Ботаника – это раздел биологии, который изучает растения. Это определение ботаники мы все знаем ещё со школьной скамьи, но мало кто знает, что и ботаника делится на несколько разделов. Причём все эти разделы изучают только строго определённые растения или их свойства. Итак, что же такое ботаника и как она зародилась?

Ботаника как наука стала складываться очень – очень давно. Ведь многие сведения о растениях были известны ещё древнему человеку, ну а первые учёные в этой области, например римский натуралист Плиний Старший, просто систематизировал все эти накопленные знания и собрал их в одну книгу – «Естественная история».

В России же ботаника сначала была всего лишь наукой, которая изучала только лекарственные растения, причём, больший акцент делался на полезные свойства этих растений, а не на их форму, строение цветка или способы размножения. Огромный вклад в ботанику как в науку внёс шведский учёный Карл Линней. Именно он внёс в изучение растительного мира деление на классы, отряды, роды и виды. Именно он описал десять тысяч растений со всеми подробнейшими характеристиками. Именно этот учёный собрал самый большой в мире гербарий.

А затем пришла очередь и Чарльза Дарвина. Его основной труд «Происхождение видов» заставил многих учёных того времени отказаться от своих теорий и принять новое видение мира.

Современная ботаника – это не просто наука, которая изучает царство растений. Сюда входят многие разделы, каждый из которых играет немаловажную роль в изучении растений. Так, например, в современной ботанике есть и анатомия растений, которая изучает внутреннее строение растительных тканей, и фитопатология, которая занимается изучением болезней растительного мира, и эмбриология растений, наука, которая очень пристально изучает пути зарождения растительного организма, и лесоводство, и палеоботаника, которая занимается изучением ископаемых растений…

Есть в ботанике и ещё один термин, без которого эта наука просто не смогла бы существовать. Это Биноминальная номенклатура. Каждое растение согласно этой номенклатуре должно называться по имени рода и по имени вида, к которому оно относится. Rosa canina Linnaeus – это название шиповника согласно биноминальной номенклатуре. Первое слово – это название рода, второе – имя вида. Иногда после названия растения в биноминальной номенклатуре помещают ссылку на ту работу, в которой то или иное растение было описано впервые.

Однако есть в этой науке и деление по объектам исследования. Так, например, микология изучает только грибы и всё, что с ними связано, альгология – это целая наука о водорослях, а лихенология – это раздел ботаники, который изучает лишайники.

Без начальных знаний ботаники просто невозможно правильно выращивать растения. Именно на ботанике построено всё современное сельское хозяйство, и если агроном не будет знать хотя бы его азов, то ему будет очень сложно справиться со своей задачей. А ещё ботаника помогает правильно высаживать растения и кустарники в парках и скверах. И, конечно же, основная роль науки о растениях состоит в том, чтобы развивать и охранять среду обитания цветов, грибов, кустарников и многих – многих других представителей нашей флоры.

Что изучает ботаника?

Определение 1

Ботаника - (от греч. botane - овощ, зелень, трава, растение) - комплексная наука, которая изучает растения. Она всесторонне рассматривает их происхождение, развитие, строение (внешнее и внутреннее), классификацию, распространение по земной поверхности, экологию (взаимоотношения и отношения с окружающими факторами), охрану.

Как и остальные науки, у ботаники имеется своя предистория. Зарождение её прослеживается с глубокой древности, когда люди ещё только начинали использовать растения для своих практических потребностей (питания, лечения, изготовления одежды, жилья). Достаточно долгое время естествоиспытатели занимались лишь описанием растений - их размеров, окраски, особенностей отдельных органов, то есть достаточно долгое время ботаника имела всего - навсего описательный характер. Этот раздел биологии формировался в $XVII-XVIII$ столетиях. Первые попытки систематизации растительного мира и стали началом использования в ботанике сравнительно - описательного метода, с помощью которого растения не только описывали, но и сравнивали по внешним (морфологическим) признакам. С изобретением микроскопа в ботанике зарождается, а позже, благодаря интенсивному развитию науки и усовершенствованию микроскопической техники, начинает доминировать экспериментальное направление.

Рисунок 1.

Растения - это источник более чем десяти биологически активных веществ, которые действуют на организм человека и животных, в частности при пищевом употреблении. Поскольку растения неотъемлемы в жизни человека, то они и стали объектом пристального изучения.

Все растения делятся на $2$ большие группы:

1. низшие растения, или слоевищные (таломные);
2. высшие растения, или листостебельные.

К низшим растениям относятся водоросли.

К высшим растениям относятся мохообразные (мхи и печёночники), папоротникообразные (псилофиты, псилоты, хвощи и папоротники), голосемянные и покрытосемянные.

Отдельно изучаются лишайники, грибы, бактерии.

Замечание 1

Современная ботаника - многоотраслевая наука, которая охватывает целый ряд разделов: систематику растений, которая занимается классификацией растений в зависимости от подобных общих характеристик. Её подразделяют на две части: флористика и ботаническая география. Флористика изучает сообщества растений на определённой территории. Ботаническая география изучает особенности распространения растений на земном шаре.

Систематика растений - основная ботаническая дисциплина. Весь растительный мир она разделяет на отдельные группы, объясняет родственные и эволюционные связи между ними. Это задание специального раздела ботаники - филогении.

Сначала исследователи систематизировали растения лишь по внешним (морфологическим) признакам. Сейчас же для систематики растений используют и их внутренние признаки (особенности строения клеток: их химический состав, хромосомный аппарат, экологические особенности). Морфологию растений, которая изучает строение растений. Подразделяется эта наука на микроскопическую морфологию и макроскопическую морфологию (органографию). Микроскопическая морфология изучает строение клеток и тканей растений, а также эмбриологию. Макроскопическая морфология изучает органы и части растений.

Некоторые разделы морфологии решили выделить в отдельные дисциплины :

• органографию (изучает органы растений),
• палинологию (рассматривает строение спор и пыльцы растений),
• карпологию (занимается классификацией плодов),
• тератологию (предмет изучения - уродства и аномалии в строении растений),
• анатомию растений, которая изучает внутреннее строение растений;
• физиологию растений, которая изучает формы растений в процессе их онтогенеза и филогенеза, а также процессы, происходящие в растениях, их причины, закономерности и взаимосвязь с окружающей средой. Она тесно связана с систематикой.
• биохимию растений, которая изучает химические процессы в растениях, связанные с ростом и развитием.
• генетику растений, которая изучает генетические изменения растений, происходящие с вмешательством или без вмешательства человека.
• фитоценологию, которая занимается изучением растительного покрова Земли, определяет динамические изменения в природе, а также их зависимости и закономерности (растительность - это сочетание всех растений на одной территории, которые составляют ландшафт;
• геоботанику, которая занимается изучением экосистем, то есть взаимоотношениями между растениями,животным миром и факторами неживой природы (весь это комплекс получил название биогеоценоза).
• экологию растений, которая изучает растения в зависимости от среды обитания и определяет идеальные условия для жизни растений.
• палеоботанику, которая изучает ископаемые растения с целью определения истории развития.

Ботаника также классифицируется по объектам изучения на :

• альгологию - науку о водорослях,
• бриологию, которая занимается исследованием мхов и др.
• исследование микроскопических организмов в мире растений также было выделено в отдельную дисциплину - микробиологию.
• фитопатология - занимается болезнями растений, которые могут быть вызваны грибами, вирусами или бактериями.

Замечание 2

В зависимости от изучаемого объекта выделились специальные отрасли в ботанике: лесоведение, луговедение, болотоведение, тундроведение и ещё ряд подобных дисциплин.

Традиционно в ботанику включают микологию - науку о грибах (со средины $ХХ$ ст. их стали выделять в отдельное царство), а также лихенологию - науку, которая изучает лишайники.

Предмет исследования ботаники - это растения, их строение, развитие, родственные связи, возможность их рационального хозяйственного применения.

Задачи ботаники :

1. Изучение растений для повышения их устойчивости, урожайности и выносливости.
2. Определение новых видов растений и их применение.
3. Определение действия растений на человеческий организм.
4. Определение роли человека в развитии и сохранении растительного покрова планеты.
5. Осуществление генетической трансформации растений.

Методы исследования в ботанике :

метод наблюдения - используется как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровнях. Этот метод состоит в установлении индивидуальности объекта, который исследуется, без искусственного вмешательства в его процессы жизнедеятельности. Собранная информация используется для дальнейшего исследования.

сравнительный метод - используется для сравнения объекта, который исследуется, с подобными объектами, так и классифицировать их, детально анализируя похожие и отличительные черты в сравнении с близкими к ним формами.

экспериментальный метод - используется для изучения объектов или процессов в специально созданных искусственных условиях. В отличии от метода наблюдения, экспериментальный метод предвидит специальное вмешательство экспериментатора в природу, что позволяет установить последствия от влияния тех или иных факторов на объект исследования. Метод может использоваться как в естественных условиях, так и в лаборатории.

мониторинг - это метод постоянного наблюдения за состоянием отдельных объектов, течением определённых процессов. моделирование - это метод демонстрации и исследования определённых процессов, явлений с помощью их упрощённой имитации. Он даёт возможность изучать процессы, которые сложно или невозможно воспроизвести экспериментально, или непосредственно наблюдать в живой природе.

статистический метод - основанный на статистической обработке количественного материала, собранного в результате других исследований (наблюдений, экспериментов, моделирования), что позволяет его всесторонне проанализировать и установить определённые закономерности.

Замечание 3

Ботаника - это наука, которая изучает растительный покров земной поверхности на всех уровнях - молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.

План

1. Ботаника - наука о растениях.

2. Общая характеристика растений.

3. Распространение растений и их значение в биосфере.

Основные понятия: ботаника, автотрофи, питание, дыхание, фотосинтез, рост, развитие, фитогормоны, ростовые движения, значение растений.

Ботаника - наука о растениях

Ботаника - это наука о растениях, их строение, жизнедеятельность, распространение и происхождение. Этот термин происходит от греческого слова "botane", что означает "трава", "растение", "овощ", "зелень".

Ботаника исследует биологическое разнообразие мира растений, систематизирует и классифицирует растения, исследует их строение, географическое распространение, эволюция, историческое развитие, биосферную роль, полезные свойства, ищет рациональные пути сохранения и охраны флоры. И основная цель ботаники как науки - получение и обобщение новых знаний о мире растений во всех проявлениях его существования.

Ботаника как наука сформировалась около 2300 лет назад. Первое письменное обобщение знаний о растениях, которое дошло до нас, известно только из античной Греции (IV-Ш вв. до н.э.), а следовательно и возникновение ботаники как науки датируется именно этим временем. Теофраст (372-287 до н.э.), ученик великого Аристотеля, считается отцом ботаники благодаря его письменным трудам "Естественная история растений" в 10-и томах и письменной работе "О причинах растений" в 8-и томах. В "Естественной истории растений" Теофраст упоминает о 450 растений и делает первую попытку их научной классификации.

В первом веке н.э. римские естествоиспытатели Діоскорід и Плиний Старший дополнили эти сведения. Средневековые ученые продолжили накопление информации, начатое античными учеными. В эпоху Возрождения в связи с обогащением сведений о растениях возникла потребность в систематизации растительного мира. Большие заслуги в деле упорядочения ботанических знаний принадлежат Карлу Линнею, который в середине 18 века ввел бинарную номенклатуру растений, первым сделал попытку классификации растительного мира и разработал искусственную систему, распределив растительный мир на 24 класса.

Сейчас ботаника - многоотраслевая наука, которая изучает как отдельные растения, так и их совокупности - растительные группировки, из которых формируются луга, степи, леса.

В процессе развития ботаника дифференцировалась на ряд отдельных наук, из которых важнейшие: морфология растений - наука о строении и развитие основных органов растений; из нее выделились: анатомия (гистология) растений, изучающая внутреннее строение растительного организма; клеточная биология растений, изучающий особенности строения растительной клетки; эмбриология растений, которая исследует процессы оплодотворения и развития зародыша у растений; физиология растений - наука о жизнедеятельности растительного организма, близко связана с биохимией растений - наукой о химические процессы в них; генетика растений изучает вопросы изменчивости и наследственности растений; палеоботаника (фітопалеонтологія) изучает ископаемые растения и близко связана с філогенією растений, задачей которой является воссоздание исторического развития растительного мира; география растений (фітогеографія) - наука о закономерностях распространения растений на земном шаре; из нее выделились экология растений - наука о взаимоотношениях растительного организма и среды - и фитоценология (геоботаніка) - наука о растительные группировки.

Выделяют еще ряд специализированных дисциплин, которые изучают отдельные группы растительного мира, например альгологію - науку о водорослях, ліхенологію - о лишайники, бріологію - о мохообразные, дендрологию - науку о древесные породы, палінологію - о строении спор и пыльцы.

Общая характеристика растений

Всем растениям присущи общие черты:

1. Растительные организмы состоят из клеток. в Клетка (от греч. kytos - клетка) - основная структурная и функциональная единица всех живых организмов, элементарная биологическая система, которая имеет все признаки живого, способная к саморегуляции, самовоспроизведению и развитию.

2. Растения являются еукаріотами (евкаріотами). Эукариоты (евкаріоти) - организмы, клетки которых имеют ядро, по крайней мере на определенных этапах клеточного цикла. Среди эукариот есть одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы.

3. Большинство растительных организмов - автотрофи. Автотрофи (от греч. autos - сам, trophe - питание) - организмы, которые самостоятельно производят органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии солнечного света или энергии химических процессов.

4. Клетки растений содержат пластиди (от греч. plastos - вылепленный): хлоропласты (от греч. chloros - зеленый и plastos - вылепленный), хромопласти (от греч. chroma - краска и plastos - вылепленный), лейкопласты (от греч. leukos - бесцветный и plastos - вылепленный).

5. Запасные вещества - крахмал, белок, жиры.

6. Растениям характерны процессы жизнедеятельности (обмена веществ): а) питание - процесс поглощения и усвоения растениями из окружающей среды веществ, необходимых для поддержания их жизнедеятельности; по способу питания растительные организмы разделяют на автотрофи и гетеротрофы (организмы, которые для своего питания используют готовые органические вещества);

б) дыхание - совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление в растение кислорода и выделение углекислого газа и воды; основу дыхания составляет окисления (син. окисления) органических веществ (белков, жиров и углеводов), в результате чего освобождается энергия в виде АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), которая необходима для жизни растений; растения являются аэробами (от греч. aer - воздух) - организмами, для жизнедеятельности которых необходим свободный кислород воздуха;

в) благодаря хлоропластам растения способны к фотосинтеза (от греч. photos - свет, synthesis - соединение) - процесс образования органических молекул из неорганических за счет энергии солнца; солнечная энергия превращается при этом в энергию химических связей.

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз:

1. Световая фаза осуществляется в тилакоїдах хлоропластов. Энергия квантов света улавливается молекулами хлорофилла, что вызывает переход электронов на более высокий энергетический уровень и отрыв их от молекулы хлорофилла. Электроны захватываются молекулами-переносчиками, которые также находятся в мембране тилакоїдів. Потерянные молекулами хлорофилла электроны компенсируются путем отделения их от молекул воды в процессе фотолізу - разложения воды под действием света на протоны (Н) и атомы кислорода (О). Атомы кислорода образуют молекулярный кислород, который выделяется в атмосферу:

Освободившиеся протоны накапливаются в полости тилакоїдів. Электроны движутся мембраной тилакоїду. Энергия переноса электронов по мембране тратится на открытие канала для протонов в АТФ-синтетазному комплексе. Вследствие выхода протонов из полости тилакоїдів синтезируется АТФ. Наконец, протоны связываются со специфическими молекулами-переносчиками (НАДФ-нікотинамідаденіндинуклео-тидфосфат). НАДФ способен восстанавливаться, свя язуючись с протонами, или окисляться, высвобождая их. Благодаря этому комплекс НАДФ Н 2 является аккумулятором химической энергии, которая используется для восстановления других соединений.

Таким образом, в световой фазе фотосинтеза происходят такие реакции:

2. в Темновая фаза не зависит от света (реакции происходят как в темноте, так и на свету). Она проходит в матриксе хлоропласта. В этой фазе из углекислого газа (СО 2), который попадает из атмосферы, образуется глюкоза. При этом используется энергия АТФ и Н+, что входит в состав НАДФ o Н 2 . Молекула СО 2 при синтезе углеводов не расщепляется, а фиксируется (зв" связывается) с помощью особого фермента. Фиксация СО 2 - многоступенчатый процесс. Особый фермент свя связывает СО2 с молекулой, которая содержит пять атомов углерода (С) (рибуло-зо-1,5-біфосфатом). При этом образуются две трикарбонові молекулы 3-фосфогліцератів. Эти трикарбонові соединения меняются ферментами, восстанавливаются с помощью НАДФ o Н 2 и энергии АТФ и превращаются в вещества, из которых может синтезироваться глюкоза (и некоторые другие углеводы). Часть таких молекул используется на синтез глюкозы, а из других образуются п" ятикарбонові соединения, нужные для фиксации СО 2 . Таким образом, энергия света, превращена в течение световой фазы в энергию АТФ и других молекул - носителей энергии, используется для синтеза глюкозы.

Темнову фазу фотосинтеза можно описать следующим уравнением:

Часть молекул синтезируемой глюкозы расщепляется для обеспечения потребностей растительной клетки в энергии, другая часть используется для синтеза необходимых клетке веществ. Так, из глюкозы синтезируются полисахариды и другие углеводы. Избыток глюкозы откладывается про запас в виде крахмала.

Значение фотосинтеза:

1) образование органического вещества, которая является основой питания гетеротрофных организмов;

2) образование кислорода атмосферы, который обеспечивает дыхания аэробных организмов и создает озоновый экран нашей планеты;

3) обеспечивает постоянство соотношения между СО 2 и А 2 в атмосфере. Академик К.А.Тімірязєв сформулировал понятие о космическую роль

зеленых растений. Воспринимая солнечные лучи и преобразуя их энергию в энергию связей органических соединений, зеленые растения обеспечивают сохранение и развитие жизни на Земле. Они образуют почти всю органическое вещество и является основой питания гетеротрофных организмов. Весь кислород атмосферы тоже имеет фотосинтетичне происхождения. Таким образом, зеленые растения являются как бы посредником между Солнцем и жизнью на планете Земля;

г) транспирация (от лат. trans - через, spiro - дышу, выдыхаю) - физиологический процесс выделения живыми растениями воды в газообразном состоянии;

д) рост - увеличение размеров растительного организма или отдельных его частей и органов вследствие увеличения числа клеток путем деления, их линейного растяжения и внутренней дифференциации; продолжается в течение всего жизненного цикла;

е) развитие - совокупность качественных морфологических и физиологических изменений растения на отдельных этапах ее жизненного цикла; различают индивидуальное развитие (онтогенез) и историческое развитие (филогенез); нормальное индивидуальное развитие растительного организма зависит не только от внешних факторов (свет, температура, влага, кислород, длина светового периода суток), а и от внутренних факторов и от их взаимодействия; основными внутренними факторами есть фитогормоны (табл. 5).

Таблица 5

ФИТОГОРМОНЫ РАСТЕНИЙ

Название фитогормонов	Функции	образования
Ауксины (от греч. auxein - увеличиваю)	предопределяет рост верхушечной почки, подавляет рост пазушных почек, влияет на дифференцировку проводящей ткани, обусловливает ростовые движения, может привести к образованию плодов без семян, контролирует удлинение клеток	клетки меристемы (недиференційо-вана ткань, из которой развиваются новые клетки)
Цитокинины (от греч. - клетка, cyneo-привожу движение)	стимулируют деление клеток, обусловливают рост боковых почек сохраняют зеленую окраску листьев, задерживают старение тканей	меристема корня, плоды
Этилен	тормозит рост в длину проростков, задерживает рост листьев, ускоряет прорастание семян, клубней, способствует созреванию плодов, старение организма
Гиббереллины	активируют деление клеток, стимулируют фазу растяжения, стрелкование, цветение, выводят семена из состояния покоя, могут вызвать образование плодов без семян, ускоряют развитие плодов	листья, корни
Абсцизова кислота	гормон стресса, способствует приспособлению растения к неблагоприятным условиям существования, задерживает ростовые процессы, ускоряет опадение листьев и плодов, ускоряет старение	листья, плоды, корневой чехлик

Фитогормоны (от греч. phyton - растение, hormao - возбуждаю) - это физиологически активные вещества, вырабатываемые протопластом (живой содержание) растительных клеток и влияют на ростовые и формообразующие процессы; фитогормоны активны в очень малых количествах и могут как возбуждать, так и тормозить определенные процессы (действуют как регуляторы); на развитие растительного организма влияют и искусственные регуляторы роста и развития (табл.6);

Таблица 6

ИСКУССТВЕННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА И РАЗВИТИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ОРГАНИЗМА

Название искусственного регулятора	Функции	С какой целью использует человек
Ретарданты (антигібереліни)	тормозят рост стебля в длину, оказывают благоприятное влияние на устойчивость к полеганию	способствуют созданию низкорослых форм
Искусственные ауксины	функции подобные природного ауксина, в большой концентрации выступают как гербициды (от лат. herba - трава, caedere - убивать), то есть способны уничтожать растения	применяют для борьбы с сорняками
Дефолианты	вызывающие искусственный листопад	для облегчения механического сбора урожая хлопчатника
Десиканты	вызывают увядание надземной части растения	для облегчения механического сбора урожая корнеплодов (морковь, свекла), клубней (картофель)

есть) ростовые движения - изменения положения органов растений в пространстве вследствие неравномерных ростовых процессов (табл. 7); у высших растений нет специализированных органов для активного перемещения, но они способны реагировать на различные изменения внешней среды и приспосабливаться к ним.

Таблица 7

РОСТОВЫЕ ДВИЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ

Ростовые движения Настії (от греч. nastos - уплотненный, закрытый)	Определение ростовые движения органов и частей растений, которые возникают под воздействием равномерной действия раздражителя (изменение интенсивности освещения, температуры и т.д.)	Примеры фотонастії - раскрытие цветков утром и закрывание вечером; изменение положения соцветия в зависимости от изменения положения солнца (подсолнечник); термонастії - раскрытие цветков из бутонов при переносе их с холода в теплое помещение; механонастії - составление листа от прикосновения к ним (мимоза застенчивая); растрескивание плодов при прикосновении (разрыв-трава); хемонастії - тургорні движения замыкающих клеток устьиц в ответ на концентрацию СО 2 , ростовые изгибы железистых волосков росянки под влиянием азотсодержащих веществ и т.п.
Тропізми (от греч. tropos - поворот, направление)	разнообразные движения (изгибы) органов или их частей, вызванных односторонним действием раздражителя	положительные тропізми - движения органов в сторону раздражителя (например, листьев к свету); негативные тропізми - движения органов направлены от раздражителя (направление роста корня от света); в зависимости от природы раздражителя различают: фототропізми (воздействие света), геотро-пізми (одностороннее действие силы земного притяжения), гідротропізми (влияние влажной среды), хемотропізми (действие химического вещества), трофотропізми (влияние питательных веществ)