классификацию ботанического мира. Каждое растение на латинском языке получило два названия: рода и вида. Такая систематика существует и сейчас.
Изобретение микроскопа привело к открытию клеточного строения растений и бурному развитию экспериментальных направлений развития науки. По сей день растения являются объектом изучения, так как они неотъемлемая часть нашей жизни.
Традиционно все растения делятся на две большие группы:
Современная наука о растениях включает в себя ряд разделов. Основной раздел – это систематика. Она занимается естественной классификацией растений по сходным признакам и объединяет их в виды.
Это основа любой отрасли ботаники. Систематику можно разделить на две части: флористическую и географическую ботанику. Флористика рассматривает закономерности распространения видов растений на различных территориях, ареалах распространения.
Ботаническая география отвечает на вопрос: «Почему в одном регионе растут определенные растения, а в другом – нет». Она изучает географические законы распространения растений на планете.
Рассматривая развитие отдельных видов растений в историческом развитии, устанавливаются их генетические родственные связи. Этим занимается специальный раздел – филогения.
Из истории развития ботаники известно, что первоначально растения систематизировались по внешним признакам – морфологическим. В наши дни используются знания клеточного строения растений.
Морфологию делят на макро- и микро-уровни. Макроморфология изучает внешнее строения растения в целом. Микроморфология изучает растение с помощью микроскопа. Это цитология, эмбриология, гистология.
В морфологии растений выделяются такие разделы как:
Науку о растениях можно классифицировать по объектам изучения:
В 18 веке немецкий учены Гумбольдт А. обосновал появление тех или иных видов растений, их развитие от географической среды произрастания. Это послужило развитию таких отраслей ботаники как болотоведение, тундроведение, луговедение, лесоведение и т.п.
В современном мире наиболее важными задачами ботаники являются:
Открытие новых видов растений и возможность их применения в жизни человека.
Изучение свойств растений, их устойчивости и выносливости к болезням, повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Исследование действий растений на организм человека и животный мир.
Влияние человека на формирование экосистем, защиты и сохранения растительного покрова нашей планеты.
Изучение наследственности и изменчивости растений – как основа выращивания генномодифицированных растений. Выявление положительных и отрицательных влияний таких растений на человека и окружающий мир.
Ботаника как и любая наука использует различные методы исследования:
Ботаника – это современная многоотраслевая наука, изучающая флору планеты Земля.
Она использует как традиционные методы, так и современные химические, физические, молекулярные методы исследований. Глобальной проблемой современности стало производство продуктов питания.
Эту задачу решают различные науки.
Первое место занимает ботаника. Предметом ее исследования является растение, все аспекты его жизнедеятельности и полезности для человека. Не менее глобальной является проблема сохранения благоприятного климата на планете.
Современная ботаника призвана разработать научные основы охраны природных экосистем.
Большое внимание отводится охране редких и исчезающих видов растений, занесенных в Красную книгу.
Ботаника в таблицах, схемах, тестах и терминах
Просмотр содержимого документа
«Ботаника в таблицах, схемах, тестах и терминах»
Ботаника в таблицах, схемах, тестах и терминах
В последнее время во многих вузах страны на вступительных экзаменах достаточно широко практикуется тестовая форма проверки знаний учащихся. С одной стороны это хорошо – ведь экзамен «принимает» компьютер, что сводит на нет предвзятость и субъективизм, свойственный человеку. С другой стороны, тестовая форма проверки знаний требует навыков работы на компьютере. Общение с машиной требует от абитуриента собранности, умения организовать работу так, чтобы за сравнительно небольшое время, отводимое на тестирование, показать уровень знаний. Поэтому тестирование зачастую не отражает истинного уровня знаний, и некоторые вузы пошли по пути введения двойного вступительного экзамена, один из которых принимает человек, а другой состоит в тестировании на компьютере.
Предлагаемое пособие содержит теоретический материал по школьному курсу ботаники в сжатой форме, что облегчит подготовку абитуриента к экзамену и освободит его от штудирования большого объема материала в школьных учебниках. По всем основным разделам курса ботаники в пособии приведены тесты, содержащие по 4 варианта ответа на каждый вопрос, из которых лишь один верный (верные ответы также приведены в пособии). Проблемные и познавательные вопросы с подробными ответами, приведенные в пособии, существенно расширят кругозор абитуриента, позволят не растеряться на устном экзамене и дать исчерпывающий ответ на самый каверзный и узкоспециальный вопрос по курсу ботаники.
Пособие будет полезно, в первую очередь, абитуриентам и учащимся старших классов при подготовке к олимпиадам, смотрам, викторинам всех уровней, а также учителям, ведущим занятия в классах с углубленным изучением биологии. Материалы пособия могут быть использованы на кружковых и факультативных занятиях.
Раздел 1. Теоретический материал по школьному курсу ботаники
Таблица 1. Строение растительной клетки
Особенности строения и выполняемые функции
Органелла, в которой происходит фотосинтез. Имеет двойную мембрану и сложную внутреннюю мембранную структуру (тилакоиды). Является разновидностью пластид. Все пластиды развиваются из пропластид – относительно мелких бесцветных или бледно-зеленых органелл
Хромопласты развиваются из хлоропластов и лейкопластов в результате внутренней перестройки. Имеют двойную мембрану, но в отличие от лейкопластов и хлоропластов не имеют внутренней мембранной структуры. Желтая, оранжевая или красная окраска хромопластов обусловлена наличием каротиноидных пигментов. Больше всего их содержится в клетках цветочных лепестков и кожуры фруктов
Третий вид пластид. Имеет двойную мембрану и внутреннюю мембранную структуру (немногочисленные тилакоиды). Среди лейкопластов выделяют амилопласты, которые синтезируют и накапливают крахмал, и элайопласты (липидопласты), которые синтезируют жиры
Занимает до 90% объема зрелой клетки растений. Заполнена клеточным соком, в котором растворены соли, сахара и органические кислоты. Вакуоль помогает регулировать тургор клетки. Содержит антоцианин – пигмент, окрашивающий лепестки цветков в красный, синий и пурпурный цвета, а также ферменты, участвующие в повторном использовании компонентов клетки, например хлоропластов. Мембрана вакуоли называется тонопластом
Трубочки около 25 нм в диаметре, состоящие из белка тубулина. Расположены около плазматической мембраны и участвуют в отложении целлюлозы на клеточные стенки. Участвуют в перемещении в цитоплазме различных органелл, например пузырьков Гольджи и хлоропластов. При делении клетки микротрубочки составляют основу структуры веретена деления
Плазматическая мембрана (плазмалемма, наружная мембрана клетки ЦПМ)
Мембрана (от лат. membrana – кожица, оболочка, перепонка) – тонкая оболочка, отделяющая клетку от внеклеточной среды или от клеточной стенки. Состоит из липидной пленки со встроенными в нее белками, которые могут располагаться на поверхности мембраны или пронизывать ее насквозь. Мембрана обеспечивает избирательное проникновение в клетку и выход из клетки различных веществ
Гладкий эндоплазматический ретикулум (гладкий ЭПР)
Осуществляет синтез и выделение липидов
Окружено ядерной оболочкой и содержит генетический материал – ДНК со связанными с ней белками гистонами (хроматин). Ядро, регулируя синтез белков, контролирует жизнедеятельность клетки. Ядрышко – место синтеза молекул транспортной РНК, рибосомальной РНК и рибосомных субъединиц
Аппарат Гольджи (диктиосома)
Некоторые белки сразу после синтеза поступают в аппарат Гольджи, где обрабатываются ферментами. В нем синтезируются полисахариды, которые в виде пузырьков и перемещаются к плазматической мембране для последующего включения в состав клеточной стенки
Содержит ферменты для синтеза АТФ в ходе окислительного фосфорилирования. Этих органелл очень много в клетках-спутниках ситовидных трубок, в эпидермальных клетках корня и в клетках меристем, осуществляющих рост растения
Шероховатый эндоплазматический ретикулум (шероховатый ЭПР)
Служит для синтеза белков (в рибосомах, прикрепленных к его мембране), их накопления и преобразования для выделения из клетки наружу (секреции). Осуществляет компартментацию клетки
Мельчайшие цитоплазматические каналы, которые пронизывают клеточные стенки и объединяют протопласты соседних клеток. Симпласт состоит из объединенного множества протопластов. По нему перемещаются вода и растворы в теле растения. Эта система межклеточной цитоплазматической связи позволяет растению выжить в засушливый период. Посредством плазмодесм соединяются полости ЭПР смежных клеток
Состоит из длинных молекул целлюлозы, собранных в пучки, называемые микрофибриллами, которые скручиваются, подобно канату, в макрофибриллы. Макрофибриллы внедрены в матрикс, состоящий из клейких пектинов и гемицеллюлозы. В клетке может быть вторичная клеточная стенка. Вторичная клеточная стенка нарастает с внутренней стороны первичной стенки. Часто вторичная стенка пропитывается лигнином или суберином, которые придают водонепроницаемость эндодерме, а также феллеме (пробке). Первичная клеточная стенка образуется первой на плазмолемме. Срединная пластинка содержит клейкие вещества и пектат кальция, скрепляет стенки соседних клеток. Механическая прочность клеточной стенки позволяет клеткам поддерживать избыточное внутреннее давление – тургор. Система связанных друг с другом клеточных стенок, по которой в растении транспортируется большая часть воды в виде растворов, называется апопластом. Он пронизывает все тело растения
Таблица 2. Ткани растительного организма
Образовательная ткань (меристема)
Живые паренхиматические тонкостенные клетки
Живые клетки с крупным ядром, находящимся в постоянном делении
Конус нарастания побега, кончик корня, основание листовой пластинки, междоузлия злаков
Между древесиной и корой в древесном стебле и корне
Рост органов в длину, образование других тканей, вегетативных органов
Рост корня и стебля в толщину
Живые, чаще рыхло расположенные тонкостенные клетки с хлорофиллом
Тонкостенные живые клетки, заполненные различными включениями: зернами крахмала, капельками жира, кристаллами белка, вакуолями с клеточным соком
Мякоть листа, зеленые травянистые стебли
Мякоть корнеплодов, луковиц, плодов, клубней, корневищ, сердцевина стеблей, эндосперм семян
Запасание белков, жиров, углеводов. Клетки основных тканей способны превращаться в делящиеся клетки вторичной образовательной ткани, что важно при вегетативном размножении растений
Плотно расположенные живые клетки с утолщенной наружной стенкой. Содержит устьица (две замыкающие клетки, между которыми расположена устьичная щель)
Мертвые, плотно расположенные толстостенные клетки, пропитанные жироподобным веществом – суберином.
Большой слой пробки и других отмерших тканей
Поверхность листьев, травянистых зеленых стеблей, все части цветка
Покрывает зимующие стебли, корни, корневища, клубни
Покрывает нижнюю часть стволов деревьев
Защита от высыхания, проникновения микроорганизмов, транспирация и газообмен.
Защита от высыхания и механического повреждения
Защита от механических повреждений
Состоит из полых трубок – капилляров с одревесневшими стенками и мертвым протопластом – сосуды и трахеиды
Состоит из живых клеток – ситовидных трубок с клетками-спутницами
В стебле, корне, жилках листьев. Обеспечивает вертикальный восходящий ток воды и минеральных солей
Находится в коре стебля, корня, жилках листьев
Проведение воды и минеральных солей из почвы в растение, опора для клеток древесины
Обеспечивает вертикальный нисходящий ток органических веществ из листьев в стебель, корни, цветки и плоды
Железистые волоски, нектарники
Смоляные ходы, млечники
Живые клетки, заполненные жидким секретом веществ, исключенных из обмена
Мертвые клетки, заполненные смолой (живицей) или млечным соком
Поверхность некоторых листьев и стеблей, цветок
Внутренние части стеблей хвойных, одуванчика, молочая
Защита от испарения, поедания животными, привлечение опылителей
Защита от повреждений и поедания животными
Длинные клетки с толстыми одревесневающими стенками, могут быть мертвыми и живыми
Мертвые клетки с очень толстыми оболочками, пропитанные лигнином
Окружают проводящие пучки, расположенные в древесине и коре стеблей, корней, листьев, корневищ, в плодах
Скорлупа орехов, косточки вишни, сливы
Выполняют опорную (скелетную) функцию
Защита от механических повреждений и преждевременного прорастания
Таблица 3. Отличительные признаки одно- и двудольных растений
Мочковатая, главный корень рано отмирает
Стержневая, хорошо развит главный корень
Травянистый, не способен к вторичному утолщению, ветвится редко. Проводящие пучки без камбия, разбросаны по всему стеблю
Травянистый или деревянистый, способен ко вторичному утолщению, ветвится. Проводящие пучки имеют камбий, расположены одним большим массивом в центре стебля или имеют вид кольца
Простые, цельнокрайние, обычно без черешка и прилистников, часто с влагалищем, параллельным или дуговым жилкованием. Расположение листьев двухрядное
Простые или сложные, края рассеченные или зубчатые, часто с черешком, прилистниками, сетчатым или пальчатым жилкованием. Расположение листьев супротивное, очередное
Трехчленный, реже двух- или четырехчленный
Пяти-, реже четырехчленный
Большинство растений опыляются ветром
Большинство растений опыляются насекомыми
Таблица 4. Вегетативные органы цветкового растения
Укрепляет растение в почве; всасывает из почвы воду с минеральными солями; синтезирует органические вещества; запасает питательные вещества; обеспечивает связь растения с обитателями почвы (бактериями, грибами); осуществляет вегетативное размножение растения
Различают главные, боковые и придаточные корни. Главный корень развивается из зародышевого корешка семени, боковые – от главного, придаточные – от стеблей, листьев. Совокупность корней растения – корневая система. Известно два типа корневых систем: стержневая (выделяется главный корень), мочковатая (много придаточных и боковых корней). Видоизменения: корнеплоды (морковь, репа); корнеклубни (георгин, батат); ходульные корни (панданус); воздушные корни (орхидеи); корни-присоски (плющ, сциндапсус)
На кончике молодого корня выделяют зоны (участки): чехлик (покровная ткань); зона деления (активно делящиеся клетки образовательной ткани); зона роста (клетки растут за счет увеличения размеров вакуолей); зона всасывания (покровная ткань представлена корневыми волосками – клетками, поглощающими воду и минеральные соли); зона проведения и ветвления (представлена сосудами и ситовидными трубками, расположенными в центре – осевом цилиндре; за счет камбия этой зоны формируются боковые корни)
Выносит листья к свету; связывает надземную и подземную части растения; придает растению механическую прочность, т.е. является опорой; проводит органические и неорганические вещества; осуществляет фотосинтез (только зеленые травянистые стебли); участвует в вегетативном размножении
Стебель, несущий листья и почки, называют побегом. Развивается побег из ростовой почки зародыша семени. В зависимости от положения в пространстве стебли подразделяют на прямостоячие, ползучие, лежачие, вьющиеся, лазающие. По форме поперечного среза стебли могут быть цилиндрические, трехгранные, четырехгранные, сплюснутые, крылатые. По консистенции: деревянистые и травянистые. Побеги могут быть удлиненные и укороченные. Любой побег обеспечивает нарастание и ветвление. Нарастание и ветвление побегов связано с развертыванием почек (почка – зачаточный побег). Видоизменения: подземные (корневище, луковица, клубень); надземные (колючки, усики, филлокладии)
Стебель древесных растений имеет кольцевое расположение основных элементов коры (состоит из эпидермиса, пробки и луба с паренхимой; луб состоит из лубяных волокон и ситовидных трубок); камбия (слой активно делящихся клеток, за счет которых стебель растет в толщину); древесины (состоит из древесных волокон и сосудов); сердцевины (состоит из клеток основной ткани, выполняющих запасающую функцию). От сердцевины к коре тянутся сердцевинные лучи. В древесине видны годичные кольца – чередование ранней и поздней древесины, связанное с неравномерным делением камбия по сезонам года
Синтез на свету из углекислого газа и воды органических веществ (фотосинтез); газообмен; испарение воды с целью охлаждения (транспирация); запасание питательных веществ; участие в вегетативном размножении (бегония, сенполия)
Лист состоит из листовой пластинки, черешка (черешковые листья ) и основания. Если черешка нет – лист сидячий. Порядок размещения листьев на побеге – листорасположение (очередное, мутовчатое, супротивное). Лист с одной листовой пластинкой – простой, с несколькими (листочками) – сложный. По форме простые листья подразделяют на: цельные, лопастные, разделенные, рассеченные, овальные, округлые, линейные, стреловидные. По характеру края листовой пластинки листья бывают: цельнокрайние, пильчатокрайние, выемчатокрайние, городчатокрайние. Сложные листья: тройчатые, парноперистые, непарноперистые и пальчатые. Листья различаются порядком расположения жилок (жилкованием): сетчатое с пальчатым (клен) и перистым (дуб) расположением жилок, параллельное (рожь) и дуговое (ландыш). Видоизменения: колючки, усики, чешуйки, ловчие листья, части цветка (лепестки, чашелистики, тычинки, пестики)
Сверху листовая пластинка покрыта кожицей (эпидермис), выполняющей защитную функцию; нижний эпидермис имеет устьица, может нести защитные волоски (крапива) или быть покрытым восковым налетом (фикус). Между верхним и нижним эпидермисом расположен мезофил – основная ткань, состоящая из плотно прижатых клеток – столбчатая ткань (фотосинтез) и рыхло расположенных клеток – губчатая ткань с воздухоносными полостями (газообмен). Клетки мезофилла содержат хлоропласты. В основной ткани расположены жилки – проводящие пучки, состоящие из сосудов, ситовидных трубок и механических волокон. Камбия в жилках у большинства растений нет. Жилки выполняют проводящую и опорную функции. При старении и отмирании листьев происходит изменение их цвета (разрушается хлорофилл, и становятся видимыми желтые и оранжевые пигменты листа) и накопление в тканях солей щавелевой кислоты
Таблица 5. Способы вегетативного размножения цветковых растений
На чем основан способ вегетативного размножения
Корневищем
Клубнями
Луковицами
Ползучими побегами
Усами
Корневыми отпрысками
Выводковыми почками на листьях
Пырей, ландыш
Картофель, топинамбур
Тюльпан, лилия, лук
Клюква, луговой чай
Земляника, лапчатка
Вишня, сирень, бодяк
Бриофиллум, сердечник
Происходит спонтанно в природе при невозможности или затруднении семенного размножения.
Основан на отделении от материнского растения жизнеспособных частей, вегетативных органов, способных в результате регенерации восстанавливать целое растение из его части. Совокупность новых особей, возникающих из одного материнского вегетативным путем называют клоном.
Жасмин, сирень
Картофель
Ирис, канна
Георгин, батат
Хрен, малина
Основан на отделении от материнской особи жизнеспособных частей – вегетативных органов, способных к регенерации. На каждой части вегетативных органов должны быть расположены выводковые почки, за счет которых идет возобновление целого растения. Свойства и наследственные качества полностью сохраняются у дочерних особей.
Смородина, крыжовник, калина
Часть побега (отводок) прижимают к почве для укоренения, а затем отделяют от материнского растения.
Смородина, роза, сирень, большинство комнатных растений
Срезанные стеблевые черенки высаживают в грунт или ставят в воду для образования придаточных корней. Для ускорения корнеобразования применяют стимуляторы роста.
Глоксиния, сенполия, бегонии
Целый лист или часть листа с крупными жилками, содержащими камбий, ставят в воду или кладут на влажный грунт (песок, торф).
Хрен, малина, слива, вишня
Участки боковых корней с придаточными почками отделяют от материнского растения.
Сращивание почки или черенка одного растения (привой) со стеблем другого (подвой).
Яблоня, груша, сирень
Пересадка глазка (пазушная почка с куском древесины) в Т-образный надрез на коре стебля подвоя.
Сближение черенка привоя со стеблем подвоя несколькими способами: вприклад, в расщеп, за кору.
Сближение и сращивание привоя и подвоя с помощью язычков – косых надрезов на коре.
Культурой изолированных тканей
Морковь, земляника, картофель, декоративные культуры
Основан на выращивании в стерильных условиях на питательных средах кусочков образовательной ткани, способных к быстрому делению и развитию структуры, напоминающей зародыш растения.
Таблица 6. Химический состав семян некоторых сельскохозяйственных культур, % (усредненные значения)