Ботаніка 1 семестр ( ...

ЛЕКЦІЯ №1

Тема. Ботаніка як наука. Загальна характеристика водоростей.

План

1.Космічна роль зелених рослин.

2.Поява і розвиток рослин на Землі.

3.Роль рослин у житті людини.

4.Охорона рослинного світу.

5.Ботаніка як наука. Розділи ботаніки.

6. Типи морфологічної структури водоростей.

7. Будова клітини та способи розмноження водоростей.

Космічна роль зелених рослин

Через рослинний покрив енергія із космосу входить в біосферу і накопичується в ній. Життя на Землі нерозривно зв'язане з фотосинтезом, що його здійснюють зелені рослини за допомогою пігменту хлорофілу, який саме і надає їм зеленого кольору. Лише зелені рослини можуть сприймати світлову енергію Сонця, поглинати її, накопичувати і перетворювати в енергію хімічних зв'язків.

Надзвичайно важлива роль належить зеленим рослинам і в накопиченні вільного кисню. Сумарне рівняння фотосинтезу має такий вигляд:

6СО2 + 12Н2О ------ С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О.

З глюкози, що утворилася внаслідок реакції, поступово синтезуються більш складні сполуки - білки, жири тощо. Кисень, що вивільнюється в процесі фотосинтезу, забеспечує дихання всіх живих організмів.

За способом живлення розрізняють фототрофні, хемотрофні, гетеротрофні і міксотрофні організми. До фототрофних належать зелені вищі рослини, водорості, деякі симбіотичні організми і забарвлені бактерії. Всі вони синтезують органічні речовини за допомогою світлової енергії.

Хемотрофи - організми, здатні утворювати органічні речовини з неорганічних за рахунок хімічної енергії, звільненої при окисленні ними деяких мінеральних речовин. До хемотрофів належать хемосинтезуючі бактерії. Гетеротрофи - безхлорофільні організми. До них належать деякі вищі рослини, а також гриби, слизовики і більшість бактерій. Вони живляться готовими органічними речовинами і не здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних. Джерелом енергії для цих організмів є процес дихання. Міксотрофи - рослини, які самі синтезують органічні речовини завдяки зеленому забарвленню, але частково живляться і за рахунок інших організмів (омела, росичка).

Поява і розвиток рослин на Землі

Поява рослинних організмів на нашій планеті прокладає свій шлях у сиву давнину, яка налічує сотні мільйонів років тому.

Хронологія рослинного світу за епохами визначалась і визначається (оскільки дослідження продовжуються) за скам'янілостями та відбитками, які збереглися в осадкових пластах земної кори. Найбільше осадових порід утворилося в Архейську еру, де вчені знайшли незначні сліди життя. Однак тут вже містяться відкладки вапняків, прошарки вугілля, що мають походження на рівні організмів - бактерій (залізобактерій, а може, й залишків синьозелених водоростей). Архейська ера характеризується початком гетеротрофного і автотрофного життя на Землі.

Протерозойська ера - ера примітивних тварин і рослин. Вона охоплює 2 періоди. Така класифікація дає змогу провести аналіз розвитку флори і фауни, які почали бурхливо розвиватись у цей період. У цій ері відбувається диференціація рослин на групи. У силурійський період Палеозойської ери рослини вийшли на сушу. Ці стародавні рослини ще не мали справжніх листків і коренів, а були представлені кореневищами з ризоїдами і вертикальними теломами. На верхівках теломів формувалися спорангії зі спорами. Такі рослини належать до ринієфітів. Вважають, що ринієфіти силурійського періоду походять від морських водоростей, які хвилі викинули на сушу, де й пристосувалися до нових умов життя. Насправді, під час обстеження берегових зон було виявлено їхні сліди. Найбільшого розвитку ринієфіти досягли у нижньому і середньому Девоні. Вони були головною рослинністю на суші, займаючи обширні території (висота їх досягала 3 м).

У Девоні відбувалася зміна рослинних формацій. Вимирали псилофіти, а на зміну їм прийшли 3 великі групи спорових рослин: плаунові (Lycopodinae), які мали розмір великих дерев (Lepidodendron); членісті - у яких тіло складалося з розгалуженоїнадземної частини і підземного кореневища, а листки і гілки зібрані у вузлах кільцями (цю групу рослин назвали каламітами), і папороті (Filicinae), які об'єднували як спорові, так і насінні рослини. Насіння насінних папоротей формувалося по краях великих листків у особливих вмістищах.

У Пермському періоді Мезозойської ери з'явилися великі голонасінні рослини, які утворювали ліси. Ці дерева досягали 30-метрової висоти. Стебла були вкриті листками, насіння зберігалося в шишках. Від них походять гінкгові, саговникові і, ймовірно, хвойні, які були панівними формами, починаючи з другої половини пермського періоду і протягом майже всієї мезозойської ери. У верхньокрейдовий період виникли дуби, верби, тюльпанні дерева, магнолії, клени, пальми та інші види, які потіснили саговникових, гінкгових і хвойних, деяка частина яких вимерла, а інші з панівної групи перейшли на підпорядковану.

Умови верхньокрейдового періоду сприяли розвитку квіткових рослин. Голонасінні в цей період почали масово вимирати (бенетитові і гінкгові). У частини цих рослин виникли нові пристосування до незвичних для них екологічних умов.

Кайнозойська ера охоплює 3 періоди - нижньотретинний (палеоген), верхньотретинний (неоген) і четвертинний (антропоген). Палеоген і неоген характеризуються розквітом рослинного світу на планеті. Панівними в цей час були широколисті породи дерев з могутніми стовбурами і широкими кронами. Тому через надмірне затінення трав'яниста рослинність була слабко розвинута.

У третинний період кліматичні умови на нашій планеті були настільки сприятливими, що пальмові, лаврові, магнолієві та інші тропічні і субтропічні рослини заселяли всю Європу, Америку і навіть Гренландію.

Сильне похолодання Землі в кінці неогену призвело до льодовикової епохи в Кайнозої.

Похолодання спричинило формування нової низькорослої трав'янистої рослинності, наприклад злакової. Вона краще витримувала зимові умови і сухе літо. Одночасно екстремальні умови льодовикового періоду призвели до загибелі величезної кількості теплолюбних видів рослин. Часткова компенсація втрачених видів відбулася за рахунок появи нових холодостійких форм. Спочатку це були хвойні, потім з'явилися трави.

Рослини в житті людини

Життя людини тісно пов'язане з рослинами. Рослини є основним джерелом її існування. Людина використовує як культурні, так і дикорослі їх форми. За рахунок рослин людство задовольняє свої харчові потреби, одержує цінну технічну продукцію, виробляє текстильні матеріали, медичні препарати і парфюмерію, прикрашає ними своє житло і місця проживання. Рослини відіграють важливу роль у вихованні людини. Вони задовольняють її наукові та естетичні потреби. Рослина і людина єдині у своєму бутті.

Шляхом селекції людиною з дикої флори відібрано, створено і створюються тисячі сортів сільськогосподарських рослин, що набагато перевищують продуктивність вихідних форм. Одержано високоолійні форми соняшнику, гірчиці, ріпака, маку та інших культур. Вирощують цінні прядивні, овочеві, плодовоягідні культури з високою якістю продукції. Багато уваги приділяється квітництву, вирощуванню лікарських рослин. Людство широко використовує рослинність морів та океанів. Одночасно рослинний світ зазнає небезпечного впливу. Таким чином, щоб зберегти рослинні багатства, слід охороняти рослинні ресурси та раціонально використовувати їх.

Охорона рослинного світу

Охорона рослинного світу тісно пов'язана з загальними проблемами охорони природи.

Проблема зумовлена руйнівною силою технічного прогресу, що призводить до надмірної експлуатації природних ресурсів і забруднення навколишнього середовища. Людство вже освоїло 56% суші. Нещадне знищення дикої флори призводить до катастрофічного знищення генофонду рослин. У світовому масштабі площа еродованих земель становить 600-700 млн га, з них майже половина орних. Щорічно планета втрачає мільйони гектарів лісу. Тільки за останні 60 років на планеті зникло 76 видів тварин і кілька сот видів рослин. Якщо не покращиться екологічний стан, то до 2050 року з обліку зникне 60 тис. видів рослин. За збереження сучасних тенденцій в розмірах лісозаготівель до 2000 року екваторіальні і тропічні ліси зникнуть на Землі повністю.

Ботаніка як наука. Розділи ботаніки

Об'єктом її вивчення є рослини. Саме слово ботаніка походить від гр. botanae, що означає зелень, овоч, трава.

Морфологія (від гр. morphe - форма і logos - вчення) рослин зародилась першою з ботанічних наук. Вона вивчає як зовнішні, так і внутрішні форми структурних елементів рослинного організму, закономірності їхньої будови, походження, розглядає взаємозв'язки між органами.

Анатомія (від гр. anatome - розрізаю) рослин - це наука про внутрішню структуру рослини.

Систематика рослин вивчає видовий склад флори.

Фізіологія рослин, користуючись методами фізики та хімії, вивчає обмін речовин і енергії у рослин.

Типи морфологічної структури:

Амебоїдна-клітини позбавлені твердої оболонки і не мають постійної форми. Це - найбільш проста будова одноклітинного організму. Така структура характерна для пірофітових, золотистих та жовто-зелених водоростей.

Монадна структура властива одноклітинним і колоніальним організмам з твердою клітинною оболонкою і джгутиками, за допомогою яких вони рухаються у воді. Ця структура характерна для пірофітових, золотистих, евгленових, жовто-зелених і зелених водоростей.

Коккоїдна структура - клітини мають тверду оболонку, але позбавлені джгутиків і не здатні до активного руху, вони вільно переносяться водою або ведуть прикріплений спосіб життя. Ця структура властива одноклітинним колоніальним водоростям відділів зелених, діатомових та інших. На основі коккоїдної структури стало можливе виникнення багатоклітинних таломів.

Пальмелоїдная структура є ускладненим варіантом коккоїдної стуктури і являє собою сукупність слизових тіл, прикріплених до субстрату. Виникнення пальмелоїдного типу структури було важливим на шляху морфологічної еволюції водоростей - від рухомих до нерухомих форм.

Нитчасти структура складається із клітин, які поєднуються в прості або розгалужені нитки, що можуть вільно існувати, прикріплюватися або об'єднуюються в колонії.

Різнонитчасті слані складаються з горизонтальних ниток, що виконують функції прикріплення, і вертикальних, що виконують асимілюючу функцію.

Пластинчаста структура характеризується багатоклітинними сланями, що утворюються в результаті поділу клітин в різних площинах з утворенням об'ємних мікроскопічних сланей.

Сифональна структура - особливий тип будови тіла, для якого характерна відсутність клітинних перегородокі велика кількість ядер. Такий талом є гігантською багатоядерною клітиною. Внутрішні перегородки виникають лише при утворенні репродуктивних органів або пошкодження слані. Це.й напрям еволюції виявився тупиковим.

Сифонокладальна структура виникла від сифональної в результаті поєднання багатоядерних клітин в різні форми багатоклітинних таломів.Ця структура також виявилась тупиковою.

 

КЛІТИНА ВОДОРОСТЕЙ

Клітини водоростей різноманітні за формою: грушоподібні, кульоподібні, яйцеподібні, округлі, спіралевидні та інші, а також за розміром: від долей мікрону до декількох сантиметрів. Клітини більшості водоростей мають клітинну оболонку, основу якої складає целюлоза. Часто в оболонці знаходяться інші компоненти - кремній, карбонат кальцію, солі заліза, хітин, кутин. Зовні на оболонці в деяких видів утворюється слизова капсула. В оболонці містяться пори, у деяких водоростей на оболонці є вирости у вигляді лусочок, щетинок, щипчиків.

У еукаріот в клітині міститься одне ядро, рідше декілька або багато. Ядра водоростей містять ті ж структури, що і у вищих рослин. Специфічними органоїдами є хлоропласти, які у водоростей називаються хроматофорами. Крім хлорофілу, хроматофори містять інші пігменти: синьо-зелений фікоціан, червоний фікоеретрин, каротиноїди. Сполучення цих пігментів надає водоростям різноманітне забарвлення. У багатьох водоростей в хлоропластах знаходяться особливі тільця -піреноїди, ферментативні центри, навколо яких відкладається запасний крохмаль. Число пиреноїдів в хлоропласті 1-2 і більше, у зеленої водорості спірогири в спіральних хлоропластах міститься декілька десятків піреноїдів.

У рухомих клітинах водоростей є фіторецепторна органела - стигма, яка здатна до орієнтації в просторі. Стигма розміщена в межах хлоропласту або не в ньому і тоді вона пов'язана з джгутиком. Число джгутиків у рухомих форм - від одного до багатьох, але частіше джгутиків два.

РОЗМНОЖЕННЯ І ЦИКЛ РОЗВИТКУ ВОДОРОСТЕЙ

Розмноження здійснюється вегетативно, нестатевим і статевим шляхом. Вегетативне розмноження у одноклітинних водоростей здійснюється поділо клітини навпіл, у колоніальних та багатоклітинних поділом колоній або розривом слані на ділянки. У нитчастих поділ нитки на частини відбувається внаслідок відмирання окремих клітиннитки або утворення з вегетативних клітин особливих спор - акінет. Акінети мають товсту оболонку і запас поживних речовин, внаслідок чого вони можуть переживати несприятливі умови. У високо розвинутих бурих водоростейна слані утоворюються бруньки, які опадають і проростають у нові слані.

Нестатеве розмноження водоростей проходить безпосередньо спорами і зооспорами. Спори мають оболонку і невеликий запас поживних речовин. Спори, що одягаються оболонкою зсередини материнської клітини називаються апланоспорами. Якщо апланоспори набувають форму, подібної до материнської, їх називаютьавтоспорами. Спори і зооспори утворюються в спорангіях і зооспорангіях, яки відрізняються від вегетативних клітин за формою і більш густому цитоплазматичному вмісту.

Статеве розмноження у водоростей буває декількох типів. У одноклітинних водоростей часто при статевому розмноженні проходить злиття двох вегетативних клітин, що називають гологамією, у нитчастих - кон'югацією. У більшості водоростей статеве розмноження проходить шляхом злиття двох статевих клітин - гамет, які утворюються в материнських статевих клітинах - гаметангіях. В залежностівід відносних розмірі намет розрізняють такі типи статевого процесу: ізогамія - гамети однакової величини і форми; гетерогамія - одна гамета крупніша, інша - дрібніша, оогамія - жіноча клітина(яйцеклітина) - нерухома і значно крупніше чоловічої. Чоловіча гамета називається сперматозоїдом, гаметангій з яйцеклітиною називається оогонієм, зі сперматозоїдом - антеридієм.

Відділ Зелені водорості -Chlorophyta

Відділ нараховує 15020 тис.вид., в Україні - 1000 видів. Поширені в різних екологічних умовах: в грунті, в різних водоймах, на стовбурах дерев, скелях. Є планктонні, бентосні, нейстонні і перифітонні форми. Є рухомі та нерухомі форми, одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні.

Клітинна оболонкацелюлозна або пектиново-целюлозна. Протопласт диференційований на цитоплазму та органоїди. Хлоропласти різноманітні за формою та розмірами. Для зелених характерні пігменти: хлорофіл А і В, каротиноїди (неоксантин, зеаксантин, віолоксантин, антероксантин). Хлоропласти як правило з піреноїдами. Запасними речовинами є крохмаль та олії. Для зелених характерні майже всі типи структур, крім амебоїдної та тканинної.

Розмноження відбувається вегетативно, безстатевим та статевим шляхом. Вегетативне розмноження частинами талому, розподілом крітин у колонії, поділом клітин. Безстатеве - за допомогою зооспор, автоспор, апланоспор, гемізооспор. Статевий процес відрізняється різноманітністю: ізо-, гетеро-, оогамія, гологамія, кон'югація, тощо. У високоорганізованих - сифонових та улотриксовихспостерігається ізо- абогетероморфназміна поколінь.

Класифікація зелених водоростей. В її основу покладено структуру талому, будову клітин та способи розмноження. За цими ознаками виділяють 5 класів.

Клас Вольвоксові - Volvocophyceae

Клас Протококкові - Siphonophyceae

Клас Улотриксові - Ulotrichophyceae

Клас Сифонові - Siphonophyceae

Клас Кон'югати - Conjugatophyceae