Что такое систематика растений
Bio-Lessons
Образовательный сайт по биологии
Основы систематики. Систематика растений
Основы систематики растений
Наука о распределении организмов на группы по степени родства называется, систематикой, а место того или иного организма в системе — классификацией.
Основателем систематики является К. Линней. Все растения относятся к одному царству. Царство растений делится на 2 подцарства: низшие и высшие растения.
К низшим растениям относятся водоросли. Некоторые из них имеют простое одноклеточное строение. Другие, хотя и являются многоклеточными, не имеют корней, стеблей и листьев.
Признаки высших растений
Большинство высших растений имеют ткани и органы. Вегетативные органы — корни, стебли и листья — выполняют функции питания и взаимодействия с окружающей средой. Генеративные органы (цветки) служат для полового размножения.
Моховидные, плауновидные, хвощевидные и папоротниковидные растения размножаются спорами. Голосеменные и покрытосеменные растения размножаются семенами. Семена покрыты плотной оболочкой и содержат запасы питательных веществ и многоклеточный зародыш.
Хотя растения и разделяются па высшие и низшие, все они относятся к царству растений. Клетки низших и высших растений схожи по строению и жизнедеятельности. Все они способны к фотосинтезу при наличии хлорофилла.
Систематика растений
При изучении растений сходные друг с другом виды объединяют в роды, роды — в семейства, семейства — в порядки, порядки — в классы, классы — в отделы, отделы — в царство (рис.1,2):
Рис.1 Основные систематические категории растений
Таким образом, систематика — ото наука о степени родства организмов. Принадлежащие к определенной группе растения произошли от общих предков. У родов один общий вид — предок. Эти группы образовывались постепенно, в течение длительного времени, в результате приспособления к различным внешним условиям.
Вид — наименьшая единица в систематике, он объединяет растения, схожие по 4 признакам: 1) общее строение; 2) сходные экологические условия и общая территория обитания (ареал); 3) схожесть жизненных процессов, например скорость роста; 4) скрещиваемость и способность давать потомство.
К самой распространенной на земле группе растений относятся покрытосеменные, или цветковые. По строению семян, стеблей и листьев они подразделяются на два класса: однодольные и двудольные. Например, всем известный картофель (паслен клубненосный) относится к роду паслен, семейству пасленовых, порядку норичниковых, классу двудольных, отделу покрытосеменных. Вид лук репчатый относится к роду лук, семейству луковых, порядку лилейных, классу однодольных, отделу покрытосеменных растений.
Систематика и классификация животных.
Как и всем живым организмам, растениям свойственны такие процессы, как обмен веществ, питание, дыхание, размножение, рост и развитие, раздражимость. Им ; характерны все виды размножения. При классификации растения делят на группы. Самая большая единица царства — подцарство. Основными считаются следующие: вид —> род —> семейство —> порядок —> класс —> отдел —> царство.
Вид — наименьшая единица системы. При определении вида растения учитывается множество факторов: общее строение; сходные экологические условия и общий ареал; схожесть жизненных процессов; скрещиваемость и качество потомства.
Биология
Именная карта банка для детей
с крутым дизайном, +200 бонусов
Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы
План урока:
Основные понятия
Систематика растений — раздел биологии, который описывает различные группы растений и соотносит их между собой. Для того чтобы классифицировать организмы, необходимо выявить у них сходства и различия. На основании нескольких сходств мы можем объединить растения в крупную группу. Чем больше сходств между организмами, тем в более мелкую группу они будут входить.
Группы в биологии называются систематическими таксонами. Таксон — группа организмов, которая была выделена на основании общих признаков. Таксоны бывают разными по размеру. Наименьшим таксоном в биологии является вид.
Таксономическое описание вида
Классы цветковых растений
У цветковых растений два класса:
Двудольные растения. Чтобы понять название класса, нужно вспомнить строение зародыша семени. Зародыш состоит из:
Нас интересуют семядоли. Семядоли представляют собой крупные выросты зародыша. В этом и состоит главное отличие двудольных растений от однодольных: у двудольных две семядоли.
Строение семян двудольных растений
К другим отличиям двудольных растений относятся:
Существует огромное разнообразие двудольных растений. Этот класс включает более 350 семейств. Наиболее значимыми из них являются:
Однодольные растения. Исходя из названия, у однодольных растений есть всего одна семядоля.
Продольный разрез семян двудольных и однодольных растений
К другим отличиям однодольных растений относятся:
Однодольных растений меньше, чем двудольных. Этот класс включает 60 семейств. Наиболее значимыми из них являются:
Сравнительная характеристика двудольных и однодольных растений
Семейство Злаки
Это семейство имеет огромное значение для человечества. Злаковые растения были пищевыми культурами ещё много веков назад. Люди используют в пищу пшеницу, рожь, ячмень, овёс, кукурузу и рис. В итоге на прилавках мы видим хлеб, булочки, печень, макароны и другие продукты питания. Те злаки, что не пригодны в пищу людям, становятся кормом для животных, использующихся в сельском хозяйстве. К ним относятся тимофеевка, ежа, костер, мятлик и пырей. Овёс и пырей используются как лекарственныерастительные организмы из-за их целебных свойств.
Семейство злаки имеют и другое название — мятликовые.
Плод злаковых — зерновка, то есть это сухой односемянный нераскрывающийся плод.
Продольный разрез зерновки пшеницы
У злаков мелкие цветки, которые собраны в соцветия: початок (кукуруза), колос (рожь), сложный колос (пшеница) и метёлка (овёс). Соцветия нужны для приспособления к размножению с помощью ветра.
Цветки неправильные и двусторонне симметричные, то есть через них можно провести только одну ось симметрии. Цветки имеют две сросшиеся внутренние и две наружные чешуи, три длинных тычинки с крупным пыльником и один пестик с двумя рыльцами. Таким образом, формулу цветка злаков можно представить следующим образом: О(2)+2Т3П1 (околоцветник с двумя сросшимися и двумя несросшимися лепестками, три тычинки и один пестик).
Строение цветка злаков
Обычно растительные организмы растут с помощью верхушечного роста, но злаком присущ ещё и вставочный рост. Это такой рост растительного организма, который происходит в результате деления клеток междоузлий.
Листья злаков имеют влагалища — образования, которые позволяют листу защищать клетки в местах вставочного роста. Другой защитный механизм — язычок. Это плёнчатый вырост, который защищает место между влагалищем и стеблем от воды.
Особенности листьев злаковых
Самый важный представить злаковых — пшеница. Стебель пшеницы называется соломиной. Пшеница используется для приготовления хлебобулочных и макаронных продуктов питания.
Выделяют сорта пшеницы:
Виды пшеницы по способу выращивания:
Общие признаки злаков
Семейство Лилейные
Плод лилейных — сухая коробочка (тюльпан), которая раскрывается тремя створками, или ягода (ландыш).
У цветков растений семейства лилейных простой околоцветник (только венчик), шесть лепестков, шесть тычинок и один пестик. Венчик крупный и яркий, часто имеет приятный запах. Лепестки расположены в два слоя. Иногда цветки собраны в соцветие кисть (ландыш). Таким образом, формулу цветка лилейных можно представить следующим образом: О3+3Т3+3П1 (околоцветник с шестью лепестками, расположенными в два слоя, шесть тычинок, расположенных в два слоя, один пестик).
Часто у лилейных можно обнаружить видоизменения побега: корневище (тюльпан) или луковицу (лук). Эти приспособления позволяют лилейным успешно размножаться вегетативным образом.
Видоизменения побега лилейных
Общие признаки лилейных
Семейство Крестоцветные
Растения семейства крестоцветные привыкли к суровым условиям. Их редко можно встретить в тропиках: большая часть произрастает в умеренной зоне северного полушария. Как и всегда, главную роль отводят овощным культурам: капусте, репе, редьке, редису, хрену. Некоторые растительные организмы используют в народной медицине (горчица). Также среди крестоцветных много дикорастущих представителей, которые не нашли применения, например, пастушья сумка.
Исходя из названия главного представителя семейства, крестоцветные растения также называют капустными.
Плоды крестоцветных называются стручками, если они удлинены, и стручочками, если они укорочены. Это сухой плод с множеством семян внутри. Они прикреплены к перегородке, которая делит плод на две равные камеры. Раскрывается створками.
Цветки с двойным околоцветником. Несмотря на наличие чашечки и венчика, цветки тусклые, незаметные, мелкие. Обычно образуют соцветие кисть. В чашечке — четыре чашелистика, а в венчике — четыре лепестка. Они расположены крест-накрест. Так и появилось название семейства.
Внутри цветка находятся шесть тычинок и один пестик. Четыре из шести тычинок удлинены. Таким образом, формулу цветка крестоцветных можно представить следующим образом: Ч4Л4Т2+4П1.
Часто у растений семейства крестоцветных видоизменяются органы для запасания веществ. У капусты появляется кочан, у репы и редьки — корнеплоды.
Овощные культуры крестоцветных
Общие признаки крестоцветных
Семейство Бобовые
Бобовые растения являются древними культурными растительными организмами: горох, фасоль, чечевица, соя, арахис. Некоторые из них используются как корм для сельскохозяйственных животных: клевер, люцерна. Некоторые — как красивые украшения для создания атмосферы в помещении: люпин, акация. Есть и дикорастущие виды: чина, донник.
Другое название — мотыльковые.
Плод растений семейства бобовых легко запомнить: это боб. В противоположностьстручку крестоцветных, боб не разделён на две камеры перегородкой.
Сравнение боба и стручка
Цветки собраны в различные соцветия: простая и сложная кисть (люпин) и головка (клевер).
Цветки с двойным околоцветником, то есть имеют чашечку и венчик. Чашечка состоит из пяти чашелистиков. Лепестки бобовых особенные: обладают сложным строением:
Подобный цветок называют цветком мотылькового типа. По нему легко отличать бобовых от представителей других семейств.
Внутри цветка девять сросшихся и одна свободная тычинка и один пестик. Таким образом, формулу цветка бобовых можно представить следующим образом: Ч(5)Л1+2+(2)Т(9)+1П.
Главным видоизменением бобовых являются корневые клубеньки. На них живут клубеньковые бактерии, с которыми растение выстраивает симбиотические отношения. Бобовое растение предоставляет бактериям жильё, и взамен бактерии синтезируют содержащие азот соединения, которые нужны бобовому для питания. К таким азотным соединениям относят аминокислоты, нуклеотиды и витамины.
Знакомым всем видоизменением является вьющийся стебель гороха. Такое видоизменение нужно для опоры растения.
Общие признаки бобовых
Семейство Пасленовые
Плод пасленовых: ягода (томат) — сочный — и коробочка (белена) — сухой многосемянный. Ягоды картофеля и коробочки белены ядовиты.
Цветки с двойным околоцветником собраны в соцветия: завиток (белена), метёлка (паслен сладко-горький), кисть (паслен чёрный) и извилина (петуния).В цветке находятся пять сросшихся чашелистиков, пять сросшихся лепестков, пять тычинок и один пестик. Таким образом, формулу цветка пасленовых можно представить следующим образом: Ч(5)Л(5)Т5П1.
Для главного представителя пасленовых — картофеля — характерно видоизменение побега. Мы употребляем в пищу именно клубни. Плод картофеля — это на самом деле видоизменённый побег, который называется клубнем. Подземные побеги картофеля называются столонами, а клубень — это его утолщение. На поверхности клубня картофеля, особенно на верхушке, расположены почки — глазки. Такое тотальное видоизменение побега нужно для большого отложения питательных веществ, в частности крахмала.
Общие признаки пасленовых
Семейство Сложноцветные
Это самое крупное семейство класса двудольные — около 27 тысячи различных видов. Распространены везде. Самое известное растение семейства сложноцветные — подсолнух. Из семян подсолнуха добывают подсолнечное масло, которое применяется для приготовления пищи. К другим съедобным представителям растений семейства сложноцветных относят цикорий, эстрагон, топинамбур и салат латук. Среди сложноцветных множество декоративных растений: астры, ноготки, георгины и хризантемы.
Другое название сложноцветных — астровые.
Чтобы определить плод астровых, нужно вспомнить подсолнух. Те самые семена и являются их плодом семянкой. Он сухой и невскрывающийся. Плод одуванчика называется летучей семянкой из-за способности легко подхватываться ветром.
Цветки собраны в соцветие — корзинку. Околоцветник двойной: венчик яркий и выделяет нектар, но чашечка плохо развита. Лепестки сложноцветных бывают разной формы:
Венчик состоит из пяти сросшихся лепестков. Внутри расположены пять сросшихся тычинок и один пестик. Таким образом, формулу цветка сложноцветных можно представить следующим образом: Ч0Л(5)Т(5)П1.
Общие признаки сложноцветных
Семейство Розоцветные
Представители семейства розоцветные самые разнообразные. К съедобным растительным организмам относятся клубника, земляника, шиповник, слива, вишня, яблоня, груша, персик, абрикос и другие. Есть декоративные представители, например, роза или сакура. Не нашли применения у людей гравилат, манжетка и гусиная лапка.
Так как разнообразие розоцветных велико, то и велико разнообразие плодов: яблоко, костянка, многокостянка и многоорешек. Это плоды с сочным околоплодником.
Обычно цветки розоцветных одиночные, но иногда собираются в соцветие кисть (лапчатка) или щиток (вишня). Сами цветки с двойным околоцветником с пятичленной чашечкой и пятичленным венчиком. Внутри много тычинок и много пестиков (или один пестик). Таким образом, формулу цветка розоцветных можно представить следующим образом: Ч5Л5Т∞П∞ или Ч5Л5Т∞П1.
Для растений семейства розоцветных характерны видоизменения. У клубники — столоны для вегетативного размножения. У шиповника — шипы, а у боярышника — колючки для защиты от травоядных животных.
Систематика растений
Система́тика расте́ний — раздел ботаники, занимающийся естественной классификацией растений.
Растения, имеющие сходные признаки, объединяют в группы, называемые видами. Если у вида нет близких сородичей, он образует самостоятельный, так называемый монотипный род.
Систематика растений представляет собой иерархическую систему из групп различного ранга, то есть из семейств составляются порядки, а из порядков — классы. Независимо от ранга каждая такая группа называется таксоном. Принципами выделения и классификации таксонов занимается особая научная дисциплина — таксономия.
Систематика — необходимая основа любой отрасли ботаники, так как она характеризует взаимосвязи между разнообразными растениями и даёт растениям официальные названия, позволяющие специалистам различных стран обмениваться научной информацией.
Содержание
Возникновение и развитие классификации растений
Во второй половине и особенно к концу XVIII века в биологии получило широкое распространение представление о существовании «сродства» — естественной связи между живыми существами, некоей цепочки, ведущей от простого к сложному. Это ещё не было эволюционной теорией, но готовило почву для восприятия идеи об эволюции органического мира. «Сродство» это было, в сущности, логическим понятием и объяснялось по-разному, но как бы то ни было, перед систематикой встала задача отражения его в классификации. На этой почве возникли естественные системы, исторически сменяющие искусственные. Их появление было подготовлено всей предшествующей историей ботаники; сами по себе идеи естественной группировки зародились много раньше; естественные системы впитали и использовали всё то рациональное, что содержалось в лучших из искусственных систем, а некоторые группы растений прямо «перекочевали» из искусственных систем в естественные, поскольку их объём был к тому времени уже правильно определён.
Система Адансона
Первая попытка создания естественной системы растений принадлежит французскому ботанику М. Адансону (1726—1806). Ещё при жизни Линнея, в 1763 году, он опубликовал свой труд «Семейства растений», в котором реализована важнейшая идея естественной систематики: учёт максимально возможного числа признаков. Однако метод, которым воспользовался Адансон, оказался механистическим и неудачным. Он считал, что все признаки имеют одинаковый «вес», одинаковое систематическое значение. Прослеживая выраженность каждого признака, Адансон построил 65 серий, или систем, а затем сравнил их, суммировал и получил интегрированную систему, основанную на том, что чем больше совпадений, тем теснее «сродство». Всего им описано 1700 родов и 58 семейств. В своё время идеи Адансона существенного влияния на развитие науки не оказали, но в середине XX столетия были возрождены сторонниками так называемой «числовой» таксономии, стремящейся учесть с помощью компьютеров и использовать в классификации как можно больше признаков.
Система Жюссьё
Меньше, чем в других странах, влияние системы Линнея сказалось во Франции, и не случайно именно здесь вслед за Адансоном появилась система А. Л. Жюссьё (1748—1836), с которой, по существу, и начинается эпоха естественных систем.
Еще Бернар Жюссьё (1699—1777), современник Линнея, ботаник и придворный садовник, в 1759 г. попытался расположить растения в естественный ряд, от простого к сложному, на грядках Ботанического сада Трианона в Версале. Его идеи развил племянник, Антуан Лоран Жюссьё. В 1789 г. он опубликовал замечательный труд — «Роды растений», в котором описано около 20 000 видов, отнесенных к 1754 родам, 100 порядкам (семействам в современном понимании) и 15 классам. Жюссьё твёрдо стоит на позиции, что система должна отображать природу, а не навязываться ей. Живые организмы подчинены естественной иерархии и связаны в единую цепь от простого к сложному (убеждение, которое, несомненно, близко к идее «лестницы существ» Боннэ). Для отражения этой связи при построении системы нужно использовать совокупность признаков, свойственных каждой группе. При этом, как говорил Бернар Жюссьё в противовес Адансону, признаки нужно взвешивать, а не просто подсчитывать их.
На основе этих принципов Жюссьё удалось выделить достаточно естественные группы — «порядки» и дать им удачные характеристики. Стремление же представить эти естественные группы в виде связной непрерывной «восходящей» цепи посредством определенного расположения классов успехом не увенчалось. В своих высших подразделениях и в общей схеме построения система сохранила неискусственность. Действительно, число семядолей и лепестков, положение завязи — это обычные признаки, более диагностические, чем таксономические, использовавшиеся в искусственных системах. Понятно, что при оперировании таким небольшим набором признаков классы у Жюссьё оказались в большинстве своём очень сборными, а взаимное расположение классов — произвольным. Причины сходства между таксонами не обсуждаются, они только констатируются.
Таким образом, историческая заслуга Жюссьё не столько в разработке конкретной системы, сколько в формулировке идеи и её обосновании. Но это было сделано так убедительно и столь солидно подкреплено превосходными чёткими диагнозами родов и порядков, иллюстрирующими естественный метод, что не могло не привлечь внимания современников.
У Жюссьё оказалось много последователей. Под его влиянием переработал первый вариант своей системы Ж. Б. Ламарк (1744—1829). В Англии сторонником метода Жюссьё был Д. Линдли (1799—1865), создавший аналогичную систему «восходящего типа». В Австрии сходных взглядов придерживался С. Эндлихер (1804—1849); показательно, что даже название его главного труда — «Роды растений, расположенные следуя естественным порядкам» — (1836—1840) — точно повторяет заглавие книги Жюссьё. Во Франции идеи Жюссьё развивал основатель научной палеоботаники А. Т. Броньяр (1804—1876). В России систему Жюссьё пропагандировал Павел Горянинов (1796—1805). В его «Основаниях ботаники» (1841), между прочим, голосеменные, названные «Pseudospermae», четко отделены от покрытосеменных, а общая схема восходящего ряда таксонов повторяет схему Жюссьё.
Система Брауна
Система Эйхлера
Очень близко к построениям А. Брауна система, разработанная его преемником по кафедре в Берлинском университете А. Эйхлером (1839—1887), автором бессмертной сводки по морфологии цветка — «Blutendiagramme». Эйхлер определённо признавал эволюцию, хотя и не ставил задачу отражения филогенеза в системе. Он совершенно правильно оценил спайнолепестность как признак, свидетельствующий о специализированности. В его системе покрытосеменных однодольные предшествуют двудольным, но среди двудольных свободнолепестные, включающие 21 порядок, поставлены перед спайнолепестными (9 порядков).
Система Декандоля
Параллельно линии Жюссьё-Эйхлер с её «восходящим» характером расположения таксонов развивалась и другая линия естественных систем. Она берёт начало с одного из самых выдающихся ботаников послелиннеевской эпохи Огюстена Пирама Декандоля, тонкого наблюдателя и яркого мыслителя, превосходного морфолога и систематика. Декандоль поставил своей целью дать — впервые после Линнея — описание не родов, как у Жюссьё или Эндлихера, но всех видов растений земного шара. Эта задача решалась в 17 томах грандиозного сочинения «Prodromus systematis naturalis regni vegetabilis», то есть «Предвестник естественной системы растительного царства». К работе над ним были привлечены многие крупные систематики. Издание выходило 50 лет — с 1823 по 1873 г., и завершал его после смерти старшего Декандоля его сын Альфонс. Хотя «Продромус» и не окончен, в нём описано около 60 тысяч видов; он до сих пор остаётся и останется навсегда одним из важнейших источников для систематиков-монографов.
Разумеется, весь этот громадный материал даже просто ради удобства обозрения следовало расположить, следуя определённой системе. Первый вариант такой системы Декандоль опубликовал в 1813 году, впоследствии она претерпевала некоторые изменения, но они не затрагивали её существа. В его системе сохранены многие группы, выделенные Жюссьё, но порядок их расположения обратный, «нисходящий» — от сложного к простому и от многого к малому. Нас не интересуют в данном случае низшие растения и сосудистые тайнобрачные, что же касается явнобрачных, то система выглядит следующим образом:
I. Exogenae. — Проводящие пучки на поперечном разрезе стебля расположены в один круг.
1. Diplochlamydeae. — Двупокровные, то есть с двойным околоцветником.
a. Thalamiflorae. — Ложецветные. — Венчик свободнолепестный, подпестичный.
b. Calyciflorae. — Чашечкоцветные. — Венчик околопестичный или подпестичный.
c. Corolliflorae. — Венчикоцветные. — Венчик спайнолепестный, подпестичный.
2. Monochlamydeae. — Однопокровные, то есть с простым околоцветником.
II. Endogenae. — Проводящие пучки на поперечном разрезе стебля рассеянные.
1. Phanerogamae. — Явнобрачные.
Под Exogenae и Endogenae понимаются, как это легко видеть, двудольные и однодольные, но при их характеристике на первый план выдвигается анатомическое строение стебля, не вполне правильно понятое. Важно, что двудольные предшествуют однодольным, двупокровные — однопокровным, свободнолепестные — спайнолепестным.
Сильное влияние Декандоля отчётливо видно в системе английских ботаников Дж. Бентама и Дж. Д. Гукера, опубликованной в их совместном трёхтомном труде «Genera plantarum» (1862—1883). Хотя эта работа появилась после выхода в свет книги Ч. Дарвина «Происхождение видов» (1859), авторы её всё ещё стоят — по крайней мере в практической своей деятельности — на точке зрения принципиальной неизменяемости видов. Их система остаётся на доэволюционном уровне, но она очень глубоко проработана, все описания родов оригинальны, тщательно выверены; в пределах двудольных введена дополнительная таксономическая категория — когорта для объединения близких семейств. Когорты, в свою очередь, объединены в ряды. Явно неудачно помещение голосеменных между двудольными и однодольными, но в целом эта система оказалась очень удобной, и так же, как система Декандоля во Франции и Швейцарии, далеко пережила своё время и до сих пор используется в англоязычных странах.
Принципы таксономии
Иерархия таксонов и правила наименования растений (номенклатура) регулируются обязательным для всех ботаников Международным кодексом ботанической номенклатуры. Это исключительно важный документ, вносить изменения в который правомочны только международные ботанические конгрессы.
Кроме рода, вида и внутривидовых категорий таксоны рангом до семейства несут специальные окончания, прибавляемые к основе: название семейства оканчивается на асеае, подсемейства — oideae, трибы — еае и подтрибы — inae, например, род камнеломка (Saxifraga L.), Saxifragaceae, Saxifragoideae, Saxifrageae, Saxifraginae.