ВВЕДЕНИЕ - Издательский дом Мнемозина
реклама
ВВЕДЕНИЕ Что изучает биология? Все живые организмы в совокупности составляют органический мир, или живую природу. Изучением жизни и всего живого занимается наука биология (от греч. «биос» — жизнь и «логос» — слово, учение). Наука о растениях — ботаника (от греч. «ботанэ» — растение, трава) — изучает строение, процессы жизнедеятельности, многообразие, закономерности распространения растений на Земле. Знания о растениях необходимы для правильного использования растительных богатств, получения хороших урожаев и проведения работ по охране природы. Биология зародилась очень давно: ещё древние греки и римляне описали множество растений, животных и грибов. Вместе с тем эта наука молодая, так как многие важные открытия в ней были сделаны совсем недавно — во второй половине ХХ в. По каким признакам живые организмы можно отличить от тел неживой природы? Многие из этих признаков вам хорошо известны. Так, все организмы имеют клеточное строение, а их тела отличаются особым составом веществ. В живом организме поступающие из окружающей среды вещества расщепляются и синтезируются заново. При этом образование (синтез) веществ идёт с поглощением энергии, а распад — с освобождением. Синтез и расщепление химических соединений составляют обмен веществ и превращение энергии — это важнейшие свойства жизни. Все живые организмы тесно связаны с окружающей средой и зависят от неё. Питание, дыхание и выделение — процессы, обеспечивающие поступление из окружающей среды в организм необходимых ему веществ и удаление из него вредных продуктов, образовавшихся в результате жизнедеятельности. Живые организмы размножаются, то есть производят потомство, и развиваются. Развитие — это все изменения, которые претерпевает организм от момента зарождения до смерти. Процесс развития сопровождается ростом — увеличением размеров, а также образованием новых структур тела. Примером роста растений может служить утолщение и удлинение стебля, увеличение размеров листа. Примеры развития — прорастание семян, формирование побегов, появление цветков и плодов. При размножении от родителей потомству передаётся информация о существенных признаках организма. Поэтому неудивительно, что из семени дуба вырастает дуб, собака производит на свет щенков, из куриного яйца 5 появляется цыплёнок, а из утиного — утёнок. Так проявляется всеобщее свойство живых организмов — наследственность. Потомство даже одной особи не является абсолютной копией родительских организмов. Свойство организмов отличаться от своих родителей называют изменчивостью. Нормальная жизнедеятельность каждого организма возможна только в определённых условиях. Живые существа реагируют на все изменения во внешней среде. В этом проявляется ещё одно их свойство — раздражимость, благодаря которому организмы приспосабливаются к условиям среды. Одно из важных свойств жизни — ритмичность, которая проявляется в суточной активности и сезонных изменениях в жизни живой природы. Закрывание цветков на ночь, осенний листопад — примеры биологических ритмов. Какую роль играет биоразнообразие Земли? Жизнь на Земле существует около 3,5 млрд лет. Её развитие привело к образованию биосферы — оболочки Земли, заселённой живыми организмами (рис. 1). Она охватывает нижние слои атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Биосфера включает живые организмы, вещества, созданные в результате их жизнедеятельности (например, уголь, нефть, почвенный перегной), а также ту часть неживой природы, которая является средой их обитания. Важнейшее свойство жизни — разнообразие организмов, населяющих биосферу (биоразнообразие). Это обеспечивает непрерывность жизни на Земле, так как одни организмы создают условия для жизнедеятельности других. В настоящее время описано более 1,5 млн видов животных и около 400 тыс. видов растений, грибов и лишайников. На основе признаков сходства и различия виды, обитающие на нашей планете, объединены учёными в два надцарства (рис. 2) — Доядерные организмы (бактерии) и Ядерные. Доядерные организмы представлены царством Бактерии; ядерные организмы — царствами Растения, Грибы, Животные. Представители всех четырёх царств тесно связаны между собой и зависят друг от друга. Как человек влияет на живую природу? Большое влияние на живую природу оказывает хозяйственная деятельность людей и их общение с природой (туризм, отдых на природе, сбор цветущих растений и ягод). В настоящее время это воздействие так возросло, что возникла опасность для существования многих видов, в том числе и самого человека. Загрязнение воды, почвы, воздуха химическими 6 Введение Рис. 1. Границы биосферы 7 Рис. 2. Царства живой природы 8 Введение веществами (нефть, удобрения, ядохимикаты), промышленными и хозяйственными отходами отрицательно сказывается на жизни обитателей нашей планеты. Изменение среды обитания организмов в результате чрезмерного уничтожения лесов, распашки лугов, осушения болот, строительства городов и дорог становится причиной вымирания многих видов. Для сохранения жизни на Земле необходимо сберечь то разнообразие видов, которое создала сама природа за несколько миллиардов лет своего развития. Вымерший вид восстановить уже невозможно. Поэтому такая утрата — невосполнимая потеря для нашей планеты. Исчезновение одного вида может повлечь за собой гибель тех организмов, для которых он служил источником пищи. Кроме того, многие полезные свойства растений, животных и грибов ещё не изучены и некоторые их виды могут исчезнуть до того, как они будут полностью исследованы. Биология совместно с экологией изучает влияние деятельности человека на живую природу и разрабатывает научные рекомендации по природопользованию. Какую роль играют Красные книги в деле охраны природы? С целью разработки мер по защите живого богатства Земли был создан Международный союз охраны природы и природных ресурсов. C 1966 г. он публикует Красные книги фактов — так называются списки редких и исчезающих видов с рекомендациями по их охране. Изданы тома Международной Красной книги: «Млекопитающие», «Птицы», «Растения» и другие. Государства, на территориях которых обитают занесённые в Красную книгу виды, несут ответственность за их сохранение. В Красных книгах отдельных государств перечислены редкие виды, охраняемые на их территориях. Они постоянно дорабатываются и переиздаются. Сбор, добывание и продажа редких видов растений, животных и грибов запрещены на всей территории России. Красная книга, как красный сигнал светофора, оповещает нас об опасности потери того или иного вида. Доброе отношение к живым существам облагораживает человека и доставляет ему радость. Связь человека с природой нашла отражение в религиях, мифах, суевериях. Многим растениям и животным даны имена древнегреческих богов, героев мифов и народных сказаний. Например, Мелисса — название растения и имя богини пчеловодства, Нимфея — кувшинка белая и богиня вод, а Мнемозина — название вида редкой бабочки и в греческой мифологии — богиня, олицетворяющая память. Современная биология — одна из самых сложных и многогранных естественных наук. От уровня биологических знаний и того, как мы ими распорядимся, зависит сохранение биосферы как среды обитания человека. 9 Задания по работе с текстом 1. Прочитайте текст параграфа и выпишите основные признаки, по которым живые организмы можно отличить от тел неживой природы. 2. Назовите процессы жизнедеятельности, обеспечивающие связь организмов с окружающей средой. 3. Рассмотрите рисунок 2 и приведите примеры живых организмов, относящихся к каждому из обозначенных на рисунке царств живой природы. Проверьте себя 1. Что изучает биология? Что изучает ботаника? Для чего человеку нужны знания о растениях? 2. Почему необходимо охранять всё видовое многообразие нашей планеты? Какие меры по охране природы принимаются во всём мире? Найдите в Интернете информацию о странах, на государственных флагах которых изображены растения. Подготовьте небольшое сообщение об одном из растений, изображённом на флаге. КОЛЛЕКТИВНАЯ ПРОЕКТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Красная книга моего региона Найдите в библиотеке или в Интернете Красную книгу региона, в котором вы проживаете (или Красную книгу России). Подготовьте список растений, произрастающих в вашей местности. Составьте план мероприятий по возможному участию вашего класса в охране нескольких видов исчезающих растений (выпуск листовок, лекторская работа среди младших школьников и др.). Привлеките к этой деятельности родителей и знакомых. Смонтируйте для кабинета биологии стенд по охране растений региона, в котором вы живёте. 38 Растения 2. 3. 4. 5. Что в биологии называют тканью? Какие органы имеются у высших растений? Какие функции выполняют стебель, корень, лист? Объясните, почему так трудно бороться с пыреем — сорным растением полей и огородов. 6. Как при посадке картофеля используют знания о строении клубня? ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ Изучение кочана капусты Дома рассмотрите кочан капусты и найдите доказательства того, что это видоизменённый побег. Разрежьте кочан вдоль. Используя рисунок 17, выявите сходство в строении луковицы репчатого лука и кочана капусты. Опишите строение кочана капусты. Сфотографируйте поперечный срез кочана капусты. Оформите свою работу в виде презентации. Докажите, что кочан капусты — видоизменённый побег. § 9. Рост растений и образование тканей За счёт чего осуществляется рост растений? Известно, что животные растут до определённых размеров, после чего их рост прекращается. Одна из отличительных особенностей многоклеточных растений — способность расти на протяжении всей жизни. Нитчатые водоросли растут благодаря делению и растяжению клеток. У высших растений большинство клеток имеют твёрдые оболочки и не способны делиться. Однако свойством деления у высших растений обладает образовательная ткань, которая и обеспечивает их непрерывный рост. Образовательная ткань располагается на верхушках побегов и кончиках молодых корней (рис. 18). В побеге она окружена и защищена зачатками листьев, а в корне — корневым чехликом. У злаков (например, у пшеницы, кукурузы, бамбука) образовательная ткань находится и в нижней части междоузлий. Благодаря такой особенности стебель злаков растёт очень быстро. Сахарный тростник, например, за сутки вырастает до 15 см, а бамбук — до 75 см. Рост стебля в толщину происходит за счёт деления клеток образовательной ткани, называемой камбием (от лат. «камбиум» — смена). Слой камбия легко обнаружить в стеблях деревьев и кустарников, где он расположен между древесиной и корой. При снятии коры клетки камбия разрушают- § 9. Рост растений и образование тканей 39 ся, поэтому она легко отделяется от древесины. Клетки образовательной ткани живые, с мелкими вакуолями и тонкими растяжимыми оболочками. Они долго сохраняют способность многократно делиться и образуют много однородных клеток. За процессом деления следует растяжение — укрупнение клеток, происходящее благодаря увеличению вакуолей. В старых клетках вакуоли могут сливаться в одну большую вакуоль. В оболочке этих клеток откладывается целлюлоза и другие вещества, придающие им прочность. Какие ткани образуются в процессе дифференцировки клеток? Рис. 18. Расположение образовательной ткани в цветковом растении Одновременно с увеличением размеров возникают различия между ранее однородными клетками. Такой процесс называют дифференцировкой (специализацией). В результате дифференцировки одни клетки дают начало покровным, другие — проводящим, третьи — всасывающим и другим тканям (рис. 19). Строение тканей связано с выполняемыми ими функциями. Так, покровные ткани выполняют защитные функции (предохраняют от высыхания, механических повреждений, попадания вредных микроорганизмов и др.), а также осуществляют обмен веществ между организмом и окружающей средой. Клетки этой ткани плотно прилегают друг к другу, их наружные стенки утолщены, вся поверхность покрыта слоем растительного воска. В покровных тканях листьев имеются устьица (микроскопические отверстия, регулирующие обмен воды и газов), в пробке — чечевички (небольшие бугорки в коре, через которые атмосферный воздух проникает в стебель — см. рис. 35 на с. 58). Запасающие ткани, для которых характерно наличие развитых межклетников, служат вместилищем органических веществ. Фотосинтезирующая ткань образована тонкостенными клетками с большими межклетниками. Большую часть цитоплазмы клеток этой ткани занимают хлоропласты, в которых синтезируются органические вещества. Фотосинтезирующие и запасающие ткани — разновидности основной ткани. Проводящие ткани объединяют все органы растения в единую систему. 40 Растения Проводящие ткани находятся в древесине — это сосуды и трахеиды, а также в лубе — ситовидные трубки. Сосуды и трахеиды осуществляют транспорт воды и растворённых в ней веществ от корней к листьям. Сосуды имеют вид полых трубочек длиной несколько сантиметров и даже метров. Трубки сосудов образуются в результате разрушения поперечных перегородок в вертикальном ряду клеток. Трахеиды — мёртвые клетки с заострёнными краями. У них нет сквозных отверстий, но по всей поверхности оболочек имеются поры, через которые водные растворы переходят из клетки в клетку. Ситовидные трубки луба образованы живыми клетками, которые сообщаются между собой через пластинки, по строению напоминающие сито. По ним осуществляется отток органических веществ от листьев к корням и плодам. Прочность растениям придают механические ткани. В стебле это волокна луба и древесины. Они состоят из мёртвых вытянутых клеток с заострёнными концами. Оболочки клеток сильно утолщены и обладают большой прочностью. Рис. 19. Ткани растений 41 § 10. Фотосинтез Задания по работе с текстом 1. Рассмотрите рисунок 18 и найдите места расположения образовательной ткани, которая обеспечивает рост стебля и корня в длину. Как защищена образовательная ткань? 2. Рассмотрите рисунок 19. Перечислите ткани, образующие растения, и назовите их функции. Проверьте себя 1. Какие структуры высших растений обеспечивают их рост в течение всей жизни? 2. Какие изменения претерпевают клетки образовательной ткани после деления? 3. Какой процесс называют дифференцировкой? На примере проводящей и механической тканей покажите, как взаимосвязаны их строение и функции. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ Изучение органов растения У любого комнатного растения найдите органы, которые характерны для всех цветковых растений. Зарисуйте это растение и отметьте на рисунке его органы, укажите на стебле узлы и междоузлия. Отметьте на рисунке ткани, которые имеются у этого растения. § 10. Фотосинтез Какой процесс называют фотосинтезом? Основная особенность зелёных растений по сравнению с другими организмами — наличие в их клетках зелёного пигмента хлорофилла. Именно хлорофилл, находящийся в органоидах растительных клеток — хлоропластах, обладает свойством улавливать солнечные лучи и использовать их энергию на образование органических соединений. Процесс, в ходе которого в хлоропластах из неорганических веществ — углекислого газа и воды — на свету образуется органическое вещество — углевод глюкоза и выделяется кислород, называют фотосинтезом (от греч. «фотос» — свет и «синтезис» — соединение). Схематически фотосинтез можно изобразить так: энергия света вода + углекислый газ глюкоза + кислород. У герани зональной и у некоторых других растений глюкоза уже в листьях превращается в крахмал. Его можно обнаружить с помощью микроскопа: крахмал хорошо заметен в клетках листа в виде блестящих зёрен. 68 Растения ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ Выявление у растений приспособлений к уменьшению испарения воды Рассмотрите комнатные растения и найдите среди них виды с признаками приспособленности к уменьшению испарения воды (имеют восковой налёт, опушённость и т. д.). Сфотографируйте эти растения, опишите их приспособления. По результатам проделанной работы подготовьте презентацию и представьте её вниманию одноклассников. § 16. Размножение растений Какие способы размножения существуют в природе? Размножение — способность организмов воспроизводить себе подобных, оставлять потомство. Таким образом обеспечивается непрерывность жизни на Земле. Как нам уже известно, растения размножаются двумя способами: бесполым (спорами, вегетативными органами) и половым (с участием двух половых клеток — мужской и женской гамет). Какие формы бесполого размножения характерны для растений? При бесполом размножении потомство производит одна родительская особь. При этом образуются особи, очень похожие на родительскую. Бесполое размножение растений осуществляется путём образования одноклеточных спор. Споры развиваются в спорангиях на спорофите. Спорангии у низших растений чаще бывают одноклеточными. У высших растений и некоторых водорослей они многоклеточные. Спорангии высших растений очень разнообразны (рис. 43). У мхов спорангий находится внутри коробочки, представляющей собой спорофит. Спорангии папоротников имеют вид крошечных мешочков, которые часто собраны группами на нижней стороне листа. Споры наземных растений не имеют органов движения, разносятся ветром и другими путями. Споры многих водорослей снабжены жгутиками, подвижны и называются зооспорами. Вегетативное размножение — одна из форм бесполого размножения. У одноклеточных растений оно происходит путём деления клетки на две новые без образования спор. При этом потомство также наследует § 16. Размножение растений 69 признаки только одного исходного родительского организма. Вегетативное размножение у высших растений осуществляется с помощью вегетативных органов (корней, листьев, стеблей) и их видоизменений (корневищ, клубней, луковиц) (рис. 44). Восстанавливается организм растения благодаря делению клеток и образованию корней. В плодоводстве и цветоводстве самый распространённый способ вегетативного размножения — черенкование. При черенковании используются части растения — черенки, способные при определённых условиях образовывать корни на стеблях, или почки на корнях, или почки и корни на листьях. Различают черенки стеблевые, листовые и корневые. У высших растений существует размножение отводками, т. е. частями органов, связь которых с материнским растением поддерживается до тех пор, пока они не начинают питаться самостоятельно. Плодовые деревья размножают прививкой: пересадкой веточки (черенка) или почки (глазка) одного растения (привоя) на другое (подвой). В настоящее время во многих странах начали размножать растения, используя культуры клеток и тканей. При этом способе размножения целое растение выращивают из нескольких клеток, что позволяет быстро размножить ценные сорта. В чём заключается сущность полового размножения? Половое размножение отличается от бесполого тем, что новый организм образуется в результате слияния двух половых клеток — женской (материн- Рис. 43. Спорангии растений 70 Растения Рис. 44. Способы вегетативного размножения растений § 16. Размножение растений 71 ской) и мужской (отцовской). Половые клетки получили название гамет (от греч. «гамете» — жена, «гаметес» — муж). Особенность половых клеток состоит в том, что они содержат в два раза меньше хромосом, чем любая другая клетка организма, имеющая ядро. Слияние гамет называют оплодотворением. В результате слияния двух гамет возникает первая клетка нового организма — зигота (от греч. «зиготос» — соединённый вместе), содержащая полный набор хромосом. При половом размножении новые клетки наследуют свойства двух организмов — материнского и отцовского. После оплодотворения у большинства высших растений из зиготы развивается зачаток нового растения — многоклеточный зародыш, а из него — взрослое растение. Задание по работе с текстом Используя информацию, представленную на рисунке 44, составьте схему, отражающую разнообразие способов вегетативного размножения цветковых растений. Приведите примеры растений. Проверьте себя 1. Какие способы размножения растений вам известны? Чем они характеризуются? 2. Что такое спора, зооспора, спорангий? 3. Используя рисунок 44, расскажите о способах вегетативного размножения цветковых растений. 4. Какое размножение называют половым? 5. Что такое гамета, зигота, зародыш? 6. В чём суть оплодотворения? ПРОВЕДИТЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Образование корней у стеблевых черенков С герани, колеуса и традесканции срежьте побеги, на которых имеется 4—5 листочков. Удалите с черенков два нижних листа и поместите черенки в сосуд с водой так, чтобы нижние узлы были погружены в воду. Каждые 3—4 дня воду в сосудах меняйте. Установите наблюдение за образованием корней у черенков. Выскажите предположение о том, у каких растений корни появятся раньше. В тетради запишите число, когда черенки были поставлены в воду, и число, когда у них появились корни. У каких растений корни образовались быстрее? Почему? После образования корней высадите черенки в цветочные горшки с почвой. Отчёт о проделанной работе оформите в виде презентации и выступите с ней перед классом.
