Систематика растений
ЛЕКЦИЯ 16
Систематика растений
Систематика - важнейшая отрасль биологии, в том числе и ботаники. Без систематики немыслимо развитие ни теоретической, ни экспериментальной ботаники (селекции, семеноводства, интродукции растений).
Столь привилегированное положение систематики среди других биологических дисциплин объясняется теми особыми задачами, которые стоят перед ней. От решения этих задач зависит не только развитие всех остальных отраслей ботаники и биологии в целом, но и само их существование.
Трудность работы систематиков определяется колоссальным обилием, и по существу, неисчерпаемым разнообразием видов растений, которые приходится изучать и систематизировать. Установлено, что это разнообразие в большей мере связано с разнообразием условий жизни – местообитаний. До сих пор нет достаточно определенных, согласованных данных о численности видов растений и животных.
Систематика растений изучает многообразие растительных организмов.
Основная задача систематики – классификация огромного многообразия растений. Современная систематика развивается в тесной связи с другими науками: морфологией, цитологией, генетикой, биохимией, эмбриологией, экологией, биогеографией др. Теоретической основой систематики служит эволюционное учение. «Систематика есть одновременно и фундамент, и венец биологии, ее начало и конец. Без систематики мы никогда не поймем жизни в ее изумительном многообразии, возникшем в результате долгой эволюции» (А.Л. Тахтаджян, 1974).
Современная систематика включает три раздела: таксономию, номенклатуру и филогенетику.
Таксономия изучает теорию и практику классификации организмов, т.е. распределение огромного множества уже известных и вновь открытых организмов в соответствии с их сходством и различиями по определенным соподчиненным друг другу таксонометрическим единицам. Основная таксонометрическая единица для всей биологии – вид. Каждый вид принадлежит к какому-либо роду, род – к семейству, семейство – к порядку, порядок к классу, класс – к отделу, отдел – к царству. Это иерархическая система классификации. Каждый вид имеет двойное, или бинарное, название: родовое и видовое. Например, клевер ползучий – Trifolium repens L. После названия вида заглавной буквой ставится фамилия ученого, открывшего этот вид. Бинарная номенклатура введена и опубликована в 1753 г. В труде известного шведского ученого Карла Линнея «Species plantarum» (« Виды растений»).
Рекомендуемые материалы
Вся совокупность существующих названий таксонов и система правил, регулирующих установление и использование этих названий, относится к разделу номенклатуры. Главная задача номенклатуры – стабильная система названий. Существуют правила образования для различных таксонометрических категорий в целях определения их уровня: например, для семейства в латинском названии используется окончание –ceae ( семейство Бобовые – Fabaceae, Лютиковые - Ranunculaceae и т.д.), для порядков – ales( порядок Бобоцветные – Fabales и т.д.), для отделов –phyta (отдел Цветковые растения – Magnoliophyta, отдел Зеленые водоросли - Clorophyta и т.д.). Существует международный кодекс ботанической номенклатуры, который совершенствуется и утверждается на международных конгрессах раз в шесть лет.
Филогенетика устанавливает родство организмов в историческом плане, восстанавливает филогенез всех живых организмов в целом и отдельных систематических групп (Рис.1).
Каждый таксон обладает совокупностью морфологических, анатомических, экологических и ряда других характеристик, а также определенными способами размножения (бесполое, вегетативное и половое).
Все растения делят на две большие группы: низшие и высшие. У низших растений вегетативное тело не расчленено на органы (корень, стебель, лист) и представлено талломом, ил слоевищем. Слоевище может быть как одноклеточным, так и многоклеточным. У высших споровых и семенных растений тело расчленено на вегетативные органы, состоящие из разнообразных тканей, выполняющих разные функции.
Методы исследования в систематике.
Одна из задач исследований – выяснение сходства и различия между таксонами. Историческую последовательность происхождения того или иного таксона, родство таксонов в общих чертах можно установить, изучая ископаемые растительные остатки. С помощью палеоботанических находок можно восстановить эволюцию отдельных растений и даже целых флор на нашей планете. Однако этого недостаточно: нужны косвенные доказательства. Среди косвенных методов познания филогении большую роль играет сравнительно-морфологический. Это основной метод систематики, с помощью которого изучают макроструктуру организмов без применения каких-либо приборов и оборудования. С развитием и совершенствованием микроскопической техники сравнительно-морфологический метод стали использовать более точно. Эмбриологический, сравнительно-анатомический и онтогенетический методы – варианты сравнительно-морфологического метода. С их помощью изучают микроскопические структуры тканей, зародышевых мешков, последовательность развития гаметогенеза и т.п.
Рис.1.Филогенетические отношения между основными группами живых организмов
Сравнительно-цитологический и кариологический методы помогают анализировать признаки организмов на клеточном уровне, на уровне кариотипа.
Методы молекулярной биологии дают возможность сравнительного изучения геномного сходства таксонов.С помощью спорово-пыльцевого анализа – палинологического метода при хорошо сохранившихся оболочках спор и пыльцы вымерших растений устанавливают возраст отложений и характер флор того времени.
В систематике используют также методы определения химического состава растений, иммунологические (устанавливают родство организмов на основе сходства биологической активности белка), физиологические (определяют морозо- или засухоустойчивость растений и др.), эколого-генетический ( дает возможность узнать границы фенотипической реакции таксона, изучить изменчивость и подвижность признаков в зависимости от экологических факторов), гибридологический ( основан на изучении гибридизации таксонов). В систематике растений иногда используют математические, географические, археологические и другие методы.
Объектами исследований в систематике служат живые растения или их фиксированные части (гербарии, коллекции крупных плодов, шишек, спилов древесины и др.), а также жидкие фиксаторы в спирту или формалине.
Понятие о виде.
Со времен Карла Линнея основными систематическими единицами в органическом мире считается род (genus) и вид (species). К.Линней считал виды неизменными и постоянными. Д.Рей впервые дал определение вида как совокупности особей, происшедших из семян одного растения. Ч.Дарвин считал, что вид – явление историческое и динамическое: вид развивается, достигает полного развития, а затем клонится к упадку (вследствие изменения жизни и борьбы с другими видами) и исчезает. Виды возникают из разновидностей (более мелких единиц, чем вид); разновидности – это «зачинающиеся виды». В дальнейшем понятие о виде совершенствовалось, уточнялось, однако до сих пор не существует его точного определения. Многие систематики пытались дать определение виду. Одно из наиболее распространенных принадлежит В.Л. Комарову (1945): «…вид есть совокупность поколений, происходящих от общего предка и под влиянием среды и борьбы за существование обособленных отбором от остального мира живых существ; вместе с тем вид есть этап эволюции». Вид обладает определенным устойчивым ареалом, территорией, за пределами которой он практически не встречается, т.е. каждый вид обитает в сходных экологических условиях, имеет общий ареал и т.д.
В природе виды представлены совокупностью особей – популяциями, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфологических признаков и разных типов взаимоотношений и отделенных от других таких же совокупностей особей барьером нескрещиваемости. Преобладающее большинство ученых, начиная с Ч.Дарвина, считают, что видообразование происходит под действием естественного отбора путем дивергенции – разветвления предкового вида на два или несколько новых. Поэтому принято выделять более дробные таксоны – подвиды, разновидности, формы, или морфы.
Подвиды (subspecies) – более мелкие таксоны внутри вида, обладающие своим ареалом, например многие полиморфные виды: щавель обыкновенный (Rumex acetosa L.), облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnodies L.) и др.
Разновидности (varietas) еще менее различаются между собой, чем подвиды они не имеют даже собственного ареала, признаки закреплены наследственно.
Формы, или морфы (forma, morpha), - таксоны с еще более мелкими отличиями от вида, которые возникают и изменяются под действием внешней среды и не закреплены наследственно.
Сорт (cultivar) – группа особей в пределах вида, подвида, разновидности, отличающаяся рядом наследственно стойких признаков (крупноплодность, слабая околюченность, высокая урожайность и др.), не передающихся по наследству и имеющих важное народнохозяйственное значение. При семенном размножении по закону Менделя происходит расщепление в потомстве, поэтому для сохранения материнских признаков сорта обычно размножают вегетативно. Среди всех культурных растений известно множество сортов, например, у облепихи (H. rhamnoides L.), относительно молодой плодовой культуры, известно более 150 сортов.
Близкие по совокупности признаков виды объединяются в роды. Роды по принципу общности происхождения объединяются в семейства (familia), семейства – в порядки (ordo), порядки – в классы (classis) и т.д. Внутри порядков и классов есть более мелкие таксоны: подпорядки (subordo), подклассы (subclassis).
Пример систематизации вида растения:
Царство Растения – Plantae
Отдел Покрытосеменные – Magnoliophita
Класс Двудольные – Magnoliopsida
Подкласс Ламииды – Lamidae
Люди также интересуются этой лекцией: 4. Микропроцессоры.
Порядок Пасленовые – Solanales
Семейство Пасленовые – Solanaceae
Род Паслен – Solanum
Вид Паслен клубненосный или картофель –
Solanum tuberosum
Значение систематики для смежных наук, особенно сельскохозяйственных, исключительно велико. Изучение растительных сообществ (геоботаника или фитоценология) и природных комплексов экологических систем немыслимо без точного определения формирующих их видов растений. Экологические и физиологические работы теряют всякую значимость без всестороннего развития тех видов растений, свойства и особенности которых изучаются. Геологическая хронология и стратиграфия основаны на точном определении видов. Сравнительная биохимия растений и молекулярная биология также опираются на знание систематического положения изучаемых таксонов. Общеизвестно, что систематика внесла большой вклад и в теоретическую биологию, изучая механизмы и закономерности процесса видообразования и т.п. С помощью систематики можно делать достаточно достоверные прогнозы при поисках природных групп хозяйственно ценных растений. Большое значение систематика растений имеет для работ в области иммунологии, селекции и гибридизации растений. Таким образом, можно говорить о том, что систематика растений является научной основой всей ботаники.
