Ботаника (botane - трава, растение) - наука о растениях.
Ботаника является комплексной дисциплиной, в состав которой входят разделы, изучающие строение растений (анатомия), процессы их жизнедеятельности (физиология), классификацию (систематика), распределение растений на земном шаре и структуру растительных сообществ (геоботаника), взаимосвязь растений и окружающей среды (экология), ископаемые растения прошлых геологических эпох (палеоботаника).
Растительный мир богат и разнообразен. Он насчитывает более 500 тыс. видов. Разнообразие растительного мира заключается в наличии одноклеточных и многоклеточных форм; одно-, двух- и многолетних растений; трав, кустарников и деревьев. Огромные пространства суши покрыты лесами и лугами. Растения заселяют все водные пространства. Они встречаются в пустынях и высоко в горах.
Значение растений. В первую очередь оно определяется тем, что растения способны к фотосинтезу. Зеленые растения снабжают кислородом все живые существа, обитающие на Земле. В процессе фотосинтеза они поглощают углекислый газ и выделяют кислород, создают органические вещества, которые служат пищей человеку и животным, увлажняют воздух. Поглощая из почвы растворы минеральных солей, растения участвуют в круговороте веществ в природе, в процессах почвообразования. Человек использует растения в качестве продуктов питания (злаковые, плодовые, овощные), как источник сырья для промышленности (каучуконосные, сахаристые, эфирно-масличные, волокнистые, лекарственные). Велико также эстетическое значение растений в жизни человека.
Царство Растения включает два подцарства - Низшие растения (классы Водоросли, Лишайники) и Высшие растения (классы Моховидные, Папоротниковидные, Голосеменные, Покрытосеменные).
Водоросли - группа низших растений (около 20 тыс. видов), которые могут достигать нескольких метров в длину (ламинария). Водоросли обитают в пресной и морской воде, во влажной почве, на скалах, на коре деревьев, на заборах и крышах домов. Есть водоросли, поселяющиеся в горячих источниках и на ледниках.
Настоящих тканей у водорослей нет. Их тело может быть представлено колонией клеток или многоклеточным слоевищем.
Все водоросли - автотрофы. Их клетки содержат хлорофилл и другие пигменты (синий, бурый, красный, оранжевый), которые находятся в специальных образованиях - хроматофорах. Хроматофоры разнообразны по форме: ленты, изрезанные пластинки и др. Не являясь хлоропластами, они также имеют мембранную структуру. В качестве запасного питательного вещества в них часто откладывается крахмал.
Размножаются водоросли бесполым и половым способами. Наиболее простые способы бесполого размножения - фрагментация и деление слоевища. Бесполое размножение может осуществляться зооспорами (подвижные клетки со жгутиками), которые образуются в зооспорангиях. У водорослей имеет место как половой процесс (конъюгация), так и половое размножение, которое происходит с образованием мужских и женских гамет.
Водоросли по содержанию пигментов подразделяются на зеленые, бурые и красные.
Представителями зеленых водорослей являются спирогира и улотрикс.
Спирогира - самая распространенная водоросль пресных водоемов, где ее скопления образуют основную массу зеленой тины. Нити спирогиры, свободно плавающие и неветвящиеся, состоят из довольно крупных цилиндрических клеток, покрытых слизью и плотной целлюлозной оболочкой. Хроматофор представлен спирально закрученной лентой. В цитоплазме находятся большая вакуоль с клеточным соком, а также ядро, «подвешенное» на протоплазменных нитях (рис. 11). Рост нити в длину происходит за счет поперечного деления клеток.
Рис. 11. Схема строения спирогиры: 1 - клеточная стенка; 2 - хроматофор; 3 - ядро; 4 - конъюгирующие клетки
Бесполое размножение у спирогиры происходит посредством деления нити на фрагменты. Половой процесс представлен конъюгацией: две нити располагаются параллельно друг другу, между противолежащими клетками образуется соединяющий их канал, по которому содержимое одной клетки перетекает в другую. Образующаяся в результате конъюгации зигота покрывается плотной оболочкой, зимует, а весной дает начало новой водоросли.
Улотрикс обитает в реках, где часто покрывает ярко-зеленым налетом подводные предметы, расположенные близко к поверхности воды. Неветвящиеся нити улотрикса состоят из ряда коротких клеток и одним концом прикрепляются к субстрату. Нити нарастают в течение вегетационного периода жизни водоросли в результате поперечного деления клеток. В цитоплазме клеток располагаются ядро и зеленый хроматофор в форме незамкнутого кольца.
В теплое время года в клетках улотрикса образуются подвижные споры с двумя или четырьмя жгутиками (зооспоры). Они выходят в воду, плавают, прикрепляются к какому-нибудь подводному предмету, начинают делиться и образуют новые нити водоросли. При неблагоприятных условиях улотрикс размножается половым способом. В клетках водоросли образуются двужгутиковые гаметы. Выйдя из клеток, они сливаются с образованием зиготы. Зигота делится на четыре клетки, каждая из которых, прорастая, дает начало новой нити улотрикса.
Бурые водоросли - морские донные, реже планктонные организмы. Типичные представители: фукус (до 1,2 м длиной) и ламинария (до 6 м длиной). Их многоклеточное слоевище ризоидами фиксируется к морскому дну. Оболочка клеток состоит из пектиновых веществ и целлюлозного слоя. В цитоплазме содержатся пигменты: хлорофиллы, каротин, ксантофиллы, фукоксантин. Хлоропласты имеют бурый цвет. Вегетативное размножение происходит частями слоевища, бесполое - гаплоидными спорами. Из них образуются гаплоидные гаметофиты и половые органы. Зигота прорастает в диплоидное растение (рис. 12).
Красные водоросли, или багрянки - глубоководные морские формы. Слоевище у них нитчатое или пластинчатое, его размеры 10-50 см. Фиксируются ризоидами. Хроматофоры содержат хлорофиллы, каротиноиды, красные (фикоэритрины) и синие (фикоцианины) пигменты. Продуктом ассимиляции является багрянковый крахмал. Размножение вегетативное (частями слоевища), бесполое(спорами); половой процесс - оогамия. Представители - порфира, в зоне прибоя - немалион, в местах сильного прибоя - кораллина.
Рис. 12. Представители бурых и красных водорослей: а - ламинария; б - красная делессерия
Значение водорослей. Водоросли участвуют в формировании осадочных пород и в почвообразовании, влияют на структуру почвы. Они создают значительные количества органического вещества, которое используют животные водоемов. В процессе фотосинтеза водоросли выделяют большое количество кислорода. Таким образом, они являются активными участниками круговорота веществ в природе, в частности кремния и кальция. Многие виды водорослей являются индикаторами загрязнения и засоления мест обитания. Зеленые водоросли применяют для очистки загрязненных и стоячих вод.
Велико и хозяйственное значение водорослей. Морские водоросли используют для получения калийных солей, клеящих веществ для текстильной промышленности, агар-агара, препаратов иода и брома. В сельском хозяйстве водоросли применяют как кормовую добавку или в качестве калийного удобрения. Водоросли обладают высокой пищевой ценностью и широко используются в пищу в Японии, на тихоокеанском побережье (ламинария, порфира). Морские водоросли богаты углеводами, витаминами, содержат разнообразные биологически активные вещества, в значительных количествах накапливают йод.
Лишайники - своеобразная группа низших растений, включающая около 20 тыс. видов. Они неприхотливы и приспособлены к жизни в самых различных условиях - от Крайнего Севера до тропиков. Их можно встретить на голых скалах, на стволах деревьев, на постройках, на земле. В тундре лишайники образуют на почве сплошной покров. Они имеют различную окраску - зеленоватую, сероватожелтую, оранжевую, сизую, бурую, иногда черную.
Лишайники различают по форме слоевища (тело лишайника). В темных еловых лесах встречается лишайник бородач, свисающий со старых ветвей. На почве в сосновых лесах произрастает ягель, или олений мох (в сухую погоду он трещит под ногами). Это - представители кустистых лишайников. Они соединяются с субстратом только своим основанием. Листоватые лишайники встречаются на стволах деревьев в виде пластинок разной окраски (например, золотисто-желтая ксантория на стволах и ветках осины). Они также соединяются с субстратом посредством ризоидоподобных отростков и легко от него отделяются. Накипные, или корковые, лишайники (коричнево-серые «корочки» на камнях) плотно прирастают к субстрату и трудно от него отделяются. Размеры слоевища лишайников колеблются от долей миллиметра до нескольких десятков сантиметров.
Лишайники являются классическим примером мутуализма - взаимовыгодного симбиоза. Их слоевище представлено гифами гриба, в переплетениях которых находятся клетки водорослей или цианобактерий (рис. 13). Лишайники могут обитать там, где не встречаются отдельно ни протисты, ни грибы. Гифы гриба обеспечивают протистов водой и минеральными солями, а сами используют органические вещества, синтезируемые фототрофными организмами.
Лишайники растут очень медленно, что связано с неравномерным поступлением влаги. Прирост ягеля составляет 2-7 мм в год, накипных лишайников - 0,25-0,5 мм. Продолжительность их жизни - от 30 до 600 лет.
Размножаются лишайники бесполым способом (протисты - делением, грибы - спорами). Вегетативное размножение - частями слоевища. Размножение может происходить также посредством специальных групп клеток, которые образуются внутри слоевища и, расселяясь, дают начало новым особям.
Рис. 13. Схема строения лишайника: а - общий вид кустистого лишайника; б - разрез через слоевище (1 - клетки фототрофных организмов; 2 - гифы гриба)
Значение лишайников. В природе лишайники первыми заселяют бесплодные места, а когда отмирают, образуется перегной. Выделяемые ими кислоты вызывают разрушение горных пород, которые в смеси с перегноем образуют почву. Ягель является основным источником питания оленей в тундре; он используется также для откорма свиней и крупного рогатого скота. Кустистый лишайник исландский мох служит продуктом питания для человека и является ценным лекарственным сырьем. Из некоторых видов лишайников получают антибиотики и лакмус. Многие лишайники обладают бактерицидными и бактериостатическими свойствами и применяются для приготовления лекарств. Действующим началом являются лишайниковые кислоты. Кустистый лишайник дубовый мох содержит вещества, придающие стойкость духам, поэтому его используют в парфюмерной промышленности.
Лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и служат индикатором экологической обстановки.