Основы систематики и классификации растений. Особенности растительной клетки

На этой странице Вы узнаете

• Кого и куда раскладывают кладисты?
• Как легко выучить строение хлоропласта, готовя блинчики? 
• Почему перевёрнутое семя всегда вырастает корнем вниз, а листьями вверх? 
• Что заставляет растения становиться хищниками или паразитами?

Жизнь на нашей планете поражает огромным разнообразием форм: живые объекты могут достигать до 100 метров в длину или быть микроскопическими, обитать в организменной, водной, почвенной и воздушной средах… Суммарное число видов на планете составляет порядка 7–10 миллионов! Как же выглядит система органического мира? Об этом читайте далее.

Основы систематики

Какими признаками должна обладать удобная система живого мира? 

Хорошая классификация – та, которая отражает родство организмов и не взрывает мозг запутанными связями. В такой системе удобно отмечать возникновение новых видов, по ней можно определить общие признаки для разных групп организмов.

Ниже представлена систематика, отражающая родственные связи организмов. Она похоже на пышное дерево. Чем ближе находятся ветви, тем более близкими родственниками они являются. Например, амфибии гораздо ближе к рыбам, чем рептилии – у них будет больше общих черт строения.

Кого и куда раскладывают кладисты? Систематика (кладистика) – наука, изучающая филогению и соподчинённость таксонов в биологии. Такое название этот раздел биологии получил неспроста: кладистика будто “раскладывает по полочкам” все организмы, показывая, кто от кого произошел.

Чтобы не путаться в терминах:

Филогения – историческое развитие видов. 

Таксон – систематическая категория, объединяющая какую-то группу организмов на основе общих признаков. В математике есть похожее понятие – “множество”. 

Как выделять таксоны? Мы можем сказать, что амёба относится к подцарству Простейшие, так как её тело состоит из одной клетки. В этом примере таксоном (или множеством) будет “подцарство Простейшие”, организмом – амёба, а признаком – одноклеточность.

Все ныне существующие организмы принадлежат к двум главным систематическим категориям – империям: 

• Клеточные,
• Неклеточные. 

К неклеточным формам жизни относятся только вирусы, так как до попадания в организменную среду они не проявляют никаких свойств живого (наследственности, изменчивости и других).

Империя Клеточные состоит из двух надцарств: 

• Прокариоты,
• Эукариоты. 

К прокариотам относятся только бактерии, к эукариотам: растения, животные и грибы.

Прокариоты – доядерные организмы, в клетках которых отсутствуют мембранные органоиды. 

Для прокариот свойственно наличие нуклеоида, рибосом размера 70S. Подробнее о прокариотах и их признаках можно прочитать в статье «Царство бактерии».

Эукариоты – ядерные организмы, для которых характерно наличие в клетках мембранных органоидов, оформленного ядра и рибосом размера 80S. 

Приставка “эу-” означает “настоящий”. Таким образом, эукариоты – настоящие ядерные организмы, eumatazoa – настоящие животные.

Все эукариотические организмы относятся к трём царствам: Растения, Животные и Грибы. При этом представители каждого царства обладают определёнными признаками – критериями, по которым их можно отнести именно к этой систематической категории.

Положение растений в системе органического мира

Растения – автотрофные эукариотические организмы, обладающие способностью к фотосинтезу и имеющие в клетке пластиды, вакуоли с клеточным соком, целлюлозную клеточную стенку.

Изучению растений посвящена ботаника. Современная ботаника – это наука, изучающая строение, жизнедеятельность, распространение растений и их взаимодействие с окружающей средой. 

Давайте познакомимся поближе с представителями этого удивительного царства. И начнем мы со строения растительной клетки. 

Особенности растительной клетки

Растения являются эукариотами. Так же как и в животных клетках, в клетках растений есть ядро и цитоплазма, которые окружены клеточной мембраной и клеточной стенкой. В свою очередь в цитоплазме есть специфические структуры – органоиды, выполняющие определенные функции. 

Что будет отличать растительную клетку от животной?

1. Клеточная стенка

Клеточная стенка растений образована целлюлозой. За счет этого она очень плотная и способна пропускать только низкомолекулярные вещества. К низкомолекулярным веществам относятся легкие некрупные молекулы, такие как вода (H₂O), кислород (O₂), углекислый газ (CO₂).

2. Пластиды

Растительная клетка содержит в себе уникальные органоиды – пластиды. Они имеют 2 мембраны. 

Выделяют три вида пластид:

• Хлоропласты – зеленые пластиды. Они осуществляют процесс фотосинтеза и содержат хлорофилл.

Как легко выучить строение хлоропласта, готовя блинчики? Чтобы запомнить строение хлоропласта, можно воспользоваться интересной ассоциацией: — Тилакоид  похож на блинчик (тиЛАКОид – ЛАКОмство, 1 лакомство – 1 блинчик); — Грана –  стопка блинчиков; — Строма – варенье, в котором плавают блинчики (СТРОма – STRAWberry, если мы допустим, что варенье будет клубничным).

• Хромопласты – красные или оранжевые пластиды. Они обеспечивают окраску цветков и плодов.

• Лейкопласты – бесцветные пластиды, накапливающие в себе крахмал.

Разные пластиды могут взаимопревращаться друг в друга, когда меняется сила освещения. Ниже представлена схема преобразований пластид. 

3. Центральная вакуоль

Центральная вакуоль – это одномембранный органоид, заполненный клеточным соком. 

Она имеет очень большие размеры и часто даже оттесняет ядро к стенке клетки. 

Функция центральной вакуоли – запасание питательных веществ. Таким образом, вакуоль – это своеобразный “холодильник” клетки. Там она хранит воду и питательные вещества, чтобы в голодные времена достать их и обеспечить себя энергией. 

Мы рассмотрели особенности растительных клеток, но помним: их мы можем увидеть только в микроскоп. Как же отличить растение от животного, не имея под рукой увеличительного прибора? 

4. Неспособность к активному движению 

В отличие от животных организмов, растения не способны к активному перемещению в пространстве, однако они могут осуществлять незначительные движения. К ним относятся тропизмы и настии.

Тропизмы – медленные и постепенные ростовые движения растений, вызываемые односторонне действующим раздражителем. 

Таким раздражителем может служить солнечный свет, реакция на него будет называться “фототропизмом”. Различают положительный (например, поворот листовых пластинок к солнцу) и отрицательный (от солнца) фототропизмы. 

Почему перевёрнутое семя всегда вырастает корнем вниз, а листьями вверх? Ответ прост: проявляется геотропизм – рост корня по направлению к центру Земли, а побега – от центра планеты. Раздражителем в этом случае выступает земное притяжение. Именно за счёт этого явления, хаотично брошенное в субстрат семя всегда прорастает побегом “вверх”, а корнем – “вниз”.

Настии – более резкие и быстрые, чем тропизмы, (но не ростовые!) движения, вызываемые также внешними раздражителями. 

Примеры настий в природе: открытие и закрытие цветков при температурных изменениях, реакция на наступление темноты, складывание листочков мимозы в ответ на прикосновение.

5. Автотрофное питание 

Большинство растений являются автотрофами. Они самостоятельные ребята, которые могут сами себя прокормить при помощи фотосинтеза. 

Существуют, однако, и гетеротрофные растения-паразиты. Обычно это низкорослые травы или лианы, которые недостаточно высокие для того, чтобы улавливать достаточное количество солнечных лучей. Поэтому они паразитируют на более приспособленных растениях и питаются чужими органическими веществами. 

К гетеротрофам относится, например, петров крест. Он поселяется на корнях древесных растений и питается ими. Растение совсем не фотосинтезирует, поэтому ему не нужны хлоропласты.

Что заставляет растения становиться хищниками или паразитами? Если живешь в почве, бедной минеральными элементами, то приходится добывать их по-другому. Например, питаться мелкими беспозвоночными животными или паразитировать на них. Клетки животных организмов богаты белком, который содержит много азота, полезного для растений. У растений-охотников развиваются различные приспособления для ловли добычи: например, листья-ловушки и листья-липучки. Таким образом, в клетках растений присутствуют клеточная стенка, пластиды и центральная вакуоль. Они неспособны к активному движению, неограниченно растут в течение всей жизни и в основном питаются автотрофно. Лист венериной мухоловки Тип питания таких растений называется “миксотрофным” – это “микс” из автотрофного и гетеротрофного типов поглощения веществ. Органические вещества хищники синтезируют сами, а минеральные добывают при расщеплении белков добычи.

Таким образом, в клетках растений присутствуют клеточная стенка, пластиды и центральная вакуоль. Они неспособны к активному движению, неограниченно растут в течение всей жизни и в основном питаются автотрофно.

Классификация и систематика растений

Для того, чтобы правильно указать систематическое положение какого-либо растения, необходимо последовательно назвать следующие таксоны: 

Царство → Подцарство → Отдел → Класс → Порядок → Семейство → Род → Вид.

Например, мы хотим расписать систематическое положение Ландыша майского. Оно будет выглядеть примерно так:

• Царство Растения,
• Подцарство Высшие растения,
• Отдел Покрытосеменные,
• Класс Однодольные,
• Порядок Лилиецветные,
• Семейство Лилейные,
• Род Ландыш,
• Вид Ландыш майский.

Важно знать! Систематические категории Отдел и Порядок встречаются только в систематике растений. У животных им соответствуют Тип и Отряд.

Подцарства растений

Царство растения разделяют на два подцарства: 

• Высшие растения,
• Низшие растения.

Низшие растения не имеют органов и тканей. Их тело (слоевище или таллом) в большинстве случаев содержит однотипные клетки. К этой группе растений относятся водоросли. 

У высших растений тело разделено на органы: корень, стебель, лист. Эти органы образованы разными тканями. 

Высшие растения разделяют на две группы: 

• Споровые – те, кто расселяется при помощи спор. К ним относят отделы Мохообразные и Папоротникообразные.
• Семенные – те, кто расселяется при помощи семян. К ним относят отделы Голосеменные и Покрытосеменные.

Подробнее о семенных и споровых растениях можно прочитать в статьях «Споровые растения» и «Семенные растения».

Жизненные формы растений

Выделяют 4 основные жизненные формы растений: травы, кустарнички, кустарники и деревья. 

• Травы, или травянистые растения, – это растения с ежегодно отмирающими зелёными надземными побегами. 

Примеры травянистых растений: ромашка, василек, ландыш, горох. 

• Кустарнички – низкорослые многолетние растения с одревесневшими стволами, высотой до 40 см. 

Примеры: черника, клюква, вереск, брусника, тимьян.

• Кустарники – растения с многочисленными невысокими одревесневшими стволами, обычно живут не более 10–20 лет. 

Примеры: боярышник, калина, смородина, малина. 

• Древесные растения – это многолетние растения с одним крупным одревесневшим стволом. 

Примеры: ель, яблоня, дуб, пальма. 

Фактчек

• Систематика (кладистика) – наука, изучающая филогению и соподчинённость таксонов в биологии.
• Таксон – систематическая категория, объединяющая какую-то группу организмов на основе общих признаков. В математике есть похожее понятие – “множество”. 
• Растения – автотрофные эукариотические организмы, обладающие способностью к фотосинтезу и имеющие в клетке пластиды, вакуоли с клеточным соком, целлюлозную клеточную стенку.
• Низшие растения не имеют органов и тканей. Их тело (слоевище или таллом) в большинстве случаев содержит однотипные клетки. 
• У высших растений тело разделено на органы: корень, стебель, лист.
• У растений выделяют 4 основные жизненные формы: травы, кустарнички, кустарники и деревья. 

Проверь себя

Задание 1.
Какой жизненной формой представлена черника?

1. трава
2. кустарничек
3. кустарник
4. дерево

Задание 2.
Почему водоросли относят к низшим растениям?

1. их численность слишком мала
2. они не приспособлены к условиям обитания
3. их тело не имеет тканей и органов
4. они приближаются к биологическому регрессу

Задание 3.
Какой категории нет в систематике растений?

1. вид
2. отдел
3. семейство
4. тип

Задание 4.
Выберите отличительную черту растительной клетки.

1. наличие центриолей клеточного центра
2. продукт белкового обмена – мочевина
3. наличие центральной вакуоли
4. муреиновая клеточная стенка

Задание 5.
Выберите неверный вариант взаимопревращения пластид.

1. лейкопласт → хлоропласт
2. хлоропласт → лейкопласт
3. хромопласт → хлоропласт
4. протопластида → хромопласт

Задание 6.
Выберите тезис, в котором указано проявление положительного геотропизма.

1. поворот листовых пластинок к солнцу
2. поворот листовых пластинок от солнца
3. рост корня к центру Земли
4. рост побега от центра Земли

Ответы: 1 – 2; 2 – 3; 3 – 4; 4 – 3; 5 – 3; 6 – 3.