Растение

редактировать

Царство преимущественно многоклеточных, преимущественно фотосинтезирующих эукариот

Растений. Временной диапазон: Мезопротерозой - настоящее время Фаза. Протерозой Архей Хад'н
Разнообразие растений image version 5.png
Научная классификация e
Домен:Эукариота
(без рейтинга):Диафоретики
(без рейтинга):Archaeplastida
Царство:Plantae. sensu Copeland, 1956
Суперотделение
Синонимы
  • Viridiplantae Кавальер-Смит 1981
  • Хлоробионта Джеффри 1982, исправлено. Бремер 1985, исправил. Lewis and McCourt 2004
  • Chlorobiota Kenrick and Crane 1997
  • Chloroplastida Adl et al., 2005
  • Phyta Баркли 1939 исправить. Holt Uidica 2007
  • Cormophyta Endlicher, 1836
  • Cormobionta Rothmaler, 1948
  • Euplanta Barkley, 1949
  • Telomobionta Тахтаджан, 1964
  • Embryobionta Cronquist et al., 1966
  • Metaphyta Whittaker, 1969

Растения в основном многоклеточные организмы, преимущественно фотосинтетические эукариоты из царства Планты . Исторически растения рассматривались как одно из двух царств, включая все живые существа, которые были животными, и все водоросли и грибы рассматривались как растения. Однако все современные определения Plantae исключают грибы и некоторые водоросли, а также прокариот (археи и бактерии ). Согласно одному определению, растения образуют clade Viridiplantae (латинское название «зеленых растений»), группу, которая включает цветковые растения, хвойные деревья и другие голосеменные, папоротники и их союзники, роголистник, печеночники, мхи и зеленые водоросли, за исключением красных и коричневых водорослей.

Зеленые растения получают большую часть своей энергии от солнечного света через фотосинтез первичными хлоропластами, прошедшими от эндосимбиоза с цианобактериями. Их хлоропласты содержат хлорофиллы a и b, что придает им зеленый цвет. Некоторые растения паразитарны или микотрофны и утратили способность требовать нормальное количество хофилла или фотосинтезировать, но все еще имеют цветы, плоды и семена. Для растений характерны половое размножение и чередование поколений, хотя бесполое размножение также распространено.

Существует около 320 000 видов растений, из которых подавляющее большинство, около 260–290 тысяч, дают семена. Зеленые растения обеспечивают значительную часть молекулярного кислорода. Растения, производящие зерно, фрукты и овощи, также образуют основные продукты питания человека и были одомашнены на протяжении тысячелетий. У растений есть много Искусство и других применений, таких как украшения, строительные материалы, письменные принадлежности и в большом количестве, они были лекарств. и психоактивные препараты. Научное изучение растений известно как ботаника, раздел биологии.

Содержание

  • 1 Определение
    • 1.1 Текущие определения Plantae
    • 1.2 Водоросли
    • 1.3 Грибы
  • 2 Разнообразие
    • 2.1 Эволюция
    • 2.2 Эмбриофиты
    • 2.3 Ископаемые
  • 3 Структура, рост и развитие
    • 3.1 Факторы, влияющие на рост
      • 3.1.1 Эффекты замораживания
    • 3.2 ДНК повреждение и восстановление
    • 3.3 Растительные клетки
  • 4 Физиология
    • 4.1 Фотосинтез
    • 4.2 Иммунная система
    • 4.3 Внутреннее распределение
  • 5 Геномика
  • 6 Экология
    • 6.1 Распространение
    • 6.2 Экологические отношения
  • 7 Важность
    • 7.1 Пища
    • 7.2 Лекарства
    • 7.3 Непищевые продукты
    • 7.4 Использование в эстетических целях
    • 7.5 Использование в научных и культурных целях
    • 7.6 Отрицательные эффекты
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Дополнительная литература
  • 11 Внешние ссылки

Определение

Все живые существа традиционно относились к одной из двух групп: растения и животные. Эта классификация может восходить к Аристотелю (384 г. до н.э. - 322 г. до н.э.), который проводит различие между растениями, которые, как правило, не двигаются, и животные, которые часто подвижны, чтобы ловить пищу. Намного позже, когда Линней (1707–1778) создал основу современной системы научной классификации, эти две группы стали царствами Vegetabilia (позже Metaphyta или Plantae) и Animalia (также называемые Metazoa). С тех пор стало ясно, что царство растений, как установлено определено, включает несколько связанных между собой групп, а грибы и несколько групп водорослей были перемещены в новые царства. Однако эти организмы по-прежнему считаются растениями, особенно в популярных контекстах.

Термин «растение» обычно подразумевает наличие следующих признаков: многоклеточность, наличие клеточных стенок, использование целлюлозу, способность осуществлять фотосинтез с первичными хлоропластами.

Текущие определения Plantae

Когда название Plantae или растение к этому группе организмов или таксону, обычно это относится к одному из четырех понятий. Эти четыре группы, от названияее до наиболее всеобъемлющих, следующие:

Название (я)Область действияОписание
Наземные растения, также известные как Embryophyta Plantae sensu strictissimo Растения в самом строгом смысле включают печеночники, роголистники, мхи и сосудистые растения, а также ископаемые растения, похожие на эти выжившие группы (например, Metaphyta Whittaker, 1969, Plantae Margulis, 1971).
Зеленые растения, также известные как Viridiplantae, Viridiphyta, Chlorobionta или ChloroplastidaPlantae sensu stricto Растения в строгом смысле включают зеленые водоросли и наземные растения, появившиеся внутри них, в том числе каменоломни. Взаимоотношения между группами все еще прорабатываются, и названия, данные им, различаются. клада Viridiplantae включает группы организмов, которые имеют целлюлозу в своих клеточных стенках, обладают хлорофиллами a и b и имеют пластиды связаны только двумя мембранами, которые способны к фотосинтезу и накапливать крахмал. Эта клада является основной темой данной статьи (например, Plantae Copeland, 1956).
Archaeplastida, также известная как Plastida или PrimoplantaePlantae sensu lato Растения в широком смысле включают зеленые растения, перечисленные выше, плюс красные водоросли (Rhodophyta ) и глаукофитные водоросли (Glaucophyta ), которые хранят флоридский крахмал вне пластида, в цитоплазме. В эту кладу входят все организмы, которые много лет назад приобрели свои первичные хлоропласты непосредственно, поглощая цианобактерии (например, Plantae Cavalier-Smith, 1981).
Старые растения (устарело)Plantae sensu amplo Растения в самом широком смысле относятся к более старым, устаревшим классификациям, в которых размещены различные водоросли, грибы или бактерии в Plantae (например, Plantae или Vegetabilia Linnaeus, Plantae Haeckel 1866, Metaphyta Haeckel, 1894, Plantae Whittaker, 1969).

Другой способ взглянуть на отношения между различными группами, которые были названы «растениями» - это кладограмма, которая показывает их эволюционные отношения. Они еще не окончательно решены, но одна принятая взаимосвязь между тремя описанными выше проведенными нами выше. Те, что были названы «растениями», выделены жирным шрифтом (некоторые второстепенные группы опущены).

Archaeplastida + cryptista

Rhodophyta (красные водоросли)

Rhodelphidia (хищные)

Picozoa

Glaucophyta (глаукофитные водоросли)

зеленые растения

Chorostigmatophyce.

Spirotaenia

Chlorophyta

Streptophyta

Charales (каменистые)

наземные растения или эмбриофиты

группы Cryptista

, традиционно называемые. зеленые водоросли

Способы комбинирования и названий групп зеленых водорослей значительно различаются у разных авторов.

Водоросли

Зеленые водоросли из Эрнста Геккеля Kunstformen der Natur, 1904.

Водоросли включают несколько различных групп организмов, которые производят пищу путем фотосинтеза и поэтому традиционно были включены в царство растений. водоросли входят в число многоклеточных водорослей до одноклеточных организмов и делятся на три группы: зеленые водоросли, красные водоросли и коричневые водоросли. Есть веские доказательства того, что бурые водоросли произошли независимо от других, от нефотосинтетических предков, которые сформированы эндосимбиотические отношения с красными водорослями, а не с цианобактериями, и они больше не классифицируются как растения, как определено здесь.

Viridiplantae, зеленые растения - зеленые водоросли и наземные растения - образуют кладу, группу, состоящую из всех потомков одного общего предка. За некоторыми исключениями, зеленые растения имеют следующие общие черты: первичные хлоропласты, полученные из цианобактерий, содержащие хлорофиллы a и b, клеточные стенки, содержащие целлюлозу, и пищевые запасы в форме крахмала, содержся внутри пластиды. Они подвергаются закрытому митозу имеют центриолей и обычно митохондрии с плоскими кристами. хлоропласты зеленых растений окружены двумя мембранами, что позволяет предположить, что они произошли непосредственно от эндосимбиотических цианобактерий.

Две дополнительные группы: Rhodophyta (красные водоросли) и Glaucophyta (глаукофитные водоросли) также имеют первичные хлоропласты, которые, по-видимому, существуют непосредственно от эндосимбиотических цианобактерий, хотя они отличаются от Viridiplantae пигментами, которые используются в фотосинтезе и поэтому отличаются по цвету. Эти группы также отличаются от зеленых растений тем, что запасающий полисахарид представляет собой флоридановый крахмал и хранится в цитоплазме, а не в пластидах. По-видимому, они имели общее происхождение с Viridiplantae, и эти три группы образуют кладу Archaeplastida, подразумевает, что их хлоропласты произошли от одного древнего эндосимбиотического события. Это самое широкое современное определение термина «растение».

Напротив большинства других водорослей (например, бурые водоросли / диатомовые, гаптофиты, динофлагелляты и эвглениды ) не только имеют разные пигменты, но также хлоропласты имеют три или четырьмя окружающие мембраны. Они не являются близкими родственниками Archaeplastida, предположительно приобретенная хлоропласты отдельно от проглоченных или симбиотических зеленых и красных водорослей. Таким образом, они были даже в самом широкое определение царства растений, хотя они были в прошлом.

Зеленые растения или Viridiplantae традиционно подразделялись на зеленые водоросли (включая каменистые) и наземные растения. Теперь известно, что наземные растения произошли от группы зеленых водорослей, так что зеленые водоросли сами по себе являются парафилетической группой, которая есть группа, которая исключает некоторых потомков общей предка.. В современных классификациях обычно избегают парафилетических групп, поэтому в недавних обработках Viridiplantae были разделены на две клады: Chlorophyta и Streptophyta (включая наземные растения и Charophyta) <. 714>

Chlorophyta (название, которое также использовалось для всех зеленых водорослей) являются сестринской группой харофитов, от произошли наземные растения. Существует около 4300 видов, в основном одноклеточных или многоклеточных морских организмов, таких как морской салат, Ulva.

Другая группа Viridiplantae - это в основном пресноводные или наземные Streptophyta, которые состоят из наземных растений вместе с Charophyta, состоящей из нескольких групп зеленых водорослей, таких как десмидий и каменник. Водоросли-стрептофиты бывают одноклеточными или образуют многоклеточные нити, разветвленные или неразветвленные. Род Spirogyra - это нитчатая водоросль-стрептофит, знакомая многим, поскольку она часто используется в обучении, является одним из организмов, ответственных за водорослевую «пену» на прудах. Пресноводные каменные породы очень напоминают наземные растения и считаются их ближайшими родственниками. Растущие в пресной воде, они состоят из центрального стебля с мутовками веточек.

Грибы

Первоначальная класс Линнея помещала грибы в категорию Plantae, поскольку они, несомненно, были ни животными, ни минералами, и это были единственные другие альтернативы. С развитием микробиологии в 19 веке Эрнст Геккель ввел новое царство Protista в дополнение к Plantae и Animalia, но вопрос о том, лучше ли использовать грибы в Plantae или их следует отнести к простейшим, остается спорным.. В 1969 году Роберт Уиттакер великолепно королевство Грибов. С тех пор молекулярные данные показали, что самый недавний общий предок (предок) грибов, вероятно, был больше похож на такового животного, чем на плантае или любое другое царство.

Уиттакер. Первоначальная реклассификация была основана на фундаментальной разнице в питании грибов и растений. В отличие от растений, обычно используются устройства фотосинтеза и поэтому называются автотрофами, грибы не обладают хлоропластами и обычно вызывают разрушающие и поглощающие окружающие материалы, и поэтому называются гетеротрофными сапротрофы. Кроме того, субструктура многоклеточных грибов отличается от субструктуры растений, форму множества различных множественных микроскопических нитей, называемых гифами, которые могут быть следующими подразделены на клетки или могут образовывать синцитий набор эукариотических ядер. Плодовые тела, из которых грибы наиболее типичными примерами, являются репродуктивными структурами грибов и не похожи ни на какие структуры, производимые растениями.

Разнообразие

Таблица ниже показаны некоторые количества видов различных отделов зеленых растений (Viridiplantae). Около 85–90% всех растений - цветковые. В настоящее время несколько проектов пытаются собрать все виды растений в онлайн-базах данных, например, World Flora Online и оба перечисляют около 350 000 видов.

Подразделения разнообразия живых зеленых растений (Viridiplantae)
Неофициальная группаНазвание подразделенияОбщее названиеНет. живых видовПримерное количество в неформальной группе
Зеленые водоросли Chlorophyta зеленые водоросли (хлорофиты)3,800–4,3008,500

(6,600–10,300)

Charophyta зеленые водоросли (например, десмидии и каменотес )2,800–6,000
Bryophytes Marchantiophyta печеночники6,000–8,00019,000

(18,100–20,200)

Anthocerotophyta роголистники100–200
Bryophyta мхи12,000
Pteridophytes Lycopodiophyta клубовые мхи1,20012,000

(12,200)

Pteridophyta папоротники, папоротники и хвощи11,000
Семенные растения Cycadophyta саговники160260,000

(259,511)

Ginkgophyta гинкго1
Pinophyta хвойные630
Gnetophyta gnetophytes70
Magnoliophyta цветущие растения258,650

Присвоение н азваний растениям регулируется Международным кодексом номенклатуры. черенка для водорослей, грибов и растений и Международный кодекс номенклатуры культурных растений (см. таксономию культурных растений ).

Эволюция

Эволюция растений привела к увеличению уровней сложности, от самых ранних водорослевых матов до мохообразных, ликоподы, папоротники до современного комплекса голосеменных и покрытосеменных. Растения всех этих групп развиваются, особенно в той среде, в которой они развиваются.

Водорослевая пена образовалась на земле 1200 миллионов лет назад, но это было не раньше ордовикского периода, примерно 450 миллионов лет назад, что появилось наземные растения. Однако новые данные, полученные при изучении ядерных материалов изотопов углерода в докембрийских породах, предположили, что сложные фотосинтетические растения развивались на Земле более 1000 миллионов лет назад. Более века считалось, что предки наземных растений эволюционировали в водной среде, а затем адаптировались к жизни на суше. Эту идею обычно приписывают ботанику Фредерику Орпену Бауэру в его книге 1908 года «Происхождение растений». Земля Флора. Недавняя альтернативная точка, подкрепленная генетическими доказательствами, состоит в том, что они произошли от наземных одноклеточных водорослей, и что даже общие предок красных и зеленых водорослей и одноклеточных пресноводных водорослей глаукофитов произошел от наземных окружающих сред в пресноводных биопленках или микробных матах. Примитивные наземные растения начали диверсифицироваться в конце силурийского периода, около 420 миллионов лет назад, и их результаты диверсификации замечательно подробно отображены в раннем девоне комплекс окаменелостей из Райни Шерт. В этом кремне сохранились клеточные детали ранних растений, окаменевших в вулканических источниках. К середине девонского периода большинство признаков, присущих растениям, присутствуют сегодня, включая корни, листья и вторичную древесину, а к позднему девонскому периоду появились семена. Таким образом, позднедевонские растения достигли такой степени сложности, которая позволила им образовывать леса из высоких деревьев. Эволюционные инновации продолжались в каменноугольном и более позднем геологических периодах и продолжаются сегодня. Большинство групп растений не пострадали от пермо-триасового вымирания, хотя структура сообществ изменилась. Это могло заложить основу для эволюции цветковых растений в триасовом периоде (~ 200 миллионов лет назад), которые взорвались в меловом и третичном периодах. Последней основной группой растений, которые эволюционировали, были травы, которые стали важными в середине третичного периода, примерно 40 миллионов лет назад. Травы, как и многие другие группы, развили новые механизмы метаболизма, чтобы выжить в условиях низкого CO. 2 и теплых, сухих условий тропиков в течение последних 10 миллионов лет.

Предложенное в 1997 г. филогенетическое дерево Plantae, после Кенрика и Крейна, выглядит следующим образом с модификацией Pteridophyta от Smith et al. Prasinophyceae представьте себя парафилетический комплекс ранних разветвленных ветвей зеленых водорослей, но как группа за пределами Chlorophyta: более поздние авторы не последовали этому предположению.

Prasinophyceae (микромонады)

Streptobionta
Эмбриофиты
Стоматофиты
Полиспорангиаты
Трахеофиты
Eutracheophytes
Euphyllophytina <8758>L32ignophytes>Progymnospermophyta †

Pteridophyta

Pteridopsida (настоящие папоротники)

Marattiopsida

Equisetopsida (хвощи)

Psilotopsida (папоротники и гадюки)

Cladoxylops Lycophytina

, Lycopodiophyta

, Zosterophyllophyta

Rhyniophyta

Aglaophyton

Horneophytopsida

Bryocetophyta <(роголистники)

(печеночники)

Charophyta

Chlorophyta

Trebouxiophyceae (Pleurastrophyceae)

Chlorophyceae

Ulvophyceae>Новая предложенная классификация следует за Leliaert et al. 2011 и модифицировано Silar 2016 для клады зеленых водорослей и Novíkov Barabaš-Krasni 2015 для клады наземных растений. Обратите внимание, что здесь Prasinophyceae помещены внутри Chlorophyta.

Viridiplantae

Mesostigmatophyceae

Chlorokybophyceae

Spirotaenia

Chlorophyta inc. Исправлено Prasinophyceae

, Streptobionta

, Klebsormidiophyta

Phragmoplastophyta

Charophyta Rabenhorst 1863. Lewis McCourt 2004 (Stoneworts)

Coleochaetophyta

Zygnematophyta

Embryobiotes

Marchantiophyta (Liverworts)

Stomatophyta

Bryophyta (Настоящие мхи) (Настоящие мхи)>(нецветущие роголистники)

Polysporangiophyta

Horneophyta

Aglaophyta

Tracheophyta (сосудистые растения)

Зеленые водоросли

Позже филогенез на основе геномов и транскриптов из 1153 видов растений. Размещение групп водорослей подтверждено филогенезом, основанным на геномах Mesostigmatophyceae и Chlorokybophyceae, которые с тех пор были секвенированы. Классификация Bryophyta как поддерживается Puttick et al. 2018 г., а также филогении с участием геномов роголистника, которые также были секвенированы с тех пор.

Rhodophyta

Glaucophyta

Viridiplantae

Chlorophyta

Prasinococcales

Mesostigmatophyceae

Chlorokybophyce>Klebsormidiales

Chara

Coleochaetales

Coleochaetales

Coleochaetalesg.

Печеночники

Мхи

Ликофиты

Папоротники

Сперматофиты <осперматофиты

Покрытосеменные

хлорофитные водоросли сорт стрептофитные водоросли сортиты

эмбриональные бактерии D83423Antonia, вид древовидный папоротник

Наиболее известные нам растения, вероятно, являются многоклеточные наземные растения, называемые эмбриофитами. Эмбриофиты включают сосудистые растения, такие как папоротники, хвойные и цветковые растения. К ним также относятся мохообразные, из которых наиболее распространены мхи и печеночники.

Все эти растения имеют эукариотические клетки с клеточными стенками, состоящие из целлюлозы, и большинство из них получают свою энергию посредством фотосинтеза с использованием света, воды и двуокиси углерода для пищи. Около трехсот видов растений не фотосинтезируют, но являются паразитами на других фотосинтезирующих растений. Эмбриофиты отличаются от зеленых водлей, которые представляют собой образ жизни фотосинтеза, подобный типу, который предполагается, произошли современные растения, за счет наличия репродуктивных органов, защищенных нерепродуктивными тканями.

Мохообразные впервые появились в начале палеозоя. В основном они живут в местах обитания, где влага в течение значительных периодов времени, хотя некоторые виды, такие как Таргиония, устойчивы к высыханию. Большинство мохообразных остаются мелкими видами на протяжении всего жизненного цикла. Это включает в себя чередование двух поколений: стадию гаплоида, называемой гаметофитом, и стадию диплоида, называемой спорофитом. У мохообразных спорофит всегда неразветвленный и остается питательно зависимым от своего родительского гаметофита. Эмбриофиты обладают способностью секретировать кутикулу на своей внешней поверхности, восковой слой, который придает устойчивость к высыханию. У мхов и роголистников кутикула обычно образуется только на спорофите. Устьица отсутствуют у печеночников, но встречаются на спорангиях мхов и роголистников, имеющих газообмен.

Сосудистые растения впервые появились в силурийский период, а к девонскому были диверсифицированы и распространились во многих различных земных средах. Они разработали ряд приспособлений, которые транспортируют воду и пищу по всему организму, которые транспортируют воду и пищу по всему организму. Корневые системы, способные получать почвенную воду и питательные вещества, также развивающиеся в течение девона. У сосудов современных растений спорофиты, как правило, большие, разветвленные, питательно независимые и долгоживущие, но появляются все больше свидетельств того, что палеозойские гаметофиты были такими же сложными, как и спорофиты. Гаметофиты всех групп сосудистых растений в ходе эволюции уменьшились в размерах и стали заметными в жизненном цикле.

У семенных растений микрогаметофит редуцируется из многоклеточного свободноживущего организма до нескольких клеток в пыльцевом зерне, а миниатюрный мегагаметофит остается внутри мегаспорангия, прикреплены к родительскому растению и от него. Мегаспорангий, заключенный в защитный слой, называемый покровом, известен как яйцеклетка. После оплодотворения спермой, продуцируемой пыльцевыми зернами, внутри семяпочки развивается спорофит эмбриона. Покровы становятся семенной оболочкой, а семяпочка превращается в семя. Семенные растения могут выживать и воспроизводиться в условиях засушливых условий, потому что они не зависят от свободной воды для движения сперматозоидов или развития свободноживущих гаметофитов.

Первые семенные растения, птеридосперм (семенные папоротники), ныне вымершие, появились в девоне и разошлись по всему каменноугольному периоду. Они были предками современных голосеменных, из которых сегодня широко распространены выжившие группы, в частности хвойные, которые являются доминирующими деревьями в нескольких биомах. Название голосеменное происходит от греческого сложного слова γυμνόσπερμος (γυμνός gymnos, «голый» и σπέρμα sperma, «семя»), поскольку семяпочки и последующие семена не заключены в защитную клетку (плодолистики или плод)., но несут голые, обычно на шишках.

Окаменелости

Окаменелое бревно в Национальный парк Окаменевший лес, Аризона

Растения окаменелости включают корни, древесину, листья, семена, фрукты, пыльца, споры, фитолиты и янтарь (окаменевшая смола, вырабатываемая некоторыми растениями). Ископаемые наземные растения наземных, озерных, речных и прибрежных морских отложениях. Пыльца, споры и водоросли (динофлагелляты и акритархи ) используются для датировки толщочных пород. Остатки ископаемых растений не так распространены, как ископаемые животные, хотя ископаемые остатки растений локально встречаются в изобилии во многих регионах мира.

Самые ранние окаменелости, явно отнесенные к Kingdom Plantae, - это ископаемые зеленые водоросли из кембрия. Эти окаменелости напоминают кальцифицированные многоклеточные представители дасикладалов. Известны более ранние докембрийские окаменелости, напоминающие одноклеточные зеленые водоросли, но окончательная идентичность с этой группой водорослей неясна.

Самые ранние окаменелости, приписываемые зеленым водорослям, класс к докембрию (около 1200 млн лет назад). Устойчивые внешние стенки цист празинофитов (известные как фикоматы) хорошо сохранились в ископаемых отложениях палеозоя (примерно 250–540 млн лет назад). Нитевидная окаменелость (Proterocladus) из отложений среднего неопротерозоя (около 750 млн лет назад) была отнесена к Cladophorales, в то время как самые старые достоверные записи о Bryopsidales, Dasycladales ) и каменные камни между к палеозою.

. Самые старые известные окаменелости эмбриофитов датируются ордовиком, хотя такие окаменелости фрагментарны. К силурийскому периоду сохранились окаменелости целых растений, включая простое сосудистое растение Cooksonia в середине силурия и гораздо более крупный и более сложный гликофит Baragwanathia longifolia в позднем силурии. С раннего девона Rhynie chert, были обнаружены детальные окаменелости ликофитов и риниофитов, которые показывают детали отдельных клеток органах растений и симбиотическую ассоциацию этих растений с грибами заказом Гломалес. Девонский период также был отмечен эволюцией листьев и корней и появлением первого современного дерева Археоптерис. Это дерево с производящим папоротниковой листвой и стволом с хвойным деревом было гетероспористым, производящим споры двух разных размеров, что является ранней ступенью в эволюции семян.

Уголь меры основной источник время палеозойских окаменелостей растений, причем в настоящее множество групп растений. Отвалы угольных шахт - лучшее место для сбора; уголь сам по себе является остатками окаменелых растений, хотя структурные детали окаменелостей растений редко можно увидеть в угле. В Ископаемая роща в Парк Виктория в Глазго, Шотландия, пни деревьев Лепидодендрон находятся в их первоначальных положениях роста.

Окаменелые остатки хвойных и ангиосперм корни, стебли и ветки могут быть местами изобилует озерными и прибрежными осадочными породами из мезозойской и кайнозойской эпох. Секвойя и ее союзники, магнолия, дуб и пальмы.

Окаменелая древесина распространена в некоторых частях мира и чаще всего встречается в засушливых или пустынных регионах, где она более подвержена эрозии. Окаменевшая древесина часто сильно силикатирована (органический материал заменен диоксидом кремния ), и пропитанная ткань часто сохраняется в мельчайших деталях. Такие образцы могут быть вырезаны и отполированы с помощью гранильного станка. Ископаемые леса из окаменелого дерева были найдены на всех континентах.

Окаменелости семенных папоротников, таких как Glossopteris, широко распространены на нескольких континентах Южного полушария, и этот факт подтвердил Альфреда Вегенера ранние идеи относительно теории континентального дрейфа.

Структура роста и развития

лист обычно является основным местом фотосинтеза у растений.

Большая часть твердого материала в растении - это взяты из атмосферы. В процессе фотосинтеза большинство растений используют энергию солнечного света для преобразования углекислого газа из атмосферы плюс воды в простые сахара. Затем эти сахара используются в качестве строительных блоков и образуют основной структурный компонент растения. Хлорофилл, магний -содержащий пигмент зеленого цвета, необходим для этого процесса; обычно он присутствует в листьях растений , а часто и в других частях растения. Паразитические растения, с другой стороны, используют ресурсы своего хозяина для обеспечения материалов, необходимых для обмена веществ и роста.

Растения обычно полагаются на почву в первую очередь для поддержки и воды (в количественном выражении), но они также получают соединения из азота, фосфора, калий, магний и другие элементарные питательные вещества из почвы. Эпифитные и литофитные растения зависят от воздуха и ближайшего мусора в качестве питательных веществ, а плотоядные растения дополняют свои потребности в питательных веществах, особенно в азоте и фосфоре, с помощью насекомых, которые являются жертвами захватить. Для успешного роста большинства растений им также требуется кислород в атмосфере и вокруг корней (почвенный газ ) для дыхания. Растения используют кислород и глюкозу (которая может быть произведена из запасенного крахмала ) для получения энергии. Некоторые растения растут как подводные водные растения, используя кислород, растворенный в окружающей воде, а некоторые специализированные сосудистые растения, такие как мангры и тростник (Phragmites australis ), могут расти вместе с корнями в бескислородные условия.

Факторы, влияющие на рост

Геном растения контролирует его рост. Например, отобранные сорта или генотипы пшеницы растут быстро, созревая в течение 110 дней, тогда как другие при тех же условиях окружающей среды растут медленнее и созревают в течение 155 дней.

Рост также определяется факторами окружающей среды, такими как как температура, доступная вода, доступная свет, двуокись углерода и доступные питательные вещества в почве. Любое изменение доступности этих внешних условий отразится на росте растения и сроках его развития.

Биотические факторы также влияют на рост растений. Растения могут быть настолько переполнены, что ни один особь не будет производить нормальный рост, вызывая этиоляцию и хлороз. Оптимальному росту растений могут препятствовать пасущиеся животные, неоптимальный состав почвы, отсутствие микоризных грибов и нападения насекомых или болезней растений, в том числе вызванных бактериями, грибами, вирусами и нематоды.

Осенью лиственные листья не фотосинтезируют.

Простые растения, такие как водоросли, могут иметь короткую продолжительность жизни по отдельности, но их популяция обычно носит сезонный характер. Однолетние растения растут и размножаются в течение одного вегетационного периода, двухлетние растения растут в течение двух вегетационных сезонов и обычно размножаются на второй год, а многолетние растения живут в течение многих вегетационных сезонов и после созревания часто воспроизводятся ежегодно. Эти обозначения часто зависят от климата и других факторов окружающей среды. Однолетние растения в альпийских или умеренных регионах могут быть двухлетними или многолетними в более теплом климате. Среди сосудистых растений к многолетним растениям относятся как вечнозеленые, сохраняющие листья в течение всего года, так и листопадные растения, которые частично теряют листья. В умеренном и северном климате они обычно теряют листья зимой; многие тропические растения теряют листья во время засушливого растения.

Скорость роста растений изменчива. Некоторые мхи вырастают менее 0,001 миллиметра в час (мм / ч), тогда как большинство деревьев вырастают 0,025–0,250 мм / ч. Некоторые вьющиеся виды, такие как кудзу, должны расти со скоростью 12,5 мм / ч.

Растения защищают себя от мороза и обезвоживание стресс с белками-антифризами, белками теплового шока и сахарами (часто встречается сахароза ). Экспрессия белка LEA (обильный поздний эмбриогенез ) индуцирует стрессом и защищает другие белки от агрегации в результате обезвоживания и замораживания.

Эффекты замораживания

Когда вода замерзает в растениях, последствия для растений во многом зависит от того, происходит ли замерзание внутри клеток (внутриклеточно) или вне клеток в межклеточных пробелах. Внутриклеточное замораживание обычно приводит к гибели растения независимо от зимостойкости его тканей. Чтобы вызвать внутриклеточное образование, обычно требуется скорость охлаждения в несколько градусов Цельсия в минуту. При скорости охлаждения несколько градусов Цельсия в час в межклеточных пространствах происходит расслоение льда. Это может быть или не привести к летальному исходу, в зависимости от прочности ткани. При отрицательной температурех вода в межклеточных пространствах растительной ткани сначала замерзает, хотя вода может оставаться незамерзшей до тех пор, пока температура не упадет ниже -7 ° C (19 ° F). После начального образования межклеточного льда сжимаются, поскольку вода теряется в сегментированном льду, подвергаются сублимационной сушке. Это обезвоживание основной обморожения.

Повреждение и восстановление ДНК

Растения постоянно подвергаются ряду биотических и абиотических стрессов. Эти стрессы часто вызывают повреждение ДНК прямо или косвенно через образование активные форм кислорода. Растения способны к ответу на повреждение ДНК, что является критическим механизмом для поддержания стабильности генома. Реакция на повреждение ДНК особенно важна во время семян прорастания, поскольку качество семян имеет тенденцию ухудшаться с возрастом в связи с накоплением повреждений ДНК. Во время прорастания активируются процессы восстановления. В частности, можно репарировать одно- и двухцепочечные разрывы. Киназа контрольной точки ДНК Банкомат ключевую роль в интеграции развития через прорастание репарационных реакций на повреждения ДНК, накопленными старыми семенами.

Растительные клетки

Структура растительных клеток

Растительные клетки обычно отличаются большой заполненной центральной водой вакуолью, хлоропластами и жесткими клеточными стенками, состоящими из целлюлозы, гемицеллюлоза и пектин. Деление клетки также фрагмопласта для конструирования клеточной пластинки на поздних стадиях цитокинеза. Так же, как и у животных, растительные клетки дифференцируются и развиваются в разные типы клеток. Типотентные меристематические клетки могут дифференцироваться в сосудистые, запасающие, защитные (например, эпидермальный слой ) или репродуктивные ткани, у более примитивных растений отсутствуют некоторые виды тканей.

Физиология

Фотосинтез

Растения фотосинтезируют, что означает, что они производят собственные молекулы энергии, используя полученную от света. Основным механизмом улавливания световой энергии у растений является пигмент хлорофилл. Все зеленые растения содержат две формы хлорофилла: хлорофилл а и хлорофилл b. Последний из этих пигментов не содержит красных или коричневых водорослей. Простое уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:

6 CO 2 + 6 H 2 O → свет C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 {\ displaystyle {\ ce {6CO2 {} + 6H2O {} ->[{\ text {light}}] C6H12O6 {} + 6O2 {}}}}{\displaystyle {\ce {6CO2{}+6H2O{}->[{\ text {light}}] C6H12O6 {} + 6O2 {}}}}

Иммунная система

С помощью клеток, которые ведут себя подобным образом Падающий свет, который стимулирует химическую реакцию в одном листе, вызывает цепную реакцию сигналов для всего растения через тип клетки, называемый клеткой оболочки пучка. Варшавского университета естественных наук в Польше представлены, что у растений есть особая память для различных условий освещения, которая подготавливает их иммунную систему к сезонным геногенам. рецепторы распознавания образов для распознавания консервативных микробов. сиг натур. Это распознавание вызывает иммунный ответ. Первые рецепторы консервативных микробных сигнатур растений были идентифицированы у риса (XA21, 1995) и у Arabidopsis thaliana (FLS2, 2000). Растения также несут иммунные рецепторы, распознающие очень вариабельные эффекторы патогенов. К ним относится белки класса NBS-LRR.

Внутреннее распределение

Сосудистые растения отличаются от других растений тем, что питательные вещества транспортируются между своими частями через специализированные структуры, называемые ксилемой и флоэмой. У них также есть корни для впитывания воды и минералов. Ксилема перемещает воду и минералы от корня к остальным частям растения, а флоэма обеспечивает корни сахаром и другими питательными веществами, производимыми листьями.

Геномика

Растения имеют некоторые из самого большого геном среди всех организмов. Самый крупный геном растения (с точки зрения количества генов) - это геном пшеницы (Triticum asestivum), который, по прогнозам, кодирует ≈94000 генов и, таким образом, почти в 5 раз больше, чем геном человека. Первым секвенированным геномом растение был геном Arabidopsis thaliana, который кодирует около 25 500 генов. С точки зрения чистой соответствует самая ДНК, самый маленький из опубликованных геномов - это геном плотоядного пузырчатого (Utricularia gibba) размером 82 МБ (хотя он все еще кодирует 28500 генов), а большой - геном европейской ели (Picea abies) занимает 19 600 мегабайт (кодирует около 28 300 генов).

Экология

Фотосинтез, проводимый наземными растениями и водорослями, основной источник органического материала почти в все экосистемы. Фотосинтез, сначала цианобактерия, а затем фотосинтезирующими эукариотами, радикально изменил состав бескислородной атмосферы ранней Земли, что в результате теперь содержит 21% кислорода. Животные и другие организма аэробны, полагаясь на кислород; те, которые этого не делают, ограничиваются относительно редкими анаэробными средами. Растения используются продуцентами в основных экосистемах и составляют основу пищевой сети в этих экосистемах. Многие животные полагаются на растения как на укрытие, а также кислород как и пищу. Растения образуют около 80% мировой биомассы, содержащее около 450 гигатонн (4,4 × 10 длинных тонн; 5,0 × 10 коротких тонн) углерода.

Наземные растения являются ключевыми компонентами круговорот воды и несколько других биогеохимических циклов. Некоторые растения совместно эволюционировали с азотфиксирующими бактериями, которые делают растения известными азот циклического. Корни надежно играет роль в развитии почвы и предотвращении эрозии почвы.

Распространение

Растения распространены почти по всему миру. Хотя они населяют множество биомов и экорегионов, немногие из них можно найти за пределами тундр в самых северных регионах континентальных шельфов. В южных крайностях растения антарктической флоры цепко адаптировались к преобладающим условиям.

Растения часто являются доминирующим физическим и структурным компонентом местообитаний, которые они встречаются. Многие из биомов Земли названы по типу растительности, потому что растения являются доминирующими организмами в этих биомах, таких как луга, тайга и тропический тропический лес.

Экологические отношения

Венерина мухоловка, вид плотоядных растений.

Многие животные эволюционировали одновременно с растениями. Многие животные опыляют цветы в обмен на пищу в виде пыльцы или нектара. Многие животные распространяют семена, часто поедая фрукты и передавая семена с их фекалиями. Мирмекофиты - это растения, которые эволюционировали вместе с муравьями. Растение обеспечивает муравьям дом, а иногда и пищу. В обмен муравьи защищают растение от травоядных, а иногда и от конкурирующих растений. Муравьиные отходы для животных удобрений.

У многих видов растений есть различные виды грибов, связанные с их системой в виде взаимного симбиоза, известного как микориза. Грибы растения позволяют получать воду и минеральные питательные вещества из почвы, в то время как растение дает грибам углеводы, вырабатываемые в процессе фотосинтеза. Некоторые растения садят дом для эндофитных грибов, которые защищают растение от травоядных, вырабатывая токсины. Грибковый эндофит Neotyphodium coenophialum в овсянице высокорослой (Festuca arundinacea) наносит огромный экономический ущерб животноводству в США

Различные формы паразитизма также справедливы. распространены но среди растений, от полупаразитической омелы, которая просто забирает некоторые питательные вещества от своего хозяина, все еще имеет фотосинтезирующие листья, до полностью паразитических заразихи и зубочистки которые получают все свои питательные вещества через связи с корнями других растений и поэтому не имеют хлорофилла. Некоторые растения, известные как , паразитируют на микоризных грибах и, следовательно, как эпипаразиты на других растениях.

Многие растения являются эпифитами, то есть они растут на других растениях, обычно деревьях, не паразитируя на них. Эпифиты могут нанести вред своему растению-хозяину, улавливая минеральные питательные вещества и свет, которые иначе получил бы хозяин. Вес большого количества эпифитов может сломать ветви деревьев. Гемиепифиты, подобные фигу-душителю, начинаются как эпифиты, но в итоге пустили свои корни, одолели и убили своего хозяина. Многие ореи, бромелии, папоротники и мхи часто растут как эпифиты. Эпифиты бромелий накапливают воду в пазухах листьев, образуя фитотельматы, которые могут содержать сложные водные пищевые сети.

Примерно 630 растений плотоядны, например Venus Flytrap (Dionaea muscipula) и росянка (виды Drosera). Они ловят мелкие животные и переваривают их, чтобы получить минеральные вещества, особенно азот и фосфор.

Важность

Изучение использования растений называется экономической ботаникой или этноботаника. Выращивание растений человеком является частью сельского хозяйства. Растениеводство подразделяется на агрономию, садоводство и лесное хозяйство.

Продовольствие

Механический сбор овса

пища для людей, либо непосредственно, либо в качестве корма для домашних животных. Сельское хозяйство занимается производством продовольственных культур и играет ключевую роль в истории мировых цивилизаций. Сельское хозяйство включает агрономию для сельскохозяйственных культур, садоводство для овощей и фруктов и лесное хозяйство для древесины. В пищу использовалось около 7000 видов растений, хотя большая часть сегодняшней пищиена только из 30. Основные основные продукты включают злаки, такие как рис и пшеница, крахмалистые корни и клубни, такие как маниока и картофель и бобовые, такие как горох и бобы. Растительные масла, такие как оливковое масло, содержат липиды, а фрукты и овощи вносят витамины и минералы в рацион.

Лекарства

Лекарственные растения основные средства соединения, как из их лечебных и физиологических эффектов, так и для промышленных синтез огромного количества нашей химикатов. Многие лекарства используют из растений, как традиционные лекарства, используемые в фитотерапии, так и химические вещества, очищенные из растений или впервые обнаруженные в них, иногда с помощью этноботанического поиска, а синтезированные для использования в современной медицине. Современные лекарственные средства, полученные из растений, включают аспирин, таксол, морфин, хинин, резерпин, колхицин., дигиталис и винкристин. Растения, используемые в траволечении, включая гинкго, эхинацею, пиретрум и зверобой. Фармакопея из Диоскорида, De Materia Medica, описывающая около 600 лекарственных растений, была написана между 50 и 70 годами нашей эры и до сих пор использовалась в Европе и на территории Европы. Ближнем Востоке. примерно до 1600 года нашей эры; он был предшественником всех современных фармакопей.

Непродовольственные товары

Древесина на складе иногда источник обработки на

Растения, выращиваемые технические культуры широкого спектра продуктов, используемых в производстве, настолько интенсивно, что возникает риск причинения вреда окружающей среде. Непищевые продукты включают эфирные масла, натуральные красители, пигменты, воски, смолы, дубильные вещества, алкалоиды, янтарь и пробку. Продукты, полученные из растений, включают мыло, шампуни, парфюмерию, косметику, краски, лаки, скипидар, каучук, латекс, смазки, линолеум, пластмассы, чернила и камеди. Возляемые виды топлива на заводх включают дрова, торф и другие биотопливо. ископаемое топливо уголь, нефть и природный газ получены из останков водных организмов, включая фитопланктон в геологическое время.

Структурные ресурсы и растения используются для строительства жилищ и производства одежды. Древесина используется не только для строительства зданий, лодок и мебели, но также для изготовления небольших предметов, таких как музыкальные инструменты и спортивный инвентарь. Древесина превращается в целлюлозу для изготовления бумаги и картона. Ткань часто изготавливается из хлопка, льна, рами или синтетических волокон, таких как вискоза и ацетат, полученные из растения целлюлоза. Нить, используемая для шитья ткани, также большей частью из хлопка.

Эстетика

Роза шпалер в Нидернхолле в Германии.

Тысячи растений виды выращиваются в эстетических целях, а также для лечения тени, изменения температуры, уменьшения ветра, уменьшения шума, обеспечения уединения и предотвращения эрозии почвы. Растения индустрии индустрии туризма с доходом в несколько миллиардов долларов в год, которая включает в себя поездки в исторические сады, национальные парки, тропические леса, разноцветными осенними листьями и фестивалями, такими как Япония и фестиваль цветения сакуры в Америке.

Капители древнеегипетских колонн, украшенные, чтобы напоминать папирус растения. (в Луксоре, Египет)

Хотя некоторые сады засажены Продовольственными культурами, многие из них высажены в эстетических, декоративных или природоохранных целях. Дендрарии и ботанические сады являются общедоступными коллекциями живых растений. В частных садах используются газонные травы, тенистые деревья, декоративные деревья, кустарники, виноградные лозы, многолетние травянистые растения и клумбы. В садах можно выращивать растения в естественном состоянии или скульптурировать их рост, как в случае с топиарием или шпалером. Садоводство - самый популярный вид досуга в США, и работа с растениями или садоводческая терапия полезны для реабилитации людей с ограниченными возможностями.

Также можно выращивать растения или хранятся внутри помещений как комнатные растения или в бизнес-зданиях, таких как теплицы, которые предназначены для ухода за живыми растениями и их выращиванием. Venus Flytrap, чувствительное растение и воскрешающее растение являются примерами растений, продаваемых как новинки. Существуют также формы искусства, специализирующиеся на расположении срезанных или живых растений, таких как бонсай, икебана, а также на композиции срезанных или засушенных цветов. Декоративные растения иногда меняли ход истории, например, в tulipomania.

Архитектурные узоры, напоминающие растения, появляются в капителях древнеегипетских колонн, вырезанных так, чтобы они напоминали либо египетский белый лотос или папирус. Изображения растений часто используются в живописи и фотографии, а также на тканях, деньгах, марках, флагах и гербах.

Использование в научных и культурных целях

Барбара МакКлинток (1902–1992) была пионером. цитогенетик, который использовал кукурузу (кукуруза) для изучения механизма наследования признаков.

Основные биологические исследования часто проводились с растениями. В генетике селекция растений гороха позволила Грегору Менделю вывести основные законы, регулирующие наследование, а исследование хромосом кукурузы позволило Барбара МакКлинток, чтобы продемонстрировать их связь с унаследованными чертами. Растение Arabidopsis thaliana используется в лабораториях в качестве модельного организма, чтобы понять, как гены контролируют рост и развитие структур растений. NASA предсказывает, что космические станции или космические колонии однажды будут полагаться на растения для жизнеобеспечения.

Древние деревья почитаются, и многие из них известны. Годовые кольца сами по себе являются важным методом датировки в археологии и служат свидетельством климата прошлого.

Растения занимают видное место в мифологии, религии и литература. Они используются в качестве национальных и государственных гербов, в том числе государственных деревьев и государственных цветов. Растения часто используются в качестве памятников, подарков и для обозначения особых случаев, таких как рождение, смерть, свадьбы и праздники. Расположение цветов может использоваться для отправки скрытых сообщений.

Отрицательные эффекты

Сорняки - нежелательные растения, растущие в управляемых средах, таких как фермы, городские районы, сады, газоны и парки. Люди распространили растения за пределы своих естественных ареалов, и некоторые из этих интродуцированных растений становятся инвазивными, разрушая существующие экосистемы, вытесняя местные виды, и иногда становятся серьезными сорняками культивирования.

Растения могут причинить вред здоровью. животные, в том числе люди. Растения, производящие пыльцу, переносимую ветром, вызывают аллергические реакции у людей, страдающих сенной лихорадкой. Ядовиты самые разные растения. Токсальбумины - растительные яды, смертельные для большинства млекопитающих, и действуют как серьезное средство сдерживания их употребления. Некоторые растения вызывают раздражение кожи при прикосновении, например ядовитый плющ. Некоторые растения содержат психотропные химические вещества, которые извлекаются, проглатываются или курят, включая никотин из табака, каннабиноиды из Cannabis sativa, кокаин из Erythroxylon coca и опиум из опийного мака. Курение причиняет вред здоровью или даже смерть, а некоторые наркотики также могут быть вредными или смертельными для людей. Как нелегальные, так и легальные препараты, полученные из растений, могут иметь негативное влияние на экономику, влияя на производительность труда и расходы на правоохранительные органы.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Общие положения
  • Evans, LT (1998). Кормление десяти миллиардов - растения и население рост. Издательство Кембриджского университета. Мягкая обложка, 247 стр. ISBN 0-521-64685-5.
  • Кенрик, Пол и Крейн, Питер Р. (1997). Происхождение и ранняя диверсификация наземных растений: кладистическое исследование. Вашингтон, округ Колумбия: Smithsonian Institution Press. ISBN 1-56098-730-8.
  • Raven, Peter H.; Эверт, Рэй Ф.; И Эйххорн, Сьюзен Э. (2005). Биология растений (7-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания. ISBN 0-7167-1007-2.
  • Тейлор, Томас Н. и Тейлор, Эдит Л. (1993). Биология и эволюция ископаемых растений. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 0-13-651589-4.
  • Тревавас А. (2003). «Аспекты интеллекта растений». Летопись ботаники. 92 (1): 1–20. doi : 10.1093 / aob / mcg101. PMC 4243628. PMID 12740212.
Оценка и подсчет видов
  • Комиссия по выживанию видов Международного союза охраны природы и природных ресурсов (МСОП) (2004). Красный список МСОП [2].
  • Пренс Г.Т. (2001). «Открывая мир растений». Таксон. 50 (2, Золотой юбилей, часть 4): 345–359. DOI : 10.2307 / 1223885. JSTOR 1223885.

Внешние ссылки

В Wikibook Дихотомический ключ есть страница по теме: Plantae
Ботанический и базы данных по растительности
Последняя правка сделана 2021-06-02 07:37:39
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru