Продолжительность лекции: 1 час.

Ишмуратова М.Ю.

профессор

ЭЛЕКТРОННЫЙ КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Ботаника»

Цикл (общеобразовательные, базовые, профилирующи е дисциплины)

Компонент ( обязательный, по выбору )

Вид занятия ( лекция, СРСП, практическое /семинарское,

лабораторное занятие )

специальность 5В070100 - Биотехнология

Караганда 2017

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный университет имени Е.А. Букетова

Биолого-географический факультет

Кафедра ботаники

Ишмуратова М.Ю.

профессор

ЭЛЕКТРОННЫЙ КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Ботаника»

специальность 5В070100 - Биотехнология

Лекций

Караганда 2017

Лекция 1. Введение в дисциплину. Строение растительной клетки. Ткани, и их классификация

План лекции:

1 Растения – источник жизни на земле. Основные черты строения и жизнедеятельности растительных организмов. Разделы ботаники.

2 Особенности строения и функционирования растительной клетки.

3 Клеточная теория.

4 Растительные ткани, их классификация.

Продолжительность лекции: 1 час.

Ботаника (от греческого «ботанэ» – растение, трава) – комплекс биологических наук о растениях. Объектом изучения ботаники являются в первую очередь представители царства растения, а также фототрофные протоктисты – водоросли. В то же время в данном курсе рассматриваются отдельные вопросы по морфологии и систематике некоторых групп фотоавтотрофных прокариот (цианобактерии), а также грибов и грибоподобных организмов.

Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Первые датируемые сведения о растениях содержатся в клинописных таблицах Древнего Востока. Основы ботаники как науки заложили древние греки. Древнегреческий философ и естествоиспытатель Теофраст (около 370-285 лет до н. э.) назван К. Линнеем «отцом ботаники». Большой вклад был внесен Аристотелем (384-322 лет до н.э.). Они обобщили накопленные сведения о разнообразии растений, их свойствах, приемах возделывания, размножения, способах использования, распространении по земле. Так, Теофраст приводит в своих трудах около 600 видов полезных растений, в числе которых входили не только европейские, но и завезенные из Азии виды.

После общего упадка естествознания в средние века ботаника начинает интенсивно развиваться с XVI в. В XVIII-XIX вв. происходит развитие и дифференциация ботаники на отдельные ботанические дисциплины и к первой половине XX в. складывается весь комплекс наук о растениях. Основной раздел ботаники - систематика растений. Систематика описывает все ископаемые и современные растительные организмы, разрабатывает классификацию и создает научную основу для изучения филогении растений, то есть выявляет родство таксонов.

Морфология исследует особенности и закономерности внешнего строения растений. Основные успехи в этой области знаний были достигнуты преимущественно в XIX и XX вв. Исследование внутренней структуры растений - задача анатомии, которая зародилась в середине XVII в. после изобретения микроскопа, но главнейшие открытия были также сделаны в XIX и XX вв.

Эмбриология - ботаническая дисциплина, изучающая закономерности образования и развития зародыша растений. Основы эмбриологии заложены во второй половине XVIII в., фундаментальные открытия были сделаны к началу XX века.

Физиология тесно связана с морфологией и биохимией растений. Начало физиологии было положено опытами по питанию растений, осуществленными во второй половине XVIII в. Ныне это активно развивающаяся наука, занимающаяся изучением происходящих в растениях процессов: фотосинтеза, транспорта веществ, водного обмена, роста, развития, дыхания.

География растений зародилась в начале XIX века. Она занимается изучением основных закономерностей пространственного распространения таксонов (видов, родов и более высоких) и растительных сообществ на Земле. Из ботанической географии к концу XIX в. выделилась геоботаника – наука, исследующая основные закономерности формирования, состава, структуры и функционирования растительных сообществ, а также особенности их пространственного распределения.

Экология растений выясняет отношение растительных организмов к факторам среды и взаимоотношения растений с другими организмами. Она возникла на стыке экологии и ботаники на рубеже XIX и XX вв. и в настоящее время это одна из важнейших отраслей знаний о природе.

Помимо фундаментальных ботанических дисциплин, выделяют ряд прикладных наук. Одна из них - ботаническое ресурсоведение, или экономическая ботаника, которая рассматривает все аспекты использования растений человеком.

В зависимости от объектов и методов их изучения, а также практических потребностей выделяют ряд других узких ботанических дисциплин. В пределах морфологии растений выделяют карпологию - раздел знаний о плодах, из анатомии – палинологию, изучающую пыльцу и споры. Предметом исследования палеоботаники являются ископаемые растения. Альгология изучает водоросли, бриология - мхи, птеридология - папоротники.

Растения, как любые живые организмы, являются открытыми термодинамическими системами, способными к любому обмену веществом и энергией. Без поступления энергии извне эти системы не могут существовать и поддерживать свою целостность. Растениям характерны все признаки живых организмов, как раздражимость, рост и развитие, дыхание, размножение, движение, обмен веществ и энергией, питание, выделение и др.

В протерозое (2600-570 млн. лет назад) происходят значительные изменения в атмосфере планеты, которое связано с появлением и жизнедеятельностью цианобактерий (сине-зеленых водорослей). Эта новая группа обладала способностью к оксигенному фотосинтезу, то есть могла использовать Н₂О в качестве донора электронов, при этом свободный кислород выделялся в атмосферу. Восстановительная атмосфера Земли превратилась в окислительную. Анаэробное живое население планеты постепенно сменилось на аэробное. Концентрация кислорода в результате жизнедеятельности цианобактерий постепенно повышалась и примерно 2 млрд. лет назад достигла 1 % от современной. Существенно изменяются и усложняются биогеохимические циклы. Накопление кислорода стало препятствием для циркуляции элементов в форме восстановленных соединений. Бактериальные архейские сообщества строгих анаэробов заменяются цианобактериальными сообществами (цианобактериальные маты), в которых главенствующую роль играют фотосинтезирующие прокариоты.

Изменение характера атмосферы оказалось главной предпосылкой появления строгих аэробов эукариот - этого важнейшего биологического события середины протерозоя.

Таким образом, особая роль растений в жизни на Земле состоит в том, что без них было бы невозможно существование животных и человека (рис. 1).

Рисунок 1 - Взаимосвязи растений с другими группами живых организмов

Зеленые растения являются основной группой организмов, способных аккумулировать энергию Солнца, создавая органические вещества из неорганических. При этом растения извлекают из атмосферы диоксид углерода (углекислый газ) и выделяют кислород, поддерживая ее постоянный состав. Будучи первичными продуцентами органических соединений, растения являются определяющим звеном в сложных цепях питания большинства гетеротрофов, населяющих Землю.

Благодаря фотосинтезу и непрерывно действующей трансформации биогенных элементов создается устойчивость всей биосферы Земли и обеспечивается ее нормальное функционирование.

Обитая в различных условиях, растения образуют растительные сообщества (фитоценозы), обусловливая разнообразие ландшафтов и экологических условий для других организмов. При участии растений формируются почва, торф; скопления ископаемых растений образовали бурый и каменный уголь. Глубокие нарушения растительности неизбежно влекут за собой необратимые изменения биосферы и отдельных ее частей и могут оказаться гибельными для человека как биологического вида.

В настоящее время растения являются важнейшими источниками сырья, биологически активных веществ и пищи для человечества.

Пищевое значение растений общеизвестно. В качестве продуктов питания человека и корма для животных, как правило, используются части, содержащие запасные питательные вещества или сами вещества, извлеченные тем или иным образом. Плоды и семена многих видов используют для получения растительных масел. Большинство витаминов и микроэлементов также поступает вместе со свежей растительной пищей. Существенную роль в питании людей играют пряности и растения, содержащие кофеин - чай и кофе.

Техническое использование растений и продуктов из них осуществляется по нескольким основным направлениям. Наиболее широко применяются древесина и волокнистые части растений. Ценность древесины определяется потребностью в ней при изготовлении деревянных конструкций любых типов и при производстве бумаги. Сухая перегонка древесины позволяет получить значительное количество важных органических веществ, широко употребляемых в промышленности и в быту. Во многих странах древесина - один из основных видов топлива. Остро стоит вопрос о замене угля и нефти энергетически богатыми веществами, продуцируемыми некоторыми растениями.Несмотря на широкое распространение синтетических волокон, растительные волокна, получаемые из хлопчатника, льна, конопли, джута, липы сохранили большое значение при производстве многих тканей.

Для лечебных целей растения применяют очень давно. В народных и традиционных медицинах они составляют основную массу лекарственных средств. В научной медицине России примерно треть препаратов, применяемых для лечения, получают из растений. Считается, что с лечебными целями народы мира используют не менее 21000 видов растений и грибов. Около 30 % всех выпускаемых медицинских препаратов готовят из лекарственного растительного сырья. Не менее 1000 видов растений разводят в декоративных целях.