Ботаніка як наука

Реферат з біології

Ботаніка як наука

Ботаніка — це наука про рослини, їх будову, життєдіяльність, поширення і походження. Цей термін походить від грецького слова botane, що означає «трава», «рослина», «овоч», «зелень».

Ботаніка як наука сформувалася близько 2300 років тому. Основоположниками її були видатні діячі стародавнього світу — Арістотель (384-322 pp. до н. е.) і Теофраст (370-286 pp. до н. е.). Вони узагальнили накопичені дані про різноманітність рослин та їхні властивості, способи культивування, розмноження і викорис­тання, географічне поширення. Теофрасту було відомо близько 500 видів корисних рослин не лише європейських видів, а й завезених із східних країн.

Перші праці з ботаніки писались латинською та грецькою мо­вами, а тому й досі в усіх країнах світу ця наука рясніє термінами, які мають в основі слова з цих мов. Це ускладнює вивчення пред­мета, але полегшує ознайомлення зі світовою ботанічною літера­турою.

Нині ботаніка — багатогалузева наука, яка вивчає як окремі рослини, так і сукупності їх — рослинні угруповання, з яких фор­муються луки, степи, ліси тощо. Структура і закономірність росту рослин, залежність їх від навколишнього середовища, закономір­ності поширення й розподілу окремих видів і всього рослинного покриву на земній кулі, походження та еволюція світу рослин, при­чини його різноманітності і класифікація, запаси у природі госпо­дарське цінних рослин і шляхи раціонального використання їх, розробка наукових основ введення в культуру нових кормових, лікарських, плодових, овочевих, технічних та інших рослин — ось далеко не повний перелік питань, які вивчають ботанічні науки.

На сьогодні науці відомо понад 500 тис. видів рослин і близько 1500 тис. видів тварин. Проте забруднення повітря й води, зни­щення лісів, застосування отрутохімікатів спричиняють порушення існуючих у біосфері екологічних зв'язків. Це призводить до найнесприятливіших наслідків — зникнення окремих видів. Отже, одне з першочергових завдань ботаніки — це розробка наукових ос­нов охорони природних і рослинних ресурсів. Особлива увага приділяється вивченню й збереженню рідкісних і зникаючих рослин, що занесені у Червону книгу, оскільки з втратою кожного виду не лише зменшується різноманітність рослин, а й порушується стій­кість рослинного угруповання, збалансована протягом багатьох тисяч років.

Виникнення рослинного світу і коротка історія його розвитку

Рослини, які є в даний період на Землі, з'явились не відразу. Рослинний світ розвивався поступово - від простих організмів до складних. Вперше рослини, як і взагалі життя, виникли у воді. Саме перші представники рослинного світу були найпростішими організ­мами. В процесі еволюції вони ускладнились і пристосувались до навколишнього середовища.

Зародження і розвиток рослинного світу тісно пов'язаний з іс­торією земної поверхні. Палеоботаніка вивчає рештки колишніх рослин, які збереглися в земній корі, і дає уявлення про історію рослинного світу. Рештки давніх рослин можуть зберігатися в зем­ній корі дуже довго в тих випадках, коли вони кам'яніють або залишають відбитки в осадових породах. Осадові породи часто ховають занесені й осілі на дно листки, плоди тощо.

Геологія всю історію земної кори поділяє на п'ять ер, а кожну еру на періоди, кожний період — на епоху (табл. 1).

Для кожної геологічної ери і її періодів характерний розвиток певних груп рослин і тварин. Найдавніша ера — архейська. Вона тривала понад 900 млн.років. Під час архейської ери, очевидно, з'явилися бактерії, оскільки у відкладах земної кори, що належать до цієї ери, є сліди діяльності залізобактерій. Мабуть, наприкінці архейської ери з'явились синьозелені водорості.

У протерозойську еру з'явились складніші рослинні організми у вигляді більш високо організованих за будовою водоростей.

Палеозойська ера характеризується ще більшим ускладненням форм рослинного світу. На початку цієї ери рослинний світ був представлений водними рослинами у вигляді водоростей (зелені, бурі, червоні). В цю ж еру виникли перші наземні рослини — пси­лофіти, які в девонський період палеозойської ери були доміную­чими рослинами суші. Наприкінці палеозойської ери відбулося ви­мирання деревоподібних плаунів і хвощів; з'явились папоротепо­дібні, хвойні, саговникові.

Для мезозойської ери характерний розквіт голонасінних рос­лин. В юрський період цієї ери з'явились бенетити, які вважаються прототипами квіткових рослин, а наприкінці юрського періоду —

Таблиця 1. Послідовний розвиток рослинного і тваринного світу в різні геологічні ери

Ера та її тривалість	Період	Органічні форми
Архейська, 900 млн.років або більше Протерозойська, 2030 млн.років Палеозойська, 360 млн.років Мезозойська, 140 млн.років Кайнозойська, 60 млн.років	Нижній протерозой, Верхній протерозой Кембрійський Силурійський Девонський Кам'янову­гільний Пермський Тріасовий Юрський Крейдовий Третинний Антропогенний	Виникло життя у водоймах, можливо синьозелені водорості. Найпростіші Різні водорості. Живі форми поділилися на рослинні та тваринні (безхребетні) Червоні водорості Бурі водорості. Перші наземні рослини (пси­лофіти) Гриби. Плауни великих розмірів. Папороті. Хвощові дерева. Ліси великих деревовидних папоротей. Насінні папороті Риби. Наземні хребетні амфібії Клімат став більш вологим і теплим. У по­вітрі збільшився вміст кисню і вуглекис­лоти. Деревовидні папороті досягли 40 и заввишки. Нагромадилося кам'яне вугілля. З'явилися голонасінні. Утворився грунт, багатий на перегній. Розвинулися комахи. Перші плазуни Клімат став сухішим і холоднішим. Вимер­ли деревовидні плауни, хвощі. Розвинулись хвойні, гінкгові, саговникові. Розвинулися плазуни Панування голонасінних рослин. Розвинулися плазуни (динозаври) Розквіт голонасінних, бенетитові. Вимерли насінні папороті. Поява перших покритона­сінних рослин. Примітивні ссавці. Перші птахи Розквіт хвойних (кипарисових, тисових та ін.). Розвинулися покритонасінні (дуб, верба, магнолія, фігове дерево, клен, вино­град, тополя тощо). Пальми. Вимерло багато плазунів. Розвинулися комахи, що живилися нектаром квіток Клімат став теплішим. Ліси широколистяних порід. Розквіт ссавців. На кінець періоду почалося похолодання на півночі. Виникнення предків людини Північна півкуля вкрилася льодом, який рухався на південь і ховав рослинний покрив. Наступне потепління призвело до танення льодовиків. Трав'янисті, близькі до сучасних, рослин. Виникнення людини і розвиток культурних рослин

квіткові — покритонасінні рослини, які стали швидко, поширюва­тися на всій Землі.

Кайнозойська ера, яка продовжується і в даний час, характе­ризується різким зменшенням голонасінних рослин і буйним роз­квітом покритонасінних (квіткових) рослин.

На Землі весь час відбувалася зміна клімату, поверхні, що призвело до зміни середовища, під впливом якого виникли нові форми рослин, а природний відбір знищував усе недосконале і зберігав найбільш життєздатне. Так створювались різноманітні форми рослин.

В історії розвитку рослинного світу можна виділити 6 основ­них епох, у кожній з яких спостерігалось домінування окремих груп рослин. Це епохи:

1) бактерій і близьких до них організмів;

2) водоростей;

3) псилофітів, які почали свій розвиток у воді, а потім вийшли на сушу;

4) виникнення і розвитку гігантських теломофітів (плаунів, хво­щів, папоротей);

5) голонасінних;

6) покритонасінних, або квіткових, рослин.

Подібність і відмінність між рослинами і тваринами

Повітря, гірські породи, мінерали і живі речовини складаються з одних і тих самих хімічних елементів. У природі немає жодного хімічного елемента живих організмів, який би не зустрічався у не­живій природі. Цим підтверджується спільність живої і неживої природи. Визначено, що хімічні сполуки, з яких складається не­жива природа, набагато простіші від сполук, які є в живій природі. Так, у рослинах переважають вуглеводні сполуки, що складаються з вуглецю, кисню, водню і білків, в яких, крім згаданих р

ечовин, є азот, сірка, фосфор, магній, калій, кальцій, залізо та інші ре­човини.

Складні сполуки вуглеводів і білків е результатом життєвих процесів рослин: потрібні для цих процесів речовини рослини зас­воюють з повітря і ґрунту. Енергію, за рахунок якої утворюються складні органічні сполуки, рослини беруть від Сонця.

Усі життєві процеси, що відбуваються в організмі, тісно по­в'язані з середовищем, в якому він перебуває. Середовище впливає також на інтенсивність обміну речовин, на процеси росту і розвит­ку організмів.

Обміном речовин називається процес засвоєння організмом ре­човин, розпад певної частини їх і виділення непотрібних з організ­му. Обмін речовин — загальна властивість, характерна для всіх живих організмів. Обмін речовин у неживому (горіння свічки, ір­жавіння заліза, руйнування скель) у процесі їх взаємодії з середо­вищем призводить до руйнування цих речовин. Тому відмінною властивістю живого є те, що в процесі обміну речовин воно само­оновлюється, росте, розвивається, в той час як неживе під час об­міну речовин з середовищем руйнується. Живе, ізольоване від зовнішнього середовища, гине, а неживе, навпаки, зберігається.

На Землі є два світи живих організмів: рослин і тварин, які розвивалися паралельно.

Рослини і тварини мають спільне походження і їх виникнення на Землі відноситься до далекого минулого, яке обчислюється міль­йонами років.

Рослини і тварини виникли у процесі довгої еволюції, тобто в процесі історичного розвитку від спільних предків — примітивних форм життя. Рослини і тварини, які мають спільних предків, ма­ють багато подібних рис і одночасно значною мірою відрізняються один від одного. Рослинним і тваринним організмам властивий об­мін речовин, живлення, ріст, рух, подразливість тощо. Особливо багато подібних рис спостерігається у нижчих (примітивних) рослин і тварин. Наприклад, мікроскопічне дрібні одноклітинні орга­нізми — евглени — ботаніки нерідко відносять до рослин, а зооло­ги — до тваринного світу.

В той жес час між вищими рослинами і тваринами є чимало відмінностей. Головна відмінність полягає в тому, що зелені рослини можуть існувати незалежно від тварин. У клітинах переважної більшості рослин є хлорофіл. Завдяки наявності хлорофілу, який міститься в пластидах, зелені рослини, використовуючи енергію Сонця, можуть засвоювати вуглекислий газ з повітря. З елементів цього газу і води в рослині утворюються вуглеводи, потім внаслі­док поєднання їх з іншими речовинами — різні органічні сполуки.

Організми, що живляться неорганічними речовинами і синтезу­ють _із них органічні речовини свого тіла, називаються автотрофни­ми. Дійних належать вищі зелені рослини, водорості та деякі види бактерій, які синтезують за допомогою світлової енергії органічні речовини з неорганічних і тому називаються фототрофними.

До автотрофних організмів також належать деякі види бакте­рій, які можуть у процесі життя окислювати оксид заліза, аміак та інші неорганічні речовини і звільнену при цьому хімічну енергію використовувати для синтезу органічної речовини, утворюючи в процесі життя різні продукти життєдіяльності. Їх називають хемотрофним.

Тварини не можуть утворювати органічні речовини з неорганіч­них, у них відсутні пластиди. Вони живляться або безпосередньо рослинами, або органічними сполуками, які накопичуються в рос­линах, переробляючи ж у своїх органах у специфічні речовини. Організми, які живляться готовими органічними речовинами і з них будують своє тіло, називаються гетеротрофними. До таких організмів належать: віруси, більшість видів бактерій, гриби, твари­ни і людина. Ті з гетеротрофних організмів, які живляться мертви­ми органічними речовинами (з трупів рослин і тварин), називають сапрофітами, а організми, які живляться живими органічни­ми речовинами рослин і тварин, називають паразитами. Па­разити спричиняють хвороби рослин, тварин і людини.

Проте серед рослин є деякі незелені представники, які живлять­ся готовими органічними речовинами,— це бактерії, слизовики, гри­би та деякі квіткові рослини (повитиця, вовчок).

Більшість рослин відрізняється від тварин нерухомим способом життя, а також здатністю рослин рости до самої смерті, а у тва­рин, як правило, ріст припиняється у певному віці.

Значення рослин у житті природи і людини

Завдяки здатності до фотосинтезу рослини постійно поповнюють неминучі (внаслідок життєдіяльності гетеротрофних організмів, а також виробничої діяльності людини) втрати органічних сполук на планеті; нагромаджують у продуктах фотосинтезу велику кількість хімічної енергії; підтримують потрібний для існування більшості організмів рівень кисню в атмосфері; запобігають нагромадженню в атмосфері надлишку вуглекислого газу.

У процесі мінералізації органічних речовин ґрунту винятково важливу роль відіграють бактерії і гриби. Рослинність істотно впли­ває на клімат. Вона зв'язує родючі часточки поверхневих шарів ґрунту, запобігає їх змиву та ерозії грунтів. Деякі форми рослин­ності зумовлюють нагромадження води на поверхні землі та сприя­ють утворенню боліт.

Життя людини та її культура також тісно пов'язані з рослина­ми. Найціннішим продуктом, який отримує людина від рослини, є їжа. Основними хлібними рослинами є пшениця, рис, ячмінь, які введені в культуру понад 6 тис. років тому, овочевими — картопля, капуста, морква, буряк, огірки, баклажани тощо. Плодові рослини так само, як і овочеві, містять багато сполук (цукри, органічні кис­лоти, вітаміни, дубильні речовини, мінеральні солі), які необхідні для життя людини. Особливе значення в живленні людини та тва­рин мають зернобобові культури — горох, квасоля, соя, боби. Ве­лику калорійність має продукт також рослинного походження — олія. Основними олійними рослинами є соняшник, ріпак, гірчиця. Олію споживають і використовують в лакофарбовій промисловості. Серед рослин є багато таких, що використовуються як ліки. Доб­ре відомі такі лікарські рослини, як горицвіт, беладонна, м'ята, щавлія лікарська, подорожник, липа, аніс, алтея лікарська наперстянка тощо.

Для озеленення міст і сіл у розсадниках вирощують дерева, ку­щі і трав'янисті рослини, що мають пишну зелень і квіти. У пар­кових насадженнях часто можна зустріти клени, липу, в'яз, піра­мідальну тополю, плакучу вербу, ялину, тую, ялівець, бузок, багато сортів троянд, жоржин, хризантем, спірею та ін.

Деревина таких рослин, як дуб, бук, граб, ялина, сосна, береза тощо, використовується не тільки як будівельний матеріал, а й у целюлозно-паперовій, лісохімічній промисловості, а також як па­ливо.

Отже, у житті людини важливу роль відіграють квіткові рос­лини. Культура, добробут, технічний прогрес неможливі без вищих рослин. Проте велике значення в діяльності людини мають і нижчі рослини. Особливо цінними є молочно-кислі бактерії, за наявності яких скисає молоко, квасяться капуста, огірки, помідори.

Під час випікання хліба, на спиртових виноробних і пивоварних заводах використовують дріжджові гриби.

Основні розділи ботаніки

У процесі свого розвитку ботаніка диференціювалась на велику кількість окремих розділів, які тісно пов'язані між собою і в той же час можуть розглядатись як самостійні ботанічні дисципліни.

Морфологія рослин вивчає зовнішню будову, форму окремих органів, зв'язок з умовами середовища, закономірності утворення і зміни в процесах еволюційного розвитку.

Цитологія рослин вивчає будову і життєдіяльність клітин.

Гістологія рослин досліджує рослинні тканини та їхній розподіл в органах рослин.

Як особливий розділ виділяють анатомію рослин, яка за допо­могою мікроскопа вивчає будову рослин і звичайно включає цито­логію і гістологію.

Ембріологія рослин вивчає зародження і ранні етапи розвитку рослин.

Генетика рослин вивчає закони спадковості і мінливості.

Фізіологія рослин досліджує життєві процеси (обмін речовин, ріст, розвиток тощо).

Систематика рослин класифікує рослини, визначає споріднені відношення між рослинами, визначає, до якого виду, роду, родини, порядку, відділу належить дана рослина, відтворює шляхи еволю­ційного розвитку рослинного світу.

Палеоботаніка — наука про викопні рослини минулих геологіч­них періодів.

Географія рослин (фітогеографія) — великий розділ ботаніки, основним завданням якого є вивчення закономірностей поширення і розподілу рослин та їх угруповань на суходолі і у воді.

Екологія рослин. Життя рослин залежить від навколишнього середовища (клімату, ґрунту тощо), але й рослини, в свою чергу, впливають на створення цього середовища — беруть участь у фор­мотворчому процесі, змінюють клімат. Завдання екології — вив­чення будови і життя рослин у зв'язку з навколишнім середовищем.