Шпаргалка по "Биологии"

Принципы таксономии

Систематические границы  принято называть таксонами (англ. taxon, во множественном числе taxa). Каждое растение принадлежит к серии таксонов последовательно соподчиненных рангов.

Иерархия таксонов и правила  наименования растений (номенклатура) регулируются обязательным для всех ботаников Международным кодексом ботанической номенклатуры. Это исключительно важный документ, вносить изменения в который правомочны только международные ботанические конгрессы.

Основные ранги таксонов — вид , род , семейство , класс , отдел . Следовательно, каждое растение должно обязательно принадлежать к определенному виду, роду, семейству, классу, отделу (Regnum vegetabile — растительное царство подразумевается само собой). В случае необходимости, если система группы очень сложна, можно использовать категорииподотдел, подкласс, подпорядок и т. д. вплоть до подформы. Иногда используют такие категории, как надкласс, надпорядок или добавляют дополнительные категории, если только это не вносит путаницу или ошибку, но при всех обстоятельствах соотносительный порядок перечисленных выше рангов не может быть изменен.

Кроме рода, вида и внутривидовых  категорий таксоны рангом до семейства  несут специальные окончания, прибавляемые к основе: название семейства оканчивается на асеае, подсемейства — oideae, трибы — еае и подтрибы — inae, например, род камнеломка (Saxifraga L.), Saxifragaceae, Saxifragoideae, Saxifrageae, Saxifraginae.

Таксонам рангом выше семейства  рекомендуется давать названия со следующими окончаниями: отдел — phyta, подотдел — phytina, класс — opsida (у водорослей — phyceae), подкласс — idae (у водорослей — phycidae), порядок — ales, подпорядок — ineae. Это очень удобно, поскольку по окончании названия можно сразу судить о ранге группы.

Вопрос 34

Для того, чтобы выйти на сушу, растениям надо было решить ряд проблем.

Во-первых, в воде менее сильно действует  гравитация на тело, поэтому ему  нужно было иметь какую-то определенную форму тела, и в итоге, приобрести опору.

Необходимые для фотосинтеза диоксид углерода, свет и вода находятся в двух средах – воздушной и почвенной. Поэтому  нужно, чтобы часть растения находилась в почве, а часть – в воздушной среде, то есть одновременно они должны присутствовать в двух средах. Кроме того, чтобы проводить воду из почвы вверх, должна была появиться транспортная система.

Следующая задача заключалась в  защите от обезвоживания. Сухопутная среда  способствует обезвоживанию, поэтому  растения должны были прибрести приспособления для добывания и сохранения воды.

Для фотосинтеза и дыхания нужно, чтобы газообмен происходил не с  раствором (как в случае с водорослями), а с воздушной средой. Для этого  у растений существуют такие образования  – устьица.

Нежные половые клетки должны быть защищены, а мужские гаметы –  подвижные сперматозоиды – могут  двигаться только в воде. В процессе эволюции произошел переход к  образованию неподвижных мужских  гамет – спермиев и доставке их к яйцеклетке с помощью пыльцевой  трубки.

Выше упоминалось о необходимости  защиты от обезвоживания. Как же растения справлялись с этой задачей? Оказалось, что первые растения были покрыты  толстым слоем воскоподобного вещества кутина, то есть они защищались от обезвоживания кутикулой. Затем в процессе эволюции появилась ткань эпидермис. Если кутикула покрывала все тело, то она защищала его от обезвоживания, но при этом должны были появиться приспособления для газообмена.

Они и появились в виде ткани  эпидермиса. Он состоит из плотно пригнанных друг к другу клеток. Иногда они  еще имеют изогнутые клетки, и  плотно соединяются между собой. Эти клетки выделяют наружу кутикулу, но для того, чтобы осуществлялся  газообмен, существуют такие остроумные приспособления, которые называются устьица. Они очень интересно  устроены, и механизм их работы довольно интересен. Полукруглые клетки, которые  видны на рисунке, называются замыкающими  клетками устьиц. Та их сторона, которая  обращена к щели, более утолщена по сравнению с остальными тонкими  стенками. Они содержит хлоропласты  и способны осуществлять фотосинтез. В тот момент, когда начинается работа хлоропластов, накапливаются  углеводы, их концентрация увеличивается, соответственно, концентрация воды уменьшается, и в это время начинает поступать  вода из окружающих клеток. Поскольку  эти замыкающие клетки устьиц по-разному  утолщены, то они выпячиваются в  ту сторону, где стенка толще. Так  происходит раскрытие устьиц, туда поступает углекислый газ, выделяется кислород, то есть происходит газообмен.

Какую форму было целесообразно  иметь растениям при выходе на сушу? При плоской форме нет надобности развивать опору, она  благоприятна для фотосинтеза, поскольку свет и диоксид углерода улавливаются поверхностью. Но в этом случае растения быстро бы закрыли всю поверхность суши. Поскольку таких растений сейчас немного, видимо, более целесообразной оказалась такая цилиндрическая, радиальная, разветвленная форма тела. Такую форму, конечно, нужно было поддерживать, поэтому в процессе эволюции выработалась опора.

Для осуществления фотосинтеза  эта форма тела не самая удобная. При цилиндрической форме тела увеличение фотосинтезирующей поверхности  возможно при росте тела. Но при  этом объем увеличивается как  куб, а поверхность – как квадрат  линейного прироста. Увеличения фотосинтезирующей  поверхности можно достичь образованием плоских органов – листьев. В процессе эволюции у разных растений появились разные листья, разного происхождения. Одни из них пошли по более простому пути – это просто выросты покровных тканей.

Одно-, двухслойные листья, как у  мхов и плаунов. Но они не могут  достигать больших размеров, поэтому  они оказались не очень эффективными. Другие листья образовались из разветвленных  осей путем дальнейшего их уплощения. То есть, листья представляют собой  уплощенные ветки.

Эти плоские ветки особенно хорошо представлены у папоротников. Здесь  целые системы осей образовывали листья, поэтому они могут быть такими большими, разветвленными. У голосеменных и цветковых листья образовались из уплощенных конечных  веточек.

Что касается опоры. Для поддержания  вертикального положения тела растения необходимо было появление опоры. Эта  опора появилась в виде механических тканей. Она состоит из длинных  клеток с очень утолщенными стенками. Причем стенки пропитаны веществом лигнином, которое придает им дополнительную прочность. На рисунке ниже видно, что внутренняя часть этих клеток совсем невелика по сравнению со стенками. Кроме того, клетки, приобретшие такие толстые стенки, не могут быть живыми. То есть эти ткани выполняют свои функции только в мертвом состоянии.

Что касается транспортной системы - она должна быть двух типов. Одна должна проводить воду от корней к листьям, а другая – проводить вещества, образовавшиеся в листьях к разным органам растений. Ткани, по которым  идет восходящий ток (то есть вода с  растворенными в ней минеральными веществами) называется ксилемой. На рисунке  ксилема окрашена красным цветом.

Кроме того, что эта ткань проводит воду, она еще выполняет дополнительную опорную функцию. В некоторых случаях только она является той укрепляющей опорой, которая поддерживает растение, это особенно важно для тех растений, у которых нет механических тканей, а есть только ксилема, которая выполняет сразу две функции. Клетки ксилемы тоже могут действовать только в мертвом состоянии. Для того, чтобы вода проходила беспрепятственно, содержимое клетки отмирает, и вода поступает наверх по капиллярному типу.

Вторая ткань – это флоэма. Она осуществляет проведение того, что образовалось в листьях ко всем органам, которым нужны эти  вещества – это нисходящий ток. У  флоэмы клетки в живом состоянии  проводят эти вещества. Эта ткань  мягкая, так как стенки клеток не одревесневшие. 

Что касается размножения. Для начала расскажем общие положения. У  всех наземных растений в жизненном  цикле, то есть проходящем от зиготы (оплодотворенной  яйцеклетки) одного растения до зиготы другого, происходит закономерное и  ритмичное чередование двух фаз  или поколений: бесполого диплоидного (т.е. содержащего двойной набор  хромосом) поколения, который называется  спорофит, и полового гаплоидного (т.е. содержат одинарный набор хромосом) – гаметофит. Спорофит производит споры, при образовании спор происходит мейоз, поэтому споры гаплоидные.

Из споры вырастает следующее  поколение – гаметофит. Это поколение  гаплоидное, на гаметофите образуются половые органы, производящие гаметы (половые клетки, сперматозоиды и  яйцеклетки). Все наземные растения имеют половые органы одного типа: мужские называются антеридии, а  женские – архегонии. В мужских  органах образуется много сперматозоидов, а в женских – одна крупная  неподвижная яйцеклетка. В процессе эволюции, в процессе приспособления к дефициту воды происходила постепенная  редукция (то есть сокращение продолжительности  жизненных циклов) гаметофитов и  упрощение половых органов.

Вопрос 35

Палеозой - эра древней  жизни, продолжительность которой  от 570 до 230 млн. лет. В эту эру в  растительном и животном мире происходят значительные ароморфозы, связанные  как с жизнью в воде, так и  с освоением суши. Подразделяется на шесть периодов: кембрий, ордовик, силурий, девон, карбон, пермь.  
Растения кембрия и ордовика населяют моря, представлены всеми отделами водорослей. В силурийском периоде (440 млн. лет назад) в зоне приливов и отливов от зеленых растений появляются первые наземные высшие растения - псилофиты (голые растения). Появление покровных, механических, проводящих тканей были теми ароморфозами, которые помогли выйти растениям в воздушную среду. У псилофитов еще отсутствуют корни, воду и минеральные соли они поглощали с помощью ризоидов. Чешуйки на стебле псилофитов увеличивали поверхность фотосинтеза.  
В девоне появляются папоротникообразные - травянистые и древовидные хвощи, плауны, папоротники. Появление корней и листьев обеспечивало достаточное воздушное и минеральное питание разнообразным папоротникообразным. Размножаются папоротникообразные одноклеточными спорами, во влажных местах из них развиваются заростки, формирующие половые клетки. Для оплодотворения нужна вода, из зиготы развивается взрослое растение.  
В карбоне устанавливается теплый и влажный тропический климат. Папоротникообразные достигают гигантских размеров - до 40 м в высоту. Каменноугольные леса впоследствии привели к образованию огромных залежей каменного угля. Вместе с тем в карбоне происходят два важнейших ароморфоза, в результате которых появились высшие семенные растения: во-первых, появляется опыление с помощью ветра, когда пыльца с мужскими половыми клетками по воздуху попадает на органы растений, содержащие женские половые клетки, вода для оплодотворения больше не нужна; во-вторых, после оплодотворения образуются семена. Такими растениями были семенные папоротники.  
Семенные папоротники дали начало развитию голосеменных растений. В пермском периоде климат стал засушливым и более холодным. Тропические леса остаются у экватора, на остальной территории распространяются голосеменные. 
В каменноугольной флоре широко были распространены споровые влаголюбивые растения (плуан, хвощи и папоротники). Затем началось появление голосеменных растений, в том числе и хвойных.Эти растения обладали значительными преимуществами по сравнению со своими предшественниками и поэтому не только шире их расселились по поверхности суши , но и в значительной мере вытеснили их из зон , которые те вначале безраздельно занимали. В связи с этим в мезозойскую эру господствующее положение на суши приобрели голосеменные растения. 
Затем на смену им пришло господство покрытосеменных растений, еще более высокоорганизованных.

Вопрос 36

Роль голосеменных в природе. Голосеменные образуют хвойные и  смешанные леса, занимающие огромные площади. Они обогащают воздух кислородом, поэтому их часто называют «легкими планеты». Леса регулируют таяние снега, уровень воды в реках, поглощают  шумы, ослабляют силу ветров, закрепляют пески. Лес – место обитания многих видов животных, которые питаются побегами, семенами, шишками хвойных  растений.

Роль голосеменных в хозяйственной  деятельности человека. Древесина голосеменных – ценное сырье для изготовления мебели, шпал для железнодорожных  путей, опор мостов, столбов линий  электропередач, креплений проходов шахт. Большое количество древесины  до сих пор используют в качестве топлива. Длинные волокна древесины  ели придают ей особую ценность как  сырью для изготовления высококачественных сортов бумаги. Однако интенсивное использование древесины голосеменных в различных отраслях хозяйства вызвало массовую вырубку лесов, наносящую значительный вред нашей планете. Поэтому необходимо заботиться о возобновлении лесных насаждений.

Хвоя богата витаминами, особенно витамином С. Ее отвар используют для лечения и профилактики некоторых  заболеваний. Сжигая древесину ели, получают активированный уголь, используемый для лечения разнообразных отравлений и очистки кишечника (например, при  отравлении грибами).

Смолу хвойных растений широко используют в медицине для лечения  ран, ожогов. Особую ценность представляет смола пихты, из которой получают особое вещество – камфору. Она улучшает деятельность сердечной мышцы, поэтому ее используют при заболеваниях сердца. Камфора также входит в состав различных обезбаливающих препаратов. Из смолы добывают много ценных для химической промышленности веществ (например, растворитель для масляных красок – скипидар). Эфирные масла (летучие вещества, которые сильно и, как правило, приятно пахнут), полученные из смолы, используют при изготовлении парфюмерных изделий, в кондитерской и медицинской промышленности.

Сосны, можжевельники и  другие хвойные растения с хорошо развитой корневой системой, проникающей  в почву на значительную глубину, высаживают на склонах рек и оврагов  для их укрепления и предотвращения размывания. Подсчитано, что на крутых горных склонах с каждого гектара  ежегодно вымывается до 5 тыс. м3 почвы, а в густых можжевеловых зарослях почва практически никогда не размывается. Лесополосы из хвойных  растений задерживают на полях снег, что улучшает питание растений весной.

Хвойные растения непрерывно выделяют в воздух большое количество фитонцидов (от греч. фитон и лат. цедо – убиваю) – веществ, угнетающих деятельность других организмов. Особенно интенсивно это происходит в еловых лесах. Так, по данным ученых, в 1 м3 воздуха хвойного леса содержится не более 500 клеток болезнетворных бактерий, тогда как городского – до 30–40 тыс. Поэтому в хвойных лесах размещают санатории и больницы для людей с заболеваниями дыхательной системы.