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:
- низшие растения, или слоевищные (таломные);
- 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 :
- Изучение растений для повышения их устойчивости, урожайности и выносливости.
- Определение новых видов растений и их применение.
- Определение действия растений на человеческий организм.
- Определение роли человека в развитии и сохранении растительного покрова планеты.
- 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.
БОТАНИКА (греч, botanikos относящийся к растениям) - наука о растениях: их строении, жизнедеятельности, классификации, распространении, историческом развитии, значении в жизни природы и человека; один из основных разделов биологии.
В соответствии с задачами и методами исследования Б. представлена отдельными самостоятельными дисциплинами.
Морфология растений изучает закономерности строения и формообразования растений в процессе их индивидуального и исторического развития. В пределах этого раздела Б. выделились собственно морфология растений, изучающая закономерности внешнего строения растений, их органов и метаморфозов; анатомия растений, цитология, изучающие внутреннее, микроскопическое строение растений; эмбриология растений, изучающая закономерности развития зародыша, оплодотворение и структуры, Предшествующие их образованию (спорогенез и гаметогенез). Физиология растений изучает жизненные процессы в растениях. По мере развития Б. в пределах физиологии растений выделилась биохимия растений, изучающая хим. состав и обмен веществ у растительных организмов. Систематика растений изучает разнообразие растений, разделяет растительный мир на соподчиненные единицы - таксоны (см. Таксономические категории), располагает отдельные таксоны (виды, роды, семейства и др.) в единую систему в соответствии с их родственными отношениями и эволюционным развитием (филогения), устанавливает рациональные их названия (номенклатура). География растений (фитогеография) изучает закономерности распространения растений (видов, родов, семейств) и закономерные сочетания растительных сообществ - фитоценозов (см. Биоценоз) в современную и прошлые геологические эпохи. Из этого раздела выделилась геоботаника, или фитоценология, изучающая закономерности строения и развития растительных сообществ, их связи с факторами среды (почва, климат, рельеф и др.), взаимоотношения между членами сообществ и последних между собой. Фитоценология тесно связана с биогеоценологией, изучающей сложные взаимоотношения между растительным покровом, животным миром, почвой, материнскими породами и т. д. (см. Биогеоценоз). В зависимости от объектов исследования выделились более узкие дисциплины: лесоведение, луговедение, болотоведение, тундроведение и т. д. Экология растений изучает взаимоотношения между растениями и средой их обитания и приспособления растений к условиям среды. Палеоботаника (фитопалеонтология) изучает ископаемые растения; ее данные используют при решении ряда вопросов систематики, морфологии, филогении растений, а также в геологии (историческая геология, стратиграфия и т. д.). Генетика растений изучает закономерности наследственности у растительных организмов. Она тесно связана с селекцией растений, занимающейся изучением и выведением новых сортов растений, основываясь на законах генетики.
Взаимосвязь и взаимопроникновение отдельных разделов ботаники формирует все новые и новые, зачастую узкоспециализированные дисциплины (напр., в пределах морфологии палинологию - учение о строении и составе пыльцы и спор; карпологию - учение о строении плодов и семян, закономерностях их развития и т. д.). С другой стороны, происходит вычленение дисциплин, объединяющих разделы ботаники (напр., экологическая морфология растений, экологическая физиология, физиологическая анатомия, цитологическая анатомия и др.). В процессе изучения отдельных групп растений в рамках Б. выделяются самостоятельные научные дисциплины, напр.: альгология (см.) - изучает водоросли, микология (см.)- грибы, лихенология - лишайники, бриология - мхи и т. д.
Изучение роли растений в жизни природы и человека составляет предмет прикладной Б.
Б. является теоретической основой сельского и лесного хозяйства, зеленого строительства и др.; решает многие вопросы пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, торфяной и микробиологической промышленности. Среди разделов прикладной Б. выделяют ботаническое ресурсоведение, к-рое изучает полезные свойства и запасы дикорастущих растений, а также возможности их культивации (в пищевых целях, для использования в качестве лекарственных средств, в текстильной промышленности - дубильные растения, красящие и т. д.); выявляет растения, обладающие различными ценными свойствами (напр., иммунитет к болезням, засухоустойчивость и зимостойкость) и т. д. Важнейшей задачей Б. является изучение закономерностей развития и охраны среды обитания человека - биосферы и прежде всего растительного мира - фитосферы. Так, в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов» (1972) вокруг населенных пунктов нашей страны намечено создание новых или расширение существующих зеленых зон и лесопарковых территорий, определены границы водоохранных зон лесов и зон охраны водных источников и др.
Б. тесно связана с медициной - фармакогнозией (см.) и фармакологией (см.). Ботанические данные широко используются в ветеринарии, токсикологии (лекарственные и ядовитые растения), в судебной медицине (распознавание растений по их остаткам, частям и биохим, реакциям).
Б. использует как классические описательные методы исследования (наблюдение в природе и на опытных участках, описание и картирование растений и их сообществ, сбор и составление коллекций, гербариев), так и экспериментальные - в природе и лабораториях - с применением последних достижений физики и химии (гисто- и цитохимия, цитофотометрия, серодиагностика, бумажная и газовая хроматография, электрофорез, применение меченых атомов и пр.). Широко используется выращивание растений в строго контролируемых условиях опыта (фитотроны, климатроны, воспитание растений на искусственных средах и пр.).
Основные этапы развития ботаники
Возникновение Б. относится к далеким временам, когда, собирая различные растения, человек стал выделять среди них съедобные, лекарственные и ядовитые. С возникновением земледелия появилась культура растений. Это привело к необходимости более глубокого познания растений - их строения, свойств. Уже в древнейших памятниках письменности Двуречья (Шумер, Вавилония, Ассирия), Древнего Египта, Греции, Индии, Китая содержатся описания многих видов съедобных и лекарственных растений. В сочинениях древнегреч. врача Гиппократа описано свыше 200 видов растений. В сочинениях Теофраста (ок. 372-287 гг. до н. э.), называемого «отцом ботаники» («Причины растений» и «Исследования о растениях»), описывается уже ок. 500 растений и содержится первая попытка их классификации. Сообщаются также сведения о форме, размножении растений и т. д. Римский ученый Плиний Старший (23- 79 гг. н. э.) в своей «Естественной истории в 37 книгах» описывает ок. 1000 растений, преимущественно лекарственных и плодовых. Диоскорид (греческий врач, живший в Риме в 1 в. н. э.) приводит сведения о 600 лекарственных растениях и их свойствах. Ботанические сведения приводятся в сочинениях ученых и врачей Среднего и Ближнего Востока, в частности у Ибн-Сины. В 13 в. арабский врач Ибн-Эль-Бейтар описал ок. 1400 растений. Особое внимание уделялось арабскими учеными выяснению леч. свойств растений; классификация растений, предлагавшаяся арабами, была по преимуществу медицинской. Дальнейшее развитие Б. в Европе связано с великими географическими открытиями, обогатившими человечество знанием множества новых растений - лекарственных, пищевых, пряных и т. д. В эпоху Возрождения, характеризующуюся общим подъемом науки, возникают первые ботанические сады (Италия, 14 в.). В 15-16 вв. издается ряд «травников» с описанием и изображением растений и указаниями об их использовании в медицине; создаются гербарии (называвшиеся «сухими садами» -hortus siccus).
Накапливавшиеся данные требовали их систематизации. Так, Брунфельс (О. Brunnfels, 1488- 1534) различал растения «совершенные (имеющие цветки) и «несовершенные» (не имеющие цветков); Бок (J. Воск, 1498-1554) пытался расположить их в определенном порядке, напр, дикорастущие растения, кормовые, ползучие растения, деревья, кустарники и т. д. Итальянский врач Чезальпино (A. Cesalpino, 1519-1603) в своей работе «О растениях» разделял растения на 15 классов, используя сведения о строении цветков, плодов и семян. К. Баугин создал систему бинарной номенклатуры (см. Систематика) - наименования растений по роду и виду, к-рая в дальнейшем была узаконена в науке К. Линнеем распространившим ее и на животных. В 1789 г. появляется система французского ботаника Жюссье (A. Jussieu, 1748-1836), в к-рой растения на основании многих признаков объединены в естественные группы. Подобные же «естественные системы» опубликовали Ж. Ламарк, Декандолль (A. de Candolle, 1778-1841), англичане Бентам (G. Bentham, 1800-1884) и Гукер (D. Hooker, 1817-1911).
В основе всех этих систем сохранялось представление о постоянстве видов, сами же растения располагались лишь по степени сходства. Однако в последующем создатели эволюционного учения извлекли из этих систем все то ценное, что лежало в их основе.
Создание микроскопа открыло новые перспективы в развитии Б. Итальянский врач М. Мальпиги и английский врач и ботаник Грю (N. Grew, 1641-1712) положили начало анатомии растений. Камерариус (R. Camerarius, 1665-1721) впервые обосновал наличие двух полов и полового процесса у растений. К концу 18 в. появляется ряд широких обобщений в различных отделах Б. Так, в 1759 г. русский академик К. Ф. Вольф в своей «Теории зарождения» показал пути формирования органов и превращение одних органов в другие. В 1790 г. немецкий поэт и натуралист И. В. Гете опубликовал замечательную книгу «Метаморфоз растений», в к-рой предвосхитил ряд идей дальнейшего развития морфологии растений и положил начало сравнительно-морфологическому направлению в ботанике. К ель-рейтер (J. Kolreuter) окончательно доказал наличие пола у растений. К. Шпренгель показал роль насекомых в опылении растений.
В 1838-1839 гг. работами М. Шлейдена и Т. Шванна было окончательно утверждено учение о всеобщности клеточного строения растений и животных (клеточная теория). После установления клеточной теории развитие анатомии растений шло в двух направлениях. Одно из них - изучение строения растений в связи с их систематическим положением. Ван Тигем (1839-1914) положил начало учению о стели - столярной теории. Стели - это проводящие цилиндры у растений, представляющие собой систему сосудисто-волокнистых пучков различной степени сложности, окруженную снаружи перициклом и эндодермой. В процессе эволюции происходило прогрессивное усложнение стели от простейшей протостели (сохранились у некоторых современных папоротникообразных) до сложнейшей эустели у семенных растений. Американский ботаник Джеффри (Е. Jeffrey, 1866-1952) показал развитие стели в онтогенезе и филогенезе и в работе «Анатомия древесных растений» (1917) попытался дать общую картину эволюции анатомических структур. Его ученики Синнотт, Имс и Бейли создали концепцию развития анатомических и морфологических структур, отвечающую современным взглядам. Опираясь на данные стелярной теории, палеоботаники могут уверенно устанавливать родство между группами растений при отсутствии остатков генеративных структур. Другое направление разрабатывало вопросы строения растений в связи с их физиологией и экологией [Швенденер (S. Schwendener, 1829-1919); Габерландт (G. Haberlandt, 1854-1945); в России И. П. Бородин, 1847-193); В. Ф. Раздорский, 1883-1955; В. Г. Александров, 1887 - 1964].
В 18 в. в России широко развернулись исследования в области Б.
В созданной Петром I Академии наук в Петербурге собираются обширные ботанические коллекции. С 17 в. в России существовали аптекарские огороды (см.); впоследствии некоторые из них были преобразованы в ботанические сады. Широко изучается флора России - экспедиции С. П. Крашенинникова на Камчатку, Гмелина (J. Gmelin) в Сибирь и создание им 4-томной «Флоры Сибири», флористические работы И. И. Лепехина, П.С. Палласа, Ледебура (K.Ledebour). Их многочисленные коллекции заложили основу фундаментального гербария Ботанического ин-та АН СССР в Ленинграде.
19 в.- век бурного развития естествознания. Решающее влияние на развитие Б. оказало эволюционное учение Ч. Дарвина, выдвинутое им в 1859 г. в работе «О происхождении видов путем естественного отбора». Однако еще раньше появлялись работы, в которых содержались элементы развития растений, их эволюции. Так, в работах М. Шлейдена (1842) и особенно Гофмейстера (W. Hofmeister, 1849, 1851), посвященных изучению онтогенетического развития растений, показывалась связь различных отделов растений по строению и развитию органов размножения и т. д. С появлением эволюционного учения в области систематики наступил период филогенетических систем. Первой филогенетической системой стала система Брауна (А.Braun, 1864), в к-рой основные подразделения растительного мира были обозначены как «ступени развития». Большое значение имели система Эйхлера (A. W. Eichler, 1875) и особенно система Энглера (H. G. А. Engler), изложенная им в 20-томном труде «Естественные семейства растений», где классификация была доведена до рода, а в некоторых случаях и до вида. Работа Энглера не потеряла своего значения; большинство гербариев располагают коллекции по его системе, хотя сама система Энглера уже не отвечает современным представлениям о филогенезе растительного мира.
Издания, посвященные флоре отдельных стран и континентов, продолжаются и в наст, время (напр., в СССР в 1964 г. закончена 30-томная «Флора СССР»).
В 19 в. формируется как самостоятельная наука география растений, «отцом» к-рой считается немецкий ученый Гумбольдт (A. Humboldt, 1769-1859). Работами Гумбольдта, Декандолля (A. de Candolle, 1806- 1893), Гризебаха (A. Griesebach, 1814 - 1879), позднее Варминга (E. Warming) были обоснованы ее разделы - флористическая, историческая и экологическая география растений. В работе «Экологическая география растений» (1896) Варминг связал распространение растений с условиями среды и заложил основы науки «экология растений».
В России география растений разрабатывалась А. Н.Бекетовым (1825 - 1902), С. И. Коржинским (1861 - 1900), Г. И. Танфильевым (1857 - 1928), Е. В. Вульфом (1885-1941),
В. В. Алехиным (1882-1946) и др. В конце 19 и начале 20 в. из географии растений выделилась геоботаника (фитоценология), определился предмет ее изучения и наметились перспективы развития.
Зародившись в России, геоботаника получила у нас мощное развитие после Великой Октябрьской социалистической революции в связи с хозяйственным освоением огромных пространств СССР. Трудами акад. B. Н. Сукачева и его школы создано новое направление в науке - биогеоценология.
Палеоботаника, зародившаяся в конце 18 в., оказала революционизирующее влияние на все остальные ботанические дисциплины -морфологию, систематику, филогению. В России в области палеоботаники важные работы опубликованы И. В. Палибиным (1872-1949), М. Д. Залесским (1877-1946), А. Н. Криштофовичем (1885-1953), C. Н. Наумовой и др. Большой вклад в палеоботаническое изучение СССР внесли работы А. Л. Тахтаджяна, П. Дорофеева, С. В. Мейена и др.
Основоположником эмбриологии растений считается Р. Броун (1773- 1858). Он впервые полно и правильно описал строение семяпочки. В. Гофмейстер описал процесс оплодотворения у 40 видов растений.
И. Н. Горожанкин показал (1883), что ядра спермиев из пыльцевой трубки проникают после растворения ее кончика к яйцеклетке, сливаясь непосредственно с ней. В. И. Беляев (1855-1911) выяснил эволюцию мужского заростка споровых и голосеменных растений и предсказал существование у голосеменных подвижных сперматозоидов, открытых позднее японскими ботаниками Хиразе и Икено (1897). Работами Ганштейна (J. Hanstein), А. С. Фаминцина, Гиньяра (L. Guignard), Трейба (М. Treub) подробно изучено развитие зародыша.
Огромное значение имело открытие С. Г. Навашиным (1857-1930) у покрытосеменных растений двойного оплодотворения (1898). В процессе оплодотворения участвуют 2 мужских ядра - спермия; один из них сливается с яйцеклеткой, другой с вторичным ядром зародышевого мешка. Оплодотворенная яйцеклетка дает начало зародышу, а оплодотворенное вторичное ядро - эндосперме (питательной ткани для зародыша). После работ С. Г. Навашина эмбриология растений определилась как самостоятельная дисциплина.
Начиная с конца 19 в. всестороннему изучению подверглись низшие растения. Работами Л. С. Ценковского, И. Н. Горожанкина,
А. А. Ячевского, А. А. Еленкина, К. И. Мейера, В. П. Савич, Л. И. Курсанова собраны обширные сведения о водорослях, грибах, лишайниках, их морфологии, экологии, географическом распространении, которые позволили создать современные классификации, выяснить филогению и оценить значение низших растений в биосфере.
Началом научных работ по физиологии растений считают работы английского физика Хейлса (S. Hales, 1727) о движении соков у растений. Позже эти вопросы разрабатывались Пристли (J. Priestley, 1733- 1804), Ингенхаузом (J. Ingenhousz, 1730-1799), Сенебье (J. Senebier, 1742-1809), русским физиологом Ε. Ф. Вотчалом (1864-1937). Они доказали усвоение зелеными растениями на свету углерода и углекислоты воздуха (фотосинтез). Большую роль в разработке учения о фотосинтезе сыграли работы К. А. Тимирязева. Вопросы о природе и механизме фотосинтеза разрабатывались Р. Вильштеттером, М. А. Цветом, В. Н. Любименко, Л. А. Ивановым, А. А. Рихтером, А. А. Ничипоровичем и др. Их трудами создано современное учение о фотосинтезе. Работы Ю. Либиха, Буссенго (J. Boussingault, 1802- 1887) освещали вопросы воздушного и почвенного питания растений, способствовали сближению физиологии растений с агрономией. Многое в этом вопросе сделано основателем советской агрономии - акад. Д. Н. Прянишниковым (1865-1948). Вопросы минерального питания растений на современном уровне разрабатывались Д. А. Сабининым, Н. Г. Потаповым, А. Л. Курсановым и др. Вопросы дыхания и брожения, а также связанное с ними учение о ферментах в наше время разрабатываются В. А. Энгельгардтом, Η. М. Сисакяном,
А. И. Опариным и др. Вопросы устойчивости растений к засухе, низким температурам и др. разрабатывались физиологами H. А. Максимовым (1880-1952), П. А. Генкелем, Б. А. Рубиным, И. И. Тумановым. Большой вклад в изучение лекарственных растений внес П. Н. Крылов (1850-1931). Учение о фитогормонах разрабатывалось В. А. Ротертом, Бойсен-Иенсеном (P. Boysen Jensen), H. Г. Холодным, Вентом (F. Went), М. X. Чайлахяном. Окончательно выделилась из физиологии растений микробиология (20-30-е годы 20 в.).
Бурными темпами стала развиваться биохимия растений (работы С. П. Костычева, А. Н. Баха, А. Р. Кизеля, А. И. Опарина, А. Н. Белозерского, В. А. Энгельгардта и др.).
Огромное влияние на развитие Б. оказала генетика (см.).
Современное состояние ботаники
Современное состояние ботаники характеризуется взаимопроникновением различных дисциплин. Так, напр., в систематике для характеристики таксонов применяются методы цитологии, эмбриологии, анатомии, физиологии и биохимии.
Физиологические и биохимические методы все шире проникают в экологию и геоботанику, в результате чего возникает комплексная наука о физиологии растительного сообщества, появление к-рой предсказывал еще в 20-х годах В. В. Алехин. В геоботанике широко используются достижения бриологии, альгологии, микробиологии, по-новому освещающие жизнь фитоценозов. Характерно также широкое применение эксперимента и возникновение новых дисциплин, напр, экспериментальной систематики, экспериментальной экологии в геоботанике, экспериментальной морфологии (культура тканей).
Применение электронного микроскопа позволило проникнуть в детальное строение растительной клетки. Методы хроматографии, цитофотометрии позволили производить химические анализы большой точности на микроскопических объемах исследуемого вещества и применяются во всех отраслях Б. Можно думать, что достижения молекулярной биологии помогут раскрыть молекулярные основы онтогенеза и филогенеза растений, откроют новые горизонты в морфологии и систематике. Эти данные уже позволили иначе подойти к выяснению механизма наследственности; можно надеяться, что будет выяснен один из основных вопросов - каким образом единый для всех клеток генетический код реализуется по-разному в отличающихся между собой клетках различных тканей. Интеграция отдельных ботанических дисциплин и разделов позволяет решать вопросы в масштабе планеты - круговорот веществ, продуктивность биоценозов, баланс энергии и веществ в природе, влияние биоценозов на водный и газовый режим Земли и т. д. Применение математических приемов обработки данных, счетно-решающих машин и кибернетических аппаратов, методов моделирования различных процессов поможет учесть последствия глобального вмешательства человека в жизнь природы. Ботанические исследования вносят неоценимый вклад в дело сохранения среды обитания человека.
Научные учреждения, общества, преподавание
В СССР крупнейшими учреждениями являются Ботанический ин-т АН СССР (Ленинград), Ин-т Физиологии растений АН СССР (Москва), Ин-т биохимии (Москва), Микробиологический ин-т АН СССР (Москва), Ин-т цитологии (Ленинград), Ин-т генетики (Москва), Палеонтологический ин-т (Москва), Главный Ботанический сад АН СССР (Москва), Ботанический сад МГУ (Москва), а также ин-ты республиканских академий. Ботанические сады (их в СССР более 100) культивируют растения всего мира, которые изучаются ботаниками теоретического и прикладного профиля (интродукция и натурализация растений). При многих садах и ун-тах имеются гербарии. Крупнейшими из них являются Гербарий Ботанического ин-та АН СССР (Ленинград), Гербарий Московского ун-та, а за рубежом Гербарий Ботанического сада в Кью (Лондон).
Крупнейшими учреждениями по прикладной Б. являются Всесоюзный ин-т растениеводства (Ленинград), Всесоюзный ин-т лекарственных растений (Москва), Никитский ботанический сад в Крыму и другие учреждения ВАСХНИЛ. Эти учреждения издают научные Труды по отдельным отраслям Б. Большую роль в пропаганде ботанических знаний играют ботанические общества - Всесоюзное ботаническое общество (основано в декабре 1915 г.), издающее «Ботанический журнал», и его многочисленные отделения в союзных республиках и городах; Московское общество испытателей природы (МОИП) издает «Бюллетень МОИП», Ленинградское общество испытателей издает журнал «Записки». Ун-ты и другие вузы издают Труды, в которых печатаются ботанические статьи. Б. преподается в ун-тах, с.-х. и лесных ин-тах, в педагогических, медицинских (общая биология, фармакогнозия) вузах и техникумах.
Библиография: История-Баранов П. А. Ботаника, Ташкент, 1933; он же, История эмбриологии растений в связи с развитием представления о зарождении организмов, М.- Л., 1955, библиогр.; Вульф Е. В. Историческая география растений, М.- Д., 1944; Очерки по истории русской ботаники, под ред. Н. А. Комарницкого, М., 1947; Русские ботаники, Биографо-библиографический словарь, сост. С. Ю. Липшиц, т. 1-4, М., 1947-1952; Серебряков К. К. Очерки по истории ботаники, М., 1941, М б b i u s M. Geschichte der Bota-nik, Jena, 1937; R e e d H. S. A short history of the plant sciences, Waltham, 1955.
Руководства, учебники - Алехин В. В. География растений, М., 1944, библиогр.; Г e н к e л ь П. А. Физиология растений, М., 1965; Г о л e н к и н М. II. Курс высших растений, М.- Л., 1937; Жуковский П. М. Культурные растения и их сородичи, Л., 1964; И м с А. Морфология цветковых растений, пер. с англ., М., 1964; Комарниц-кий Н. А., Кудряшов Л. В. и Уранов А. А. Систематика растений, М., 1962; Кретович В. Л. Основы биохимии растений, М., 1971; Курса-н о в Л. И. и К о м а р н и ц к и й Н. А. Курс низших растений, М., 1945, библиогр.; они же, Ботаника, т. 1, М., 1966; M e й-е р К. И. Морфогения высших растений, М., 1958, библиогр.; Поддубная-Арнольди В. А. Общая эмбриология покрытосеменных растений, М., 1964, библиогр.; Раздорский В. Ф. Анатомия растений, М., 1949; Рубин Б. А. Курс физиологии растений, М., 1971; T а х т а д ж я н А. Л. Высшие растения, т. 1, М.-Л., 1956; он же, Основы эволюционной морфологии покрытосеменных, М.- Л., 1964, библиогр.; Шенников А. П. Экология растений, М., 1950, библиогр.; Э с а у К. Анатомия растений, пер. с англ., М., 1969; Ярошенко П. Д. Геоботаника, М.- Л., 1961.
Л. В. Кудряшов, Н. А. Комарницкнй.
1. Ботаника в системе современных наук о природе. Предмет и задачи ботаники. Краткая история развития науки.
Бота́ника - наука о растениях, раздел биологии.
Эта наука изучает строение и жизнь растений в связи с условиями их обитания; классифицирует растения и устанавливает систему растительного мира, отражающую историю его развития; исследует растительный покров земной поверхности и закономерности сочетания в нем отдельных растений..
Ее задача – всестороннее познание растений: их строения, жизненных функций, распространения, происхождения, эволюции.
Глобальная проблема современности – производство пищи. Быстрый рост населения земного шара выдвигает задачу максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства: повышения урожайности возделываемых культур и продуктивности животноводства.
Эту задачу решают технологические науки: растениеводство и животноводство, базирующиеся на достижениях фундаментальных биологических дисциплин, среди которых первое место занимает ботаника. Не менее важна роль растений в обеспечении человека древесиной, прядильным волокном, лекарственным сырьем и др.
Ботаника исследует растения на разных уровнях их организации. Различают несколько структурно-функциональных уровней.
Нижний – наиболее древний – суборганизменный уровень молекулярных структур, где проходит граница между живым и неживым. Следующий уровень – клеточный. Клетка, ее структура и основные биохимические процессы сходны у всех организмов. За ним следует органный, а затем уровень целостного организма.
Неотъемлемые свойства организмов – способность к размножению, наследственность и изменчивость. Более сложный уровень организации жизни – популяционно-видовой. Высший уровень – экосистемный, биосферно-биогеоценотический, на котором сообщества популяций животных и растений вместе с их средой обитания образуют функционально-структурное единство.
Основу экосистемы составляют автотрофные зеленые растения – продуценты (производители), синтезирующие органические вещества из неорганических. Готовое органическое вещество используют консументы (потребители) – гетеротрофные организмы. Органические остатки продуцентов и консументов разрушаются гетеротрофными редуцентами (бактериями, грибами) и превращаются в минеральные соединения, вновь доступные растениям. Так проходит круговорот веществ и энергии в экосистеме при участии автотрофных и гетеротрофных организмов (рис. 1).
Автотрофные организмы способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя в процессе фотосинтеза солнечную энергию (зеленые растения) или энергию химических реакций – хемосинтез (некоторые прокариоты). Фотосинтезирующие растения, по словам К.А. Тимирязева, являются источником жизни на Земле. Ежегодно при фотосинтезе аккумулируется колоссальное количество солнечной энергии (3´1021 ккал). Образуется 5,8´1010 т органического вещества. Выделяется в атмосферу 11,5´1010 т кислорода. Гетеротрофные грибы и бактерии традиционно, как и растения, являются объектами ботаники.
Ботаника, как и другие науки о природе, возникла и развивалась в связи с практическими запросами человека, в жизни которого растения играли и играют огромную роль.
Начало развитию ботаники было положено в глубокой древности при выявлении и использовании пищевых, лекарственных и технических растений.
Ботаника тесно связана с разнообразными сторонами жизни и хозяйственной деятельности человека: сельским хозяйством, медициной и различными отраслями промышленности.
Растения широко используются человеком как пища и корм для животных, как источник сырья для хозяйственной деятельности (прядильные, красильные, дубильные и др.), как ценнейшие лекарственные средства.
Разнообразную роль в нашей жизни играют микроорганизмы, водоросли и грибы. Одни из них – болезнетворные – приносят вред, другие широко используются в ряде отраслей пищевой промышленности, в производстве лекарств и т. д.
Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Основоположниками ее были деятели древнего мира Аристотель (384 – 32 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 использования, географическом распространении.
Таким образом, ботаника возникла как единая наука, суммируя отдельные сведения о растениях, но с течением времени, по мере накопления и углубления знаний, она разделилась на ряд самостоятельных дисциплин.
Таким образом, в наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку.
Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей – растительных сообществ, из которых формируются луга, леса, степи.
Одна из первоочередных задач ботаники – разработка научных основ охраны природных и растительных ресурсов.
Особенно большое внимание отводят изучению и охране редких и исчезающих растений, занесенных в Красную книгу, так как потеря каждого вида не только уменьшает разнообразие растений, но и нарушает устойчивость растительного сообщества, сбалансированного в течение многих тысячелетий.
Ботаника – наука о растениях. Она охватывает широкий круг проблем: закономерности внешнего и внутреннего строения (морфология и анатомия) растений, их систематику, развитие в течение геологического времени (эволюция) и родственные связи (филогенез), особенности прошлого и современного распространения по земной поверхности (география растений), взаимоотношения со средой (экология растений), сложение растительного покрова (фитоценология, или геоботаника), возможности и пути хозяйственного использования растений (ботаническое ресурсоведение, или экономическая ботаника).
По объектам исследования в ботанике выделяют фикологию (альгологию) - науку о водорослях, микологию - о грибах, лихенологию - о лишайниках, бриологию - о мхах и др.; изучение микроскопических организмов, преимущественно из мира растений (бактерий, актиномицетов, некоторых грибов и водорослей), выделяют в особую науку - микробиологию. Болезнями растений, вызываемыми вирусами, бактериями и грибами, занимается фитопатология.
Основная ботаническая дисциплина - систематика растений - разделяет многообразие растительного мира на соподчинённые друг другу естественные группы - таксоны (классификация), устанавливает рациональную систему их наименований (номенклатура) и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения). Установление видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой, выявление областей распространения (ареалов) отдельных видов, родов и семейств - хорологией (фитохорологией). Изучение древесных и кустарниковых растений выделяют в особую дисциплину - дендрологию.
Фото: Bureau of Land Management Bureau of Land Management
В тесной связи с систематикой находится морфология растений, изучающая форму растений в процессе индивидуального (онтогенез) и исторического (филогенез) развития. Некоторые разделы морфологии растений выделяют в особые дисциплины в связи с их прикладным или теоретическим значением: органографию - описание частей и органов растений, палинологию - изучение пыльцы и спор растений, карпологию - описание и классификация плодов, тератологию - изучение аномалий и уродств (терат) в строении растений. Различают сравнительную, эволюционную, экологическую морфологию растений.
Изучением растений в их взаимоотношении со средой обитания занимается ряд отраслей ботаники, иногда объединяемых под общим названием экология растений. В более узком смысле экология изучает влияние на растение среды обитания, а также разнообразные приспособления растений к особенностям этой среды. На земной поверхности растения образуют определенные сообщества, или фитоценозы, повторяющиеся на более или менее значительных территориях (леса, степи, луга, саванны и т. д.). Исследованием этих сообществ занимается отрасль ботаники, называемая геоботаникой, или фитоценологией. В зависимости от объекта исследования в геоботанике выделяют лесоведение, луговедение, тундроведение, болотоведение и т. д.
Распространение отдельных видов растений на поверхности земного шара изучает география растений, а особенности распределения растительного покрова на Земле в зависимости от современных условий и исторического прошлого - ботаническая география.
Наука об ископаемых растениях - палеоботаника, или фитопалеонтология, имеет первостепенное значение для восстановления истории развития растительного мира. Данные палеоботаники имеют важнейшее значение для решения многих вопросов систематики, морфологии (включая анатомию) и исторической географии растений. Её данными пользуется также геология (историческая геология и стратиграфия).
Полезные свойства дикорастущих растений и возможности их окультуривания изучаются экономической ботаникой (хозяйственная ботаника, ботаническое ресурсоведение). С экономической ботаникой тесно связана этноботаника - учение об использовании растений различными этническими группами населения земного шара. Важный раздел прикладной ботаники - изучение дикорастущих родичей культурных растений, обладающих ценными свойствами (например, иммунитетом к болезням, засухоустойчивостью и т. д.).
Физиологию растений и биохимию растений не всегда относят к ботанике, поскольку многие физиологические и биохимические процессы, протекающие в растениях, аналогичны или даже тождественны процессам, протекающим в животных организмах, и изучаются сходными методами. Однако биохимия и физиология растений отличаются рядом специфических черт, исключительно или почти исключительно свойственных растениям. Поэтому разграничить физиологию и биохимию растений от собственно ботаники нелегко, тем более, что физиологические и биохимические особенности растений могут рассматриваться как таксономические признаки, следовательно, интересовать систематиков растений. Эти же особенности чрезвычайно важны для понимания проблем экологии и геоботаники, географии растений и ботанической географии, экономической ботаники и т. д. Генетика растений обычно также рассматривается как раздел общей генетики, хотя некоторые главы её (генетика популяций, цитогенетика) тесно связаны с систематикой, особенно биосистематикой, экологией растений и геоботаникой.
Границы между перечисленными выше разделами ботаники в значительной мере условны, так как их методы нередко перекрещиваются, а данные взаимно используются. Трудно определить место таких наук, как физиологическая анатомия и экологическая физиология, или отделить использование химических особенностей растений в систематике (хемосистематика) от сравнительной биохимии растений; наряду с этим процессом идёт и весьма узкая специализация отдельных ботанических разделов.
Ботаника тесно связана со многими другими науками - с геологией через палеоботанику и индикационную геоботанику (использование признаков некоторых растений и их сообществ как индикаторов некоторых полезных ископаемых); с химией - через биохимию и физиологию, экономическую ботанику и фармакогнозию; с почвоведением и физической географией - через экологию и геоботанику; с техническими науками - через экономическую ботанику.
Геоботаника - это наука о растительности Земли, о совокупности
растительных сообществ (фитоценозов), их составе, структуре, динамике в
пространстве и времени на всей территории и акватории Земли.
В отечественной науке геоботаника рассматривается как синоним фитоценологии. Эти
два наименования используются параллельно и оба достаточно распространены.
Термин «геоботаника» подчёркивает значение природной среды (почв, климата и т.
д.) для организации фитоценозов, термин «фитоценология» произошёл от объекта
изучения науки - фитоценозов.
В европейской традиции более распространён термин «фитосоциология», который
подчёркивает взаимоотношения между растениями как основу организации
фитоценозов, подразделяется на фитоценологию, и фитоценохорологию (географию
растений) и историческую геоботанику. Фитоценология изучает особенности сложения
растительных сообществ, или фитоценозов, их динамику и классификацию.
Наиболее общее понятие геоботаники и предмет её изучения - растительный покров -
это вся совокупность растений образующих растительные сообщества разных типов
растительности в пределах определённого участка земной поверхности вне
зависимости от его величины. Растительный покров расчленяют на отдельные
пространственные единицы - фитоценозы. Фитоценоз - растительное сообщество, в
пределах которого растительный покров имеет сходство по флористическому составу,
структуре, взаимоотношениям между растениями-сообитателями. Совокупность
фитоценозов отдельных регионов или районов земной поверхности называют
растительностью (например, растительность Европы, растительность Московской
области и т. д.).
Ботаника - естественноисторическая основа сельского и лесного хозяйства. Однако важнейшая задача ботаники - изучение закономерностей развития и охраны среды обитания человечества - биосферы и прежде всего растительного мира - фитосферы.
Ботаника
- наука о растениях, их форме, строении, жизнедеятельности и распространении. Роль растений в природе огромна. Они создают органические вещества - основу питания человека и животных, служат источником кислорода в атмосфере Земли, который необходим для дыхания большинству организмов, обеспечивают круговорот веществ в природе и оказывают большое влияние на климат и почвы. Кроме того, растения дают многообразное техническое сырье, а также различные лекарственные средства.
Важная роль растений в природе и жизни человека обусловливает значение ботаники. Особенно важно изучение ботаники для специалистов сельского хозяйства. Изучить растение и поставить его на службу человеку - такова задача сегодняшнего дня. Быстрый рост населения земного шара с предельной остротой выдвигает перед наукой проблему максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства, повышения урожайности полей и продуктивности животноводства. Решать эти задачи невозможно без знания ботаники - одной из основ научной агрономии.
Классификация растений.
Растительный мир крайне разнообразен. В настоящее время насчитывается около 500 тыс. видов растений. Ориентироваться в этом колоссальном количестве невозможно, не подразделив растения на систематические группы. В качестве основной единицы систематики принят вид. Вид - это совокупность особей, обладающих сходными морфологическими, физиологическими и биологическими признаками, единым происхождением и общим географическим распространением. Иначе говоря, особи одного вида обладают сходным внешним и внутренним строением, сходным обменом веществ и энергии, способностью к скрещиванию и воспроизведению, приспособленностью к определенным условиям существования; при этом они расселены на общей территории.
Вид
- это не только систематическая единица, но и одна из важнейших форм существования жизни. Вид объединяет множество особей и так же реален, как отдельные особи.
Виды, сходные по многим признакам, объединяются в один (например, мягкая и пшеница твердая - в род пшеница). Название каждого вида состоит из двух слов, первое из которых - родовое название, а второе - видовое определение.
Низшие растения отличаются более примитивным строением: их тело не расчленено на корень, стебель и листья и представляет собой слоевище. Тело высших растений состоит из корня, стебля и листьев. Для них характерна внутренняя дифференциация на различные ткани (покровная, механическая, проводящая и др.).
Эта статья также доступна на , , и
Все растения подразделяются на низшие и высшие. Низшие растения отличаются более примитивным строением: их тело не расчленено на корень, стебель и листья и представляет собой слоевище. Тело высших растений состоит из корня, стебля и листьев. Для них характерна внутренняя дифференциация на различные ткани (покровная, механическая, проводящая и др.).| Низшие растения | Высшие растения |
| Отдел Отдел Отдел Отдел |
Отдел |
