БОТАНІКА курс лекцій для здобувачів ступеня вищої освіти «Бакалавр» напряму «Агрономія» - 2016

ЛЕКЦІЯ 1. Ботаніка як наука про будову і життєдіяльність рослин. Клітина - основна структурна і функціональна одиниця живого

Космічна роль зелених рослин. Рослини як джерело сировинної і продовольчої бази суспільства. Ботаніка та майбутнє. Рослини і тварини, їх спільні ознаки та відмінності. Розділи ботаніки. Взаємозв’язок ботаніки з іншими дисциплінами та галузями сільськогосподарського виробництва. Різноманітність клітин. Зв’язок будови і форми клітин з виконуваною функцією. Будова клітини. Протопласт. Його біологічні властивості, склад, значення.

Ботаніка - наука про рослини, яка вивчає їхню зовнішню і внутрішню будову, життєдіяльність і розвиток, географічне поширення, залежність від умов місцезростання, флористичні та ценотичні взаємини, класифікацію, походження, еволюція тощо.

Знання про рослини потрібні агрономам, зооінженерам, фахівцям ветеринарної медицини. В наш час це багатогалузева наука, спільне завдання якої - різностороннє вивчення не лише окремих рослин, а й природних рослинних угруповань, з яких формуються ліси, луки, степи тощо. Разом з тим, ботаніка, як фундаментальна наука, дає відповідь на запити практики: як найбільш доцільно використовувати корисні рослини чи певні ділянки рослинного покриву. Разом з тваринами та іншими групами організмів рослини складають світ живих істот, які виявляють між собою єдність, що проявляється в одноманітності їх клітин, схожості процесів росту, розвитку, розмноження, хімічного складу, обміну речовин та інших основних життєвих проявів.

Життя на планеті виникло близько 3,8 млрд. років тому в безкисневому середовищі. Первинна атмосфера складалася із азоту, водню, парів води, метану, фосфору тощо. Кисень входив до складу атмосфери лише у вигляді оксидів (переважно водню).

Етапи формування живих організмів:

Рослинний світ нараховує близько 500 тисяч видів. Поширені скрізь: на суші від екватора до арктичних областей, в прісних та солоних водоймах, льодах Арктики і Антарктики.

Завдяки хлорофілу, який міститься в хлоропластах, відбувається перетворення променистої енергії Сонця на органічні речовини, таким чином відбувається первинний синтез органічної речовини:

Із них синтезуються інші речовини (білки, жири, вуглеводи та їх похідні), які використовуються гетеротрофними організмами, що включаються в кругообіг речовин. Тому рослини називають фототрофами, оскільки вони використовують енергію сонячних променів.

Щорічно синтезується близько 83 млрд. т органічних речовин, засвоюються в процесі фотосинтезу 174 млрд. т вуглецю. Рослини є джерелом накопичення енергії у вигляді кам’яного вугілля, нафти, газу.

Завдяки діяльності зелених рослин атмосфера Землі збагатилася киснем. Утворення ґрунтів за рахунок вивітрювання гірських порід збільшило енергію життєвих процесів, призвело до виникнення кисневого дихання.

Гетеротрофні організми (сапрофіти, паразити) розкладають органічні рештки рослин і тварин, перетворюють цих решток на неорганічні сполуки.

Рослинний покрив впливає на формування і зміну клімату, ґрунтоутворюючі процеси і підвищення родючості.

Рослини в житті людини:

Із 500 тисяч рослин людина використовує близько 25 000 видів переважно квіткових рослин, у культурі налічують 1500 видів і величезну кількість сортів.

Вони задовольняють головні потреби людини в їжі, одягу, житлі. Найважливіші групи: хлібні або зернові (рис, пшениця), овочеві (картопля, морква, буряк, капуста, помідори, огірки), баштанні (кавуни, дині, гарбузи), плодові (яблуня, груша, банани, ананаси, сливи, вишні), олійні (соняшник, ріпак, олива), лікарські (материнка, евкаліпт, шавлія), ефіроолійні (троянда, м’ята, лаванда, котовник, мак, череда), каучуконосні (гваюла, кок-сагиз), медоносні (фацелія, шоломниця), дубильні (дуб), кормові (овес, суданка, сорго, кукурудза). технічні (олія, цукор, тканини), прядивні (бавовник, льон, коноплі, кенаф, рамі, канатник), фарбувальні (вайда фарбувальна, баптизія південна) тощо. Деревину людина використовує для отримання будівельного матеріалу, паперу, картону, штучного шовку, скипидару, ацетону, камфори, деревного вугілля, ефірної олії тощо.

Розділи ботаніки

Морфологія - вивчає зовнішні форми і внутрішні структури. Поділяється на цитологію, гістологію, анатомію, гістохімію, ембріологію.

Фізіологія - життєві процеси, притаманні рослинам (обмін, ріст, розвиток тощо), відокремилися біохімія біофізика рослин.

Систематика рослин - опис всіх існуючих видів, класифікація по таксономічних групах; встановлення шляхів еволюційного розвитку рослинного світу.

Палеоботаніка - відновлення ходу еволюційного розвитку рослинного світу.

Фітоценологія - рослинні угруповання, які мають певну структуру, стійкість.

Екологія - взаємозв’язки рослин з навколишнім середовищем, вплив на їх структуру і життєдіяльність.

Географія рослин - розподіл видів рослин і фітоценозів на поверхні Землі залежно від клімату, ґрунтів і геологічної історії.

Історія ботаніки

Термін «ботаніка» походить від грецького «botane» - трава, рослини.

1 етап - Етап накопичення інтуїтивних знань про рослин. Знайомство первісних людей з корисними рослинами.

2 етап - Етап утилітарних знань про рослини. Початок штучного розведення корисних рослин (VI-V тис. р. до н.е.). За цей час накопичені знання про корисні властивості рослин, їх сумування призвела до зародження ботаніки.

Перші записи - ІІІ-IV ст. до н.е. - Аристотель і Теофраст - перша спроба класифікації рослин, поділив на дерева, кущі, напівкущі та трави, а трави - багаторічники, дворічники та однорічники. Необхідність визначення корисних рослин - морфологія рослин.

Пліній Старший (23-79 рр. до н.е.) - «Натуральна історія» - дані про 1000 рослин з корисними властивостями, виділив серед них лікарські, декоративні, харчові, технічні тощо. До кінця 17 ст. - для ботаніків - настільна книга.

3 етап - Етап описових ботанічних знань. XV-XVIII ст.. - період первісної інвентарізації рослин, формуються основні поняття ботанічної морфології, розроблені принципи і методи класифікації рослин, створені перші штучні системи рослинного світу. Андреа Чезальпіно - XVII - в основі систематики - будова плоду.

4 етап - Етап аналітичних ботанічних знань. Роберт Гук - удосконалив мікроскоп, ввів термін «клітина». Мальпігі і Грю заклали початок анатомії рослин. К. Лінней (1707-1778) - вершина штучної систематики. Уточнив техніку опису рослин, ввів термін «вид» як основної одиниці систематики, для назв ввів бінарну номенклатуру (перше слово - рід, друге - вид). 1833 Роберт Броун описав ядро. Ян Пуркіне і Хуго Моль - цитоплазма. В.І. Бєляєв описав механізм мітозу і мейозу в рослин. І.М. Горожанкін виявив між клітинами є плазмодесми, відкрив просте запліднення у голонасінних.

В. Гете і К.Ф. Вольф - вегетативні органи рослин зазнали метаморфози в процесі еволюції - морфологія рослин.

О.П. Декандоль - обґрунтував анатомо-морфологічна схожість рослим за функціями та за планом будови і походження - гомологічні і аналогічні органи. Навашин С.Г. 1898 р.- подвійне запліднення рослин. В.В. Докучаєв (1846-1903) - вчення про географічні зони.

5 етап - Епоха системних знань із ботаніки. Е. Вармінг - екологічна географія та життєві форми. A. Гумбольдт (1769-1859) географічне поширення рослин та їх залежність від кліматичних, геоморфологічних та інших факторів - географія рослин. Геоботаніка - рослинний покрив та фітоценози (Гризебах 1814-1879), В.М. Сукачов, Й.К. Пачоський, Х. Гамс.

Розвиток ботаніки в Україні

Бессер В.Г. - вивчав флору Правобережжя, опублікував «Флору Галіції»;

Ф.К. Біберштейн - флору Криму і Кавказу;

В.М. Черняєв - «Конспект растений дикорастущих и разводимых в окрестностях Харькова и в Украине», описав 1759 видів, з них 112 культивованих і 17 нових;

Й.К. Пачоський - «Флора Полісся і прилеглих територій», описав 1291 вид;

1. Ф. Шмальгаузен - «Флора юго-западной России, т.е. губерній: Киевской, Волынской, Подольской, Полтавской, Черниговской и смежных мест», описав 20714 видів рослин.

Синантропну флору вивчають Г.О. Кузнецова, В.В. Протопопова, B.А. Соломаха.

В.І. Вернадський - біосфера; М.Г. Холодний - вчення про фітогормони, вивчав біологію ауксинів; В.М. Любименко - природа хлорофілів, зв’язок із каротиноїдами; М.М. Гришко - генетика і селекція конопель і декоративних рослин.

Яната О.А. - народився в м. Миколаїв в 1888 році, є організатор Інституту Ботаніки ім. Холодного, Українське ботанічне товариство, Української номенклатурної комісії, журналів «Український ботанічний журнал», «Агрономічний журнал», відстоював існування заповідників Асканія-Нова, Український степовий заповідник, Кам’яні Могили, Ботанічний сад ім. Фоміна (м. Київ). Був репресований «за буржуазний націоналізм у боротьбі з бур’янами» і помер в засланні в Сибіру 1938 року. Похоронений в братській могилі. Реабілітований в 1964 році.

Ботаніка і майбутнє

Проведення досліджень рослин на Землі і в космосі для забезпечення продуктами харчування в умовах замкнених систем.

Виведення нових високопродуктивних сортів і гібридів. Трансгенні культури.

Розробка заходів щодо збереження цілісності рослинного покриву нашої планети.

Для рослин і тварин характерні спільні і відмінні риси:

Клітину відкрив англійський мікроскопіст Роберт Гук, який ввів термін «клітина» для клітинних стінок, а потім і для вмісту клітини. В 1862 році з’явився термін «цитоплазма».

Голандський вчений Левенгук відкрив хлоропласти, Броун в 1833 році відкрив ядро, Е. Руссов і І.М. Горожанків в 1879 р. - пори в клітинній оболонці і описали тяжі плазмодесм. І.Д. Чистяков в 1874 р. описав поділ ядра. Основоположником вчення про ядро був С.Г. Навашин (1989).

На кінець ХІХ ст. цитологія сформувалася як самостійна наука. Завдяки світловому мікроскопу були вивчені основні компоненти клітини. З відкриттям електронного мікроскопу - відкриті нові і описані важливі деталі відомих органел.

Клітина — основна структурна одиниця більшості рослин (одноклітинних, колоніальних та багатоклітинних). Клітина - це морфологічно і фізіологічно диференційована біологічно активна одиниця, яка обмежована напівпроникною мембраною і здатна до самооновлення, саморегуляції та самовідтворення в неживому середовищі.

Рослинна клітина складається із чотирьох основних структурних компонентів - клітинної оболонки, протопласту, вакуолі і включень.

Розміри: від ультрамалих - 0,2 мкм до кількох см (луб’яні волокна льону до 2-3 см, у кропиви - до 8 см, рамі - 20-22 см).

Форма клітин: паренхімна (довжина = ширина), входять до твірної, основної, механічної тканин;

прозенхімна (довжина > ширина) - луб’яні волокна, клітини коленхіми, ситовидні трубки.

Протопласт — живий вміст клітин, він складається з цитоплазми та її органоїдів - це метаболічно активний компонент живої клітини. До складу протопласта входить цитоплазма (безбарвний біологічний колоїд), в якій знаходяться різні структурні компоненти (пластиди, мітохондрії, ЕПС, АГ, лізосоми, мікротільця, сферосоми, рибосоми, мікротрубочки та мікрофіламенти), які називають органелами, або органоїдами.