Значение растений в природе и жизни человека

Лекция 1.1 ВВЕДЕНИЕ В БОТАНИКУ

Введение в ботанику.

Значение растений в природе и жизни человека.

Разделы ботаники.

Взаимосвязь ботаники и агрономии.

Растительные ресурсы Донбасса

Введение в ботанику

 

Ботаника – наука о растениях.

Термин «ботаника» происходит от греческого слова бокале —трава, рас­тение. Эта наука изучает закономерности и особенности внешнего и внутрен­него строения растений, их жизнедеятельность, распространение, взаимосвязь друг с другом и окружающей средой.

Со времен появления человека шло его знакомство с окружающими растениями, сначала преимущественно с теми, которые давали съедобные пло­ды, семена, побеги и корневища.

Ботанические знания зародились и быстро накапливались с практической деятельностью человека. Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Основоположниками ее были выдающиеся деятели древнего мира Аристотель (384-322 гг. до н. э.) и Феофраст (371-286 гг. до н. э.). Они обобщили накопленные сведения о разнообразии растений и их свойствах, приемах возделывания, размножения и использовании, географическом распространении.

Дальнейшее развитие ботаники в античной Греции и Риме шло под вли­янием потребностей земледелия и медицины. В связи с этими потребностями важно было научиться различать полезные и вредные растения по внешним признакам, что определило раннее развитие морфологии.

В научном труде «Естественная история», созданном Плинием Старшим (23 — 79 гг. до н. э.), содержатся сведения о 1000 растений с полезными свойствами. До конца XVII в. этот труд был для ботаников основным источни­ком сведений.

XV-XVIII вв. в развитии ботаники называют периодом «первоначальной инвентаризации» растений. В это время были сформированы основные понятия ботанической морфологии, появилась научная терминология, были разработаны принципы и методы классификации растений и созданы первые системы расти­тельного мира, которые искусственно строились по одному или нескольким произвольно взятым признакам морфологического строения. Так, итальянский ученый XVI в. Андреа Чезальпино в основу своей классификации положил осо­бенности строения плодов. Роберт Гук усовершенствовал микроскоп, ввел тер­мин «клетка». Мальпиги и Грю положили начало анатомии растений.

Вершиной искусственной классификации растений явилась система швед­ского натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Ученый уточнил технику опи­сания растений, а также понятие вида как основной систематической единицы и для названия растений ввел бинарную номенклатуру, согласно которой на­звание каждого растения состоит из двух латинских слов: первое обозначает род, второе – вид.

С накоплением сведений о развитии мира, в XIX в., появилось обоснован­ное учение Ж. Б. Ламарка об эволюции (развитии) организмов. Однако идея эволюционного развития органического мира Ж. Ламарка не получила широ­кого признания.

В дальнейшем морфология растений начала оформляться в самостоя­тельную науку. В начале XIX в. Вольф и Гете создали учение о метаморфозе органов. В 1831 г. Броун открывает ядро и выясняет, что именно ядро и протоплазма являются носителями жизни.

В 1859 г. Ч. Дарвин изложил свою эволюционную теорию и опроверг метафизические и религиозные воззрения на сотворение мира и неизменность видов. Эволюционная теория Дарвина повлекла за собой перестройку всей биологии.

В наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку. Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей - растительных сообществ. Структура и закономерности роста растений, их отношения с окружающей средой, закономерности распространения и распределения отдельных видов и всего растительного покрова на земном шаре; происхождение и эволюция царства растений, причины его разнообразия и классификация; запасы в природе хозяйственно ценных растений и пути их рационального использования, разработка научных основ введения в культуру (интродукции) новых кормовых, лекарственных, плодовых, овощных, технических и других растений – далеко не полный перечень вопросов, которые рассматриваются ботаническими науками.

Значение растений в природе и жизни человека

 

Мир растений велик и многообразен. В настоящее время он насчитывает около 500 тыс. видов. Континенты нашей планеты, составляющие 150 млн. км², в основном покрыты растительностью. Только ледяные пространства полюсов и высочайшие вершины гор не имеют растительности. Площади, занятые морями и океанами (акватории), составляют около 360 млн. км². Здесь широко представлены водные растения. Растения отличаются от всех других живых организмов, и именно они играют самую существенную роль в жизни биосферы

Подавляющее число растений имеет зеленый цвет, обусловленный зеленым пигментом хлорофиллом, сосредоточенным в особых органеллах растительных клеток – хлоропластах. Уникальное свойство хлорофилла – участие в сложнейшем процессе трансформации электромагнитной энергии солнечного луча в химическую энергию органических веществ (фотосинтез). Процесс фотосинтеза разворачивается в поистине колоссальных масштабах. По определению К. А. Тимирязева, хлорофилловое зерно – тот фокус, та точка в мировом пространстве, где солнечный луч, превращаясь в химическую энергию, становится источником всей жизни на Земле. Точно определить объем работы, выполняемой растениями, трудно и даже невозможно. По весьма приблизительным подсчетам, растения в процессе фотосинтеза ежегодно образуют около 400 млрд. т органических веществ, при этом они связывают около 175 млрд. т углерода, но, возможно, гораздо больше.

Итак, в ходе эволюции жизни на Земле, зародившейся миллиарды лет назад, растения обособились как носители хлорофилла, как единственные организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических.

В ходе фотосинтеза параллельно с образованием органического вещества происходит выделение в атмосферу кислорода. До появления зеленых растений газовая оболочка Земли имела очень мало свободного кислорода. Практически можно считать, что весь кислород атмосферы возник благодаря фотосинтезу. Накопление свободного кислорода привело к появлению кислородного дыхания растений и животных. Возросли энергия жизненных процессов и скорость накопления массы органических веществ. Наличие свободного кислорода усилило также процессы химического выветривания горных пород и накопление в верхних слоях земной коры минеральных соединений, необходимых для питания растений.

Растения осуществляют сложный круговорот веществ в природе. Зеленые растения создают органические вещества, бактерии и грибы в процессе гниения и брожения разлагают их на простые неорганические соединения (С0₂, воду, аммиак и др.)

Растительный покров играет первостепенную регулирующую роль в общем газообмене и в водном балансе Земли, защищает от разрушения почву, обогащает ее элементами питания, создает пищевую и энергетическую базу для всего животного мира.

Жизнь человека немыслима без использования растений. Это – пища, строительный материал, сырье для различных отраслей промышленности.

Из пищевых растений наиболее важны хлебные злаки. Овощные и плодовые растения яв­ляются источником не только жиров, белков и углеводов, но и витаминов. Мас­личные растения идут на получение растительного масла для пищевых, лекар­ственных и технических целей. Широко используются в различных отраслях хозяйственной деятельности прядильные, дубильные, красительные, эфиромасличные, каучуконосные, лекарственные и другие растения. Луга, степи, полусте­пи, горные пастбища служат источником кормов для скота.

Огромно значение леса, который поставляет техническое и лекарствен­ное сырье, пищевые продукты и т. д. Древесину человек использует во всех отраслях народного хозяйства — это строительный материал, бумага, картон, искусственный шелк, скипидар, ацетон, камфора, древесный уголь, эфирные мас­ла и др.

Полезные свойства растений изучены еще недостаточно и используются далеко не полностью. Так, из 500 тыс. видов высших растений в практических целях используют только 2500.

 

Разделы ботаники

 

Ботанику как часть более общей науки – биологии, в свою очередь, подразделяют на ряд частных наук, в задачи которых входит изучение тех или иных закономерностей строения и жизни растений или растительного покрова.

Морфология – один из наиболее крупных и рано сформировавшихся разделов ботаники. Это наука о закономерностях возникновения и развития разнообразных жизненных форм растений и отдельных их органов. Заложение и развитие органов растения рассматривают и в ходе индивидуального развития отдельной особи от прорастания семени до конца жизни (онтогенез), и в ходе исторического развития (эволюции) всего вида или любой другой систематической группы, к которой относят данную особь (филогенез).

В процессе развития морфологии в ее недрах обособились еще более специализированные науки:

цитология (закономерности строения и развития основной структурной единицы растений – клетки);

гистология, или анатомия (заложение, развитие и строение разнообразных тканей, формирующих органы);

эмбриология (закономерности развития и строения зародыша);

органография (заложение, развитие и структура органов растения);

палинология (строение пыльцы и спор).

Флорография. В задачу этой науки входит распознавание и описание видов. Виды, описанные флорографами, систематики распределяют в группы по признакам сходства, отражающим родство.

Систематика – наука о разнообразии видов и причинах этого разнообразия. Задача систематики – приведение в легко обозримую научную систему всех наших знаний о видах, описанных флорографами. На основании целой серии методов систематик объединяет родственные виды в систематические группы более высокого ранга – роды, семейства и т. д.

География растений (фитогеография) – крупнейший раздел ботаники, основная задача которого состоит в изучении закономерностей распространения и распределения растений и их сообществ (ценозов) на суше и в воде.

Экология. Жизнь растений зависит от окружающей среды (климата, почвы и др.), но и растения, в свою очередь, влияют на создание этой среды – принимают участие в почвообразовательном процессе, изменяют климат. Задача экологии – изучение строения и жизни растений в связи с окружающей средой. Эта наука имеет первостепенное значение для практического земледелия.

Физиология растений – наука о процессах жизнедеятельности растений, преимущественно об обмене веществ, движении, росте, ритмах развития, размножении и т. д.

Микробиология – наука об особенностях жизненных процессов, происходящих в микроскопических организмах, преобладающую часть которых составляют бактерии и некоторые грибы. Успехи почвенной микробиологии широко используют в сельскохозяйственной практике.

Палеоботаника – наука об ископаемых растениях прошлых геологических периодов.

Другие разделы ботаники настолько обособились в связи с решением специальных задач и применяемыми методами работы, что давно уже составляют особые науки, например биофизика, биохимия, радиобиология, генетика и др.