Растения и их роль на нашей планете
Нашу жизнь невозможно представить без растений. Их так много, и они такие разные! Представители царства растений смогли приспособиться к жизни в самых разных условиях, начиная с холодного Севера и заканчивая жаркими пустынями.
Роль растений на Земле
Водоросли и папоротники, деревья и кустарники, мхи и травы появились на Земле миллионы лет назад — гораздо раньше человека. С тех пор они живут в самых разных условиях нашей планеты: в тайге и тундре, в лесу и пустыне, в пруду и море.
Что же такого важного делают для нас растения?
Из каких частей состоят растения?
Несмотря на большое разнообразие растительного мира, строение его представителей практически одинаково. Все они имеют корни, стебли, листья, цветки, семена, плоды, и у каждой части растения есть своя четко определенная функция.
Корень
Корень — эта самый нижний фрагмент растения, который, как правило, находится под землей. Благодаря корням растения держатся в почве, поглощают воду и питательные вещества, необходимые для формирования цветков, плодов и семян.
Стебель
Стебель — это наземная часть растения, на которой развиваются боковые ветки, листья, цветки, семена и плоды. Стебель позволяет растению держаться в вертикальном положении. По нему происходит доставка воды и питательных веществ из почвы к листьям растений. У молодого растения чаще всего тонкий стебель зеленого цвета, который со временем деревенеет и становится коричневым. В зависимости от направления роста стебли бывают вьющимися, ползучими, цепляющимися и др.
Почка и листья
Почка — это часть растения, из которой образуются листья или цветы. Разросшиеся почки некоторых растений съедобны, например кочан капусты.
Листья — основной «поставщик» питания растению, так как именно в них происходит процесс фотосинтеза, с которым ты познакомишься в следующем уроке. Листья выделяют кислород, которым мы дышим
Цветки и плоды
Как правило, цветки — самая красивая и заметная часть растений. Это орган, отвечающий за процесс репродукции.
У каждого растения свои плоды, они образуются на месте цветков. Все плоды содержат семена, надежно укрытые от высыхания и повреждений плотной семенной коробочкой.
Фотосинтез: как питаются растения?
Источником энергии всех живых существ является пища. Но ты когда-нибудь видел, чтобы растения жевали пиццу или наслаждались кашей по утрам? Конечно, нет! Ты уже знаешь, что растения питаются иным способом, который называется фотосинтез.
Что такое фотосинтез?
Фотосинтез представляет собой производство зелеными растениями питательных веществ за счет энергии, поступающей от Солнца. Но кроме солнечной энергии растениям нужен и углекислый газ, который они превращают в кислород. С каждым вздохом человека или животного содержание кислорода в атмосфере уменьшается, но растения постоянно пополняют его запасы благодаря фотосинтезу. Этот цикл повторяется вновь и вновь. Без фотосинтеза невозможна жизнь растений, а без растений не существовало бы животных.
С другой стороны, углекислого газа в воздухе не так уж много. Однако его запасы постоянно пополняются за счет не только всех живых существ, которые выделяют его во время дыхания, но и промышленных предприятий и автомобилей, ежечасно выбрасывающих огромное количество углекислого газа в атмосферу.
Важность энергии солнца
Энергия, излучаемая Солнцем, выполняет две очень важные для всего живого функции. Тепловая энергия согревает Землю, тем самым сохраняя и поддерживая температурный режим необходимый для жизни, а световая энергия обеспечивает фотосинтез. Все живое на Земле питается солнечной энергией, преобразованной растениями в пригодную для употребления форму. Травоядные животные поедают растения, тем самым получая энергию Солнца, а хищники, поедая травоядных, также наполняются его энергией. Человек тоже присутствует в этой цепочке Мы получаем энергию из пищи, которую едим. Каждое съеденное яблоко, морковь или кусок мяса снабжают нас энергией Солнца.
Где и как происходит фотосинтез?
Фотосинтез растений происходит в хлоропластах, которые содержатся в клетках плодов и стеблей, но самое большое их количество находится в листьях. В хлоропластах содержится особое вещество — хлорофилл Он улавливает потоки солнечного света и перерабатывает воду и углекислый газ в органические вещества, при этом выделяя кислород в атмосферу.
В течение довольно длительного времени ученые не могли объяснить механизм этого процесса. Изначально они полагали, что все необходимые питательные вещества растения получают из почвы. Однако после ряда опытов был сделан вывод о том, что корни не единственный орган, обеспечивающий жизнедеятельность растений.
Заслуга фотосинтеза в том, что благодаря ему на нашей планете существует огромное количество растении, которые не дают Земле превратиться в мертвую пустыню.
Почему осенью листья листопадных деревьев меняют цвет?
Весной и летом листья на деревьях окрашены в зеленый цвет благодаря наличию хлорофилла. В течение лета листья поглощают солнечный свет и используют его энергию для формирования питательных веществ, т.е. активно участвуют в процессе фотосинтеза. С наступлением осени деревья начинают готовиться к зиме.
Каким образом они это делают?
Растения-исключения
Фотосинтез в животном мире
Как выяснилось, одним из немногих животных, которые могут осуществлять фотосинтез, является морской слизень. Но делает он это не совсем обычным образом. Слизень питается водорослями, но переваривает их не полностью. Фотосинтез происходит в непереваренных остатках водорослей, но уже в печени морского слизня. Следовательно, этот моллюск живет за счет глюкозы, получаемой из морских водорослей.
Как мы используем растения?
Со времен глубокой древности люди интересовались растениями, изучали их и использовали для своих нужд. Растения дают человеку пищу, сырье для промышленности, их используют для производства лекарственных препаратов, изготовления мебели и музыкальных инструментов, в качестве строительного материала и т.д.
Растения — источник питания
В древние времена плоды, семена, корни и клубни составляли основу рациона первобытных людей.
Изучая растения, человек научился отличать съедобные от ядовитых. А перейдя к оседлому образу жизни, человек стал сознательно и целенаправленно выращивать те растения, которые нужны ему для поддержания жизнедеятельности. Овощи и фрукты — ради плодов; злаки — ради зерна, которое затем идет на изготовление круп и муки, необходимой для выпекания хлеба и различных кондитерских изделий. Сахарную свеклу и сахарный тростник человек использует для производства сладостей; семена и плоды масличных растений (подсолнечник, лен, оливки), орехи (кедр, кокос, фундук, миндаль и др.) — для получения растительных масел.
Растения — источник сырья
Растения для человека всегда были источником сырья. Древесина, каучук, хлопок, лен, сизаль, целлюлоза, растительные масла, красители — вот далеко не полный список веществ и материалов, которые человек производит и использует для своих нужд. Конечно, в связи с постоянные техническим прогрессом и изобретением синтетических волокон меняются многие сферы применения растений в жизни человека, но, тем не менее, спрос на них не уменьшается. Как и раньше, растения используются в бумажной, пищевой и химической промышленности, а бумага, натуральные ткани, древесина, растительные масла по-прежнему остаются востребованными.
Медицина
Растения и музыкальные инструменты
Оказываете, растения очень важны и для мира музыки! Конечно, в данном случае речь идет не обо всех растениях, а о породах деревьев с ярко выраженными акустическими свойствами, т.е. тех, скорость распространения звука в древесине которых самая высокая. Традиционно для производства музыкальных инструментов используются только такие деревья. И растут они по всему миру: в тропическом полярном и умеренном климате.
Наиболее подходящими для изготовления струнных инструментов являются хвойные породы деревьев: сибирский кедр, ель, пихта, причем лучшей считается белоснежная ель, выращиваемая в Альпах.
Признаки и свойства растений
В результате постоянной изменчивости растений между ними создаются морфологические, физиологические и биохимические различия, которые используются и усиливаются в процессе отбора при создании новых сортов.
Сорта качественно, то есть в существенных чертах, различаются между собой по признакам и свойствам.
Любая форма или сорт растений характеризуется совокупностью многих признаков и свойств. Признаками называются морфологические особенности и черты строения растений. К ним относятся: высота растений; число и величина листьев; толщина стебля; число междоузлий и побегов кущения (у злаков); величина колоса, метелки, початка, клубня, корнеплода, плода; крупность зерна; наличие или отсутствие остей и опушення; плотность колоса или метелки (у злаков); окраска семян и плодов и т. д. Хозяйственная значимость различных признаков неодинакова: одни имеют большее, другие меньшее значение.
Признаки растений условно делят на две группы: качественные, легко определяемые глазомерно (окраска, форма, наличие или отсутствие остей, опушенности и т. д.), и количественные, устанавливаемые путем измерения, взвешивания и подсчета (число зерен в колосе и початке, масса клубней и корней, крупность семян, длина и толщина стебля и т. д.). Любому качественному признаку можно дать количественную характеристику, но этого в большинстве случаев не делают, так как достаточная определенность в оценке достигается глазомерно. Нередко глазомерных наблюдений вполне достаточно и для установления количественных признаков. Так, при оценке некоторых сортов по высоте стебля ограничиваются характеристикой: высокий, средний, низкий. Определяя величину зерна, нередко оценивают его как крупное, среднее, мелкое и т. д.
Физиологические, биохимические и технологические особенности растений называются свойствами. Физиологические свойства растений — это степень их засухоустойчивости, холодостойкости, зимостойкости, устойчивости к болезням и вредителям, реакция на условия освещения, отзывчивость на высокий агрофон, в том числе применение удобрений, орошение и т. д. Биохимические свойства растений определяются количественным и качественным составом различных веществ: белка, крахмала, сахара, жира, эфирных масел, витаминов, алкалоидов. Технологические свойства растений связаны с их промышленной переработкой: выход муки из зерна при помоле; объем и пористость выпекаемого из муки хлеба; количество экстрактивных веществ в зерне ячменя, перерабатываемого на пиво; пригодность для консервирования плодов и ягод; технические данные волокон у прядильных культур и т. д.
Основной показатель ценности сорта — его урожайность. Урожайность — это сложное сочетание многих хозяйственно-биологических признаков и свойств растения,
Любой признак или свойство организма в каждом поколении развивается заново на основе одного или нескольких генов при взаимодействии их с внешними условиями. Так как внешние условия, в которых развивается организм, никогда не бывают постоянными, один и тот же признак выражается в различных величинах (модификациях), причем качественные признаки более жестко контролируются генами и обладают большей устойчивостью. Вследствие этого развитие их относительно меньше зависит от колебания внешних условий и носит прерывный характер. Количественные же признаки определяются, как правило, большим числом генов и менее жестко контролируются ими. Вследствие меньшей устойчивости и сильной зависимости от колебания внешних условий развитие их носит непрерывный характер.
Степень изменчивости как качественных, так и количественных признаков растений под влиянием внешних условий различна, поэтому селекционеру при изучении внутривидового разнообразия экотипов, форм и сортов необходимо хорошо знать и учитывать степень наследственной изменчивости того или иного признака или свойства у различных форм и сортов, а также норму реакции исследуемого сорта на различные условия выращивания.
Это необходимо для подбора форм при выведении нового сорта и для создания наилучших условий уже выращиваемым сортам. У кукурузы известны карликовые (высотой 50—60 см) и высокорослые (более 5 м) формы. Такая изменчивость высоты стебля наследственно обусловлена. Карликовые формы представляют интерес в селекции зернового направления, высокорослые — для получения большого урожая силосной массы. При самых благоприятных условиях выращивания карликовые формы не увеличивают значительно урожай зеленой массы и для использования на силос непригодны. Высокорослые формы полно проявляют свои наследственные возможности лишь при хорошей агротехнике, при низкой они в значительной степени утрачивают свои замечательные качества силосной культуры и могут быть даже менее продуктивны, чем обычные среднерослые сорта.
Содержание белка в зерне ячменя изменяется в очень широких пределах — от 9 до 18 %. В соответствии с этим различают сорта пивоваренного ячменя — с низким процентом белка н сорта кормового ячменя — с высоким процентом белка. Но содержание белка, определяемое генотипом, как и любое другое свойство, в очень сильной степени зависит от условий возделывания. При пониженной влажности, высокой солнечной радиации и температуре воздуха процент белка у всех сортов увеличивается, тогда как при пониженной солнечной радиации, избытке влаги и относительно невысокой температуре — снижается. С учетом этого пивоваренные, наследственно менее белковые сорта ячменя, чтобы это свойство у них могло проявиться в полной мере, выращивают в западных и северных областях, а наследственно высокобелковые сорта кормового ячменя — в южных и юго-восточных степных областях, где лучшие условия для накопления белка.
Даже такие стойкие признаки, как безостость или окраска остей у некоторых сортов пшеницы, модифицируются под влиянием условий выращивания. При сухой жаркой погоде после начала колошения у отдельных безостых сортов образуются зачатки остей, при влажной погоде в это же время у некоторых остистых сортов ости, имеющие в обычных условиях черную окраску, становятся белыми.
Все культурные растения, а также их дикие сородичи представлены большим разнообразием сортов и форм, различающихся по многим признакам и хозяйственно-биологическим свойствам. Это важная предпосылка успеха селекционной работы.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Царство растений. Строение (ткани, клетки, органы), жизнедеятельность и размножение растительного организма (на примере покрытосеменных растений). Распознавание (на рисунках) органов растений
Содержание:
Царство — одна из высших ступеней биологической систематики. Растения, как таксон, этого высокого уровня объединяет 400 тыс. видов организмов — от микроскопических водорослей до гигантской секвойи, высота которой достигает 100 м. Общее свойство растений — фотоавтотрофный способ питания.
Царство растений
Растения — объект изучения науки ботаники. Основы одной из старейших отраслей научного знания заложил Теофраст — ученик древнегреческого ученого и философа Аристотеля. Современная ботаника представляет собой комплекс наук. Крупнейшие отрасли: морфология, физиология, систематика, происхождение растений. Отдельные крупные группы внутри биологического царства изучают частные ботанические науки. Например, предмет альгологии — водоросли.
Сходство строения клеток, механизмов обмена веществ и роста позволяют объединить растения с животными и грибами в группу эукариот.
Отличительные признаки растительного организма:
Фотосинтез осуществляется в клетках, обладающих зелеными пластидами. Растения в экосистемах являются продуцентами, так как сами для себя создают органические вещества. Выделяемый при фотосинтезе кислород используют для аэробного дыхания другие живые организмы. Молекулы О2 образуют защитный озоновый экран в атмосфере (Рис. 1).
Царство растений (научное название Plantae) объединяет 12 отделов, из которых 4 — водоросли, 2 — мхи. В состав биологического царства также входят плауны, папоротники, хвойные и цветковые. Другие отделы представлены малым числом семейств, родов и видов.
Тело водорослей — талом (слоевище) — состоит из сходных по строению и функциям клеток. Вода обеспечивает водоросли (Algae) углекислым газом и кислородом, поддерживает тело, поэтому нет необходимости в механических тканях.
Высшие растения отличаются наличием тканей и органов. Сформированы многоклеточные органы полового и бесполого размножения. К высшим относятся споровые и семенные растения.
Как установили палеонтологи, низшие растения появились около 2 млрд. лет назад. Древние псилофиты вышли из воды на сушу. Это уже были высшие растения, лишенные корней, но имеющие сосуды — группы клеток для проведения воды к фотосинтезирующим клеткам. Сформировались защитные и механические ткани.
Выходу растений на сушу способствовали ароморфозы:
Покрытосеменные, или цветковые, заняли господствующее положение в царстве растений после голосеменных. Многие виды и более крупные систематические группы низших растений исчезли полностью или угасают.
Строение (ткани, клетки, органы растительного организма)
Растительные клетки содержат ядро, являются эукариотическими (хотя бы на одном из этапов развития). Органоиды в цитоплазме сходны у растений и животных (Рис. 2).
Черты отличия клеточного строения растений от животных:
Ткани — группы клеток, сходных по происхождению, строению и функциям (Табл. 1). Всего у растений насчитывается от 20 до 30 типов таких скоплений клеток.
Описание тканей цветковых растений
Название
Локализация
Функции
Верхушка побега, кончик корня, основания листьев, междоузлия.
Образование других типов тканей; верхушечный и другие типы роста; регенерация повреждений.
Кора, кожица листа, стебля, корневые волоски.
Защита; газообмен с внешней средой; испарение.
Листья, стебель, плоды.
Фотосинтез; газообмен с окружающей средой; запасание воды; накопление продуктов обмена веществ.
Лубяные и древесные волокна, каменистые клетки.
Образование наружного и внутреннего каркасов для опоры и защиты.
Сосуды древесины, ситовидные трубки.
Транспортировка воды и минеральных веществ к листьям; проведение органических веществ от листьев к другим органам.
Железистые клетки, волоски, нектарники, млечники.
Образование млечного сока, влаги, нектара; накопление продуктов обмена.
Через устьица происходит испарение воды, газообмен. Специальные образования состоят из щели и замыкающих клеток. Последние имеют относительно толстые внутренние стенки, способные изменять форму и открывать устьица.
Органы цветковых растений
Орган — часть тела живого организма, состоящая из одного типа тканей, выполняющая определенные функции. Органы растений образуют две группы — вегетативные и генеративные. Вегетативные — корень и побег, состоящий из стебля, листьев и почек. Вместе они обеспечивают обмен веществ и рост. Генеративные органы у цветковых — цветок, семя и плод — участвуют в половом размножении (Рис. 3).
Клетки и ткани корня образуют четыре зоны: роста, всасывания, проведения и корневой чехлик. Последний защищает зону роста, облегчает движение между частицами почвы. Клетки корневых волосков в зоне всасывания поглощают воду с растворенными в ней минеральными веществами.
Зона проведения выполняет функцию транспортирования веществ из корня в стебель, листья. Также, в этой зоне у растений возможно закладывание почек, запасание питательных веществ.
Все корни растения образуют его корневую систему. Выделяют главный, боковые и придаточные корни. У двудольных растений стрежневая корневая система с хорошо развитым главным корнем. Однодольные растения имеют мочковатую корневую систему. Главный корень неотличим от придаточных.
Различия в функциях корней:
Побег — стебель с листьями и почками. Они могут быть расположены поочередно, супротивно (напротив друг друга), мутовками (группами), спирально. В строении побегов различают места прикрепления листьев — узлы. Участок побега между соседними узлами — междоузлие. Побег выполняет разные функции: дыхания, фотосинтеза, транспорта веществ.
По продолжительности жизни и степени одревеснения выделяют следующие жизненные формы растений: деревья, кустарники, травы. Последние еще делят на одно-, дву- и многолетние. Первые завершают жизненный цикл в течение 1 года. Двулетние в первый год образуют только вегетативные органы, на второй — цветут и образуют семена. Многолетники живут и цветут в течение продолжительного периода времени.
Почка — зачаточный побег. Различают вегетативные и генеративные почки. Вторые обычно более крупные, округлой формы. Внутри находится зачаток цветка.
Стебель — вегетативный орган растения, выполняющий функции опоры, проведения и запасания веществ. Для стебля характерны рост и ветвление. Орган принимает участие в вегетативном размножении. По характеру роста различают прямостоячие, ползучие, лазающие, цепляющиеся и вьющиеся стебли. К видоизменениям органа относят корневища, луковицы и клубни.
Лист обеспечивает фотосинтез, транспирацию (испарение воды), газообмен с внешней средой. Фотосинтез происходит в паренхиме листа. В строении органа выделяют листовую пластинку и черешок. В зависимости от количества этих составных частей различают простые и сложные листья. Форма и расположение на стебле, характер жилкования — важные систематические признаки.
Видоизменения листьев — приспособление к среде обитания:
Листья отличаются по размеру. У ряски, вольфии бескорневой они крошечные, у тропических пальм достигают нескольких метров в длину.
Цветок — это видоизмененный генеративный побег, который развивается из генеративной почки (Рис. 4). Строение цветка — важнейший систематический признак.
Тычинка состоит из пыльника с пыльцой и тычиночной нити. В строении пестика различают верхнюю часть — рыльце и столбик, нижнее образование — завязь. Внутри находится семяпочка, из которой после оплодотворения развивается семя. Стенки завязи разрастаются и образуют плод.
Если в цветке имеются пестики и тычинки, то он относится к обоеполым. Однополые содержат только тычинки или только пестики. На однодомном растении расположены и тычиночные, и пестичные цветки. На двудомных развиваются или тычиночные, или пестичные цветки.
Упорядоченное расположение частей цветка отражают в формуле — условной записи строения с помощью обозначений (условных знаков). Например:
Семя — генеративный орган, который служит для распространения семенных растений, содержит запас питательных веществ для зародыша. Последний имеет все вегетативные органы в зачаточном состоянии.
Плод развивается из завязи цветка, служит для защиты и распространения семени. В зависимости от консистенции околоплодника, возникающего из стенок завязи, различают сухие и сочные плоды. Они могут быть одно- или многосемянными.
Жизнедеятельность растительного организма
Растение — живой организм, для которого характерны особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, раздражимость, развитие и воспроизведение. Основные метаболические процессы — фотосинтез, кислородное дыхание, корневое питание, водный обмен (Рис. 5).
Фотосинтез происходит в зеленых клетках. Суть процесса — преобразование энергии света в энергию химических связей органических соединений. В превращениях веществ и усвоении энергии велика роль зеленого пигмента хлорофилла. Конечные продукты — сахар и крахмал.
Почвенное питание — процесс поглощения корнем воды с растворенными минеральными веществами. Неорганические соединения необходимы растениям для синтеза углеводов и белков, нуклеиновых кислот, АТФ. Недостаток питательных веществ приводит к минеральному голоданию растительного организма.
Клеточное дыхание у растений — процесс окисления органических соединений до углекислого газа и воды. Кислород поступает во все органы на свету и в темноте. Фотосинтез протекает только в зеленых клетках на свету. Дыхание, фотосинтез и водный обмен тесно связаны. Недостаток света, кислорода, воды отрицательно сказывается на жизнедеятельности растительного организма.
Размножение растений
Покрытосеменные размножаются вегетативным и половым способами. Первый тип воспроизведения себе подобных происходит за счет отделения и самостоятельного развития вегетативных органов либо их частей. Вегетативное размножение в природе осуществляется с помощью корневищ, клубней, луковиц, отпрысков, усов, выводковых почек и черенков. В практике растениеводства получили широкое распространение такие способы как черенкование, прививка, деление корневища, клональное размножение.
В половом размножении участвуют половые клетки. Они формируются в разных частях цветка — пыльцевом зерне и внутри семязачатков. Слияние гамет — оплодотворение — происходит после опыления. Так называют процесс переноса пыльцы на рыльце пестика.
У растений происходит двойное оплодотворение. Из вегетативной клетки пыльцы после опыления образуется трубка, растущая внутри пестика. Она достигает семязачатка. По пыльцевой трубке двигаются два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, другой — с центральной клеткой. Образуются зигота и триплоидная клетка, обеспечивающая зародыш запасом питательных веществ. Созревшие семена и плоды распространяются ветром, животными, водой, человеком.
Процесс индивидуального развития, или онтогенез, делится у растений на эмбриональный, вегетативный, генеративный периоды и старение. Длительность каждого этапа онтогенеза зависит от видовой принадлежности растительного организма (Рис. 6).
Раздражимость — способность воспринимать и отвечать на воздействия окружающей среды. Растения реагируют на внешние изменения не так, как животные. Реакция сводится к перестройке метаболизма, ростовым движениям. При неблагоприятных воздействиях закрываются устьица, останавливаются рост и развитие.
Растения могут реагировать движениями на восход и заход солнца. При появлении светила к нему поворачиваются стебель с листьями и распускаются цветки. Ростовой изгиб в сторону света получил название «фототропизм». Изменение освещенности, осадки и другие изменения в природе вызывают открывание и закрывание устьиц, цветков, сворачивание листьев.
Растительный организм — целостная система, в которой каждый орган выполняет определенные функции в тесной связи с остальными. Сложные процессы регулируются с помощью биоэлектрических импульсов, фитогормонов.