План лекции:
Введение в систематику растений.
Особенности строения и жизнедеятельности вирусов.
Прокариоты: бактерии и цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
Продолжительность лекции: 1 час.
Введение в систематику растений.
Со времени К.Линнея (XVIII в.) в науке господствовала система двух основных групп организмов (или царств органического мира): растений (Vegetabilia, или Р1апtае) и животных (Аnimalia). Однако открытие в XX в. ряда важных различий в метаболизме и ультраструктуре клетки у разных групп организмов побудило биологов изменить устоявшийся взгляд. Начиная с середины 50-х годов ХХ в. широко обсуждаются другие возможные системы. Количество выделяемых царств в этих системах колеблется от трех до десяти. В основу деления живого на царства положены способы питания, особенности ультраструктуры митохондрий и пластид, химический состав клеточных оболочек и основных запасных веществ клеток, некоторые другие принципы.
Ниже приведен краткий перечень крупнейших систематических трупп, позволяющий представить значимость и положение в общей системе живого изучаемых в курсе “Ботаника” таксонов (рис. 65).
Рисунок 65 - Система классификации живых организмов
Империя неклеточные организмы (Noncellulata ). Представители не имеют морфологически оформленной клетки. Империя включает одно царство вирусы (Virae).
Империя клеточные организмы (С ellulata). Представители имеют морфологически оформленную клетку. Включает две подимперии.
1. Подимперия доядерные ( Procaryota ) – не имеют морфологически оформленного ядра. Объединяет два царства:
а) Царство архебактерии (Archaebacteria) – в основе клеточных оболочек имеют кислые полисахариды без муреина;
б) Царство настоящие бактерии, или эубактерии (Eubacteria) – в качестве основного структурного компонента клеточных оболочек содержится гликопротеид муреин.
2. Подимперия ядерные или эукариоты ( Eucaryota ) – имеют морфологически оформленное ядро. Подразделяется на четыре царства:
а) Царство протоктисты (Protoctista) - автотрофы или гетеротрофы; тело не расчленено на вегетативные органы; отсутствует стадия зародыша; гаплоидные или диплоидные организмы; включает водоросли и грибоподобные организмы.
б) Царство животные (Animalia) - гетеротрофы; питание путем заглатывания или всасывания; отсутствует плотная клеточная стенка; диплоидные организмы; имеется чередование ядерных фаз.
в) Царство грибы (Fungi, Mycota) – гетеротрофы; питание путем всасывания; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой хитин; гаплоидные или дикарионтические организмы; тело не расчленено на органы и ткани;
г) Царство растения(Plantae) – автотрофы; питание за счет процесса аэробного фотосинтеза; имеется плотная клеточная оболочка, в основе которой целлюлоза; характерно чередование полового (гаметофит) и бесполого поколения (спорофит) с преобладанием диплоидного поколения. К растениям относятся ископаемые риниофиты и зостерофиллофиты, а также современные моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные.
Систематика - это наука о разнообразии организмов, определяющая их место в системе органического мира. Существует систематика животных, микроорганизмов, грибов, растений.
В задачи любой систематики входит выявление, описание, идентификация, классификация и группирование организмов (от древнейших и примитивных до современных и самых сложных) в систему, в которой было бы однозначно определено положение каждого таксона.
Современная систематика подразделяется на несколько связанных между собой разделов:
- таксономия - теория и практика классификации организмов, при которой распределяется все множество вновь выявленных и уже известных организмов в соответствии с их сходством и различиями или предполагаемым родством по определенной системе соподчиненных категорий;
-номенклатура - вся совокупность названий таксонов;
- филогенетика- устанавливает родство организмов в историческом плане (филогения) и ход исторического развития мира живых организмов (филогенез) как в целом, так и для отдельных систематических групп.
Главным таксономическим рангом является - вид (species). Над видом располагаются род (genus), семейство (familia), порядок (ordo), подкласс (subclassis), класс (classis), отдел (divisio) и царство (regnum) (табл. 1).
Таблица 1 - Основные таксономические ранги систематики
высших растений и примеры таксонов
| Ранг | Пример таксона | Окончание в латинском названии |
| Царство | Plantae (Растения) | - |
| Отдел | Magnoliophyta (Покрытосеменные) | -phyta |
| Класс | Magnoliopsida (Двудольные) | -opsida |
| Подкласс | Ranunculidae (Ранункулиды) | -idae |
| Порядок | Ranunculales (Лютиковые) | -ales |
| Семейство | Ranunculaceae (Лютиковые) | -aceae |
| Род | Ranunculus (Лютик) | - |
| Вид | Ranunculus repens L.(Лютикползучий) | - |
Внутри вида могут быть выделены более мелкие систематические единицы: подвид (subspecies), разновидность (vari e tas), форма (forma); для культурных употребляется категория - сорт.
Методы систематики:
Сравнительно-морфологический метод (основной метод систематики) - основан на данных сравнительной морфологии и дает наибольшую информацию о родстве таксонов на уровне вида и рода; с помощью данного метода изучают макроструктуру организмов; метод не требует сложного оборудования.
Сравнительно-анатомический, эмбриологический и онтогенетический методы (варианты сравнительно-анатомического метода) - с их помощью изучают микроскопические структуры тканей, зародышевых мешков, особенности гаметогенеза, оплодотворения и развития зародыша, а также характер последующего развития и формирования отдельных органов растений; данные методы требуют совершенной техники (электронной и сканирующей микроскопии).
Сравнительно-цитологический и кариологический методы - позволяют анализировать признаки организмов на клеточном уровне, помогая устанавливать гибридную природу форм и изучать популяционную изменчивость видов.
Палинологический метод - использует данные палинологии (наука, изучающая строение оболочек спор и пыльцевых зерен растений) и позволяет, по хорошо сохраняющимся оболочкам спор и пыльцы, устанавливать возраст вымерших растений.
Эколого-генетический метод - связан с опытами по культуре растений; дает возможность вне зависимости от факторов природной среды изучать изменчивость, подвижность признаков и устанавливать границы фенотипической реакции таксона.
Гибридологический метод - основан на изучении гибридизации таксонов; важен при решении вопросов филогении и систематики.
Географический метод - дает возможность анализировать распространение таксонов и возможную динамику их ареалов (область географического распространения), а также изменчивость организмов, которая связана с географически меняющимися природными факторами.
Помимо указанных выше методов, в систематике используют иммунохимические и физиологические методы, а также данные энтомологии, археологии и лингвистики, которые дают информацию о насекомых вредителях и местах введения в культуру важнейших сельскохозяйственных растений.
Начинается изучение растений с низших групп. В данном разделе нами рассмотрено строение прокариотов, к которым отнесены вирусы, бактерии и сине-зеленые водоросли (цианобактерии).
2 Особенности строения и жизнедеятельности вирусов.
Вирусы были открыты русским ботаником Д.И. Ивановским в 1892 г. при изучении болезни табака – табачной мозаики. Было показано, что эта болезнь передается организмами, проходящими через биологические фильтры. Эти организмы получили название «фильтрующие вирусы», а затем просто «вирусы».
Вирусы обладают следующими характерными особенностями, отличающими их от других организмов:
1. Имеют малые размеры, не задерживаются биологическими фильтрами. Размеры вирусов измеряются в нм (1 нм = 10-9 м). В зависимости от вида вируса имеют размеры от 15 до 350 нм.
2. Не имеют клеточного строения.
3. Не могут расти на питательных средах и осуществлять бинарное деление.
4. Не имеют собственных метаболических систем.
5. Содержат только одну нуклеиновую кислоту:РНК или ДНК.
6. Репродукция (воспроизводство) вирусов осуществляется только в клетках хозяина.
Одним из основных свойств вирусов является их специфичность по отношению к клетке хозяина. Вне живой клетки вирусы ведут себя, как объекты неживой природы, например, способны кристаллизоваться.
Таким образом, вирусы – это такие биологические образования, у которых отсутствуют клеточное строение и собственный обмен веществ. Внутриклеточные паразиты. Они совмещают в себе признаки существа и вещества: неактивны (метаболически) вне живых клеток и в то же время проявляют признаки жизни (репродуцируются) внутри их, обладают наследственностью и изменчивостью, благодаря чему сохраняются в биосфере Земли.
Вирусная частица (вирион) состоит из спирально закрученной нуклеиновой кислоты - ДНК или РНК, покрытой снаружи белковой оболочкой (капсидом). Капсидсостоит из отдельных субъединиц – капсомеров, которые идентичны друг другу. Содержание нуклеиновой кислоты и белка у разных вирусов неодинаковое. Так, у вируса гриппа на долю нуклеиновой кислоты приходится 1 % (по массе), у вируса полиомиелита –25%, у бактериофагов – 50–60% белка.
При исследовании вирусов под электронным микроскопом обнаружены следующие формы вирусов:
• палочковидная (вид прямого цилиндра). Такую форму имеет вирус табачной мозаики;
• нитевидная (изгибающиеся эластичные нити). Эту форму имеют вирусы некоторых растений;
• сферическая. Такую форму имеет вирус гриппа, герпеса;
• октаэндрическая (форма многогранника). Это вирус полиомиелита, вирус полиомы, аденовирусы;
• булавовидная (головастикообразная, сперматозоидная). Такую форму имеют вирусы бактерий – бактериофаги (рис. 66).
| ДНК Головка Отросток Полый стержень Базальная пластина Нити отростка |
Рисунок 66 - Строение бактериофага
Классификация вирусов. Вирусы относятся к царству Viro (ацитов). Исходя из общепринятого представления о природе вирусов как живых существ, возникает необходимость их систематики. Однако до настоящего времени эта задача не решена, хотя предложено много различных принципов классификации вирусов: по форме; по химическому составу (РНК- и ДНК-вирусы); в зависимости от того, на какие клетки вирусы действуют (вирусы растений, вирусы животных, вирусы человека, вирусы микроорганизмов). Однако все эти признаки не являются стойкими и надежными критериями для разработки классификации вирусов по принципу бинарной номенклатуры.
