В прошлые века все живые существа считались либо растениями, либо животными. Животные растут лишь до тех пор, пока не станут взрослыми; они передвигаются, заглатывают пищу и дышат. Растения не передвигаются; считалось, что они не дышат, не питаются и могут расти неограниченно долго. Исходя из этих соображений, вновь открытые группы организмов относили либо к растениям, либо к животным. Так, грибы и бактерии стали считаться растениями, а простейшие — животными.
Постепенно знания человечества в области биологии все более расширялись. Были открыты организмы, которые трудно отнести к животным или растениям, — например, хламидомонада. Выли также установлены принципиальные отличия в строении и химическом составе клетки большинства зеленых растений, с одной стороны, и бактерий и грибов — с другой.
К середине XX века традиционное деление живого на два царства — растений и животных — практически устарело, но по традиции все группы организмов, ранее относившиеся к растениям, изучаются в курсе ботаники.
Клетка — основная структурная единица тела растения. В ней различают, целлюлозную оболочку, живое содержимое, представленное цитоплазмой с ядром, пластидами, и вакуоль, заполненную клеточным соком. Каждая живая клетка растения постоянно питается, дышит, растет, то есть осуществляет обмен веществ и энергии. Новые клетки образуются путем деления материнских клеток. Клеточное деление обеспечивает рост отдельных органов растения и увеличение всей его массы. Связь клеток с внешней средой и между собой обеспечивается благодаря избирательной проницаемости их оболочек и движению цитоплазмы клеток.
В состав клеток растения входят органические и неорганические вещества. Среди органических веществ главная роль принадлежит углеводам, белкам и жирам. К неорганическим веществам растения относятся вода и минеральные соли. Клетки различаются между собой по форме, размерам, строению и выполняемым функциям.
Корень — осевой вегетативный орган листостебельного растения, выполняющий функцию почвенного питания и закрепления растения на земле. Различают главный, боковые и придаточные корни. Главный корень развивается из зародышевого корешка семени. Корни, которые возникают на стебле или листе, называются придаточными. Боковой корень — это ответвление любого корня: главного, бокового или придаточного. Корни нарастают верхушкой, защищенной корневым чехликом. За зоной роста располагается небольшая зона всасывания, наружные клетки которой имеют корневые волоски. Наибольшую часть корня составляет зона проведения. Совокупность всех корней растения составляет корневую систему. Различают стержневую и мочковатую корневые системы. Стержневая корневая система имеет хорошо выраженный главный корень, она встречается в основном у двудольных растений. Мочковатая корневая система характерна в основном для однодольных растений. В этой системе главный корень в массе придаточных корней не выделяется. На корнях многих растений образуются придаточные почки, из которых развиваются над земные побеги (корневые отпрыски). У ряда растений образуются корнеплоды, корни- прицепки, воздушные корни и т. п.
Побег — вегетативный орган растения, состоящий из стебля с расположенными на нем листьями и почками. Каждый побег развивается из почки. Почка — зачаточный побег, в ней различают зачаточный стебель с конусом нарастания и зачаточные листья. Места прикрепления к побегу листьев и почек называются узлами. Расстояния между узлами на побеге называют междоузлиями. Побеги различаются между собой по длине междоузлий (укороченные и удлиненные), направлению роста и положению в пространстве (прямостоячие, ползучие, вьющиеся и др.). Существуют видоизмененные побеги: надземные — колючки, усики — и подземные — корневище, клубень, луковица и т. п. Они приспособлены к выполнению специальных функций — размножения, отложения запасов питательных веществ, защиты от поедания животными и др.
Цветки, плоды и семена — генеративные органы растения. Цветок — это видоизмененный побег, служащий для семенного размножения цветковых (покрытосеменных) растений. В нем происходит образование половых клеток (гамет), опыление, оплодотворение, развитие зародыша и формирование плода с одним семенем или множеством семян.
Особенности строения цветка обеспечивают осуществление всех этих функций с наименьшими затратами пластических веществ и энергии. Цветки очень разнообразны по своей форме, окраске и размерам, однако большинство из них имеет одинаковые части, отличающиеся большим сходством. Снаружи располагается околоцветник, который защищает внутренние части цветка от различных внешних воздействий и служит для привлечения опылителей. Форма, окраска и размеры околоцветника очень разнообразны. Внутри расположены главные части цветка — пестик и тычинки, в которых и происходит образование женских и мужских половых клеток, или гамет. Женская половая клетка находится внутри семяпочки, расположенной в завязи пестика.
Цветковые растения (покрытосеменные) — самый обширный отдел растительного мира, к которому относится больше половины всех видов растений на Земле. Покрытосеменные характеризуются рядом четких признаков, отличающих только эту группу растений. Важнейшей отличительной особенностью является наличие у них пестика и развивающегося из него плода. Пестик образуется в результате смыкания краев одного плодолистика или в результате срастания нескольких плодолистиков. Расширенная нижняя часть пестика — завязь — представляет собой замкнутое полое вместилище, в котором находятся семязачатки. Характерной особенностью является также наличие рыльца — органа, улавливающего пыльцу и обеспечивающего прорастание пыльцевых зерен. После оплодотворения завязь разрастается и постепенно превращается в плод, а семяпочки развиваются в семена, скрытые внутри плода, почему растения и получили название — покрытосеменные. Отличительным признаком покрытосеменных является также наличие у них цветка, снабженного околоцветником, в связи с чем их называют цветковыми.
Зеленые растения, создающие органическое вещество из неорганических, являются источником основных продуктов питания и кормов для домашних животных и человека, а также важнейшим сырьем для легкой, пищевой, химической и других видов промышленности.
Из большого видового состава растений в настоящее время человеком используется более 2000 видов, что составляет менее 10% от известных ботаникам высших растений. Наибольшее число видов культурных растений произрастает в субтропиках и тропиках. Здесь можно встретить растения 69 семейств, тогда как в умеренной зоне — только 18—20.
Еще в каменном веке началось бессознательное окультуривание различных диких растений. Поняв их пользу, человек стал разводить растения вблизи своего жилища. Большинство современных овощных, зерновых и плодовых растений были окультурены за несколько тысячелетий до нашей эры. Наиболее древними культурами считают пшеницу, кукурузу, банан, кокосовую пальму, ячмень, бобы, лук, рис, картофель, горох, сахарный тростник — их возделывают уже более 8000 лет.
Водоросли — низшие растения, обитающие преимущественно в воде, а также на сырой почве, камнях и стволах деревьев. Среди водорослей встречают- одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы. Тело многоклеточных водорослей не имеет настоящих корней, стеблей и листьев и называется слоевищем (талломом). Одноклеточные водоросли — микроскопические организмы, а размеры многоклеточных водорослей могут достигать десятков метров.
Общим свойством всех водорослей является наличие у них хлорофилла. Кроме хлорофилла водоросли могут содержать и другие пигменты (фукоксантин, фикоэритрин, фикоциан, ксантофилл, каротин), придающие им бурую, желто-зеленоватую, красную окраску, маскирующую основную зеленую. Пигменты, расположенные в хромато- форах клеток водорослей, участвуют в фотосинтезе и обеспечивают существование водорослей на значительных глубинах.
Мхи, плауны, хвощи и папоротники относятся к споровым растениям. Их называют еще высшими растениями, так как они имеют стебли, листья, настоящие корни или корнеподобные образования — ризоиды. У высших споровых растений выработалось много различных приспособлений для жизни в условиях суши.
В жизненном цикле всех высших споровых растений происходит чередование двух поколений — полового (гаметофит) и бесполого (спорофит). Спорофит постепенно занимает в жизненном цикле споровых растений преобладающее положение над гаметофитом. Только мхи представляют собой исключение среди споровых растений, так как у них в жизненном цикле значительного развития достигает половое поколение, а спорофит существует за счет него, то есть паразитирует на гаметофите.
К голосеменным относится около 700 видов деревьев, кустарников, лиан. Они возникли около 400 миллионов лет назад — в палеозойскую эру.
Главной особенностью этих растений является размножение с помощью семян. Семена развиваются из семязачатков (семяпочек) и лежат открыто (голо) на чешуях женских шишек. Отсюда и название — голосеменные.
Другая особенность голосеменных растений — полная независимость процесса оплодотворения от присутствия воды благодаря появлению пыльцевой трубки, по которой мужские гаметы движутся к женской. Современные виды, несмотря на их небольшое число, распространены по всему земному шару, а в Северном полушарии образуют огромные массивы хвойных лесов.
В состав отдела голосеменных входят несколько классов, из которых наиболее распространен класс хвойных (около 560 видов). Почти все виды хвойных представлены деревьями. В стебле у них различают тонкую кору, хорошо развитую древесину и плохо выраженную сердцевину.
Бактерии — это одно из древнейших проявлений жизни. Миллиарды лет бактерии были единственными обитателями нашей планеты. Они и сейчас настоящие хозяева Земли. И мы живем, окруженные со всех сторон этими невидимыми организмами. Бактерии завоевали толщу земли, водные пространства, воздух и даже поселились в нас.
Бактерии тысячелетиями создавали и создают полезные ископаемые, помогают переваривать пищу и готовить ее, но, увы, могут и убить нас, заразив болезнями.
Бактерия — это всего одна клетка без ядра и многих органелл, которые характерны для клеток растений.
Название «бактерия» произошло от греческого слова «bacterion» — палочка. Очень многие бактерии имеют форму палочки. Это кишечная палочка, возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза.
Грибы — это довольно многочисленная группа живых организмов, насчитывающая около 100 тысяч видов. Традиционно грибы относили к растениям. Но в настоящее время они выделены в отдельное — третье — царство живых организмов. Грибы сочетают в себе признаки как растений, так и животных. Основное отличие грибов от растений состоит в том, что они не способны к фотосинтезу. Это гетеротрофные организмы. Грибы произрастают всюду — в поле и в лесу, в пустынях и в горах, в почве и в воде. Споры грибов есть в воздухе, они встречаются даже на расстоянии 10 км от поверхности Земли. Телом гриба является грибница, или мицелий, состоящий из грибных нитей — гифов. У низших грибов мицелий лишен перегородок и представляет собой одну гигантскую разветвленную клетку. Некоторые микроскопические грибы состоят из одной клетки и мицелия не имеют. Например, дрожжи. У высших грибов мицелий многоклеточный, а плотно сплетенные гифы образуют плодовое тело, в котором созревают споры. Грибы размножаются спорами. Споры разнообразны по форме и размеру. Шляпочные грибы являются представителями высших грибов. Их грибница растет с весны до осени и вырастает за это время на 10—30 см. Грибница залегает в почве на глубине 6—12 см. За сезон грибница дает несколько плодовых тел. Плодовые тела шляпочных грибов — ценные пищевые продукты.
Лишайники — это своеобразные и удивительные организмы. Кажется, что это одно растение, а на самом деле — симбиоз двух организмов: гриба и водоросли. Среди нитей мицелия гриба располагаются зеленые водоросли или синезеленые (цианеи). Они придают лишайникам зеленоватый оттенок, фотосинтезируют, образуя углеводы и обеспечивая органическое питание. Гриб, прикрепляющий лишайники к субстрату, снабжает водоросль водой и минеральными веществами. Кроме того, водоросли сами способны поглощать из атмосферы влагу и пыль, из которой извлекают минеральные вещества. Лишайники очень неприхотливы и растут везде. Не страшны им ни пятидесятиградусные морозы тундры, ни иссушающая жара африканских пустынь. Они прекрасно себя чувствуют во влажных тропических лесах и на голых скалах, живут даже в ледяных пустынях Антарктиды. Лишайники называют первопроходцами. Они первыми заселяют безжизненные места, где не растут другие растения.
Растения редко встречаются в естественных условиях изолированно, отдельными особями. Это имеет место лишь при заселении какой-либо свободной от растений территории, например на песчаных отмелях рек, остывших вулканических лавах. Как правило, растения образуют заросли, сообщества. В таких сообществах более или менее сильно проявляется влияние растений друг на друга. С давних пор человеку знакомы такие сообщества растений, как леса, луга, болота, степи и т. д. Также мы знаем, что определенные растения живут только в определенных местах — в лесах, лугах, на болотах. Например, клюква растет исключительно на болотах, в то время как луговые растения там существовать не могут. Таким образом, подбор растений в сообществе подчиняется определенным закономерностям. В сходных условиях обитания встречаются одинаковые растительные сообщества. Совокупность растительных сообществ какой-либо территории образует растительность этой территории. Растительные сообщества называют фитоценозами. Изучением растительных сообществ занимается наука фитоценология. Особенно большой вклад в развитие этой науки внес русский ученый
Жизнь людей всегда была тесно связана с миром растений. Как биологический вид человек вероятнее всего появился и сформировался в местности, покрытой лесом. В лесу человек стал находить себе пищу, топливо для поддержания огня, материал для- изготовления орудий, строительства жилищ.
Уже первобытный человек превосходно различал пищевые, кормовые, лекарственные, декоративные растения, и собирал их плоды, семена, побеги для своих нужд. Позднее от собирательства люди перешли к земледелию и стали выращивать растения на обработанной почве. В культуру вошли многие ценнейшие растения — пшеница, ячмень, кукуруза, горох, гречиха, картофель, хлопчатник и другие. Помимо культурных растений человек продолжал использовать и дикорастущие. Невозможно представить ни на минуту существование человеческого общества без естественного растительного покрова. Леса дают людям древесину, применяемую в строительстве, производстве бумаги и мебели, лесохимическом производстве. Луга, степи, полупустыни, горные пастбища, тундры служат источником кормов для сельскохозяйственных животных и лекарственного сырья для фармацевтической промышленности.