Ботаніка: історія розвитку, завдання, об’єкти дослідження

Укріпившись, еволюційна теорія поставила перед багатьма напрямками біологічної науки нові завдання. Зокрема, морфологія, крім панівних раніше лише описових підходів, мала з’ясувати  шляхи і причини формування організмів в історичному плані, у зв’язку з чим важливого значення набули викопні залишки рослин, як реальне свідчення відмерлих у ході еволюції ланок.

Морфологи також зосередили свою увагу на вивченні внутрішньої  будови і формотворенні рослинних  організмів у процесі їхнього  індивідуального розвитку (онтогенезу). Анатоми детально прослідкували утворення клітин і тканин у молодих пагонах і органах. Німецький ботанік Вільгельм Гофмейстер (1824-1877) детально описав розвиток спорових і насінних рослин і довів принципову схожесть їхніх циклів розвитку (1851). Були глибоко досліджені процеси запліднення в рослин, виникнення і розвиток задатків. У 1898 р. професор Київського університету Святого Володимира Сергій Гаврилович Навашин (1857-1930) описав явище подвійного запліднення в покритонасінних рослин.

Величезну роль у розвитку ботаніки відіграла також ідея про  необхідність вивчення рослин у їхньому  взаємозв’язку із зовнішнім середовищем, що стало основою формування в XIX ст. тісно

пов’язаних між собою  наукових дисциплін: ботанічної географії, фітоценології  та екології. Вже на початку XІX ст. німецький природознавець, географ і мандрівник Олександр Гумбольдт (1769-1859) заклав основи географії рослин та вчення про їх життєві форми, а наприкінці цього сторіччя російський природодослідник Василь Васильович Докучаєв (1846-1903) та його учні розробили вчення про географічні зони. В цей час були визначені також основні положення фітоценології та екології.

У XX ст. великих успіхів досягли такі експериментальні розділи ботаніки, як фізіологія, біохімія, мікробіологія та генетика. Було розшифровано молекулярну будову хлорофілу, білків, нуклеїнових кіслот. Учені прослідкували, як виникає багато складних речовин у рослинах, а також синтезували деякі з них. Експериментальні і математичні методи проникли в ті розділи ботаніки, котрі до цього залишалися суто описовими.

Можливості наукового  пізнання значно розширилася після  винайдення електронного мікроскопа (1940), який дає збільшення в десятки  і сотні тисяч раз. Синтез електронної  мікроскопії, біохімії і біофізики спричинив появу нової сучасної науки – молекулярної біології. Великою мірою на розвиток біології, в тому числі й ботаніки, вплинула розшифровка будови нуклеїнових кислот та з’ясування їхньої ролі в спадковості і біосинтезі білків.

Якщо до ХХ ст. наука була справою окремих вчених, котрі керувалися лише власними міркуваннями, то в ХХ ст. вона зазнала глибоких організаційних змін і стала великою виробничою силою. Зважаючи на це, в розвинутих країнах наукові колективи фінансуються з державного бюджету і перед ними постають завдання державного значення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   2. Завдання ботаніки

 

 

Загальне завдання ботаніки полягає  у різноплановому вивченні окремо взятих рослин і їхніх сукупностей –  рослинних угруповань, із яких формуються ліси, луки, степи. Структура і закономірності росту рослин, їхні  стосунки з навколишньою природою, закономірності поширення і розподілу окремих видів і всього рослинного світу на Земній кулі; походження  і еволюція царства рослин, причини його різноманітності і класификація; запаси в природі господарських рослин і шляхи раціонального використання їх, розроблення наукових основ введення у культуру (інтродукція) нових кормових, лікарських, плодових, овочевих, технічних та інших рослин – ось далеко не повний перелік питань вивченням яких займаються ботанічні науки (морфологія, ембріологія, фізіологія, систематика, анатомія, екологія, геоботаніка, географія рослин тощо).

Одне з першорядних завдань  ботаніки – розроблення наукових основ охорони природних і  рослинних ресурсів. Особлива увага приділяється вивченню і охороні рідкісних та зникаючих рослин, що занесені до Червоної книги, оскільки втрата кожного виду – це не тільки зменшення різноманітності рослин, а і руйнування стійкості рослинного угруповання, збалансованого протягом багатьох тисячоліть.

Значення рослин у  природі, народному господарстві і  житті людини визначається їхньою здатністю  здійснювати процес фотосинтезу. Без  рослин неможливо уявити життя на Землі, оскільки в процесі фотосинтезу, що відбувається в хлоропластах, не тільки утворюються органічні речовини із неорганічних, а і виділяється в атмосферу кисень, необхідний для дихання всіх організмів. Оскільки при цьому поглинається вуглекислий газ, то запобігається його нагромадження в атмосфері. Використовуючи для утворення органічних речовин мінеральні солі і воду з грунту, вуглекислий газ і азот із атмосфери, рослини беруть активну участь у кругообігу речовин у природі. Рослинними продукти живляться інші живі організми, в тому числі і людина. Рослини людина використовує як паливо, будівельний матеріал і сировину для багатьох галузей народного господарства (в тому числі лікарська сировина).

 Важливою задачею  ботаніки є те, щоб вивчивши  рослини в єдності з умовами  їхнього життя, навчитися керувати  ними, їхньою природою, спадковістю. Це має велике значення для отримання високих врожаїв культурних рослин, для виведення більш врожайних форм і сортів рослин, а також для збереження рідких видів рослин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Об’єкти дослідження.

 

До теперішнього часу ботанічна наука, що має єдиним об'єктом свого дослідження рослину, рослинний світ, розділялася на ряд хоча і зв'язаних між собою, але все-таки більш-менш самостійних ботанічних дисциплін, кожна з яких вирішує свої завдання і використовує свої власні методи дослідження.

Основна ботанічна дисципліна - систематика рослин розділяє різноманіття рослинного світу на субпідрядні один одному природні групи - таксони (класифікація), установлює раціональну систему їхніх найменувань (номенклатура) і з'ясовує родинні (еволюційні) взаємини між ними (філогенія). У минулому систематика ґрунтувалася на зовнішніх морфологічних ознаках рослин і їхнім географічним поширенням, тепер же систематики широко використовують також ознаки внутрішньої будови рослин, особливості будови рослинних кліток, їхнього хромосомного апарата, а також хімічний склад і екологічні особливості рослин. Встановлення видового складу рослин (флори) якої-небудь певної території звичайно називається флористикою, виявлення областей поширення (ареалів) окремих видів, пологів і сімейств - хорологією (фітохорологією). Вивчення деревних і чагарникових рослин іноді виділяють в особливу дисципліну - дендрологію.

У тісному зв'язку із систематикою перебуває морфологія рослин, що вивчає форму рослин у процесі індивідуального (онтогенез) і історичного (філогенез) розвитку. У вузькому смислі, морфологія вивчає зовнішню форму рослин і їхніх частин, у більш широкому - включає анатомію рослин, що вивчає їхню внутрішню будову, ембріологію, що досліджує утворення і розвиток зародка, і цитологію, що вивчає будову рослинної клітки.

Деякі розділи морфології рослин виділяють в особливі дисципліни в зв'язку з їх прикладним або  теоретичним значенням: органографію - опис частин і органів рослин, палинологию - вивчення пилка і спор рослин, карпологію - опис і класифікація плодів, тератологію - вивчення аномалій і каліцтв (терат) у будові рослин. Розрізняють порівняльну, еволюційну, екологічну морфологію рослин.

Вивченням рослин у їх взаємовідношенні із середовищем існування займається ряд галузей ботаніки, іноді поєднуваних під загальною назвою екологія рослин. У більш вузькому значенні екологія вивчає вплив на рослину середовища існування, а також різноманітні пристосування рослин до особливостей цього середовища. На земній поверхні рослини утворюють певні співтовариства, або фітоценози, що повторюються на більш-менш значних територіях (ліси, степи , луги, савани і т.д.). Дослідженням цих співтовариств займається галузь ботаніки, називана в СРСР геоботанікою, або фітоценологією (за рубежем її часто називають фітосоціологією). У залежності від об'єкта дослідження в геоботаніку виділяють лісознавство, лугознавство, тундрознавство, болотознавство і т.д. У більш широкому значенні геоботаніка стуляється з вченням про екосистеми, або з біогеоценологієй, що вивчає взаємини між рослинним покривом, тваринним світом, ґрунтом і гірськими породами, що підстилають ґрунт. Цей комплекс називається біогеоценозом. Поширення окремих видів рослин на поверхні земної кулі вивчає географія рослин, а особливості розподілу рослинного покриву на Землі в залежності від сучасних умов і історичного минулого - ботанічна географія. 
      Наука про викопні рослини - палеоботаніка, або фітопалеонтологія, має першорядне значення для відновлення історії розвитку рослинного світу. Палеоботаніки мають найважливіше значення для вирішення багатьох питань систематики, морфології (включаючи анатомію) і історичної географії рослин. Її даними користується також геологія (історична геологія і стратиграфія).

Корисні властивості  дикоростучих рослин і можливості їхнього окультурення вивчаються економічною ботанікою (господарська ботаніка, ботанічне ресурсознавство). З економічною ботанікою тісно зв'язана етноботаніка - навчання про використання рослин різними етнічними групами населення земної кулі. Важливий розділ прикладної ботаніки - вивчення дикоростучих родичей культурних рослин, що володіють коштовними властивостями (наприклад, імунітетом до хвороб, посухостійкістю і т.д.).

Фізіологію рослин і  біохімію рослин не завжди відносять  до ботаніки, оскільки багато фізіологічних і біохімічних процесів, що протікають у рослинах, аналогічні або навіть тотожні процесам, що протікають у тваринних організмах, і вивчаються подібними методами. Однак біохімія і фізіологія рослин відрізняються поруч специфічних рис, винятково чи майже винятково властивих рослинам. Тому розмежувати фізіологію і біохімію рослин від власне ботаніки нелегко, тим більше, що фізіологічні і біохімічні особливості рослин можуть розглядатися як таксономічні ознаки, отже, цікавити систематиків рослин. Ці ж особливості надзвичайно важливі для розуміння проблем екології і геоботаніки, географії рослин і ботанічної географії, економічної ботаніки і т.д. Генетика рослин звичайно також розглядається як розділ загальної генетики, хоча деякі глави її (генетика популяцій, цитогенетика) тісно зв'язані із систематикою, особливо біосистематикою, екологією рослин і геоботанікою.

Границі між перерахованими вище розділами ботаніки значною мірою умовні, тому що їхні методи нерідко перехрещуються, а дані взаємно використовуються. Важко визначити місце таких наук, як фізіологічна анатомія й екологічна фізіологія, або відокремити використання хімічних особливостей рослин у систематику (хемосистематика) від порівняльної біохімії рослин; поряд з цим процесом йде і досить вузька спеціалізація окремих ботанічних розділів.

 

 

 

 

4. Біологія хвойних  рослин. Сосна.

 

Хвойні рослини - викопні  та сучасні рослини, геологічна історія  яких починається в ранньому карбоні. Найчисленніша група відділу  Голонасінних. Їх нараховується 560 видів.

За своїм значенням  у природі і для людини вони займають друге місце після покритонасінних  і являють собою групу рослин, що знаходиться в розквіті. За зовнішнім  виглядом – це дерева і кущі різних розмірів: від карликових сосон (сосна  – пігмей гірських і субальпійських торф’яників висотою до 1 м) до гігантських дерев (секвойя – 100 м у висоту і 11 м у діаметрі, мамонтове дерево – до 12 м у діаметрі). Трав’янистих рослин серед хвойних не виявлено.

Хвойні рослини поряд  з покритонасінними мають важливе значення в природі і для людини. У хвойних лісах нагромаджується велика біомаса. Україна відноситься до малолісних країн. Лише 13,9% її теріторії зайнято лісами, серед яких поширені представники родів: тис, ялиця, ялина, сосна (23 види), модрина, ялівець. У лісах різних районів північної півкулі головними утворювачами ландшафтів є хвойні. Так, сосни утворюють світлі сухі соснові бори, можуть рости вони разом з ялиною і у мішаних лісах. На піщаних грунтах сосна затримує рух грунтів і урвищ. Ялина разом із смерекою утворюють  темнохвойну тайгу. В Україні – на Поліссі і на піщаних терасах річок лісостепової та степової зон – ялина входить до складу суборів (природний ліс з домішками берези, дуба, осики, ялини тощо).

Ліси на схилах гір  і по берегах річок зменшують весняні паводки і затримують вітри. Сніг в лісі тане повільно, вода затримується в грунті, випаровується поступово, створюється сприятливий мікроклімат для інших рослин, тварин і людини.

Ліси й парки міст ствоюють чисте повітря, збагачюють киснем. Багато дерев, особливо хвойні, виділяють фітонциди – речовини, які вбивають мікроорганізми, тому соснові ліси є добрим місцем для відпочинку і лікування людей. Деревина голонасінних широко використовується як будівельний матеріал, сировина для целюлозно-паперової промисловості. При сухій перегонці деревини соснових, а також із живиці (прозора, ароматна смола, що виділяється із ран сосни) отримують скипідар, каніфоль. Хвою використовують в медецині, оскільки вона містить аскорбінову кіслоту (вітамін С), каротин. Насіння деяких соснових використовують в їжу (кедрові горішки). Багато представників хвойних використовуються як декоративні рослини (туя, тис, модрина, кипарис)

Назву хвойним рослинам дали через голчасті (лускоподібні) листки – хвою, що розташована на вкорочиних пагонах поодинці або зібрана в пучки. У більшості хвойних листки багаторічні, але у деяких видів вони опадають щорічно (модрина).

Типовими представниками хвойних є сосна звичайна і  ялина – основні лісотворні породи лісової зони. Сосна – світлолюбна рослина, зовнішній вигляд якої залежить від умов життя. В густому лісі дерева сосни прямі, стрункі, з гладеньким стовбуром, досягають 35-40 м у висоту. “Прозора” крона розташовується на самій верхівці. Нижні бічні гілки не витримують затінення і рано відмирають. На відкритих місцевостях сосни мають крислату крону. Соснові ліси зустрічаються в найрізноманітніших умовах, у тому числі на пісчаних грунтах, болотах, крейдяних горах, голих скелях.

Коренева система сосни  стрижнева, дуже добре розвинена. Крім довгих коренів, головних або бічних, є короткі дрібні і дуже галузисті бічні , як правило, з мікоризою. Додаткових коренів немає. Форма кореневої системи залежить від типу грунту. Так, на піску у сосни крім глибоких коренів розростаються численні поверхневі корені. На болотах у неї лише поверхневі корені.