Растения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Растения
Diversity of plants image version 3.png
Многообразие растений
Научная классификация
Международное научное название

Plantae Haeckel, 1866

Дочерние таксоны
Wikispecies-logo.svg
Систематика
на Викивидах
Commons-logo.svg
Изображения
на Викискладе
ITIS   202422
EOL   281

Расте́ния (лат. Plantae, или Vegetabilia) — биологическое царство, одна из основных групп многоклеточных организмов, включающая в себя в том числе мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные и цветковые растения. Нередко к растениям относят также все водоросли или некоторые их группы. Растения (в первую очередь, цветковые) представлены многочисленными жизненными формами — среди них есть деревья, кустарники, травы и др.

Растения являются объектом исследования науки ботаники.

Общие признаки[править | править вики-текст]

Определение[править | править вики-текст]

История[править | править вики-текст]

На вопрос, что называть растением, нет однозначного ответа. Первым на этот вопрос попытался ответить древнегреческий философ и учёный Аристотель, поместив растения в промежуточное состояние между неодушевлёнными предметами и животными. Он определил растения как живые организмы, которые не способны самостоятельно передвигаться (в противоположность животным)[1]. Позднее были открыты бактерии и археи, которые никак не подпадали под общепринятое понятие растений. Уже во второй половине XX века грибы и некоторые типы водорослей были выделены в отдельные категории, поскольку не имеют сосудистой и корневой системы, которая присутствует у других растений[2].

Современность[править | править вики-текст]

Определяющие признаки[править | править вики-текст]

  • Наличие плотной, не пропускающей твёрдые частицы, клеточной оболочки (как правило, состоящей из целлюлозы)
  • Растения — продуценты. Они производят органические вещества с помощью углекислого газа и энергии солнца в процессе фотосинтеза. Грибы и бо́льшая часть бактерий в последнее время относится к отдельным царствам. Раньше грибы и бактерии считались растениями.
  • Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли, для которых, как и для большинства растений свойственен фотосинтез, согласно современным классификациям также не относятся к растениям (цианобактерии включены в царство Бактерии в ранге отдела).
  • Другие признаки растений — неподвижность, постоянный рост, чередование поколений и другие — не являются уникальными, но в целом позволяют отличить растения от других групп организмов[3].

Появление и эволюция[править | править вики-текст]

Архейская эра (2500—3800 млн лет назад)[править | править вики-текст]

Судя по палеонтологическим находкам, разделение живых существ на царства произошло более 3 млрд лет назад. Первыми автотрофными организмами стали фотосинтезирующие бактерии (сейчас они представлены пурпурными и зелёными бактериями, цианобактериями). В частности, в мезоархее (2800—3200 млн лет назад) уже существовали цианобактериальные маты.

Протерозойская эра (570—2500 млн лет назад)[править | править вики-текст]

Единой, отвечающей на все вопросы, теории происхождения эукариотических фотоавтотрофных организмов (растений) пока нет. Одна из них (теория симбиогенеза) предполагает возникновение эукариотических фототрофов как переход эукариотической гетеротрофной амёбовидной клетки к фототрофному типу питания через симбиоз с фотосинтезирующей бактерией, которая впоследствии превратилась в хлоропласт. Согласно этой теории, таким же образом возникают и митохондрии из аэробных бактерий. Так появляются водоросли — первые настоящие растения. В протерозойскую эру широко развиваются одноклеточные и колониальные сине-зелёные водоросли, появляются красные и зелёные водоросли.

Палеозойская эра (230—570 млн лет назад)[править | править вики-текст]

В конце Силура (405—440 млн лет назад) на Земле происходят интенсивные горообразовательные процессы, приведшие к возникновению Скандинавских гор, гор Тянь-Шань, Саян, а также к обмелению и исчезновению многих морей. В результате, некоторые водоросли (сходные с современными харовыми водорослями) выходят на сушу, и заселяют литорали и супралиторали, что стало возможным благодаря деятельности бактерий и цианобактерий, образовавших на поверхности суши почвенный субстрат. Так возникают первые высшие растения — риниофиты. Особенность риниофитов заключается в появлении тканей и их дифференцировки на покровные, механические, проводящие и фотосинтезирующие. Это было спровоцировано резким отличием воздушной среды от водной. В частности:

  • повышенной солнечной радиацией, для защиты от которой у первых наземных растений должен был выделяться и откладываться на поверхности кутин, что и было первым этапом формирования покровных тканей (эпидермы);
  • откладывание кутина делает невозможным поглощение влаги всей площадью (как у водорослей), что приводит к изменению функции ризоидов, которые теперь не только прикрепляют организм к субстрату, но и поглощают из него воду;
  • разделение на подземную и надземную части спровоцировало необходимость доставки минеральных веществ, воды и продуктов фотосинтеза по всему организму реализованную появившимися проводящими тканями — ксилемой и флоэмой;
  • отсутствие выталкивающей силы воды и соответственно невозможность плавать, в ходе конкуренции видов за солнечный свет, привело к появлению механических тканей с целью «приподняться» над соседями, ещё одним фактором было улучшенное освещение активизировавшее процесс фотосинтеза и приведшее к избытку углерода, что и позволило образоваться механическим тканям;
  • в ходе всех вышеперечисленных ароморфозов фотосинтезирующие клетки выделяются в отдельную ткань;

Древнейшее известное наземное растение — куксония. Куксония обнаружена в 1937 г. в силурийских песчаниках Шотландии (возраст порядка 415 млн лет). Дальнейшая эволюция высших растений разделилась на две линии: гаметофитную (моховидные) и спорофитную (сосудистые растения). Первые голосеменные растения появляются в начале Мезозоя (примерно 220 млн лет назад). Первые покрытосеменные (цветковые) возникают в юрском периоде.

Классификация[править | править вики-текст]

Эволюция систем классификации[править | править вики-текст]

Геккель (1894)
Три царства
Уиттекер (1969)
Пять царств
Вёзе (1977)
Шесть царств
Вёзе (1990)
Три домена
Кавалье-Смит (1998)
Два домена и семь царств
Животные Животные Животные Эукариоты Эукариоты Животные
Растения Грибы Грибы Грибы
Растения Растения Растения
Простейшие Простейшие Хромисты
Протисты Протисты
Monera Археи Археи Прокариоты Археи
Эубактерии Эубактерии Эубактерии

Разнообразие[править | править вики-текст]

По состоянию на начало 2010 года, по данным Международного союза охраны природы (IUCN), было описано около 320 тысяч видов растений, из них около 280 тысяч видов цветковых, 1 тысяча видов голосеменных, около 16 тысяч мохообразных, около 12 тысяч видов высших споровых растений (Плауновидные, Папоротникообразные, Хвощевидные)[4]. Однако, это число увеличивается, так как постоянно открываются новые виды.

Разнообразие современных растений
  Отделы Русское
название
Число
видов
Зелёные водоросли Chlorophyta Зелёные водоросли 13 000 — 20 000[5]
Charophyta Харовые водоросли 4000—6000[6]
Мохообразные Marchantiophyta Печёночные мхи 6000—8000[7]
Anthocerotophyta Антоцеротовые мхи 100—200[8]
Bryophyta Моховидные 10 000[9]
Сосудистые споровые Lycopodiophyta Плауновидные 1200[10]
Pteridophyta Папоротникообразные 11 000[10]
Equisetophyta Хвощевидные 15[11]
Семенные растения Cycadophyta Саговниковидные 160[12]
Ginkgophyta Гинкговидные 1[13]
Pinophyta Хвойные 630[10]
Gnetophyta Гнетовидные 70[10]
Magnoliophyta Цветковые растения 281 821[4]


Строение растений[править | править вики-текст]

Некоторые растения имеют очень сложное строение, но некоторые представлены одноклеточными организмами. Например:хлорелла,хламидомонада и.т.д.

Для клеток растений характерен большой относительный размер (иногда до нескольких сантиметров), наличие жёсткой клеточной оболочки из целлюлозы, присутствие хлоропластов и крупной центральной вакуоли, позволяющей регулировать тургор. Во время деления перегородка образуется за счёт слияния многочисленных пузырьков (фрагмопласт). Сперматозоиды растений дву- (у мохообразных и плауновидных) или многожгутиковые (у остальных папоротникообразных, саговниковых и гинкговых), причём ультраструктура жгутикового аппарата очень похожа на таковую в жгутиковых клетках харовых водорослей (отдел Зелёные водоросли).

Клетки растений объединяются в ткани. Ткани растений характеризуются практически полным отсутствием межклеточного вещества, большим количеством мёртвых клеток (некоторые ткани, такие как склеренхима и пробка, состоят почти исключительно из мёртвых клеток), а также тем, что, в отличие от животных, ткань растения может состоять из разных типов клеток (например, ксилема состоит из водопроводящих элементов, волокон древесины и древесинной паренхимы).

Большинство растений характеризуется значительным расчленением тела. Существуют несколько типов организации тела растений: талломный, при котором отдельные органы не выделяются и тело представляет собой зелёную пластину (некоторые мохообразные, заростки папоротников), листостебельный, при котором тело представляет собой побег с листьями (корни отсутствуют; большинство мохообразных), и корнепобеговый, когда тело делится на корневую и побеговую систему. Побег большинства растений состоит из осевой части (стебля) и боковых фотосинтезирующих органов (листьев), которые могут возникать либо как выросты внешних тканей стебля (у мохообразных), либо как следствие слияния укороченных боковых ветвей (у папоротникообразных). Зачаток побега принято считать особым органом — почкой[3].

Жизненный цикл растений[править | править вики-текст]

Размножение[править | править вики-текст]

Для растений характерны два вида размножения: половое и бесполое. Для высших сосудистых растений единственной формой полового процесса является оогамия. Из форм бесполого размножении широко распространено вегетативное размножение.

Кроме вегетативных, растения имеют специализированные генеративные органы, строение которых связано с протеканием жизненного цикла. В жизненном цикле растений чередуется половое, гаплоидное поколение (гаметофит) и бесполое, диплоидное поколение (спорофит). На гаметофите образуются половые органы — мужские антеридии и женские архегонии (отсутствуют у некоторых гнетовых и у покрытосеменных). Сперматозоиды (их нет у хвойных, гнетовых и покрытосеменных) оплодотворяют находящуюся в архегонии яйцеклетку, в результате образуется диплоидная зигота. Зигота формирует зародыш, который постепенно развивается в спорофит. На спорофите развиваются спорангии (часто на специализированных спороносных листьях, или спорофиллах). В спорангиях происходит мейоз, и образуются гаплоидные споры. У разноспоровых растений эти споры двух типов: мужские (из них развиваются гаметофиты только с антеридиями) и женские (из них развиваются гаметофиты, несущие только архегонии); у равноспоровых споры одинаковые. Из споры развивается гаметофит, и всё начинается сначала. Такой жизненный цикл имеют Мохообразные и Папоротникообразные, причём у первой группы в жизненном цикле доминирует гаметофит, а у второй — спорофит. У семенных растений картина усложняется за счёт того, что женский (несущий архегонии) гаметофит развивается прямо на материнском спорофите, а мужской гаметофит (пыльцевое зерно) должен быть доставлен туда в процессе опыления. Спорофиллы у семенных растений часто сложно устроены и объединяются в так называемые стробилы, а у покрытосеменных растений — в цветки, которые могут, в свою очередь, объединяться в соцветия. Кроме того, у семенных растений возникает специализированная, состоящая из нескольких генотипов структура — семя, которое можно условно отнести к генеративным органам. У покрытосеменных растений цветок после опыления созревает и формирует плод[3].

Значение[править | править вики-текст]

Существование мира животных, включая человека, было бы невозможно без растений, чем и определяется их особая роль в жизни нашей планеты. Из всех организмов только растения и фотосинтезирующие бактерии способны аккумулировать энергию Солнца, создавая при её посредстве органические вещества из веществ неорганических; при этом растения извлекают из атмосферы CO2 и выделяют O2. Именно деятельностью растений была создана атмосфера, содержащая O2, и их существованием она поддерживается в состоянии, пригодном для дыхания. Растения — основное, определяющее звено в сложной цепи питания всех гетеротрофных организмов, включая человека. Наземные растения образуют степи, луга, леса и другие растительные группировки, создавая ландшафтное разнообразие Земли и бесконечное разнообразие экологических ниш для жизни организмов всех царств. Наконец, при непосредственном участии растений возникла и образуется почва.

Пищевая промышленность[править | править вики-текст]

Одомашнивание растений[править | править вики-текст]

Человеком одомашнено свыше 200 видов растений, относящихся к более чем 100 ботаническим родам. Их широкий таксономический спектр отражает разнообразие мест, где они были одомашнены. Основные продовольственные растения, используемые в культуре в настоящее время были одомашнены в странах юго-западной Азии. В настоящее время это территории Ирака, Ирана, Иордании, Израиля и Палестины. Вероятно, древним земледельцам было известны преимущества вегетативного размножения (клонирования) и близкородственного скрещивания (инбридинга). Примеры растений, репродуцируемых клонированием: картофель, фруктовые деревья. Почти все питательные вещества получаемые людьми с пищей в этих странах поступали от высоко углеводных злаков с довольно высоким содержанием белка (пшеница, ячмень). Тем не менее, белки злаков не полностью сбалансированы по аминокислотному составу (низкое содержание лизина и метионина). Эти злаки древние земледельцы дополнили бобовыми растениями — горох, чечевица, вика. Единственный культурный злак — рожь возник гораздо позже, чем пшеница и другие культурные растения. Самоопылитель лён имеет семена богатые жиром, что дополнило пищевую триаду ранних земледельцев (жиры, белки, углеводы). Ранние земледельцы составили набор одомашненных растений, которые удовлетворяют основным потребностям человека в пище и сегодня. В дальнейшем имело место постепенное распространение культурных растений из очага их возникновения в новые районы. В итоге, одни и те же растения стали пищевыми для населения всего мира. Часть культурных растений прошли одомашнивание в странах Юго-Восточной Азии. Сюда относятся такие самоопылители как хлопок, рис, сорго, арахис.

Современные культуры растений[править | править вики-текст]

Из огромного разнообразия царства растений особое значение в повседневной жизни имеют семенные и главным образом Цветковые растения (покрытосеменные). Именно к ним относятся почти все растения, введённые человеком в культуру. Первое место в жизни человека принадлежит хлебным растениям (пшеница, рис, кукуруза, просо, сорго, ячмень, рожь, овёс) и различным крупяным культурам. Важное место в пищевом рационе человека занимает в странах с умеренным климатом картофель, а в более южных областях — батат, ямс, ока, таро и др. Широко употребляются богатые растительными белками зернобобовые (фасоль, горох, нут, чечевица и др.), сахароносные (сахарная свёкла и сахарный тростник), многочисленные масличные (подсолнечник, арахис, маслина и др.), плодовые, ягодные, овощные и иные культурные растения.

Современное общество трудно представить без тонизирующих растений — чая, кофе, какао, равно как без винограда — основы виноделия, или без табака.

Животноводство базируется на использовании дикорастущих и культивируемых кормовых растений.

Лёгкая промышленность[править | править вики-текст]

Хлопчатник, лён, конопля, рами, джут, кенаф, сизаль и многие другие волокнистые растения обеспечивают человека одеждой и техническими тканями.

Деревообрабатывающая промышленность[править | править вики-текст]

Ежегодно потребляется огромное количество леса — в качестве строительного материала, источника получения целлюлозы и др.

Энергетика[править | править вики-текст]

Очень важное значение для человека имеет один из главных источников энергии — каменный уголь, а также торф, о которых можно сказать, что они представляют собой аккумулированную в растительных остатках прошлого энергию Солнца.

Медицина и химия[править | править вики-текст]

До сих пор не утратил своего экономического значения добываемый из растений естественный каучук. Ценные смолы, камеди, эфирные масла, красители и другие продукты, получаемые в результате переработки растений, занимают видное место в хозяйственной деятельности человека. Большое число растений служат основными поставщиками витаминов, а другие (наперстянка, раувольфия, алоэ, белладонна, пилокарпус, валериана и сотни других) — источником необходимых лекарств, веществ и препаратов.

Экология[править | править вики-текст]

Растительный покров обогащает атмосферу кислородом и является основным источником энергии и органического материала почти для всех экосистем. Фотосинтез радикально изменил состав ранней земной атмосферы, которая содержит в настоящее время около 21 % кислорода. Животные и многие другие аэробные организмы нуждаются в кислороде, анаэробные формы относительно редки. Во многих экосистемах растения являются основой пищевых цепей.

Наземные растения являются ключевыми компонентами водного и других биохимических циклов. Некоторые растения эволюционировали совместно с азотфиксирующими бактериями и включены в кругооборот азота. Корни растений играют существенную роль в развитии почвы и предотвращении её эрозии.

Распределение[править | править вики-текст]

Экологические взаимосвязи[править | править вики-текст]

Многие животные эволюционировали совместно с растениями. Многие насекомые опыляют цветки в обмен на пищу в форме пыльцы или нектара. Четвероногие едят плоды и распространяют семена с фекалиями. Большинство видов растений выработали симбиоз с различными видами грибов (микориза). Грибы помогают растению извлекать воду и минеральные вещества из почвы, а растение снабжает грибы углеводородами, произведёнными в результате фотосинтеза. Существуют также симбиотические грибы — эндофиты, которые живут внутри растений и способствуют росту организма-хозяина.

Паразитизм[править | править вики-текст]

Растения-паразиты существуют как среди низших, так и среди высших растений. Такие растения приносят большой вред сельскому хозяйству.

Хищные растения[править | править вики-текст]

Существует более 500 видов хищных растений. Произрастают хищные растения обычно на почвах, бедных питательными веществами и минеральными солями. «Хищность» растений обусловлена недостатком азота в почвах, именно поэтому растения-хищники приспособились получать азот из насекомых и других животных, которых они ловят с помощью разнообразных хитроумных ловушек.

Самым известным хищным растением лесов России является Росянка круглолистная (Drosera rotundifolia). Это растение выделяет по краям листьев липкую жидкость, похожую на росу, — кислый пищеварительный сок. Насекомое садится на капельку «росы», приклеивается и становится жертвой росянки.

Другие известные растения-хищники — венерина мухоловка, дарлингтония, жирянка, росолист.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. University of Hamburg Department of Biology «First Scientific Descriptions». (Проверено 22 ноября 2007)
  2. Microbiology — Helium «Why algae, fungi and microbes are not considered plant life» (Проверено 23 ноября 2007)
  3. 1 2 3 Шипунов А. Б. Растения // Биология: Школьная энциклопедия / Белякова Г. и др. — М.: БРЭ, 2004. — 990 с. — ISBN 5-85270-213-7.
  4. 1 2 lnternational Union for Conservation of Nature and Natural Resources, 2010.1. IUCN Red List of Threatened Species:Summary Statistics (англ.)  (Проверено 20 мая 2010)
  5. Van den Hoek, C., D. G. Mann, & H. M. Jahns, 1995. Algae:An Introduction to Phycology. pages 343, 350, 392, 413, 425, 439, & 448 (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-30419-9
  6. Van den Hoek, C., D. G. Mann, & H. M. Jahns, 1995. Algae:An Introduction to Phycology. pages 457, 463, & 476. (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-30419-9
  7. Crandall-Stotler, Barbara. & Stotler, Raymond E., 2000. «Morphology and classification of the Marchantiophyta». page 21 in A. Jonathan Shaw & Bernard Goffinet (Eds.), Bryophyte Biology. (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-66097-1
  8. Schuster, Rudolf M., The Hepaticae and Anthocerotae of North America, volume VI, pages 712—713. (Chicago: Field Museum of Natural History, 1992). ISBN 0-914868-21-7.
  9. Buck, William R. & Bernard Goffinet, 2000. «Morphology and classification of mosses», page 71 in A. Jonathan Shaw & Bernard Goffinet (Eds.), Bryophyte Biology. (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-66097-1
  10. 1 2 3 4 Raven, Peter H., Ray F. Evert, & Susan E. Eichhorn, 2005. Biology of Plants, 7th edition. (New York: W. H. Freeman and Company). ISBN 0-7167-1007-2.
  11. Equisetopsida: информация на сайте APWeb (англ.) (Проверено 20 мая 2010)
  12. Gifford, Ernest M. & Adriance S. Foster, 1988. Morphology and Evolution of Vascular Plants, 3rd edition, page 358. (New York: W. H. Freeman and Company). ISBN 0-7167-1946-0.
  13. Taylor, Thomas N. & Edith L. Taylor, 1993. The Biology and Evolution of Fossil Plants, page 636. (New Jersey: Prentice-Hall). ISBN 0-13-651589-4.

Ссылки[править | править вики-текст]