Введение в систематику растений

Тема: Введение в систематику растений Cистематика растений – это наука о системе растительного мира. Современные задачи систематики растений заключаются в содержании такой системы растительного мира, которая отражала бы все многообразие растений на земле. На основе родственных связей и единства происхождения (т.е. на основании эволюционного представления о развитии мира). Эта система должна содержать максимум информации о растении. Чем больше информации содержит система, тем она полезнее как в теоретическом так и в практическом значении. Теоретическое значение системы заключается в том, что она дает представление о развитии органического мира, т.е. дает представление о эволюции растений. Практическое значение системы состоит в том, что она позволяет наиболее рационально использовать богатства растительного мира. В настоящее время известно 500 тыс. видов используется всего 22 тыс., т.е. менее 5%. История развития систематики растений В истории развития систематики растений различают 3 периода: 1 период – период создания искусственных систем. 2 период – период создания естественных систем. 3 период – период создания филогенетических систем. 1 период – начинался в глубокой древности и заканчивался в 1 половине 18 века. Первобытный человек различал лекарственные травы. 1-ой научной системой была система древнегреческого ученого Теофраста. Система Теофраста была построена на принципе утилитарности. Теофраст использовал и экологические принципы растений. Искусственные системы могут быть и морфологическими. Вершиной морфологической искусственной классификацией была искусственная система, созданная великим шведским ученым Карлом Линнеем. II период – создания естественной систематики. Период создания естественных систем II половина 18 в. – I половина 19 в.(столетие). Принцип создания естественных систем был введен в науку выдающимся французским зоологом Жаном Батистом Ламарком. Этот принцип заключался в том, что естественные системы строятся на основе родственных связей, для доказательства которых используется комплекс признаков. III период – период филогенетических систем начинался с 1859 г, с того момента когда вышла в свет книга великого английского ученого Ч.Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора». Филогенетические системы, основанные на теории эволюции строятся по принципу родственных связей и единства происхождения. Методы филогенетической систематики 1. Сравнительно-морфологический метод. Основан на анализе сходства внешних признаков наиболее старый и распространенный метод. 2. Сравнительно – анатомический метод. Основан на сходстве внутреннего строения (закрытые пучки у однодольных, открытые у двудольных). 3. Сравнительно-цитологический. Основан на анализе строения клетки. 4. Сравнительно-кармологический. Основан на анализе хромосомного аппарата. Растению присуще определенное количество хромосом. 5. Сравнительно-эмбриологический. Основан на анализе пыльцы и на анализе зародышевых мешков. 6. Сравнительно-физиологический. Основан функциональных реакций растений определенных органов. на сходстве 7. Географический. Основан на анализе ареалов растения (площадь распространения). Отделы растительного мира Низшие растения Высшие растения 1. Бактерии 1. Моховидные 2. Сине-зеленые водоросли 2. Папоротниковидные 3. Зеленые водоросли 3. Хвощевидные 4. Желто-зеленые водоросли 4. Плауновидные и др. (красные, отделы бурые, водорослей 5. Голосеменные диатомовые, 6. Покрытосеменные кризамонады) 5. Грибы 6. Лишайники Тема: Отдел Зеленые водоросли В отделе зеленых водорослей насчитывается 6 тыс. видов. Структура таллома этих водорослей очень разнообразна. Зеленые водоросли могут быть одноклеточными, колониальными и многоклеточными. Строение клетки зеленых водорослей – обычное для растительной клетки. Особенность заключается в следующем: у зеленых водорослей хлоропласты называются хроматофоры. В обличие от хлорофилловых зерен у хроматофоров обычно имеется пиреноид. Размножение зеленых водорослей Вегетативное- осуществляется или делением клетки, или участками таллома. Бесполое – осуществляется или спорами подвижными (они называются зооспоры), или неподвижными спорами (апланоспоры). Половое – осуществляется в результате полового процесса. Половой процесс у зеленых водорослей встречается в следующих формах: 1. Хологамия 2. Изогамия 3. Гетерогамия 4. Оогамия 5. Коньюгация Типы циклов развития 1. Гаплоидный; 2. Чередование поколений; 3. Диплоидный. Гаплоидный тип рассматривается на примере пресноводной водоросли – хламидомонады. Чередование поколений – морская водоросль Ульва Диплоидный тип цикла развития. На примере морской водоросли – каулерпа. 2 кл. Коньюгаты = Сцеплянки. Они отличаются от других водорослей зеленых тем, что у них нет жгутиковых стадий. Половой процесс у них в стадии коньюгации. Тема: Грибы В этом отделе насчитывается 100 тыс. видов. Это гетеротрофные бесхлорофилльные растения. Клетка грибов имеет следующие особенности: 1. Оболочка большинства грибов содержит особое вещество, которое встречается у насекомых и называется хитин - это азотсодержащий полисахарид. 2. В клетке нет пластид. 3. Ядро в клетке одно или много 4. Запасным продуктом в клетке является: гликоген, волютин и жиры. Крахмал грибами никогда не запасается. 5. Конечным продуктом распада у грибов является – мочевина. Вегетативное тело грибов называется – мицелий. Он состоит из нитей, которые называются гифами. Размножение грибов Вегетативное – осуществляется участками мицелия; почкованием. Бесполое – осуществляется спорами бесполого размножения. Половое – осуществляется спорами полового спороношения. У грибов встречаются следующие типы половых процессов: 1. Хологамия 2. Изогамия 3. Гетерогамия 4. Оогамия 5. Зигогамия 6. Гаметанглогамия 7. Соматогамия Питание грибов По типу питания – гетеротрофы. Они подразделяются на 2 большие группы: 1. Сапрофиты (которые питаются отмершими останками животных и растений), 2. Паразиты. Из 100 тыс.видов грибов – 10 тыс. являются паразитами, 90 – сапрофитами. Классификация отдела грибов: Низшие группы Высшие группы Классы: Аскоспоры развиваются в асках, а 1. Хитридиомицеты базидиоспоры в базидиях. 2. Оомицеты Классы: 3. Зигомицеты 1.Аскомицеты (сумчатые грибы) 2.Базидиомицеты 3.Несовершенные грибы Тема: Отдел Голосеменные растения Голосеменные растения находятся на более высоких ступенях эволюции по сравнению со всей группой отдела папоротниковые. Семена у голосеменных растений лежат открыто на поверхности семенных чешуй. Голосеменные растения впервые появляются в Девоне. Особенно широко они были распространены в Триасе, Юре и в меловом периоде. В современной флоре земли насчитывается 800 видов голосеменных растений и около 20 тыс. – ископаемых видов. Однако по количеству особей голосеменные растения занимают 2-е место после покрытосеменных, хотя видов и всего 800. Голосеменные растения относятся к спородинамическому направлению эволюции, т.е. у них в цикле развития преобладает спорофит. Для голосеменных растений характерна внутризаростковость. В качестве жизненных форм могут быть деревья, кустарники, лианы, травянистых форм нет. Цикл развития сосны обыкновенной Punus silvestris Сосна обычно широко распространена на Европейской территории и в Сибири. Растет на разных почвах – песчаных, супесчаных, на голых меловых субстратах, на горных породах (скалах). Сосна обыкновенная достигает возраста до 400 лет. У сосны обыкновенной 2 типа побегов: удлиненные и укороченные. 2 типа листьев: чешуевидные и игловидные; игловидные листья – называются хвоей. В цикле развития сосны обыкновенные различают следующие этапы: 1. Микроспорогенез и развитие мужского гаметофита. 2. Мегаспорогенез и развитие женского гаметофита. 3. Опыление и оплодотворение 4. Образование семени 5. Прорастание семени и развитие дочернего спорофита. I этап: Микроспорогенез и развитие мужского гамофита. Этот этап цикла развития осуществляется в мужской шишке Микроспоры превращаются внутри микроспорангия в мужской гаметофит или зрелое пыльцевое зерно. II этап: Мегаспорогенез и развитие женского гаметофита. Этот этап цикла развития осуществляется в женской шишке сосны. Из одной мегаспоры развивается женский гаметофит. Женский гаметофит – это многоклеточное образование, погруженное в нуцеллус, на котором развиваются 2 архегонии. III этап: Опыление и оплодотворение Зрелые пыльцевые зерна – ветром переносятся на семяпочки, которые лежат голо на поверхности чешуй. Процесс развития мужского гаметофита, т.е. пыльцевые зерна, длится в течение года. После 1 года развития на женской семяпочке – мужской гаметофит готов к оплодотворению. Вся семяпочка после оплодотворения превращается в семя. Классификация голосеменных растений. Классы Ископаемые (-) Современные формы (+) Число видов 1. Семенные - папоротники 2. Саговниковые 3. Беннетитоподобные -+ 100 - 4. Гинговые -+ 1 5. Гнетовые + 100 6. Хвойные -+ 600 Тема: Отдел Покрытосеменные или Цветковые растения Свое название покрытосеменные растения этого отела получили потому, что у них семена скрыты внутри плода. Цветковыми – из-за наличия особенности репродуктивного органа – цветка. В отделе покрытосеменные – по Тахтаджяну на 300 тыс. видов. Распространены очень широко. По продолжительности жизни разнообразны. Есть жизненный цикл 2-3 недели – это эфермеры. Возраст у некоторых 1000 лет – дубы. Жизненные формы: однолетние и многолетние: однолетние и многолетние травы, кустарники, полукустарники, деревья и лианы. По типу питания покрытосеменные - это автотрофные растения, однолетние есть среди них небольшая группа – гетеротрофы. Среди покрытосеменных растений широко распространен симбиотрофный тип питания. Цветок – это видоизмененный укороченный ограниченный в своем росте спороносный побег, в котором микроспорофиллы превращаются в тычинки, а мегаспорофиллы в плодолистики. После оплодотворения в цветке развивается семя и плод. Цикл развития покрытосеменных растений По способу размножения покрытосеменные растения являются семенными. По циклу развития – они растения разноспоровые. I этап. Микроспорогенез и образование ♂ гаметофита. II этап. Мегаспорогенез и развитие ♀ гаметофита. III этап. Опыление и оплодотворение. IV этап. Образование семени и плода. Семяпочка→ семя, завязь→ плод. Происхождение покрытосеменных растений Покрытосеменные растения появились в нижнем мелу (меловой период мезозойской эры). По мнению Тахтаджяна покрытосеменные растения появились в горах Юго-восточной Азии в области от Гималаев до острова Фиджи. Теории происхождения цветка. 1) Псевдантовая теория 2) Стробилярная или Эвантовая III теория. Теломная теория происхождения цветка Эволюция цветка В процессе эволюции из этого стробила сформировался примитивный цветок покрытосеменных растений. Важнейшую роль в формировании такого цветка сыграли насекомые, в части, грызущие насекомые – жуки. В целом эволюция цветка характеризуется повышением его экономичности. Тема: Основные направления эволюции покрытосеменных растений 1) Система А.Л. Тахтаджяна. 2) Основные направления эволюции и их взаимосвязь. 3) Законы эволюции. Основные направления эволюции находят отражение в филогенетических системах. В настоящее время создано большое число разнообразных филогенетических систем. Самая современная среди них – система Тахтаджяна Армена Леона. 1) Система основана на стробилярной или эвантовой теории происхождения цветка 2) Система монофилетическая 3) Тахтаджян ввел новый таксон надпорядок 4) В системе использован принцип типификации названий. В системе Тахтаджяна все разнообразие покрытосеменных растений подразделяются на 2 класса: Двудольные или Magnoliatae Однодольные = Liliatae В системе 20 надпорядков, 94 порядка и 505 семейств. В графическом изображении система представляет собой куст, ветви которого показывают основные направления эволюции. Центральное положение в системе занимает первый подкласс – магнолевидные. Порядок Магнолиевидные дал начало четырем эволюционным направлениям или четырем филам = эволюционное направление. Первое направление эволюции характеризуется становлением 2-ого подкласса – гамимелидные . Второе направление эволюции – относится 3-ий подкласс – Фанинкумедные и 4-ый подкласс Кариомедные. Третье направление эволюции – представляет собой филогенетический ствол который подразделяется на 2 ветви: дилиниидные; 6-ой подкласс – Розидные и 7-ой подкласс Астеридные. Вершиной эволюции этой ветви являются сложноцветные. Четвертое направление эволюции – представляет собой единое направление, которое привело к формированию однодольных. Основными направлениями приспособительной эволюции по Северцеву и Тахтаджяну являются следующие направления: 1) Ароморфоз или прогрессивная эволюция 2) Идиоадаптация 3) Катагенез или регрессивная эволюция. Законы эволюции 1. Закон необратимости эволюции или закон Долло 2. Закон неспециализированных предков или закон Копа 3. Закон гетерохронии или гетеробатмии Тема: Этапы эволюции растительного мира Под этапами эволюции мы понимаем существенные кардинальные изменения, как в морфологической структуре растений, так и в цикле развития. I этап. Одноклеточность (появление одноклеточных организмов) Временная протяженность этого этапа по современному представлению составляет 2-2,5 млрд. лет, а вся история органического мира – 3 млрд. лет т.е. 5/6 времени ушло на становление клетки. В процессе эволюции одноклеточные организмы объединялись в непрочные скопления т.е. агрегации → затем это св-во закрепилось и возникли → колонии. Колонии представляют собой организмы, состоящие из группы клеток со слабой дифференциацией их по функциям. II этап эволюции. Возникновение многоклеточности. Многоклеточные организмы характеризуются четкой, произошли определенной от колониальных. дифференциацией функциям, а такие способностью к росту в течение всей жизни. клеток Они по Многоклеточность появился впервые на уровне нитчатых сине-зеленых водорослей, т.е. этот этап начался до того, как кончается I этап. Многоклеточные организмы впервые появляются в Проторозое 2 млрд. лет назад. III этап эволюции. Возникновение полового процесса Явилось важнейшим моментом в эволюции растительного мира. С возникновением полового процесса – темпы эволюционного существования возрастают. IV этап эволюции. Чередование поколений Возникло на уровне зеленых водорослей. При чередовании поколений в цикле развития закономерно сменяют друг друга спорофит, на котором развиваются споры и гаметофит, на котором формируются гаметы. V этап эволюции. Возникновение основных органов высших растений. Осуществляется на уровне моховидных и групповых отделов Папоротникообразных. Возникновение основных органов было связано с выходом на сушу, с появлением сухопутных растений. В целом расчленение на органы позволило создать чрезвычайно экономичную пространственную структуру тела растений. VI этап эволюции. Возникновения вторичного утолщения Этот этап эволюции осуществляется на уровне древовидных папоротникообразных. Вторичное утолщение привело к долголетию растений, а это в свою очередь, отразилось на коэффициенте размножения. VII этап эволюции. Возникновение сифоногалии. У высших растений на определенном этапе эволюции возникло опыление с помощью пыльцевой трубочки. VIII этап эволюции. Возникновение разноспоровости. Этот этап осуществляется на уровне папоротниковообразных. Разноспоровость:1) значительно повысила эффективность оплодотворения; 2) обеспечила заботу о потомстве. IX этап эволюции. Возникновение внутризаростковости. Это важнейшее свойство семенных растений. При внутризаростковости гаметофиты теряют самостоятельность и поселяются на спорофите (они надежно защищены). Внутризаростковость привела к возникновению семени. X этап эволюции. Появление цветка, плода, двойного оплодотворения. Этот этап эволюции осуществляется на уровне покрытосеменных растений. Возникновение завязи защитило семяпочки от поедания жуками и др. животными, и от воздействия неблагоприятных температур. Плоды способствовали быстрому расселению. Эволюция не заканчивается на 10 этапе. 11 этап – микроэволюционные процессы идут, человек существует – 1 млн. лет.