Учебно-методический комплекс дисциплины «ботаника» для специальности 5В080300 «Охотоведение и звероводство» Семей 2013

Лекция №1

Тема: Введение. Разделы ботаники. История развития.

Ботаника — наука о растениях. Она представляет собой раздел более общей науки —биологии, науки о живых существах, населяющих Землю.

Ботанические знания начали накапливаться уже на первых этапах жизни человека. Растениями человек питался, из них делал одежду, растениями излечивался от болезней и ран. Поэтому ему необходимо было уметь отличать ядовитые растения от лекарственных и пищевых. Однако ботаника как наука о растениях оформилась много позднее — около 2300 лет тому назад. Основоположниками ботаники были выдаю­щиеся деятели науки древнего мира — Аристотель и Теофраст (IV в. до н.э).

Общая задача ботаники — изучение не только отдельных растений, но и природных растительных сообществ, из которых формируются леса, луга, степи.

Второй раздел систематики, получивший интенсивное развитие после работ Ч. Дарвина, называют филогенетической систематикой.

Другие разделы ботаники настолько обособились в связи с реше­нием специальных задач и методами работы, что давно уже составляют особые дисциплины. Некоторые из них более сближены с физикой и химией, чем собственно с ботаникой. К таковым относятся биофизика, биохимия, радиобиология, генетика и др.

Историю развития Земли принято изображать в виде следовавших одна за другой геологических эр. Таких эр насчитывают шесть: катарахейская, архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская, кайнозойская. В пределах этих эр выделяют еще так называемые геологические периоды. Жизнь на нашей планете возникла в архейской эре, т. е. около 3,5 млрд. лет назад.

В предшествовавшей катархейской эре (около 4,5 млрд. лет назад) в мировой акватории развивались физико-химические процессы, вследствие которых создавались условия (субстрат и материал) для возникновения жизни и организмов.

Жизнь на Земле развивалась очень медленно. Особенно в течение архейской и протерозойской эр, охватывающих около 50% всего геологического летоисчисления. Именно в протерозойскую эру наряду с широким развитием одноклеточных и колониальных сине-зеленых водорослей отмечается появление крас­ных и зеленых водорослей, новых групп бактерий, в частности желез­ных. Темпы эволю­ции убыстрялись. Важнейшие события в ходе истории развития царства растений произошли в силурийском и девонском периодах палеозоя. В силу­рийском периоде появились риниефиты — первые сухопутные расте­ния. В следующем (за силурийским) девонском периоде произошло массовое переселение растений на сушу. Растения достигли больших размеров, чередование фаз развития (гаметофазы и спорофазы), установившиеся тогда у многих растений, оказалось очень полезным для них, ибо позволило растениям проводить часть жизни в воде (гаметофаза), а другую часть—вне ее, на суше (спорофаза). В связи с сухопутным образом жизни у спорофита была хорошо развита надземная часть, образовались проводящие пучки. Начиная со второй половины девонского периода особенно широкое развитие получили древовидные папоротники и хвощи — каламиты. Появились близкие к хвойным кордаиты, достигавшие 30 м высоты. В каменноугольном периоде шло развитие голосеменных растений и семенных папоротников.

В пермском периоде большинство семенных папоротников, семенных плауновых и кордаитов вымерло. Началось развитие новых типов голосеменных, в том числе саговников, предков современных араукарий и других хвойных. В конце пермского периода господствовали голосеменные. За палеозойской последовала мезозойская эра, подразделяющаяся на 3 периода: триасовый, юрский, меловой. В триасовый и особенно в юрский периоды сильно обогатилась флора голосеменных.

В меловом периоде получили широкое развитие настоящие цветко­вые растения. Развитие цветковых было важным поворотным этапом в развитии растительного и животного царств. В кайнозойскую эру цветковые растения достигли своего мощного развития. Появились лиственные леса. Значительно распространились магнолии, лавровые деревья, хлебное дерево, инжир, миртовые деревья, дубы, клены, ясени, грецкие орехи и многие другие. Хвойные деревья имели важнейшее значение как в образовании чистых лесов, так и смешанных, т. е. с примесью лиственных пород. Появилась богатая травянистая флора.

В следующий — четвертичный — современный период, насчитываю­щий 1,6—1,8 млн. лет, произошло резкое изменение климата Земли в сторону понижения температуры и увеличения количества осадков. Конец третичного и начало четвертичного периодов связан с появлением и развитием человека. Таким образом, в истории развития растительного мира наземном шаре можно отметить три основных периода; водорослевый (в основном палеозой), высших споровых (верхний палеозой), голосеменных и покрытосеменных (от мезозоя — голосеменные и от мелового — по­крытосеменные, получившие мощное развитие, начиная с кайнозоя).
Лекция 2.

Цитология. Ее задачи.

Светооптический анализ — изучение микроскопической структуры тонких срезов, пленок, тканей или мазков исследуемого объекта в проходящем свете при увеличении от 56 до 1800 раз.

Электронная микроскопия — при увеличении в 100—200 тыс. раз и больше на флуоресцирующем экране или фотопленке макромолекулярные исследования структур размером 1,5 нм².

Фазово-контрастная микроскопия (в оптическом микроскопе со специальной насадкой) — изучение структуры компонентов клетки с одинаковым показателем преломления.

Метод культуры тканей — изучение структуры и жизнедеятель­ности живых клеток, выращенных в питательной среде вне организма.

Цитохимический, позволяющий выявить присутствие различных веществ: белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов, гормонов, витаминов и др

Микроскопическая хирургия, например извлечение из клетки ядра.

2. История изучения клетки. Представления о клетке появились в связи с изобретением микро­скопа. Это великое изобретение было сделано в 1609 г. и принад­лежит Галилео Галилею. Микро­скоп был создан на базе подзорной трубы (телескопа), изобретенной всего годом ранее этим же ученым. Прототип современного оптического микроскопа быстро совершенствовался в направлении увеличения разрешающей способности. Разрешающая способность светового микроскопа равна 0,25 мкм, т. е. превышает таковую нормального человеческого глаза в 400 раз.

С последней трети XVII в. свыше 50 лет публиковался обширный научно-экспериментальный материал замечательного голландского ученого-самоучки А. Левенгука. В этих публикациях, особенно в книге «Тайны природы» (1696), была изложена целая серия выдающихся открытий, в частности о клеточном строении животных, о микроскопических одноклеточных водорослях, о хлоропластах, сперматозоидах, красных кровяных тельцах.

Только в XIX в., наконец, основное внимание исследователей привлекает содержимое клетки, ее органеллы. Многочисленные факты клеточного строения организмов растений и животных наблюдали многие исследователи. Ученые того времени не смогли подняться до обобщения наблюдаемых фактов. Такое крупное обобщение — величайшую теорию века — теорию клеток сформулировал Т. Шванн (1839). Его заслуга состоит прежде всего в том, что в большом разнообразии клеток он увидел их общность, их единообразие. Именно это и явилось мотивом всеобщего закона строения и развития живой материи. Суть этой теории можно выразить в трех основных положениях: 1) клетка выдвигается в качестве элементар­ной структурной единицы, основного строительного материала, тела всех живых существ — как растений, так и животных; 2) новые клетки образуются только из других клеток; 3) клетки растений и животных являются самостоятельными, гомологичны друг другу по своему развитию, но бывают аналогичны по выполняемой функции. Деление же клеток было обна­ружено значительно позднее. Честь этого великого открытия справедливо принадлежит известному немецкому цитологу В. Флеммингу (1879—1882). Более точно формулировал клеточную теорию немецкий медик и биолог Рудольф Вирхов (1858). Это ему принадлежит постулат «каждая клетка возникает от клетки».

Развитие наших знаний о клеточном строении растений и штурм недр клетки свершались на базе светового микроскопирования. Но разрешающая способность светового микроскопа достигла предела и остановилась на уровне 0,2 мкм. Все трудности исчезли с изобретением электронного микроскопа. В нем вместо пучка света, который проходит через изучаемый препарат при световом микроскопировании, по трубке к препарату устремлен пучок электронов. Современные электронные микроскопы позволяют увеличивать тонкие структуры клетки до 100 000 раз и больше, а при необходимости, до миллиона раз.

Можно утверждать, что эндоплазматическая сеть—действительно особая органелла клетки универсального зна­чения. Она осуществляет такие функции: 1) связь с ядром и со смежными клетками через плазмодесмы; 2) поглощение веществ и транспортировку их; 3) участие в процессах синтеза.

Хлоропласты встречаются у всех зеленых растений, начиная от водорослей и до цветковых включительно. У высших растений хлоропласты имеют приблизительно одинаковую форму: округлую или овальную, чаще форму двояковыпуклой линзы. Хлоропласты водорослей, называемые хроматофорами, отличаются разнообразием как по величине, так и по форме. Число хлоропластов в одной клетке от 1 до 36.

Функции хромопластов еще в значительной мере остаются неясны­ми. Можно лишь предполагать, что они выполняют роль своеобразного светофильтра для хлоропластов в процессе фотосинтеза. Участие хромопластов в окраске лепестков имеет косвенное значение в при­влечении насекомых-опылителей. Яркие плоды, окрашенные каротиноидами, хорошо поедаются птицами и животными — распространите­лями семян.

Ядро открыто Робертом Броуном в 1831 г. Форма ядер, так же как и размеры, исключительно разнообразна. Обычно в клетке одно ядро, в клетках грибов чаще два, клетки же некоторых водорослей и низших грибов многоядерные. Ядро находится в центре наиболее жизнедеятельной части клетки — в цитоплазме, где оно обычно окружено митохондриями.

В ядре различают следующие компоненты: 1) ядерную оболочку, 2) ядерный сок, 3) хромосомы; 4) одно иногда несколько ядрышек.

Ядерная оболочка. Она состоит из двух мембран, разделенных перинуклеарным пространством. Наружная мембрана контактирует с мембранами эндоплазматической сети.

Хромосомы. Хромосомами называют нитчатые структуры, хорошо видимые в оптический микроскоп во время митоза. Для основной массы клеток данного вида характерно определенное число хромосом. Число хромосом в клетках тела организма обычно диплоидное. Оно образуется после слияния двух половых клеток, в кото­рых всегда бывает половинное— гаплоидное число хромосом.

Ядрышки. Это постоянный компонент ядра. Размеры и число их более или менее постоянны для разных видов растений и типов клеток. форма ядрышка приблизительно шаровидная, границы не отчетливы, так как ядрышки не окружены особой мембраной и находятся в непосредственном контакте с кариолимфой.

Ядрышки выполняют ответственную генетическую функцию, связанную с синтезом рибосомной рибонуклеиновой кислоты, белков, а также с образованием рибосом, которые затем перемещаются из ядра в цитоплазму.