Систематика рослин

Систематика рослин вивчає різнома­нітність рослинного світу, виявляє, описує, класифікує рослини, дає їм назву, встановлює шляхи еволюції і родинні взаємозв’язки. Завданнями сучасної систематики є виявлення, опис, класифі­кація і групування рослин у систему, яка необхідна не лише до­слідникам, а й господарським працівникам. При виконанні цього завдання дослідники користуються даними таких наук, як еволю­ційне вчення, морфологія, анатомія, біохімія, фізіологія рослин. Сучасна систематика включає кілька тісно пов'язаних між собою розділів, основними з яких є таксономія, номенклатура і філогенетика. Таксономія — це теорія і практика класифікації організмів. Термін «таксономія» був впроваджений у 1813 р. швейцарським ботаніком О. Декандолем. У перекладі з грецької мови «таксіс» означає стрій. Класифікація рослин — це розподіл усіх відомих рослин вихо­дячи з їх схожості і різниці за певною системою супідрядних категорій. Номенклатура — це назва таксонів рослин, грибів і про­каріот. Обов'язкові положення ботанічної номенклатури затвер­джуються Всесвітнім ботанічним конгресом. Головною засадою формування номенклатури рослин є принцип пріоритету, тобто прийняття назви рослини за найранішою публікацією. Філогенетика встановлює спорідненість видів в історичному розрізі і визначає історичний розвиток як окремих систематичних груп, так і світу живих організмів у цілому. Побудова системи рослин неможлива без твердо встановлених систематичних одиниць — таксономічних категорій і таксонів. Так­сономічні (систематичні) категорії — це певні абстрактні ранги, або рівні в класифікації. Основними таксономічними категоріями вважаються: вид (species), рід (genus), родина (familia), порядок (ordo), клас (classis), відділ (divisio), царство (regnum).

Доядерні — це виключно мікроскопічні організми, що не мають сформованого ядра, вкритого мембраною, їх генетичний матеріал концентрується в так званому нуклеотиді. Він складається з ДНК, білків і РНК. ДНК утворює одну нитку, що називається генофором. Типовий статевий процес у цих організмів відсутній, але обмін генетичним матеріалом іноді відбувається під час інших процесів, що називаються парасексуальними. Поділ клітин амітотичний.

Підцарство архебактерії. Це підцарство — АгсЬаеоЬасіегіо- Ьіоггіа налічує понад 40 видів найдавніших із сучасних організмів. Зберігаючи загальні риси будови прокаріотів, вони відрізняються від них деякими фізіологічними властивостями. До складу їх клітинної оболонки входять кислі полісахариди, а не глікопептид муреїн. Склад і послідовність нуклеотидів в їх рибосомній і транспортній РНК відрізняються від цих ознак в інших прокаріотичних організмах. Серед архебактерій є анаеробні і аеробні організми, хемогетеротрофи і хемоавтотрофи, організми, які живуть у нейтральному і кислому середовищі, деякі з них можуть жити в гарячих джерелах при дуже високій температурі, деякі відомі як метаноутворюючі. Весь метан біогенного походження утворюється на Землі завдяки діяльності цих груп анаеробних бактерій. Архебактерії беруть участь в утворенні родовищ сірки, оскільки деякі з них здатні до окислення і відновлення сірки.

Підцарство справжні бактерії — Васteriobiontа представлене дуже давніми одноклітинними організмами, що жили вже понад 3 млрд років тому. Вони являють собою мікроскопічні організми, але їх колонії можна бачити й неозброєним оком. Такі бактерії розповсюджені скрізь і живуть у різноманітних умовах. Це організми-космополіти, вони зустрічаються на всіх материках, у повітрі, водоймищах, грунті, продуктах харчування, в організмах людин і тварин. Форми бактерій різноманітні, але постійні для кожного виду. За формою і характером об'єднання клітин розрізняють такі групи бактерій: коки, що мають кулясту форму; диплококи, які складаються із двох зближених коків; стрептококи — коки, що утворюють ланцюжок; сарцини — коки, що розміщені по вісім і більше щільними пакетиками; стафі­лококи — згрупування коків у вигляді грона винограду; бацили, або палички, — видовжені бактерії; вібріони — дуговидно зігнуті бактерії; спірили — видовжені і спірально звивисті бактерії. У деяких бактерій є джгутики, за допомо­гою яких вони рухаються. Клітинна оболонка бактерій досить міцна і складається із муреїну. Часто бактеріальна клітина вкрита слизом, що утворює слизову капсулу. Продуктом запасу бактеріальних клітин є волютин, до складу якого входять залишки фосфорної кислоти, але можуть бути крохмаль або глікоген.

Царство гриби — Mycota, або Fungi, це одноклітинні і багатоклітинні організми. Вони живуть у грунті, у воді, на рослинах, в організмах тварин і людини, спричиняючи різні захворювання. Але, незважаючи на велику різноманітність, грибам властиві такі загальні ознаки. Є чітко виражена оболонка, що складається з хітину, який значно стійкіший до впливу дії мікроорганізмів, ніж целюлоза. Під оболонкою знаходиться плазмалема. До складу протопласту входять цитоплазма, ядро (або кілька ядер), рибосоми, мітохондрії, апарат Гольджі (розвинений слабо). Пластиди в клітинах грибів відсутні, а пігменти знаходяться в цитоплазмі, але можуть бути і в оболонці (меланін). За способом живлення гриби — гетеротрофні організми (сапрофіти й паразити). Основним продуктом їх запасу є глікоген. Крім того, вони можуть накопичувати білок (у вигляді гранул у вакуолях) і крапельки ліпідів.

Лишайники — Lichenes являють собою симбіотичні організми. До складу їх слані входять гриби (один із видів аскоміцетів, базидіоміцетів або фікоміцетів), зелені, жовто-зелені, бурі водорості або ціанобактерії. Із зелених водоростей у цьому симбіозі близько 90 % складають такі роди, як требуксія — Тгеbоихіа, несправжня требуксія — Pseudotrebоихіа і трентеполія — Тгеntероііа, а із ціа­нобактерій — носток — Nostoc і глеокапса — Gloeocapsa. Жовто- зелені й бурі водорості в лишайниковому симбіозі зустрічаються рідко. В слані одного виду лишайників можуть знаходитись різні види водоростей. Водоростевий компонент лишайника називається фікобіонтом.

У деяких лишайників виявлена також бактерія Аzotobactег, тобто вони складаються з трьох компонентів. Взаємовигідність такого симбіозу зумовлюється тим, що водорості і ціанобактерії дістають від гриба потрібні їм мінеральні солі, вологу, а гриб від водоростей і ціанобактерій — вуглеводи, що утворюються в процесі фотосинтезу, і азот, який здатні засвоювати з повітря Аzotobactег і Nostoc.

Характерно, що водорості і ціанобактерії, що входять до лишайникового симбіозу, можуть існувати самостійно, тоді як лишайникові гриби, як правило, — лише в симбіозі з ними.

Справжні водорості — Phycobionta — це нижчі рослини: одноклітинні, колоніальні, неклітинні і багатоклітинні організми, життя яких пов'язане з водним середовищем. Вони звичайно живуть у водоймах, але часто зустрічаються і в грунті, на зволожених місцях, на стовбурах дерев, у снігу, льоду, деякі входять до складу лишайникового симбіозу. Всі вони фотосинтезуючі рослини. їх тіло являє собою слань, не диференційовану на тканини і органи. У деяких видів (каулерпа) слань розчленована на частки, що зовні нагадують органи вищих рослин. У клітин водоростей є тверда оболонка, що складається з мікрофібрил целюлози, занурених у матрикс, до складу якого входять геміцелюлоза і пектинові речовини. У деяких видів водоростей оболонки просочуються кремнеземом, карбонатом кальцію або альговою кислотою. І лише в зооспор, гамет і деяких примітивних водоростей твердих оболонок немає, а їх функцію виконує цитоплазматична мембрана.

Вищі рослини — Еmbriophyta — це в основному наземні орга­нізми, але серед них є види, що живуть у воді, на болотах і в дуже зволожених місцях. Вищі рослини з'явились на суходолі близько 430 млн р. тому в силурі. Вихід на суходіл супроводився диферен­ціацією клітин, що привело-до утворення тканин і вегетативних органів. Вони забезпечували обмін речовин як у рослинному орга­нізмі, так і між ним і навколишнім середовищем, а також захищали рослини від висихання і сприяли статевому процесу. Статеві органи в рослин стали багатоклітинними, вкритими стерильним покрив­ним шаром, що забезпечувало надійний захист статевих клітин від висихання і механічних пошкоджень. Такий же покривний шар утворився навколо спорангіїв і на всій рослині, що захищає її від висихання. На покривній тканині знаходиться воскоподібна плівка — кутикула, наявність якої корелює з наявністю продихів. Вищі рослини розмножуються вегетативно, безстатевим і статевим способами. Характерні особливості цих рослин полягають у тому, що в них внаслідок статевого процесу розвивається зародок (ця властивість знайшла відображення в латинській назві підцар- ства), їх вегетативне тіло розчленоване на вегетативні органи (ко­рені, стебла, листки), за що вони отримали назву листкостеблових, і в них (за винятком моховидних) наявні судини або трахеїди. Через останню особливість вищі рослини називають також судинними. > Для них характерне чергування поколінь — статевого (гамето­фіта) і безстатевого (спорофіта). У циклі розвитку вищих рослин домінує безстатеве покоління — спорофіт. Виняток складають лише моховидні, в яких домінуючим поколінням є гаметофіт. Під­царство вищі рослини об'єднує такі групи, як вищі спорові і насінні.

Відділ моховидні — Вгуohytа об'єднує близько 16 000 видів. Вони походять від давніх груп зелених водоростей. У моховидних, як і в зелених водоростей, головним фотосинтезуючим пігментом є хлорофіл А, а допоміжними — хлорофіл В і каротиноїди. Основний продукт запасу — вуглевод крохмаль, який накопичується в хлоропластах, а не в цитоплазмі, як в інших фотосинтезуючих еукаріотів. Головною складовою частиною клітинних оболонок є целюлоза. Вказані ознаки притаманні не лише моховидним, а й усім іншим вищим рослинам, що дає підстави вважати, що обидві групи рослин походять від загального предка, але в процесі еволюції шляхи їх розвитку розійшлися дуже давно.

Моховидні — це відносно невеликі рослини, розміром 2— 20 см. Вони живуть у більш-менш зволожених місцях. Ці рослини утворюють майже чисті зарості на великих площах приполярних областей і на кам'янистих схилах гір вище від межі лісу. Як і лишайники, вони чутливі до забруднення повітря (особливо двооксидом сірки) і в дуже забруднених місцях або зовсім не ростуть, або представлені лише невеликою кількістю видів. Від судинних рослин моховидні відрізняються тим, що в багатьох видів відсутні спеціалізовані тканини — ксилема і флоема. Водопровідна тканина складається в них із видовжених мертвих клітин — гідроїдів, а органічні речовини пересуваються по видовжених клітинах — лептоїдах, що мають протопласт, але не мають ядер. Ці рослини позбавлені судинно-волокмистих пучків і коренів. Моховидні діляться на три класи: печіночники — Hepaticopsida (6 000 видів), антоцеротові — Anthocerotopsida (100 видів) і листко- стеблові мохи — Bryopsida, або Musci (9 500 видів). Практичне використання мають мохи, що належать до класу Bryopsida.

Види класу листостеблові мохи — Bryopsida, або Musci, поширені від полярних пустель Арктики до Антарктиди. їх гаметофіт являє собою стебло, на якому є листки і багатоклітинні ризоїди. Стебла й листки у видів цього класу дуже різноманітні як морфологічно, так і в анатомічному відношенні. Найбільш характерними представниками цього класу є проносний (зозулин) льон — Polytrichum commune і торф'яні мохи сфагнум — Sphagnum.

Проносний (зозулин) льон — Polytrichum commune — це дво­домна рослина, поширена скрізь на вологих місцях, у лісах, на луках тощо.

Проносний, або зозулин, льон, утворюючи щільні дернинки, сприяє поверхневому нагромадженню вологи, що веде до заболочування грунтів. Разом із сфагнумом він бере участь в утворенні торфу, є основним компонентом нижнього ярусу деяких лісівісової зони. Народна медицина застосовує його при маткових кровотечах, кашлі, запаленні легенів. Відваром моху миють голову, що перешкоджає випаданню волосся.

Рід сфагнум — Sphagnum об'єднує дводомних, досить великих, м'яких, білувато-зелених, бурих або червонуватих мохів, шо ростуть звичайно на зволожених місцях, утворюючи подушковидні дернинки. Особливість цих мохів полягає в тому, що вони не мають ризоїдів, а у верхній частині їх бічні гілочки зібрані в головку. В місцях приєднання листків до стебла майже у всіх видів є своєрідні водозбірні ретортовидні клітини. Листки цих мохів одношарові і складаються із двох видів клітин: живих вузьких, видовжених, тонкостінних з хлоропластами і мертвих великих із спірально або кільцевидно потовщеною клітинною оболонкою — гіалінових. Перші клітини асиміляційні, другі — водоносні, які здатні поглинати велику кількість води (в 25 разів більше від сухої маси моху).

Торф'яні мохи поширені по всьому світі, особливо в північних широтах (до зони тундри), і займають площу, що складає не мен­ше 1 % земної суші. Торф являє собою цінний паливний матеріал і добриво. Він використовується для утеплення будівель, збереження плодів і насіння, у тваринництві — як цінна підстилка. В медицині сфагнові мохи застосовують для перев'язок і для виготовлення подушок від пролежнів, що зумовлене їх гігроскопічними і антисептичними властивостями. Вони містять фенолоподібну речовину сфагнол, яка перешкоджає загниванню ран; тому в екстрених випадках мохи можуть застосовуватися без стерилізації. Із торфу одержують щавлеву кислоту і фурфурол. Останній використовують для синтезу смол, каучука, пластмас (нейлону), дефоліантів.

Відділ плауновидні — Lycopodiophytа — це трав'янисті рослини. Деревовидні форми відділу займали домінуюче положення і утворювали ліси в кам'яновугільному періоді. Типовим представником сучасних плауновидних є плаун булавовидний— Lycopodium сlаvаtum - поширений в усьому світі. Часто його можна зустріти в хвойних лісах на зволожених грунтах. Плаун — це багаторічна вічнозелена рослина. Його домінуючим поколінням є спорофіт, що складається із галузистого повзучого стебла (до 3 м завдовжки), від якого відходять придаткові корені і дихотомічно розгалужені пагони (10—20 см), що закінчуються спороносними колосками.

Людиною застосовуються спори плауна. Збирають їх, зрізуючи колоски, коли вони ще не розкрились, сушать на сонці і просіюють на ситах. У медико-фармацевтичній практиці спори використовують для обсипки пілюль і як дитячу присипку (лікоподій); у ливарній справі — для обсипання форм при високоточному виливанні; у театрах — для створення бутафорських пожарів.

В медичній практиці застосовується також плаун-баранець — Lycopodium selago. Його використовують для лікування алкоголізму, а народна медицина — для припинення вагітності. Ця рослина дуже отруйна, тому її необережне застосування може призвести до смертельного наслідку.

Плаунок, або селагінела, — Selaginella -selaginelloides належить до різноспорових рослин. Він розповсюджений в сирих затінених місцях, де утворює щільні дернинки, росте в умовах помірного і холодного клімату обох півкуль.

Відділ хвощовидні – Equisetophyta відомі з девонського періоду, але найбільшої різноманітності вони досягли в палеозої. Сучасні хвощовидні представлені лише одним родом хвощ -Equisetum, що об'єднує 15 видів трав'яни­стих рослин, розповсюджених на всіх континентах, крім Австралії. Хвощі — рівноспорові рослини. їх спороносні колоски (стробіли) утворюються на верхівках звичайних вегетативних стебел абона верхівках стебел, що не мають хлорофілу і з'являються рано навесні, раніше від вегетативних стебел.

Типовим представником хвощовидних є хвощ польовий — Equisetum arvense, поширений на луках і як бур'ян у посівах. Це багаторічна рослина. її підземним органом є кореневище з бульбочками, в яких зберігаються поживні речовини.

У медичній практиці використовуються літні пагони хвоща як сечогінний засіб. Застосовувати їх треба обережно, бо вони подразнюють нирковий епітелій, що може призвести до захворювання нирок. Літні пагони хвощів, багаті на кремнезем, можна використовувати для чистки посуду.

Відділ папоротевидні — Polypodiophyta живуть переважно в тропіках, а третина їх — у помірних областях і навіть у пустельних районах, а водяна папороть — Salvinia є маленькою рослиною з цільними листками довжиною до 2см. Папороті дуже розрізняються за житєвими формами, що залежать від місць перебування, і зовнішнім виглядом. Більшість лісових папоротей помірних областей являє собою спорофіти, які складаються із кореневища з придатковими коренями і листків, що відходять пучком від верхньої частини кореневища.

Типовим представником відділу є чоловіча папороть — Dryopteris filix mas, яка росте в лісах, у тінистих місцях. Це багаторічна трав'яниста рослина з потовщеним коротким кореневищем, вкритим темно-бурими, майже чорними залишками черешків листків.

У медичній практиці використовують кореневище чоловічої папороті як глистогінний засіб проти стьожкових глистів. Деякі види папороті використовують як декоративні рослини: у садах часто висаджують страусове перо, а в кімнатних умовах — нефролепіс, венерин волос та ін.

Відділ голонасінні — Gymnospermae, або соснові — Руnophytа. Сучасні голонасінні — це дерева й кущі з добре розвиненою кореневою системою, стеблом і листками. На коренях голонасінних часто оселяються гриби, утворюючи мікоризу, а галуження стебел — звичайно моноподіальне. Деревина складається переважно із трахеїд, флоема позбавлена клітин-супутниць і механічної тканини. Характерне вторинне потовщення стебла і кореня завдяки наявності камбію і фелогену. Більшість голонасінних має смоляні ходи. Листки голонасінних звичайно представлені хвоєю, іноді — лусочками; у деяких видів листкова пластинка широка, плоска (гінкго) або видовжена (до 2м) і розчленована (саговник). Насінні зачатки (мегаспорангії) знаходяться на відкритих видозмінених листочках — насінних лусках, які зібрані на спільній осі і утворюють жіночу шишку — мегастробіл. На кожній насін­ній лусці міститься по кілька насінних зачатків. Вони вкриті двома інтегументами, які у верхній частині не змикаються, утво­рюючи пильцевхід — мікропіле. Під покровами знаходиться ядро насінного зачатка — нуцелюс. Мікроспорангії формуються на мік- роспоролистках, які разом з мікроспорангіями називаються тичин­ками, а мікроспорангії — пиляками. Тичинки зібрані на одній осі і утворюють колосок—мікростробіл. Кілька мікростробілів формують чоловічу шишку.У мікроспорангіях утворюються дуже редуковані чоловічі гаметофіти — пилок. Голонасінні розмножуються головним чином статево. Вегетативне розмноження менш поширене (види родин кипарисові, саговникові та ін.) і здійснюється за допомогою черенків або вивідкових бруньок. Статеве розмноження голонасінних відбувається в основному однотипно, з деякими видовими особливостями.

Сучасні види відділу голонасінні об'єднують у чотири класи: саговникові — Суcadopsida, гінкгові — Ginkgoopsida, хвойні — Рinopsida і гнетові — Gnetopsida.