Растения

Расте́ния(лат.Plantae, илиVegetabilia) — биологическоецарство, одна из основных группмногоклеточныхорганизмов, отличительной чертой представителей которой является способность кфотосинтезу, и включающая в себямхи,папоротники,хвощи,плауны,голосеменныеицветковые растения. Нередко к растениям относят также всеводорослиили некоторые их группы. Растения (в первую очередь, цветковые) представлены многочисленнымижизненными формами, наиболее распространёнными из которых являютсядеревья,кустарникиитравы.
Растения являютсяобъектом исследованиянаукиботаники.
Подавляющее большинство растений — фотоавтотрофные организмы, использующие световую энергию для синтеза органики (глюкозы) из неорганических соединений (углекислый газ и вода). Некоторые представители перешли к вторичному гетеротрофному способу питания (облигатный паразитизм, микогетеротрофность). Например, гетеротрофом является бесхлорофилльное растениепетров крест, паразитирующий на корнях деревьев и кустарников и получающий готовые питательные вещества из организма-хозяина.
Растениям для нормального роста и развития требуются разные минеральные вещества, наиболее важные из которых — азот, калий и фосфор. Вода с необходимыми минеральными элементами поглощается корнями из почвы в процессеминерального питания.
Размер растительных клеток варьируется от 10 до 100 мкм. У водорослей, не имеющих выраженных тканей, клетки в пределах одного организма отличаются друг от друга незначительно; у высших растений в связи с наличием тканей клетки сильно различаются по форме и строению. Обычно клетки представляют собой четырнадцатигранники, у которых восемь граней — шестиугольники и шесть — четырёхугольники. Однако встречаются клетки, форма которых не поддаётся геометрическому описанию. Многообразие форм растительных клеток принято сводить к двум основным типам: паренхимным (длина клетки не превышает ширину или превышает незначительно) и прозенхимным (длина клетки в 5 раз и более превышает ширину).
Несмотря на огромное разнообразие, клетки растений характеризуются общностью строения — это клетки эукариотические, имеющие оформленное ядро. От клеток других эукариот их отличают следующие особенности: наличие плотныхцеллюлозныхклеточных стенок; наличиепластид, главные из которых —хлоропласты, осуществляющиефотосинтез; развитая система вакуолей (у зрелых растительных клеток имеется так называемая центральная вакуоль, занимающая бо́льшую часть объёма клетки); отсутствиецентриолейпри делении. Главное запасное вещество растений —крахмал.
Сперматозоидырастений дву- (умохообразныхиплауновидных) или многожгутиковые (у остальныхпапоротникообразных,саговниковыхигинкговых), причёмультраструктуражгутиковогоаппарата очень похожа на таковую в жгутиковых клеткаххаровых водорослей.
Клетки растений объединяются вткани, которые характеризуются отсутствиеммежклеточного вещества, большим количеством мёртвых клеток (некоторые ткани —склеренхима,ксилема, вторичные и третичные покровные ткани — состоят в основном из мёртвых клеток), а также тем, что, в отличие отживотных, растительная ткань может состоять из разных типов клеток (например,ксилемасостоит из водопроводящих элементов, волокондревесиныи древесиннойпаренхимы). Различают образовательные ткани (меристемы) и образуемые ими постоянные ткани (проводящая,покровная,паренхима,механическая,выделительная).
Тело водорослей (таллом), в отличие от высших растений, не дифференцировано на вегетативные органы (корень, стебель, листья) и не имеет единого плана строения. Органы полового (гаметангии, или генеративные органы) и бесполого (спорангии) размножения у водорослей одноклеточные; при этом женские гаметангии называютсяоогонии, мужские —антеридии. Таллом водорослей характеризуется чрезвычайным морфологическим разнообразием; выделяют амёбоидный, монадный, нитчатый, сифональный и другие типы строения таллома. У высших растений имеются органы, которые подразделяются на вегетативные и генеративные (гаметангии). Вегетативными органами являютсякорень,стебельилист, они обеспечивают поддержание жизнедеятельности организма и участвуют в вегетативном размножении. В генеративных органах формируютсягаметы, необходимые для полового размножения. У споровых растений женские гаметангии —архегонии, мужские —антеридии, у семенных растений гаметангии редуцируются и под последними обычно понимается вся совокупность органов, связанных с половым размножением, —цветки(у голосеменных —стробилы) иплоды.
Различают три типа организации тела высших растений: талломный (тело не разделено на вегетативные органы и имеет вид зелёной пластины; некоторые моховидные, заростки папоротниковидных), листостебельный (тело разделено на стебель и листья, но не имеет корней; большинство моховидных), корнепобеговый (тело разделено на вегетативные органы, имеет корневую систему и систему побегов; большинство растений).
Растения в основном ведут прикреплённый образ жизни, в связи с чем они формируют различныежизненные формы, отражающие приспособленность организма к тем или иным условиям обитания, —деревья,кустарники,травы,эпифиты,лианыи др.
Процессы роста и развития растения неразрывно связаны между собой: рост является частью индивидуального развития. Однако в одном и том же организме процессы роста и развития могут сочетаться различным образом. Растение может находиться в состоянии активного роста, но вместе с тем медленно развиваться или, наоборот, оно может быстро развиваться при замедленном росте. Показателем темпов развития, как правило, служит переход растений к репродукции. Активность ростовых процессов оценивают по скорости увеличения массы, объёма, размеров растения. Например, у однолетних растений с момента их зацветания наблюдается частичная и даже полная приостановка процессов роста побега. У многолетних растений рост вегетативных органов (побеги, листья) зачастую является одной из причин задержки цветения.
Растения обладают неограниченным ростом, который обеспечивается непрерывной деятельностьюмеристем. Рост локальными зонами (меристемами) отличает растения от других организмов; для растений особенно важно функционирование апикальных меристем. Реакция растений на воздействие различных экологических факторов проявляется в виде направленного роста к источнику воздействия или от такового.
Процессы роста и развития растительного организма регулируютсяфитогормонами.
Для растений характерныполовое,бесполое(споровое) ивегетативноеразмножение.
У одноклеточных водорослей вегетативное размножение осуществляется митотическим делением клетки на две дочерние, фрагментацией колоний, путём повторных делений вценобиях, формирующих новые миниатюрные ценобии. Вегетативное размножение многоклеточных водорослей происходит частями слоевища, специальными вегетативными образованиями и др. У высших растений вегетативное размножение осуществляется частями корня, стебля, листа или их видоизменениями.
Длявысших сосудистых растенийединственной формойполового процессаявляетсяоогамия; у водорослей встречаются такжеизогамияианизогамия.
В жизненном цикле растений чередуется половоегаплоидноепоколение (гаметофит) и бесполоедиплоидноепоколение (спорофит). На гаметофите образуются половые (генеративные) органы — мужскиеантеридиии женскиеархегонии(отсутствуют у некоторыхгнетовыхи упокрытосеменных); у водорослей женские генеративные органы называютсяоогонии.Сперматозоиды(их нет ухвойных, гнетовых и покрытосеменных) или спермии оплодотворяют находящуюся в архегонии или взародышевом мешкеяйцеклетку, в результате образуется диплоиднаязигота. Зигота у высших споровых и семенных растений формируетзародыш, который постепенно развивается вспорофит; у водорослей зародыша нет. На спорофите развиваютсяспорангии(часто на специализированныхспороносных листьях, или спорофиллах). В спорангиях происходитмейоз, и образуются гаплоидные споры. У разноспоровых растений споры двух типов: микроспоры (из них развиваются гаметофиты только с антеридиями) и мегаспоры (из них развиваются гаметофиты, несущие только архегонии); у равноспоровых споры одинаковые, из них вырастают обоеполые гаметофиты. На гаметофитах формируются гаметангии, производящие гаметы, последние сливаются и образуют зиготу — цикл замкнулся. Такой жизненный цикл имеютмохообразныеипапоротникообразные, причём у первой группы доминирует гаметофит, а у второй — спорофит. У семенных растений картина усложняется за счёт того, что женский гаметофит (эндосперм у голосеменных и зародышевый мешок у цветковых) развивается из мегаспоры прямо на материнском спорофите, а мужской гаметофит (пыльцевое зерно), развивающийся из микроспоры, должен быть доставлен туда в процессеопыления.Спорофиллысеменных растенийчасто сложно устроены и у голосеменных объединяются в так называемыестробилы, а у покрытосеменных растений — вцветки, которые могут, в свою очередь, объединяться всоцветия. Кроме того, у семенных растений возникает специализированная, состоящая из несколькихгенотиповструктура —семя, которое можно условно отнести к генеративным органам. У покрытосеменных растений цветок после опыления формируетплод.
На вопрос, что называть растением, нет однозначного ответа. Первым на этот вопрос попытался ответитьдревнегреческийфилософ и учёныйАристотель, поместив растения в промежуточное состояние между неодушевлёнными предметами и животными. Он определил растения как живые организмы, которые не способны самостоятельно передвигаться (в противоположностьживотным). Позднее были открытыбактериииархеи, которые никак не подпадали под общепринятое понятие растений. Уже во второй половине XX века грибы и некоторые типы водорослей были выделены в отдельные категории, поскольку не имеют сосудистой и корневой системы, которая присутствует у других растений.
Судя по палеонтологическим находкам, разделение живых существ на царства произошло более 3 млрд лет назад. Первымиавтотрофными организмамистали фотосинтезирующие бактерии (сейчас они представленыпурпурнымиизелёными бактериями,цианобактериями). В частности, вмезоархее(2800—3200 млн лет назад) уже существовалицианобактериальные маты.
Единой, отвечающей на все вопросы, теории происхождения эукариотических фотоавтотрофных организмов (растений) пока нет. Одна из них (теория симбиогенеза) предполагает возникновение эукариотических фототрофов как переход эукариотическойгетеротрофнойамёбовидной клетки кфототрофномутипу питания через симбиоз с фотосинтезирующей бактерией, которая впоследствии превратилась в хлоропласт. Согласно этой теории, таким же образом возникают и митохондрии из аэробных бактерий. Так появляются водоросли — первые настоящие растения. В протерозойскую эру широко развиваются одноклеточные и колониальные синезелёные водоросли, появляются красные и зелёные водоросли.
В концесилура(405—440 млн лет назад) на Земле происходят интенсивныегорообразовательные процессы, приведшие к возникновению Скандинавских гор, гор Тянь-Шань, Саян, а также к обмелению и исчезновению многих морей. В результате некоторые водоросли (сходные с современнымихаровыми водорослями) выходят на сушу и заселяютлиторали и супралиторали, что стало возможным благодаря деятельности бактерий и цианобактерий, образовавших на поверхности суши примитивный почвенный субстрат. Так возникают первыевысшие растения—риниофиты. Особенность риниофитов заключается в появлении тканей и их дифференцировки на покровные, механические, проводящие и фотосинтезирующие. Это было спровоцировано резким отличием воздушной среды от водной. В частности:
Древнейшее известное наземное растение —куксония. Куксония обнаружена в 1937 г. в силурийских песчаниках Шотландии (возраст порядка 415 млн лет). Дальнейшаяэволюция высших растенийразделилась на две линии:гаметофитную(моховидные) испорофитную(сосудистые растения). Первыеголосеменные растенияпоявляются в началемезозоя(примерно 220 млн лет назад). Первыепокрытосеменные(цветковые) возникают вюрском периоде.
По состоянию на начало 2010 года, по даннымМеждународного союза охраны природы(IUCN), было описано около 320 тысяч видов растений, из них около 280 тысяч видовцветковых, 1 тысяча видовголосеменных, около 16 тысячмохообразных, около 12 тысяч видоввысших споровых растений(ПлауновидныеиПапоротникообразные). В настоящее время это число постоянно увеличивается, как за счёт постоянного открытия новых видов, так и в результате обработки и объединения в единую базу данных многочисленных первичных источников о видовом разнообразии растений. В мае 2022 года в проектеWorld Flora Onlineсодержались данные примерно о 350 000 видов, по состоянию на декабрь 2023 года их количество составило уже 377 218.
Существование мира животных, включая человека, было бы невозможно без растений, чем и определяется их особая роль в жизни нашей планеты. Из всех организмов только растения и фотосинтезирующие бактерии способны аккумулировать энергию Солнца, создавая при её посредствеорганическиевещества из веществнеорганических; при этом растения извлекают изатмосферыCO2и выделяютO2. Именно деятельностью растений была создана атмосфера, содержащая O2, и их существованием она поддерживается в состоянии, пригодном для дыхания. Растения — основное, определяющее звено в сложной цепи питания всех гетеротрофных организмов, включая человека. Наземные растения образуютстепи,луга,лесаи другие растительные группировки, создаваяландшафтноеразнообразие Земли и бесконечное разнообразиеэкологических нишдля жизни организмов всех царств. Наконец, при непосредственном участии растений возникла и образуетсяпочва.
Человеком одомашнено свыше 200 видов растений, относящихся к более чем 100 ботаническим родам. Их широкий таксономический спектр отражает разнообразие мест, где они были одомашнены. Основные продовольственные растения, используемые в культуре в настоящее время, были одомашнены в странах юго-западной Азии. В настоящее время это территорииИрака,Ирана,Иордании,ИзраиляиПалестины. Вероятно, древним земледельцам было известны преимущества вегетативного размножения (клонирования) и близкородственногоскрещивания(инбридинга). Примеры растений, репродуцируемых клонированием:картофель, фруктовые деревья. Почти все питательные вещества, получаемые людьми спищейв этих странах, поступали от высокоуглеводных злаков с довольно высоким содержанием белка (пшеница,ячмень). Тем не менее белки злаков не полностью сбалансированы по аминокислотному составу (низкое содержаниелизинаиметионина). Эти злаки древние земледельцы дополнили бобовыми растениями —горох,чечевица,вика. Единственный культурный злак —рожьвозник гораздо позже, чем пшеница и другие культурные растения. Самоопылительлёнимеетсеменабогатые жиром, что дополнило пищевую триаду ранних земледельцев (жиры, белки, углеводы). Ранние земледельцы составили набор одомашненных растений, которые удовлетворяют основным потребностям человека в пище и сегодня. В дальнейшем имело место постепенное распространение культурных растений из очага их возникновения в новые районы. В итоге, одни и те же растения стали пищевыми для населения всего мира. Часть культурных растений прошли одомашнивание в странахЮго-Восточной Азии. Сюда относятся такие самоопылители, какхлопок,рис,сорго.
Из огромного разнообразия царства растений особое значение в повседневной жизни имеют семенные и главным образомЦветковые растения(покрытосеменные). Именно к ним относятся почти все растения, введённые человеком в культуру. Первое место в жизни человека принадлежитхлебнымрастениям (пшеница,рис,кукуруза,просо,сорго,ячмень,рожь,овёс) и различнымкрупянымкультурам. Важное место в пищевом рационе человека занимает в странах сумеренным климатомкартофель, а в более южных областях —батат,ямс,ока,тарои др. Широко употребляются богатые растительнымибелкамизернобобовые(фасоль,горох,нут,чечевицаи др.), сахароносные (сахарная свёклаисахарный тростник), многочисленные масличные (подсолнечник,арахис,маслинаи др.),плодовые,ягодные,овощныеи иныекультурные растения.
Современное общество трудно представить без тонизирующих растений —чая,кофе,какао, равно как безвинограда— основы виноделия, или безтабака.
Животноводствобазируется на использовании дикорастущих и культивируемыхкормовых растений.
Хлопчатник,лён,конопля,рами,джут,кенаф,сизальи многие другие волокнистые растения обеспечивают человекаодеждойи техническимитканями.
Ежегодно потребляется огромное количество леса — в качестве строительного материала, источника получения целлюлозы и др.
Очень важное значение для человека имеет один из главных источников энергии —каменный уголь, а такжеторф, о которых можно сказать, что они представляют собой аккумулированную в растительных остатках прошлого энергию Солнца.
До сих пор не утратил своего экономического значения добываемый из растений естественныйкаучук. Ценныесмолы,камеди,эфирные масла, красители и другие продукты, получаемые в результате переработки растений, занимают видное место в хозяйственной деятельности человека. Большое число растений служат основными поставщикамивитаминов, а другие (наперстянка,раувольфия,алоэ,белладонна,пилокарпус,валерианаи сотни других) — источником необходимыхлекарств, веществ и препаратов.
Зелёные растения обогащают атмосферукислородоми является основным источником энергии и органического материала почти для всех экосистем.Фотосинтезрадикально изменил состав ранней земной атмосферы, которая содержит в настоящее время около 21 % кислорода. Животные и многие другиеаэробные организмынуждаются в кислороде,анаэробные формыотносительно редки. Во многих экосистемах растения являются основойпищевых цепей.
Наземные растения являются ключевыми компонентамиводногои других биохимических циклов. Некоторые растения эволюционировали совместно сазотфиксирующими бактериямии включены в кругооборотазота. Корни растений играют существенную роль в развитиипочвыи предотвращении еёэрозии.
Многие животные эволюционировали совместно с растениями. Многиенасекомыеопыляютцветки в обмен на пищу в формепыльцыили нектара.Четвероногиеедят плоды и распространяют семена с фекалиями. Большинство видов растений выработали симбиоз с различными видами грибов (микориза). Грибы помогают растению извлекать воду и минеральные вещества из почвы, а растение снабжает грибы углеводородами, произведёнными в результате фотосинтеза. Существуют также симбиотические грибы —эндофиты, которые живут внутри растений и способствуют росту организма-хозяина.
Растения-паразитысуществуют как среди низших, так и среди высших растений. Такие растения приносят большой вред сельскому хозяйству.
Существует более 500 видов хищных растений. Произрастают хищные растения обычно на почвах, бедных питательными веществами и минеральными солями. «Хищность» растений обусловлена недостаткомазотав почвах, именно поэтому растения-хищники приспособились получать азот изнасекомыхи других животных, которых они ловят с помощью разнообразных хитроумных ловушек.
Самым известным хищным растением лесовРоссииявляетсяРосянка круглолистная(Drosera rotundifolia). Это растение выделяет по краям листьев липкую жидкость, похожую на росу, — кислый пищеварительный сок. Насекомое садится на капельку «росы», приклеивается и становится жертвой росянки.
Другие известные растения-хищники —венерина мухоловка,дарлингтония,жирянка,росолист.