Растительный мир необычайно многолик. Миллионы растений окружают нас практически в любом уголке планеты. Сегодня мы начнем погружаться в мир этих удивительно разнообразных организмов.

Наиболее полезно изучать принципы строения и жизнедеятельности различных систематических категорий в сравнении: в чем проявилось усложнение в организации первых наземных растений по сравнению с водорослями, что отличает мхи от папоротников, какое преимущество дало растениям образование семени и так далее. Это, с одной стороны, позволит вам с легкостью ориентироваться в вопросах, связанных с историческим развитием растительного мира на Земле, а с другой – даст ключи для поиска признаков той или иной категории. Например, мхи гораздо проще охарактеризовать, если знать, что они более развиты, чем водоросли, но более примитивны по сравнению с папоротникообразными. Таким образом, вы устанавливаете для себя определенную «зону поиска» нужного признака и уменьшаете вероятность ошибки.

Основные признаки растений

Растения выделяют в отдельное Царство, так как все организмы из этой группы обладают существенными отличительными признаками, которыми в совокупности не обладают ни Грибы, ни Бактерии, ни Животные.

Перечислим основные особенности растительных организмов:

1. растения – автотрофные фотосинтезирующие организмы
2. клетки растений имеют плотную клеточную стенку из целлюлозы
3. запасным питательным веществом у растений является крахмал
4. необходимые вещества (воду, минеральные соли) из окружающей среды растительные клетки получают путем осмоса
5. размножаются с помощью спор и семян (есть и другие способы размножения, но они характерны не только для растений)
6. неограниченный рост в течение жизни (у большинства растений)
7. прикрепленный образ жизни (у большинства растений)
8. закономерная смена полового и неполового поколений – гаметофита и спорофита (у большинства растений).

Как видите, обязательными для всех растений являются первые пять признаков, еще три – это дополнительные критерии, которые характерны для большинства (но не для всех) растений.

В настоящее время насчитывается более 300 тысяч видов Растений, которые относятся к 7 основным отделам, разделенным на две группы: Споровые (Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные, Псилотовидные, Папоротниковидные) и Семенные (Голосеменные, Покрытосеменные). Еще один отдел – Риниофиты – полностью исчез с лица Земли.

Отдельно рассматривают группу Водорослей – их относят к низшим растениям, так как их строение существенно отличается от строения высших.

Лишайники, как организмы, представляющие собой симбиоз зеленой водоросли и гриба, также традиционно рассматриваются в курсе ботаники.

Не удивляйтесь, что на представленной выше схеме отсутствует отдел Псилотовидные. Он включает в себя всего 12 видов, и, следовательно, не рассматривается в рамках школьной программы и не встречается на экзамене. Единственное, что вы должны о них знать – это то, что именно представители этого отдела (Псилофиты) являются одними из первых растений, освоившими наземную среду обитания.

Строение растительной клетки

В уроке «Строение клетки» вы уже ознакомились с принципами строения и функционирования органоидов эукариотической клетки. Растения относятся к эукариотам, но, как мы уже сказали выше, имеют свои особенности. На представленной ниже картинке вы можете их увидеть – они выделены зеленым цветом. Черным цветом обозначены органеллы, присутствующие в практически любой эукариотической клетке.

Важно не только понимать, какие органоиды есть в той или иной клетке, но и знать, в чем заключается их функция. Если вы чувствуете, что недостаточно хорошо помните строение или функцию того или иного органоида – вернитесь к теории по прошлому уроку и повторите ее.

Водоросли

Характерной особенностью водорослей является то, что их тело не расчленено на ткани и органы, а представлено талломом (или слоевищем). Именно поэтому водоросли относятся к низшим растениям.

Изучим более подробно этих представителей растительного мира. Водоросли включают в себя около 25-30 тысяч видов. В соответствии с основной классификацией они делятся на Зеленые, Бурые и Красные водоросли. Это деление основано на различиях в строении таллома, разном наборе фотосинтезирующих пигментов и запасных веществ, а также особенностях размножения и жизненного цикла.

Наиболее существенно на место обитания водорослей влияет характер пигмента, участвующего в фотосинтезе.

Зеленые водоросли – самая распространенная группа - содержат зеленые и оранжевые пигменты, они способны улавливать ультрафиолетовые лучи, распространяющиеся на суше и сквозь сравнительно небольшую толщу воды. Поэтому зеленые водоросли в основном можно встретить в пресных и соленых водоемах, в сырой почве, а также на коре деревьев. Зеленые водоросли вступают в симбиоз с грибами, образуя лишайники.

Бурые водоросли содержат помимо зеленых и оранжевых еще и бурый пигмент, который способен улавливать спектр лучей, проходящий в более глубокие слои воды. Поэтому в основном эти водоросли живут на дне морей.

Красные водоросли имеют зеленый, оранжевый, красный и синий пигменты. Эти пигменты способны поглощать свет, проникающий сквозь значительную толщу воды, поэтому они могут обитать на дне морей, причем на еще большей глубине по сравнению с бурыми водорослями. Поскольку большой пласт воды оказывает на растения значительное давление, их клеточная стенка модифицировалась в процессе эволюции: в ней появились такие прочные вещества, как карбонаты кальция и магния. Таким образом, мы видим, что все организмы адаптируются к среде обитания: малое количество света и большое давление воды привело к появлению у красных водорослей новых, более чувствительных фотопигментов и более прочной, устойчивой к давлению, клеточной стенки.

Строение клеток водорослей

Строение клетки водоросли в целом схоже со строением растительной клетки, однако она имеет свои особенности. Пожалуй, главной отличительной чертой водорослевой клетки является организация фотосинтезирующего пигмента не в виде хлоропласта, а в виду специального образования – хроматофора, который может иметь самую замысловатую форму в зависимости от типа пигмента и вида самой водоросли. Ниже представлено строение нитчатой водоросли спирогиры. Слева – схематичный рисунок, справа – фотография микропрепарата реальной спирогиры.

Хоть тело водорослей и не разделено на ткани и органы, они отличаются большим морфологическим многообразием: бывают одно- и многоклеточными, а также колониальными. Колониальный организм отличается от многоклеточного тем, что в многоклеточном клетки дифференцируются по функциям (хотя бы частично), в колонии же каждая клетка в основном является практически самостоятельным организмом.

Строение многоклеточных водорослей соответствует среде их обитания. Ниже представлены особенности, характерные для растения, живущего в воде.

1. Наличие целлюлозно-пектиновой оболочки позволяет водорослям сочетать прочность с возможностью интенсивного роста и высокой проницаемостью. Как мы уже говорили, иногда в клеточной стенке появляются различные включения: минеральные соли увеличивают прочность водоросли, способствуют обеспечению нормальной жизнедеятельности в условиях высокого давления водных масс. У водорослей, живущих в полосе отлива и часто подвергающихся дефициту влаги, клеточная стенка пропитывается специальными органическими веществами – лигнином и кутином, препятствующими излишней потере влаги.

2. У бентосных (донных) водорослей слоевище прикрепляется к дну с помощью ризоидов или базального диска. Это приспособление позволяет им не отрываться от субстрата во время прибоя и при ударах волн.

3. Таллом водоросли обычно не сплошной, а разделенный – это помогает водоросли снизить сопротивление толщи воды.

4. Адаптацией к изменению спектра света, доходящего до глубин океана, стало формирование новых фотосинтезирующих пигментов, а также увеличение числа пигментов в клетке по мере роста глубины.

5. Таллом водоросли достаточно часто бывает покрыт слизью, которая удерживает воду внутри водоросли, препятствует излишней ее потере.

6. Внутри водоросли часто можно заметить воздушные пузырьки, которые помогают им удерживать вертикальное положение в воде.

7. Размножение водорослей обычно происходит в период прилива. В это время споры и гаметы выходят из тела растения и дают начало новым водорослям. Молодые особи начинают свое развитие практически сразу же, чтобы не быть унесенными в море во время отлива.

Для водорослей характерно как половое, так и бесполое размножение. При половом размножении водоросли образуют гаметы, отличающиеся большим разнообразием: у некоторых видов они подвижные, у некоторых – нет, у некоторых мужская и женская гамета различаются по внешнему виду, у других – они схожи друг с другом. При бесполом размножении водоросли размножаются спорами или частями таллома. У многих водорослей происходит планомерное чередование полового и бесполого поколения. Иногда спорофит и гаметофит – разные особи, живущие в разное время и часто даже в разном месте, а иногда одна и та же особь может продуцировать то споры, то гаметы – в зависимости от времени года и условий окружающей среды.

Экология водорослей

Водоросли – самая древняя группа растений на Земле. Они обитают как в воде, так и на суше – во влажной почве, на коре деревьев. Также они способны вступать в симбиоз с грибами и образовывать лишайники. Бурые водоросли вместе с кораллами формируют океанические острова.

Водоросли являются началом цепей питания, так как способны улавливать энергию света и превращать ее в энергию химических связей в органических веществах, которые являются пищей для животных, начиная простейшими и заканчивая млекопитающими. Не менее важной функцией водорослей является обогащение воды кислородом, который они выделяют в процессе фотосинтеза. Без кислорода в воде не смогли бы дышать ни животные, ни сами растения. (Здесь хочется напомнить, что дыхание – это процесс, в ходе которого все живые организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ, при этом кислород используется для синтеза энергии для реализации абсолютно всех процессов жизнедеятельности. Не следует путать понятия «дыхание» и «фотосинтез», они не взаимоисключающие, более того - растения способны и дышать, и фотосинтезировать. Более подробно о биологии этих явлений мы поговорим в уроке «Обмен веществ»). Водоросли поставляют многим животным среду для обитания: в толще их разветвленного таллома часто живут многие беспозвоночные, а также молодь рыб и земноводных.

Человек также активно использует водоросли: их возделывают в крупных масштабах для получения ценных пищевых добавок в животноводстве, в промышленности из водорослей извлекают соли калия, йод, бром и другие вещества, морская капуста (ламинария) имеет пищевое, диетическое и кормовое значение. Агар-агар, получаемый из некоторых бурых водорослей, используется в пищевой промышленности и в лабораториях.

Важно понимать, что загрязнение водоемов (сбрасывание нечистот, химических отходов, металлического лома, гниющей древесины и других вредных для водоема компонентов) ведет к нарушению равновесия имеющихся в нем условий, оптимальных для жизнедеятельности водорослей: процессы гниения требуют привлечение большого количества кислорода, поэтому доля растворенного в воде О2, пригодного для использования растениями, значительно сокращается (они не могут дышать и, следовательно, и синтезировать энергию), при растворении различных химических веществ рН воды изменяется, в ней формируются опасные соединения, также возможно развитие вредных бактерий (для которых такая среда, наоборот, является привлекательной). Все это неизбежно ведет к гибели растений и животных, вымиранию водоема.

Лишайники

Лишайники – симбиотические организмы, сочетающие в себе зеленую водоросль (иногда – цианобактерии) и гриб.

Такое сожительство подразумевает взаимную выгоду. Растение, будучи автотрофом, поставляет гетеротрофу-грибу необходимые ему органические вещества. Гриб, способный поглощать из почвы воду и минеральные вещества, отдает часть их водоросли. Кроме того, он защищает водоросль от высыхания, обеспечивая ее необходимой для жизни средой.

Такое строение лишайника позволяет ему существовать в различных (даже крайне неблагоприятных) условиях и получать питание из воздуха, атмосферных осадков, влаги росы и тумана, и даже из частиц пыли, осевших на слоевище. Их можно встретить даже на голых скалах и камнях, на черепице домов, и в других тяжелых для жизни условиях.

Тело лишайника представлено слоевищем. Обычно они имеют серый, реже – светлый или бурый цвет. Растут они крайне медленно, и их возраст достигает иногда сотен лет. По внешнему виду лишайники делят на накипные, листоватые и кустистые. Накипные лишайники являются наиболее просто организованными и формируют 80-90% всех видов.

Наиболее распространенный способ размножения у лишайников – вегетативный (частями слоевища).

Экология лишайников

Жизнедеятельность лишайников очень интересна. С одной стороны, лишайники очень чувствительны к загрязнениям воздуха, поэтому их не встретишь в черте города или в промышленной зоне, и их называют «индикаторами чистоты», с другой стороны – лишайники могут расти там, где не могут существовать никакие другие растения, поэтому их называют «пионерами растительности». Лишайники играют очень важную роль в почвообразовании, так как они способны выделять различные кислоты, расщепляющие непригодный для жизни субстрат, и перерабатывать его в почву. Таким образом, вместе с бактериями, грибами и другими водорослями они создают условия для жизни других, более развитых организмов, в том числе растений и животных.

Для человека интересны кормовые лишайники (например, ягель) – он служит пищей для оленей, косулей, маралов. Некоторые виды лишайников используются в пищу самим человеком. Также лишайники использует парфюмерная, химическая и фармацевтическая промышленность.