Общие понятия по систематике растений. Низшие растения

1. Общие понятия по систематике растений. Низшие растения.

 

Систематика выработала свою систему понятий  и символов, свой язык, служащий для  классификации организмов. Каждая система классификации независимо от того, является она искусственной, естественной или эволюционной, подразделяется на определенные, соподчиненные друг другу систематические категории, или единицы. Таковы вид, род, семейство, порядок и т. д. Для обозначения систематических единиц любого ранга на Международном ботаническом конгрессе в 1950 г. был принят термин «таксон» (ед. ч. taxon, мн. ч. taxa).

 

Все растительное царство, представляющее собой таксон высшей категории, охватывается системой таксонов, расположенных в порядке  иерархии.

Вид представляет собой важнейшую таксономическую  категорию не только для систематики, но и для всей биологии вообще

Каждый  вид относится к какому-нибудь роду (ед. ч. genus, мн. ч. genera). Род представляет собой собирательную таксономическую  категорию, состоящую из видов, тесно  связанных между собой родственными отношениями.. В то же время роды отделены друг от друга явно выраженным разрывом. Род может состоять из многих видов (политипные роды), нескольких видов (олиготипные роды) или только из одного вида (монотипные роды). Род может делиться, в свою очередь, на подроды, а последние могут состоять из секций.

 

Название  вида представляет собой бинарную, или, точнее, биноминальную, комбинацию, состоящую из двух слов (биномен) —  названия рода в сопровождении видового эпитета. Примеры: Rosa (роза или шиповник), Salix (ива), Triticum (пшеница).Эти два слова — родовое название и видовой эпитет—несут различные и в то же время взаимно дополняющие функции. Подобно тому как родственные виды объединяются в роды, родственные роды объединяются в семейства (ед. ч. familia, мн. ч. familiae).. Название семейства образуется путем присоединения суффикса - асеае к основе названия одного из входящих в него родов, например: Lycopodiaceae (плауновые) от Lycopodium, Ranunculaceae (лютиковые) от Ranunculus, Salicaceae (ивовые) от Salix.

 

Порядок (ед. ч. ordo, мн. ч. ordines) является одной из важнейших  таксономических категорий в  иерархическом ряду рангов. Следующей  категорией в нашей таксономической  иерархии является класс (ед. ч. classis, мн. ч. classes). Классы различаются между  собой значительно более резко, чем порядки. Число классов поэтому небольшое. Для высших растений наиболее принятым окончанием для названий классов является -opsida, для водорослей (включая цианеи) — -phyceae, а для грибов - -mycetes. Крупные и достаточно дифференцированные классы могут подразделяться на подклассы.

 

Классы  объединяются в отделы (divisionis), которые  различаются между собой наиболее фундаментальными особенностями, касающимися  основных особенностей их организации  и развития. Отделы соответствуют главным ветвям филогенетического древа растительного мира.. Названия отделов водорослей и высших растений оканчиваются на -phyta, а грибов — на -mycota. Отделами являются, например, Chlorophyta (зеленые водоросли), Phaeophyta (бурые водоросли), Bryophyta (моховидные), Lycopodiophyta (плауновидные) и пр. Низшие растения объединяются в подцарство Thallobionta, а высшие — в подцарство Embryobionta (иногда их называют Cormobionta или Telomobionta). Высшей таксономической категорией является царство. Растительное царство было названо Линнеем Vegetabilia (иногда его называют Plantae). (Чаще низшие растения называют Thallophyta, а высшие — Cormophyta, но совпадение окончаний в названиях отделов и подцарств нежелательно.)

2.Опишите строение  клетки и тела сине- зеленых водорослей (цианобактерий),особенности их размножения и распространения. Укажите  их значение в природе и жизни человека,примеры, рисунки

 

Строение клетки. По форме - 1) виды с более или менее шаровидными  клетками, широкоэлипсоидные, груше - и  яйцевидные. 2) виды с клетками, сильно вытянутые в одном направлении (удлинённо эллипсоидные, веретеновидные, цилиндрические от коротко цилиндрических и бочонковидных до удлинённо-цилиндрических). Клетки живут отдельно, иногда соединены в колонии или образуют нити.

 

Клетки имеют толстые стенки. Протопласт окружен четырьмя оболочковыми слоями: двухслойная клеточная оболочка покрыта сверху внешней волнистой  мембраной, а между протопластом и оболочкой находится ещё  и внутренняя клеточная мембрана.

В клеточной оболочке хотя и содержится целлюлоза, но основную роль играют пекти-новые вещества и слизевые полисахариды. У одних видов клеточные оболочки хорошо ослизняются и содержат даже пигменты; у дру-гих вокруг клеток образуется специальный слизистый чехол, иногда самостоятельный во-круг каждой клетки, но чаще сливающийся в общий чехол, окружающий группу или весь ряд клеток. Протопласт сине-зеленых водорослей лишен оформленного ядра и ранее считался диффуз-ным, разделенным лишь на окрашенную пери-ферическую часть -- хроматоплазму -- и ли-шенную окраски центральную часть -- центро-плазму. Клетки сине-зеленых водорослей содержат хорошо вы-раженные структурные элементы, и разное их расположение обусловливает различия между цептро- и хроматоплазмой.

Пигменты, сосредоточенные в периферической части протопласта, локализованы в пластинча-тых образованиях -- ламеллах, которые рас-полагаются в хроматоплазме по-разному: хао-тично, бывают упакованы в гранулы или ори-ентированы радиально. Подобные системы ламелл теперь нередко называют парахроматофорами.

 

В хроматоплазме, кроме ламелл и  рибосом, встречаются еще эктопласты (цианофициновые зерна, состоящие из липопротеидов) и различного рода кристаллы. В зависимости от физио-логического  состояния и возраста клеток все  эти структурные элементы могут сильно из-меняться вплоть до полного исчезновения.

 

Центроплазма клеток сине-зеленых  водорос-лей состоит из гиалоплазмы  и разнообразных палочек, фибрилл  и гранул. Гиалоплазму и хроматиновые элементы вообще можно считать аналогом ядра, поскольку в этих элементах содержится ДНК; они при делении клеток делятся продольно, и половинки поров-ну распределяются по дочерним клеткам. Но, в отличие от типичного ядра, в клетках си-не-зеленых водорослей вокруг хроматиновых элементов никогда не удается обнаружить ядерной оболочки и ядрышек. Это -- ядроподобное образование в клетке, и называют его нуклеоидом. В нем встречаются и рибосомы, содержащие РНК, вакуоли и полифосфатные гранулы.

 

Самым обычным типом раз-множения у сине-зеленых водорослей является деление клеток надвое. Для одноклеточных форм этот способ единственный; в колониях у нитях он приводит к росту нити или колонии.

 

Трихом образуется тогда, когда  делящиеся в одном направлении  клетки не отходят друг от друга. При  нарушении линейного располо-жения  возникает колония с беспорядочно рас-положенными клетками. При делении в двух перпендикулярных направлениях в одной пло-скости образуется пластинчатая колония с правильным расположением клеток в виде тетрад (Merismopedia).

Представителям   некоторых родов   (Gloeocapsa, Microcystis)   свойственно также быстрое деление с образованием   в материнской   клетке  множества   мелких клеток -- н а н н о ц и т о в.

 

Сине-зеленые водоросли размножаются и другими способами -- образованием спор (по-коящихся клеток), экзо- и эндоспор, гормого-ниев, гормоспор, гонидиев, кокков и плано-кокков. Одним из самых распространенных видов размножения нитчатых форм является образование гормогониев. Этот способ размножения столь характерен для части сине-зеленых водорослей, что послужил названием целому классу гормогониевых (Hormogoniophyсеае). Гормогониями принято называть фраг-менты трихома, на которые последний распа-дается. Образование гормогониев -- не просто механическое отделение группы из двух, трех или большего числа клеток. Гормогонии обо-собляются благодаря отмиранию некоторых некроидальных клеток, затем с помощью выде-ления слизи они выскальзывают из влагалища (если оно имеется) и, совершая колебательные движения, перемещаются в воде или по суб-страту. Каждый гормогоний может дать начало новой особи. Если группа клеток, похожая на гормогоний, одета толстой оболочкой, ее называют гормоспорой (гормоцистои), которая одновременно выполняет функ-ции и размножения, и перенесения неблагоприятных условий.

 

Споры покрыты толстой, двухслойной обо-лочкой, внутренний слой которой называют эндоспорием, а наружный -- экзоспорием. Обо-лочки гладкие или усеяны сосочками, бес-цветные, желтые или коричневатые. Благодаря толстым оболочкам и физиологическим измене-ниям в протопласте (накопление запасных веществ, исчезновение ассимиляционных пиг-ментов, иногда увеличение количества цианофнцпповых зерен) споры могут длительное время сохранять жизнеспособность в неблаго-приятных условиях п при разнообразных сильных воздействиях (при низких и высоких температурах, при высыхании и сильном облу-чении). В благоприятных условиях спора про-растает, ее содержимое делится на клетки -- образуются спорогормогонип, обо-лочка ослизняется, разрывается или открывает-ся крышкой и гормогоний выходит.

 

 

Сине-зеленые водоросли встре-чаются на всех континентах и во всевозможных местообитаниях -- в воде и на суше, в пресных и соленых водах, везде и всюду.

 

Отдел сине-зеленых водорослей считают  древ-нейшей группой автотрофных  растений на Зем-ле. Примитивное строение клетки, отсутствие полового размножения и жгутиковых стадий -- все это серьезные доказательства их древности. Свыше трех мил-лиардов лет назад они отошли от основного ствола растительной эволюции и образовали тупиковую ветвь.

 

Говоря о хозяйственном значении сине-зеле-ных, на первое место нужно поставить их роль в качестве возбудителей «цветения» воды. Это, к сожалению, отрицательная роль. Положи-тельное значение их заключается, прежде всего, в способности усваивать свободный азот. В вос-точных странах сине-зеленые водоросли исполь-зуют даже в пищу, а в последние годы некото-рые из них нашли дорогу в бассейны массовых культур для индустриального производства органического вещества.

 

3.Значение  различных отделов низших  растений  в природе и хозяйственной деятельности человека.

       Сине-зеленые  водоросли входят в состав планктона и бентоса пресных вод и морей, живут на поверхности почвы, в горячих источниках с температурой воды до 80 °С, на снегу — в полярных областях и в горах; ряд видов обитает в известковом субстрате («сверлящие водоросли»), некоторые сине-зеленые водоросли — компоненты лишайников и симбионты простейших животных и наземных растений (мохообразных и цикадовых). В наибольших количествах сине-зеленые водоросли развиваются в пресных водах, иногда вызывая цветение воды в водохранилищах, что приводит к гибели рыб. 

       Водоросли –  одни из древнейших организмов, населяющих нашу планету. В прошлые геологические эпохи, как и в настоящее время, водоросли населяли океаны, реки, озера и другие водоемы. Обогатив атмосферу кислородом, они вызвали к жизни разнообразный мир животных и способствовали развитию аэробных бактерий; они явились родоначальниками растений, заселивших сушу, и создали мощные толщи горных пород.

       Водоросли, как  и высшие растения на суше, – источник органических веществ, продуценты кислорода в водоемах. Вследствие деятельности сине-зеленых водорослей (и других тоже) образуются горные породы. Сверлящие сине-зеленые, разрушая горные породы, участвуют в образовании первичных почв. В комплексе с другими организмами (бактериями, грибами) водоросли принимают участие в процессе самоочищения воды.

       Однако, развиваясь  в большом количестве, сине-зеленые  водоросли могут приводить к «цветению воды», во время которого значительное количество организмов оседает на дно, усиливаются процессы гниения, резко уменьшается количество кислорода и повышается концентрация углекислого газа. Это приводит к летнему замору рыб. «Цветение» резко отражается на водоснабжении (забиваются фильтры, вода приобретает неприятный вкус и запах).

       В сельском  хозяйстве водоросли используются как органические удобрения (азотофиксирующие сине-зеленые водоросли, их массы собирают во время «цветения» водоемов). Сине-зеленые водоросли обусловливают образование гумуса, улучшают аэрацию почвы, влияют на ее структуру.

       Водоросли являются  сырьем для получения ценных органических веществ: спиртов, аммиака, лаков, органических кислот и т. п.; йода, каротина, биологически активных веществ. Используются в микробиологической промышленности, космических исследованиях. Морские водоросли используют в пищевой промышленности и при изготовлении различных лекарств.

       В санитарной  гидробиологии сине-зеленые водоросли  используются как индикаторы, показывающие степень загрязнения воды органическими веществами. Водоросли применяют при очистке промышленных вод.

       Рассмотрим отдельного  представителя отдела сине-зеленых  водорослей – анабену (Anabaena Cyanophyta).

       Анабена - многоклеточная водоросль. Она живет на почве, и для фотосинтеза ей необходим солнечный свет. Сине-зеленые водоросли неприхотливы и не требуют каких-то особых условий для роста, но водород образуют только тогда, когда в окружающей среде нет кислорода. Поэтому, чтобы получить водород, их выращивают в аргоне. Водоросли при фотосинтезе вместе с водородом выделяют кислород, который мешает образованию водорода. К тому же такой процесс дорог. Поэтому производство водорода обычными сине-зелеными водорослями невыгодно.

       Ситуация изменилась, когда на кафедре генетики и селекции биологического факультета МГУ получили штамм РК84, выделявший водород в воздухе. Ученые Института фундаментальных проблем биологии РАН нашли условия (в частности, уровень освещенности), при которых водоросль хорошо росла и давала много водорода. Интересно, что в биореакторе, где росла водоросль, концентрация выделяемого ею кислорода вдвое превысила атмосферную, но это не помешало синтезу водорода. Сотрудники Института фундаментальных проблем биологии РАН, изучив мутантный штамм анабены РК84, заключили, что это пока лучший преобразователь солнечной энергии в энергию водорода.

       Ученые считают,  что этот штамм анабены можно  использовать для получения водорода. Однако, по словам ученых, прежде  необходимо изучить, как эта водоросль будет работать в природных условиях, и оценить эффективность, с которой она преобразует энергию света в энергию водорода.

 

4.Что  развивается  из споры и зиготы у высших  растений? Рисунки спорангиев плаунов  и папоротников