ботаника что в себя включает
Ботаника
Бота́ника (др.-греч. βοτανικός — «относящийся к растениям», от βοτάνη — «трава, растение») — наука о растениях, раздел биологии.
Содержание
Основные этапы развития ботаники
Как стройная система знаний о растениях ботаника оформилась к XVII—XVIII векам, хотя многие сведения о растениях были известны и первобытному человеку, так как жизнь его была связана с полезными, главным образом пищевыми, лекарственными и ядовитыми растениями.
Первыми книгами, в которых растения описывались не только в связи с их полезностью, были произведения греческих и других учёных-натуралистов. Занимаясь растениями как частью природы, философы античного мира пытались определить их сущность и систематизировать их.
Римский натуралист Плиний Старший в своей «Естественной истории» привёл все известные его современникам сведения о природе; он упомянул около 1000 видов растений, описав их достаточно точно.
После общего упадка естествознания в Средние века ботаника начинает вновь интенсивно развиваться в Европе с XVI века. Первоначально это коснулось лишь систематики и морфологии, но в XVII—XVIII веках возникают и формируются другие разделы ботаники, в частности, анатомия растений.
В России в XV—XVII веках переводят с греческого, латинского и европейских языков и переписывают описания лекарственных растений.
Карл Линне́й (швед. Carl Linnaeus, Carl Linné — известный шведский естествоиспытатель и врач, создатель единой системы классификации растительного и животного мира, обобщившей и в значительной степени упорядочившей биологические знания всего предыдущего периода, что ещё при жизни принесло ему всемирную известность. В 1729 году Линней познакомился с Улофом Цельсием (1670—1756), профессором теологии, который был увлечённым ботаником. Вскоре он поселился в доме Цельсия и получил доступ к его обширной библиотеке. В этом же году Линней написал небольшую работу «Введение в половую жизнь растений» (лат. Praeludia sponsaliorum plantarum ), в которой были изложены основные идеи его будущей классификации растений, основанной на половых признаках. Эта работа вызвала большой интерес в академических кругах Уппсалы. С 1730 года Линней под началом профессора Улофа Рудбека-младшего приступил к преподаванию как демонстратор в ботаническом саду университета. Лекции Линнея пользовались большим успехом. В XVIII веке, положив в основу своей искусственной системы строение цветка, Линней разбил мир растений на 24 класса. Система Линнея ненадолго пережила своего создателя, однако значение её в истории ботаники огромно. Одной из главных заслуг Линнея стало определение понятия биологического вида, внедрение в активное употребление биноминальной (бинарной) номенклатуры и установление чёткого соподчинения между систематическими (таксономическими) категориями.
Генрих Иоганн Непомук фон Кранц (нем. Heinrich Johann Nepomuk Edler von Crantz — австрийский врач и ботаник, профессор Венского университета (стал доктором медицины в 1750 году). В 1769 году опубликовал Classis Cruciformium emendeta.
XIX век ознаменовался интенсивным развитием естествознания в целом. Бурное развитие получили и все отрасли ботаники. Решающее влияние на систематику оказала эволюционная теория Ч. Дарвина.
Характерные черты современного этапа развития ботаники — стирание граней между отдельными её отраслями и их интеграция. Так, в систематике растений для характеристики отдельных таксонов всё шире применяют цитологические, анатомические, эмбриологические и биохимические методы. Разработка новых методов исследования, основанных на достижениях физики и химии, позволила решать задачи, недоступные ранее. Так, в результате использования электронного микроскопа, разрешающая сила которого по сравнению с другими оптическими приборами возросла в сотни раз, были выявлены многие новые детали строения растительной клетки, что с успехом используется не только в анатомии, но и в систематике растений.
Предмет исследований
Ботаника охватывает широкий круг проблем: закономерности внешнего и внутреннего строения (морфология и анатомия) растений, их систематику, развитие в течение геологического времени (эволюция) и родственные связи (филогенез), особенности прошлого и современного распространения по земной поверхности (география растений), взаимоотношения со средой (экология растений), сложение растительного покрова (фитоценология, или геоботаника), возможности и пути хозяйственного использования растений (ботаническое ресурсоведение, или экономическая ботаника).
По объектам исследования в ботанике выделяют фикологию (альгологию) — науку о водорослях, микологию — о грибах, лихенологию — о лишайниках, бриологию — о мхах и др.; изучение микроскопических организмов, преимущественно из мира растений (бактерий, актиномицетов, некоторых грибов и водорослей), выделяют в особую науку — микробиологию. Болезнями растений, вызываемыми вирусами, бактериями и грибами, занимается фитопатология.
Основная ботаническая дисциплина — систематика растений — разделяет многообразие растительного мира на соподчинённые друг другу естественные группы — таксоны (классификация), устанавливает рациональную систему их наименований (номенклатура) и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения). В прошлом систематика основывалась на внешних морфологических признаках растений и их географическом распространении, теперь же систематики широко используют также признаки внутреннего строения растений, особенности строения растительных клеток, их хромосомного аппарата, а также химический состав и экологические особенности растений. Установление видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой, выявление областей распространения (ареалов) отдельных видов, родов и семейств — хорологией (фитохорологией). Изучение древесных и кустарниковых растений выделяют в особую дисциплину — дендрологию.
В тесной связи с систематикой находится морфология растений, изучающая форму растений в процессе индивидуального (онтогенез) и исторического (филогенез) развития. В узком смысле морфология изучает внешнюю форму растений и их частей, в более широком — включает анатомию растений, изучающую их внутреннее строение, эмбриологию, исследующую образование и развитие зародыша, и цитологию, изучающую строение растительной клетки. Некоторые разделы морфологии растений выделяют в особые дисциплины в связи с их прикладным или теоретическим значением: органографию — описание частей и органов растений, палинологию — изучение пыльцы и спор растений, карпологию — описание и классификация плодов, тератологию — изучение аномалий и уродств (терат) в строении растений. Различают сравнительную, эволюционную, экологическую морфологию растений.
Изучением растений в их взаимоотношении со средой обитания занимается ряд отраслей ботаники, иногда объединяемых под общим названием экология растений. В более узком смысле экология изучает влияние на растение среды обитания, а также разнообразные приспособления растений к особенностям этой среды. На земной поверхности растения образуют определенные сообщества, или фитоценозы, повторяющиеся на более или менее значительных территориях (леса, степи, луга, саванны и т. д.). Исследованием этих сообществ занимается отрасль ботаники, называемая в России геоботаникой, или фитоценологией (за рубежом её часто называют фитосоциологией). В зависимости от объекта исследования в геоботанике выделяют лесоведение, луговедение, тундроведение, болотоведение и т. д. В более широком смысле геоботаника смыкается с учением об экосистемах, или с биогеоценологией, изучающей взаимоотношения между растительным покровом, животным миром, почвой и подстилающими почву горными породами. Этот комплекс называется биогеоценозом.
Распространение отдельных видов растений на поверхности земного шара изучает география растений, а особенности распределения растительного покрова на Земле в зависимости от современных условий и исторического прошлого — ботаническая география.
Наука об ископаемых растениях — палеоботаника, или фитопалеонтология, имеет первостепенное значение для восстановления истории развития растительного мира. Данные палеоботаники имеют важнейшее значение для решения многих вопросов систематики, морфологии (включая анатомию) и исторической географии растений. Её данными пользуется также геология (историческая геология и стратиграфия).
Полезные свойства дикорастущих растений и возможности их окультуривания изучаются экономической ботаникой (хозяйственная ботаника, ботаническое ресурсоведение). С экономической ботаникой тесно связана этноботаника — учение об использовании растений различными этническими группами населения земного шара. Важный раздел прикладной ботаники — изучение дикорастущих родичей культурных растений, обладающих ценными свойствами (например, иммунитетом к болезням, засухоустойчивостью и т. д.).
Физиологию растений и биохимию растений не всегда относят к ботанике, поскольку многие физиологические и биохимические процессы, протекающие в растениях, аналогичны или даже тождественны процессам, протекающим в животных организмах, и изучаются сходными методами. Однако биохимия и физиология растений отличаются рядом специфических черт, исключительно или почти исключительно свойственных растениям. Поэтому разграничить физиологию и биохимию растений от собственно ботаники нелегко, тем более, что физиологические и биохимические особенности растений могут рассматриваться как таксономические признаки, следовательно, интересовать систематиков растений. Эти же особенности чрезвычайно важны для понимания проблем экологии и геоботаники, географии растений и ботанической географии, экономической ботаники и т. д. Генетика растений обычно также рассматривается как раздел общей генетики, хотя некоторые главы её (генетика популяций, цитогенетика) тесно связаны с систематикой, особенно биосистематикой, экологией растений и геоботаникой.
Границы между перечисленными выше разделами ботаники в значительной мере условны, так как их методы нередко перекрещиваются, а данные взаимно используются. Трудно определить место таких наук, как физиологическая анатомия и экологическая физиология, или отделить использование химических особенностей растений в систематике (хемосистематика) от сравнительной биохимии растений; наряду с этим процессом идёт и весьма узкая специализация отдельных ботанических разделов.
Ботаника тесно связана со многими другими науками — с геологией через палеоботанику и индикационную геоботанику (использование признаков некоторых растений и их сообществ как индикаторов некоторых полезных ископаемых); с химией — через биохимию и физиологию, экономическую ботанику и фармакогнозию; с почвоведением и физической географией — через экологию и геоботанику; с техническими науками — через экономическую ботанику. Ботаника — естественно-историческая основа сельского и лесного хозяйства, зелёного строительства в городах, курортах и парках, она разрешает многие вопросы пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной, микробиологической, деревообрабатывающей промышленности. Однако важнейшая задача ботаники — изучение закономерностей развития и охраны среды обитания человечества — биосферы и прежде всего растительного мира — фитосферы.
Ботаническая номенклатура
Помимо принятой в биологии системы классификаций, ботаника, как и другие поднауки биологии, дополнительно разделяет виды на разновидности, подразновидности и формы.
В русской литературе вместо термина ботаническая номенклатура принято употреблять словосочетание «бинарная номенклатура», в зоологической литературе получило распространение словосочетание «биноминальная номенклатура».
Формирование и пополнение ботанической номенклатуры регламентируется Международным кодексом ботанической номенклатуры.
Методы исследования
Ботаника пользуется как наблюдением, так и сравнительным, историческим и экспериментальным методами, включающими сбор и составление коллекций, наблюдение в природе и на опытных участках, эксперимент в природе и в условиях специализированных лабораторий, математическую обработку полученной информации. Наряду с классическими методами регистрации тех или иных признаков изучаемых растений используется весь арсенал современных химических, физических и кибернетических методов исследования.
Проблема вымирания видов
Несмотря на то, что вымирание может быть природным результатом естественного отбора (пример, массовое вымирание видов в голоцене), однако современный период вымирания уникален. Предыдущие периоды были вызваны физическими причинами, такими как столкновение с небесными телами, движение тектонических плит, высокая вулканическая активность, изменение климата. Текущий период вымирания вызван людьми и начался приблизительно 100 000 лет назад с расселением людей по планете. Входя в контакт с новыми для них экосистемами, которые прежде никогда не испытывали человеческого присутствия, люди разрушали экологический баланс, охотясь, разрушая среду обитания и разнося болезни.
Основные причины для беспокойства, связанные с проблемой вымирания видов:
Американский палеонтолог Niles Eldridge (Нильс Элдридж) в 1972 году выдвинул вместе с Стивеном Гулдом теорию прерывистого равновесия, согласно которой бо́льшая часть эволюционных изменений происходит за небольшие промежутки времени по сравнению с гораздо более длительными периодами эволюционной стабильности. Нильс Элдридж, в частности, немаловажную роль отводит хозяйственной деятельности человека:
Что такое ботаника и каков объект ее изучения?
Содержание:
В сегодняшней статье мы сосредоточимся на наука, изучающая это царство растений: Ботанический. Этот раздел биологии позволил нам узнать абсолютно все (или почти все) аспекты природы растений, а также открыть для себя приложения, которые они могут иметь в нашей жизни.
Что изучает ботаника?
Поэтому все, что связано с растениями, изучается ботаниками или ботаниками, которые являются профессионалами в этой очень важной области биологии. Кстати, любопытно прокомментировать, что ботаника это также известно как фитология, этимологическое значение которого происходит от латинского: «фито» (растение) и «логос» (знание).
Можно предположить, что ботаника включает в себя огромную область знаний, потому что в дополнение к огромному разнообразию аспектов растительной природы, которые она исследует, эта дисциплина анализирует как простейшие растительные организмы, так и самые сложные растения, известные как сосудистые растения.
И как будто этого было недостаточно, помимо изучения организмов растительного мира, они также анализируют природу всех тех живых существ, которые, несмотря на то, что не принадлежат к этому царству растений, также способны к фотосинтезу, например цианобактерии или водоросли.
Но что такое растение?
Возвращаясь к растениям, фотосинтез возможен благодаря наличию в их цитоплазме (жидкой среде внутри клеток) хлоропластов, некоторых клеточные органеллы, содержащие хлорофилл, зеленый пигмент (отсюда и цвет растений), который стимулирует различные фазы этого метаболического пути.
Организация различных растительных клеток с увеличенным изображением хлоропласта.
Абсолютно все растения на Земле состоят из растительных клеток. Неважно, насколько они велики или малы, а также от того, более или менее сложен их метаболизм. Ботаника изучает всех этих живых существ, образованных растительными клетками, и, кроме того, тех, которые, несмотря на то, что не состоят из этих клеток, имеют пигменты, позволяющие им фотосинтезировать.
12 ветвей ботаники
Как мы видели, разнообразие областей, изучаемых ботаникой, огромно, поскольку она затрагивает множество различных аспектов растительных организмов. Поэтому было абсолютно необходимо разделить эту дисциплину биологии на разные отрасли.
И каждый из них, как мы увидим, фокусируется на определенном аспекте растений. Их совокупность позволила нам получить огромные знания о растительном мире.
1. Биология растительной клетки
Биология растительной клетки изучает растения в их мельчайших единицах: клетках. В этом смысле эта отрасль ботаники изучает структуру растительных клеток, а также обменные процессы которые происходят внутри его цитоплазмы, например, фотосинтез.
2. Фитохимия
3. Гистология растений
4. Генетика растений
5. Фитопатология
Фитопатология будет чем-то вроде «Медицина растений». И именно эта ветвь ботаники фокусируется на изучении болезней, от которых растения могут страдать, как правило, из-за бактериальных, вирусных или грибковых инфекций, и на том, как лечить их, чтобы избежать потерь. Поэтому это вызывает огромный интерес в сельском хозяйстве.
6. Геоботаника
7. Палеоботаника
8. Этноботаника.
9. Таксономия растений
10. Дендрология
11. Психология.
12. Физиология растений
Прикладные исследования: характеристика, определение, примеры
14 существующих типов браков (и их характеристики)
Ботаника как наука
Ботаника — это комплексный раздел биологии, изучающий растения. Как наука она появилась на базе практических запросов человека. Она получает и систематизирует знания о строении, жизнедеятельности, эволюции, экологии, распространении, уровнях организации растений.
Происхождение названия ботаники
Название науки ботаники появилось в XVIII веке от немецкого Botanik, заимствованного в свою очередь от древнегреческого βοτανικоς — «относящийся к растениям». Греческое слово было связано с термином βοτаνη, что означает «скот». Общность корней разных слов объясняется тем, что трава — это пища для скота.
Ботаника: предмет изучения науки
Рис. 1. То, что изучает ботаника
Рис. 2. Отличия грибов от растений
В 70-80 годах XX века в ботанике перестал употребляться термин «низшие растения». Отсутствие дифференциации тела и тканей не стало определяющим признаком для деления растений на группы. Теперь важнейшими считают различия в обмене веществ, строении клеток, устройстве репродуктивной системы и некоторые другие признаки.
В настоящее время ботаника изучает растения, водоросли, лишайники и протисты, имеющие хлорофилл. Протисты как и водоросли не представляют собой единой группы из близких друг другу организмов. Важнейшей единицей, исследуемой ботаникой являются растения.
Рис. 3. Предмет изучения науки ботаники
Какие признаки растений выделяет ботаника?
В царство Растения входят фотоавтофототрофные организмы, т. е. синтезирующие органические вещества из неорганических за счёт энергии солнца. Они осуществляют фотосинтез с выделением кислорода (оксигенный). У их клеток есть ядро и плотная оболочка, главным образом состоящая из целлюлозы. Растения характеризуются чередованием поколений и преобладанием диплоидной стадии жизни.
Большая часть современных учёных предполагают, что для растений характерны 7 основных признаков. Но каждый из них можно обнаружить и у каких-либо других групп живых организмов. Поэтому судить о принадлежности к царству нужно учитывая все эти признаки. Однако встречаются и растения, у которых отсутствует та или иная характерная черта. Проследим какие признаки растений выделяет ботаника.
Прочные оболочки есть также у прокариот и грибов, но они состоят из других полисахаридов: у грибов – из хитина (полиацетилглюкозамина), у прокариот – из муреина (мукопептида или гликопептида).
Рис. 4. Клеточная оболочка растений
2. Способ питания . Один из важнейших признаков растений – фотоавтотрофное питание (греч. autos – сам, trophe – пища). Растения сами себе «готовят» еду из неорганических веществ в процессе фотосинтеза (образование растворимых сахаров из двуокиси углерода и воды с использованием солнечной энергии). Энергию солнца улавливают молекулы зелёного пигмента хлорофилла, находящиеся на мембранах гран хлоропластов. В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород и запасают крахмал или похожие по свойствам и строению углеводы.
Автотрофно питаются и некоторые прокариоты. Но этот способ питания у них осуществляется чаще в форме хемосинтеза, при котором углерод усваивается за счёт энергии окисления неорганических веществ (серы, азота, соединений железа и др.). У других автотрофных прокариот, например, пурпуровых бактерий есть фотосинтез, но он проходит без выделения кислорода – аноксигенно. Только цианобактерии и хлороксибактерии как и растения способны к оксигенному фотосинтезу.
Рис. 5. Поступление и выделение веществ в растение при фотосинтезе
3. Поглощение пищи путём абсорбции (всасывания ) . Из-за прочных клеточных стенок питательные вещества внутрь клетки могут проникать только в виде растворов в жидком или газообразном состоянии. Такой способ поглощения питательных веществ называется осмотрофным. Он характерен также для грибов и прокариот. В противоположность им большинство животных поглощают твёрдую пищу путём заглатывания (фаготрофия, или голозойное питание).
4. Малоподвижный образ жизни. Прикреплённость и неспособность к быстрому реагированию – характерная черта многоклеточных растений. Они не имеют мускулов, нервной системы и органов чувств. Они не способны к локомоции (перемещению с места на место). Но у растений есть свои способы движения. В основе изменения положения частей их тела в пространстве лежит миграция воды в клетках (тургорное давление) или рост тканей. К быстрым движениям способны хищные растения, виды, закрывающиеся в ответ на раздражение и растения, активно распространяющие свои семена. Самые быстрые движения среди растений замечены у шелковицы белой. Она перемещает лепестки своих цветов со скоростью в 25 мкс. Все виды движения растений делят на 3 группы:
Тропизмы (у животных сходные процессы называют таксисами) — рост или движение клетки относительно однонаправленного раздражителя, например, по отношению к свету (движение к нему или от него), к химическим веществам или под действием силы притяжения Земли. В основе тропизмов лежит движение цитоплазмы и неравномерное размещение фитогормонов (абсцизовой кислоты, ауксина и др.). Они связаны с изменением (ростом) тканей.
Настии — более быстрые ненаправленные ростовые движения некоторых органов растений в ответ на рассеянные внешние раздражения. Примером настий могут служить сжимание листьев у венериной мухоловки и росянки, у стыдливой мимозы.
Нутации — круговые движения чаще встречающиеся у вьющихся растений. Их стебли и усики нарастают верхушкой и обвивают опору.
Рис. 7. Примеры настий
Прикреплённый образ жизни растений привёл к особому способу их расселения по свету. Чаще они заселяют новые территории в виде зачатков (спор, зооспор или семян).
Рис. 8. Способы расселения семян
5. Полярность . Возникла в связи с прикреплённым образом жизни организмов. Выражается в различии между противоположными точками клеток и растения в целом. У наиболее развитых растений это заметно по расчленению тела на корни и побеги. Полярность проявляется в скорости синтеза, передвижения и накопления веществ внутри тканей и многое другое.
7. Метамерия и модульность . Рост в течение всей жизни приводит к постоянному появлению новых побегов, частей корня и отмиранию старых. У растений много однотипных органов, их количество непостоянно и зависит от условий среды. Части растения закономерно повторяются вдоль продольной оси — эти участки называются метамерами. Это хорошо заметно на побегах, состоящих из узлов с листьями и пазушными почками. Растения состоят из множества повторяющихся частей: стволиков, боковых и придаточных корней, побегов. Ботаники их называют модулями.
Рис. 9. Метамерность растений
Ботаника как система наук
Раньше других из ботаники выделилась морфология — наука о внешнем и внутреннем строении органов растений, их происхождении и эволюции. Очень долго ботаника описывала только внешний вид растений. Но постепенно количество входящих в науку подразделов увеличилось. Основные наиболее ранние ботанические дисциплины:
Это далеко не полный перечень ботанических дисциплин. Эти науки не обособлены друг от друга. Они взаимосвязаны, ведь растение, изучаемое со всех сторон, представляет собой единую систему. На развитие ботаники, особенно в последние годы, большое влияние оказывают генетика и молекулярная биология. Одновременно с фундаментальными дисциплинами развиваются и прикладные отрасли ботаники: фармакология, селекция, растениеводство, биотехнология, лесное хозяйство, парфюмерная промышленность.
Ботаника изучает растения, как и другие живые организмы по уровням их организации.
Значение растений для природы и человека
Рис. 10. Космическая роль растений
Биосфера (область распространения жизни) вообще появилась на Земле благодаря фотосинтезу. Растения и некоторые другие организмы улавливают углекислый газ и разлагают воду с выделением кислорода. Из-за этого на планете постепенно накопился кислород. Он служит причиной разрушения (окисления) горных пород, что способствует образованию почв и накоплению минеральных веществ нужных для питания растений. Благодаря кислороду у земли появился озоновый экран.
Рис. 11. Хвойный лес
Растения служат важнейшей составляющей почвы и главными её защитниками. В процессе жизни они поглощают из почвы и испаряют в атмосферу большое количество воды. При вырубании лесов и потраве полей вода, попадающая в почву, стекает и способствует её разрушению (эрозии). Леса экваториального пояса смягчают климат за счёт испарения воды. Растения – это укрытия и места обитания животных.
Человек использует растения с доисторических времён, ещё с тех пор, когда основой его существования было собирательство. Они давали людям продукты питания, материал для изготовления орудий труда и постройки жилищ, топливо и лекарства.
В неолите (VIII – III тыс. до н. э.) человек стал возделывать землю и выращивать растения. Земледелие появилось независимо в нескольких центрах: в Юго-Восточной и Передней Азии, в Средиземноморье, в долине Нила, в Центральной и Южной Америке. Человек научился выращивать и собирать урожаи наиболее ценных для себя культур. В результате отбора появлялись продуктивные сорта растений. В настоящее время существует около 1500 сортов культурных растений. Большие площади заняты зерновыми культурами, первое место в рационе населения Земли занимает рис, второе – кукуруза, третье – пшеница, меньшее значение имеют ячмень, овёс, рожь, просо. В культуре много овощных, плодовых, пряных, бобовых, кормовых, технических и декоративных растений.
В медицинских целях растения использовались издавна. Само развитие ботаники связано с развитием медицины. Учёные, внесшие вклад в развитие ботаники известны и созданием травников, где они описывают основные лечебные свойства представителей флоры. Первые ботанические сады назывались «аптекарскими». Сегодня официальная медицина использует в своей практике более 200 видов растений, а народная до 3000.
Рис. 12. Ботанический сад Сингапура
Вам будет интересно
Понятие о строение семян предполагает усвоение понятие об органах растений вообще. У растений, как и…
Хлопковые, льняные, синтетические — это ткани, из которых люди шьют себе одежду. Она нужна им…
В ботанике листья – это вегетативные органы, части побега сосудистых растений. В норме они развиваются…
Строение растений очень разнообразно и отличаются даже в пределах одного вида. Древнейшие представители флоры, многие…
