Растения

C Майкл Хоган
Редактор:
Дэниел Роберт Тауб
Источник:
Энциклопедия Земли

Растение — это любой из огромного числа организмов в биологическом царстве Plantae; в целом эти виды считаются ограниченно подвижными и обычно производят себе пищу. Они включают в себя множество знакомых организмов, включая деревья, разнотравье, кустарники, травы, лианы, папоротники и мхи. Обычно термин «растение» подразумевает таксон с характеристиками многоклеточности, клеточной структурой со стенками, содержащими целлюлозу, и организмами, способными к фотосинтезу. Современные схемы классификации основаны на несколько жестких категоризациях, присущих ДНК и общему происхождению.[1]
Таксономия и терминология
На протяжении большей части истории науки от Аристотеля до Линнея и вплоть до 20 века виды делились на два царства: животные и растения . Благодаря характеристикам ДНК и другим современным анализам грибы и бактерии теперь были перемещены в отдельные царства; в частности, клеточные стенки грибов содержат хитин, а не целлюлозу. Лишайники, представляющие собой симбиотическую ассоциацию грибкового и фотосинтезирующего организмов, обычно не считаются растениями в чистом таксономическом смысле, хотя более ранние классификационные схемы рассматривали их как растения. Вирусы также не считаются растениями, так как не имеют собственной клетки, а обитают в клетке-хозяине другого организма; более того, во многих классификациях они вообще не считаются живым организмом. Миксомицеты, или слизевики, также не считаются растениями, а скорее являются гетеротрофами, которые могут поглощать бактерии, споры грибов и другие предметы.
Научное исследование растений, известное как ботаника, выявило около 350 000 существующих таксонов растений, определяемых как семенные растения, мохообразные, папоротники и их союзники. По состоянию на 2008 год было описано около 400 000 видов растений, [2] из которых примерно девяносто процентов составляют цветковые растения.

Сосудистые растения имеют одревесневшие ткани и специализированные структуры, называемые ксилемой и флоэмой, которые переносят воду, минералы и питательные вещества вверх от корней и возвращают сахара и другие продукты фотосинтеза. Сосудистые растения включают папоротники, плауны, цветковые растения, хвойные и другие голосеменные растения. Научное название этой группы сосудов — Tracheophyta.[3]

Основные подразделения Plantae:
Anthocerotophyta (роголистники: несосудистые растения с одним хлоропластом на клетку слоевища)
Мохообразные (мхи: несосудистые растения с проволочными стеблями, размножающиеся спорами)
Cycadopsida (саговники: нецветущие сосудистые растения с крупными перисто-сложными листьями)
Ginkgophyta (голосеменные с одним сохранившимся видом деревьев, Ginkgo biloba)
Lycopodiophyta (союзы сосудистых папоротников без семян и цветков, с одиночными микрофилловыми жилками листьев)
Покрытосеменные (цветковые растения, имеющие сосудистую систему и дающие семена)
Marchantiophyta (печеночники: несосудистые растения с одноклеточными ризоидами)
Pinales (голосеменные хвойные растения с сосудистой системой и шишками, но без цветков)
Polypodiopsida (папоротники: сосудистые растения без цветов и семян, размножающиеся спорами)

Несколько групп водорослей обсуждаются относительно того, следует ли их включать в Plantae; однако мы будем следовать определению растений, исключающему водоросли. Зеленые растения (Chloroplastida или Viridiplantae) получают большую часть своей энергии от солнечного света посредством фотосинтеза и являются подмножеством Plantae.

Морфология

Морфология растений включает изучение структур организма, включая репродуктивные структуры, а также рассматривает закономерности развития этих структур по мере взросления растения. Для сосудистых растений основными задействованными структурами являются корни, стебли и листья; для цветковых растений большое значение в идентификации растений имеет развитие цветочных структур и семян. Когда считается, что структуры у разных видов являются результатом общих унаследованных генетических путей, такие структуры называются гомологичными. Например, колючки кактусов имеют ту же фундаментальную структуру и развитие, что и листья других сосудистых растений, поэтому иглы кактусов гомологичны листьям. Морфология растений наблюдает как вегетативные структуры растений, так и репродуктивные структуры. Вегетативное строение сосудистых растений включает изучение побеговой системы, состоящей из стеблей и листьев, а также подповерхностной или корневой системы. Репродуктивные структуры более разнообразны и обычно специфичны для определенной группы растений, например, цветки и семена цветковых растений, сорусы папоротников и коробочки мхов. Анализ репродуктивных структур растений привел к открытию чередования поколений, присущего большинству растений (а также водорослей). Эта область морфологии растений пересекается с изучением биоразнообразия и систематики растений.

Структура растений проявляется в различных геометрических масштабах. Для генетического уровня требуется сложный микробиологический анализ структуры ДНК и РНК. На клеточном уровне необходимо использовать оптическую микроскопию. В макроскопическом масштабе визуально наблюдаемая архитектура структуры растения находится под пристальным вниманием. Морфология растений также рассматривает модель развития: процесс, посредством которого структуры возникают и созревают по мере роста растения. В то время как животные производят все части тела, которые они когда-либо будут иметь с самого начала своей жизни, растения периодически производят новые ткани и структуры на протяжении всего своего жизненного цикла. Живое растение продолжает иметь зародышевые ткани даже на поздних стадиях развития.[5] Способ созревания новых структур по мере их образования может зависеть от момента времени, когда растение начинает развиваться, а также от среды обитания.

Метаболизм и рост

Рост растений регулируется факторами окружающей среды и окружающей среды. Основные факторы окружающей среды включают метеорологические параметры, такие как температура, осадки, скорость ветра и доступный солнечный свет, и эдафические факторы, такие как питательные вещества почвы, влажность почвы, гранулярность и уплотнение почвы, а также топографические факторы. Экологические факторы включают конкуренцию за воду, питательные вещества и световые ресурсы со стороны других членов растительного сообщества, а также факторы травоядности и вытаптывания. Кроме того, наличие болезней растений играет роль в успешном росте и размножении видов растений. В последнее тысячелетие роль человека стала основным фактором разрушения и фрагментации среды обитания, и есть свидетельства влияния человека на селективное культивирование видов.

Большая часть биомассы, создаваемой растением, обычно поступает из атмосферы. Благодаря процессу, известному как фотосинтез, большинство растений используют энергию солнечного света для преобразования углекислого газа из атмосферы и воды в простые сахара, которые используются в качестве строительных блоков и образуют основные структурные компоненты. Хлорофилл, молекула, придающая зеленый вид, обычно присутствует в листьях растений, а также часто в других частях растений, чтобы поглощать солнечный свет для обеспечения процесса фотосинтеза. Паразитические растения, наоборот, получают питательные вещества от хозяина. Плотоядные растения на самом деле захватывают мелкую добычу животных, чтобы получить много необходимых питательных веществ. Растения обычно зависят от почвы для поддержки архитектуры и поглощения воды, но также получают из почвы питательные вещества, такие как азот и фосфор. Эпифитные и литофитные растения часто зависят от дождевой воды или других источников питательных веществ. Некоторые специализированные сосудистые растения, такие как мангровые заросли, могут расти своими корнями в бескислородных условиях.

Экология

Растения составляют большую часть первичной продукции экосистем Земли; то есть они производят основную часть биомассы из света, углекислого газа и основных питательных веществ.[6] Краеугольным камнем этой первичной продуктивности является фотосинтез, который радикально изменил состав ранней атмосферы Земли, в результате чего воздух на 21% состоит из кислорода. Животные полагаются на кислород, а также на источники пищи для травоядных; растения также обеспечивают убежище и места гнездования для многих видов.
Наземные растения являются ключевыми компонентами круговорота воды и некоторых других биогеохимических циклов. Некоторые растения эволюционировали совместно с азотфиксирующими бактериями,[7] что сделало растения важной частью круговорота азота. Корни растений играют важную роль в развитии почвы и предотвращении эрозии почвы.

У большинства растений есть грибы, связанные с их корневой системой в своего рода мутуалистическом симбиозе, известном как микориза; важной функцией этого типа симбиоза является усиление поглощения фосфора.[8] Грибы помогают растениям получать воду и минеральные питательные вещества из почвы, а растения дают грибам углеводы, образующиеся в процессе фотосинтеза. Некоторые растения служат домом для эндофитных грибов, которые защищают растение от травоядных, производя токсины.[9] На самом деле, большинство растений содержат множество эндофитных микроорганизмов, каждый из которых производит уникальный набор химических веществ, которые могут быть полезны растению-хозяину.

Различные формы паразитизма также довольно распространены среди растений, от полупаразитической омелы, которая просто извлекает питательные вещества из своего хозяина, но также обладает способностью к фотосинтезу, до полностью паразитического зубатки, которая получает все свои питательные вещества через каналы к корням других растений.

Ассоциации растений

В данной экосистеме обычно существует четко определенная растительная ассоциация, которая обычно характеризуется слоем полога, промежуточным (или кустарниковым) слоем и подлеском или слоем лесной подстилки. В случае лугов, тундр и некоторых других безлесных местообитаний верхние один или два яруса могут отсутствовать, хотя в этих случаях часто бывают существенные различия в ярусности травянистой растительности по высоте. Определенная растительная ассоциация, конечно, будет зависеть от определенных типов почвы, метеорологии и состава фауны; более того, ассоциация растений может демонстрировать заметные сезонные различия в условиях умеренного и северного климата, хотя этот вид просто скроет некоторые растения, которые находятся в состоянии покоя или без листьев в данный сезон. Характеристика ассоциации растений полезна для ботаников в качестве руководства для идентификации растений и других экологических исследований; кроме того, понимание ассоциации растений имеет решающее значение для изучения сукцессии растений, когда экологические изменения в данном ландшафте приводят к ряду растительных сообществ, прежде чем будет достигнуто стабильное равновесие.

Взаимодействие с людьми
Большая часть рациона человека состоит из растений; кроме того, из растительных продуктов получают большую долю сырья для жилья, одежды и других предметов первой необходимости Homo sapiens. Кроме того, из растений было получено бесчисленное количество лекарственных экстрактов. Годичные кольца деревьев — это метод датировки в археологии, который служит записью климата прошлого. Фундаментальные биологические исследования часто проводились с растениями, например, с использованием записей ядер пыльцы для изучения далекого прошлого или растений гороха, используемых для вывода законов генетики Менделя. Область этноботаники изучает использование растений местными культурами, что помогает сохранять исчезающие виды, а также открывать новые лекарственные травы. Садоводство является основным видом досуга во многих регионах мира.
Растения служили источником интереса для людей на протяжении тысячелетий, помимо их использования в пищу. Например, садоводство в декоративных целях и использование срезанных цветов для украшения были отмечены, по крайней мере, еще в бронзовом веке в египетской, критской и кельтской культурах. Ранние ученые, такие как греки, потратили значительные усилия на описание и характеристику морфологии различных видов. Растения были важным элементом человеческого искусства, а элементы растительной архитектуры появлялись в качестве орнамента для керамики и других украшений в эпоху неолита и бронзы в Китае, на Крите, в Южной Африке, на Британских островах, в Египте и в цивилизациях майя. Например, глифы, найденные в среднеминойской керамике еще в 1850 г. до н.э., содержат изображения веточки оливы, шафрана, пшеницы и сильфия.[12] В истории искусства растения играли важную роль в качестве предметов классических натюрмортов и, возможно, достигли апогея благодаря одержимости европейских граверов 18 и 19 веков созданием множества ботанических гравюр.

Характерные для садоводства растения на протяжении всей истории использовались не только как украшение внутренних и наружных пространств человеческого жилья, но и для изменения микроклимата для более комфортного проживания. Например, линии деревьев и кустарниковые бордюры использовались, особенно в прошлом тысячелетии в Европе, для обеспечения ветрозащитных экранов для скота и разделения пастбищ для обеспечения права собственности на скот. Ландшафтный дизайн также использовался на протяжении веков как метод улучшения микроклимата человеческого жилья, включая защиту от ветра, тепловую буферизацию и изменение атмосферной влажности.

использованная литература Карл Р. Везе, Отто Кандлер и Марк Л. Уилис: На пути к естественной системе организмов: предложение для доменов Archaea, Bacteria и Eucarya. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 87 (12): 4576-9.
Международная организация по охране ботанических садов. Номера видов растений
Аберкромби, Хикман и Джонсон. 1966. Биологический словарь. Книги Пингвинов
Гарольд С. Болд, С. Дж. Алексопулос и Т. Делеворяс. 1987. Морфология растений и грибов, 5-е изд., Harper-Collins, New York ISBN 0-06-040838-1.
Эндрю Дж. Лэк и Дэвид Э. Эванс. 2005. Биос мгновенные заметки по биологии растений. Тейлор и Фрэнсис. 351 страница
Мартин А. Абрахам. 2006. Наука и техника устойчивого развития: определяющие принципы. 518 страниц
Дитрих Вернер и Уильям Эдвард Ньютон. 2005. Азотфиксация в сельском, лесном хозяйстве, экологии и окружающей среде. Спрингер. 347 страниц
Теджа Чарнтке и Брэдфорд А. Хокинс. 2002. Взаимодействия мультитрофического уровня. Издательство Кембриджского университета. 274 страницы
Арун Арья и Аналия Эдит Перелло. 2010. Управление грибковыми патогенами растений. CABI.388 стр.
АГТэнсли. 2003. Введение в экологию растений. 228 страниц
Дж. Х. Коннелл и Р. О. Слейер. 1977. Механизмы сукцессии в естественных сообществах и их роль в стабильности и организации сообщества. Американский натуралист 111: 1119-44
К. Майкл Хоган. 2007. Полевые заметки Кносса. Современный антиквар. изд. Джулиан Коуп
Энциклопедия Земли Логотип

Эта статья была адаптирована из Энциклопедии Земли.
Доступно по лицензии CC BY-SA-2.5

Цитата: C Майкл Хоган (ведущий автор); Дэниел Роберт Тауб (редактор темы) «Завод». В: Энциклопедия Земли. ред. Катлер Дж. Кливленд (Вашингтон, округ Колумбия: Коалиция экологической информации, Национальный совет по науке и окружающей среде). [Впервые опубликовано в Энциклопедии Земли 19 июля 2010 г.; Последняя редакция Дата: 15 августа 2011 г.; Проверено 27 сентября 2012 г. Энциклопедия Земли.