Расте́ния ( лат. Plantae , или Vegetabilia ) — биологическое царство , одна из основных групп многоклеточных организмов , отличительной чертой представителей которой является способность к фотосинтезу , включающая в себя в том числе мхи , папоротники , хвощи , плауны , голосеменные и цветковые растения . Нередко к растениям относят также все водоросли или некоторые их группы. Растения (в первую очередь, цветковые) представлены многочисленными жизненными формами , наиболее распространёнными из которых являются деревья , кустарники и травы .

Растения являются объектом исследования науки ботаники .

Общие признаки

• Клетки растений имеют плотные целлюлозные оболочки .
• В клетках большинства растений находятся зелёные пластиды — хлоропласты , содержащие зелёный пигмент хлорофилл , в связи с чем возможен фотосинтез (поглощение энергии света и ассимиляция углекислоты при участии фотосинтетических пигментов). При этом происходит выделение кислорода при разрушении молекул воды. Благодаря хлоропластам большинство растений имеет зелёный цвет.
• В основном ведут прикреплённый образ жизни.
• Запасные вещества в клетках накапливаются в виде крахмала .
• Растут в течение всей жизни.
• Жизнедеятельность регулируется фитогормонами .

Питание

Подавляющее большинство растений — фотоавтотрофные организмы, использующие световую энергию для синтеза органики (глюкозы) из неорганических соединений (углекислый газ и вода). Некоторые представители перешли к вторичному гетеротрофному способу питания (облигатный паразитизм, микогетеротрофность). Например, гетеротрофом является бесхлорофилльное растение петров крест , паразитирующий на корнях деревьев и кустарников и получающий готовые питательные вещества из организма-хозяина .

Растениям для нормального роста и развития требуются разные минеральные вещества, наиболее важные из которых — азот, калий и фосфор. Вода с необходимыми минеральными элементами поглощается корнями из почвы в процессе минерального питания .

Строение

Цитология

Размер растительных клеток варьируется от 10 до 100 мкм. У водорослей, не имеющих выраженных тканей, клетки в пределах одного организма отличаются друг от друга незначительно; у высших растений в связи с наличием тканей клетки сильно различаются по форме и строению. Обычно клетки представляют собой четырнадцатигранники, у которых восемь граней — шестиугольники и шесть — четырехугольники. Однако встречаются клетки, форма которых не поддается геометрическому описанию. Многообразие форм растительных клеток принято сводить к двум основным типам: паренхимным (длина клетки не превышает ширину или превышает незначительно) и прозенхимным (длина клетки в 5 раз и более превышает ширину) .

Несмотря на огромное разнообразие, клетки растений характеризуются общностью строения — это клетки эукариотические, имеющие оформленное ядро. От клеток других эукариот их отличают следующие особенности: наличие плотных целлюлозных клеточных стенок ; наличие пластид , главные из которых — хлоропласты , осуществляющие фотосинтез ; развитая система вакуолей (у зрелых растительных клеток имеется так называемая центральная вакуоль, занимающая бо́льшую часть объёма клетки); отсутствие центриолей при делении . Главное запасное вещество растений — крахмал .

Сперматозоиды растений дву- (у мохообразных и плауновидных ) или многожгутиковые (у остальных папоротникообразных , саговниковых и гинкговых ), причём ультраструктура жгутикового аппарата очень похожа на таковую в жгутиковых клетках харовых водорослей .

Клетки растений объединяются в ткани , которые характеризуются отсутствием межклеточного вещества , большим количеством мёртвых клеток (некоторые ткани — склеренхима , ксилема , вторичные и третичные покровные ткани — состоят в основном из мёртвых клеток), а также тем, что, в отличие от животных , растительная ткань может состоять из разных типов клеток (например, ксилема состоит из водопроводящих элементов, волокон древесины и древесинной паренхимы ). Различают образовательные ткани ( меристемы ) и образуемые ими постоянные ткани ( проводящая , покровная , паренхима , механическая , выделительная ).

Морфология

Тело водорослей ( таллом ), в отличие от высших растений, не дифференцировано на вегетативные органы (корень, стебель, листья) и не имеет единого плана строения. Органы полового ( гаметангии , или генеративные органы) и бесполого ( спорангии ) размножения у водорослей одноклеточные; при этом женские гаметангии называются оогонии , мужские — антеридии . Таллом водорослей характеризуется чрезвычайным морфологическим разнообразием; выделяют амёбоидный, монадный, нитчатый, сифональный и другие типы строения таллома. У высших растений имеются органы, которые подразделяются на вегетативные и генеративные (гаметангии). Вегетативными органами являются корень , стебель и лист , они обеспечивают поддержание жизнедеятельности организма и участвуют в вегетативном размножении. В генеративных органах формируются гаметы , необходимые для полового размножения. У споровых растений женские гаметангии — архегонии , мужские — антеридии , у семенных растений гаметангии редуцируются и под последними обычно понимается вся совокупность органов, связанных с половым размножением, — цветки (у голосеменных — стробилы ) и плоды .

Различают три типа организации тела высших растений: талломный (тело не разделено на вегетативные органы и имеет вид зеленой пластины; некоторые моховидные, заростки папоротниковидных), листостебельный (тело разделено на стебель и листья, но не имеет корней; большинство моховидных), корнепобеговый (тело разделено на вегетативные органы, имеет корневую систему и систему побегов; большинство растений) .

Растения в основном ведут прикреплённый образ жизни, в связи с чем они формируют различные жизненные формы , отражающие приспособленность организма к тем или иным условиям обитания, — деревья , кустарники , травы , эпифиты , лианы и др.

Рост и развитие

Процессы роста и развития растения неразрывно связаны между собой: рост является частью индивидуального развития. Однако в одном и том же организме процессы роста и развития могут сочетаться различным образом. Растение может находиться в состоянии активного роста, но вместе с тем медленно развиваться или, наоборот, оно может быстро развиваться при замедленном росте. (Показателем темпов развития, как правило, служит переход растений к репродукции. Активность ростовых процессов оценивают по скорости увеличения массы, объема, размеров растения.) Например, у однолетних растений с момента их зацветания наблюдается частичная и даже полная приостановка процессов роста побега. У многолетних растений рост вегетативных органов (побеги, листья) зачастую является одной из причин задержки цветения .

Растения обладают неограниченным ростом, который обеспечивается непрерывной деятельностью меристем . Рост локальными зонами (меристемами) отличает растения от других организмов; для растений особенно важно функционирование апикальных меристем. Реакция растений на воздействие различных экологических факторов проявляется в виде направленного роста к источнику воздействия или от такового .

Процессы роста и развития растительного организма регулируются фитогормонами .

Размножение и жизненный цикл

Для растений характерны половое , бесполое (споровое) и вегетативное размножение.

У одноклеточных водорослей вегетативное размножение осуществляется митотическим делением клетки на две дочерние, фрагментацией колоний, путем повторных делений в ценобиях , формирующих новые миниатюрные ценобии. Вегетативное размножение многоклеточных водорослей происходит частями слоевища, специальными вегетативными образованиями и др. У высших растений вегетативное размножение осуществляется частями корня, стебля, листа или их видоизменениями.

Для высших сосудистых растений единственной формой полового процесса является оогамия ; у водорослей встречаются также изогамия и анизогамия .

В жизненном цикле растений чередуется половое гаплоидное поколение ( гаметофит ) и бесполое диплоидное поколение ( спорофит ). На гаметофите образуются половые (генеративные) органы — мужские антеридии и женские архегонии (отсутствуют у некоторых гнетовых и у покрытосеменных ); у водорослей женские генеративные органы называются оогонии . Сперматозоиды (их нет у хвойных , гнетовых и покрытосеменных) или спермии оплодотворяют находящуюся в архегонии или в зародышевом мешке яйцеклетку , в результате образуется диплоидная зигота . Зигота у высших споровых и семенных растений формирует зародыш , который постепенно развивается в спорофит ; у водорослей зародыша нет. На спорофите развиваются спорангии (часто на специализированных спороносных листьях , или спорофиллах). В спорангиях происходит мейоз , и образуются гаплоидные споры. У разноспоровых растений споры двух типов: микроспоры (из них развиваются гаметофиты только с антеридиями) и мегаспоры (из них развиваются гаметофиты, несущие только архегонии); у равноспоровых споры одинаковые, из них вырастают обоеполые гаметофиты. На гаметофитах формируются гаметангии, производящие гаметы, последние сливаются и образуют зиготу — цикл замкнулся. Такой жизненный цикл имеют мохообразные и папоротникообразные , причём у первой группы доминирует гаметофит, а у второй — спорофит. У семенных растений картина усложняется за счёт того, что женский гаметофит (эндосперм у голосеменных и зародышевый мешок у цветковых) развивается из мегаспоры прямо на материнском спорофите, а мужской гаметофит ( пыльцевое зерно ), развивающийся из микроспоры, должен быть доставлен туда в процессе опыления . семенных растений часто сложно устроены и у голосеменных объединяются в так называемые стробилы , а у покрытосеменных растений — в цветки , которые могут, в свою очередь, объединяться в соцветия . Кроме того, у семенных растений возникает специализированная, состоящая из нескольких генотипов структура — семя , которое можно условно отнести к генеративным органам. У покрытосеменных растений цветок после опыления формирует плод .

Определение

История

На вопрос, что называть растением, нет однозначного ответа. Первым на этот вопрос попытался ответить древнегреческий философ и учёный Аристотель , поместив растения в промежуточное состояние между неодушевлёнными предметами и животными. Он определил растения как живые организмы, которые не способны самостоятельно передвигаться (в противоположность животным ) . Позднее были открыты бактерии и археи , которые никак не подпадали под общепринятое понятие растений. Уже во второй половине XX века грибы и некоторые типы водорослей были выделены в отдельные категории, поскольку не имеют сосудистой и корневой системы, которая присутствует у других растений .

Современность

Определяющие признаки

• Наличие плотной, не пропускающей твёрдые частицы, клеточной оболочки (как правило, состоящей из целлюлозы ).
• Растения — продуценты . Они производят органические вещества из углекислого газа с помощью энергии солнца в процессе фотосинтеза , при этом выделяют кислород ( Грибы и бактерии , которых ранее относили к растениям, согласно современным классификациям выделены в самостоятельные группы).
• Цианобактерии , или синезелёные водоросли, для которых также свойственен фотосинтез, согласно современным классификациям не относятся к растениям (включены в домен Бактерии в ранге отдела).
• Другие признаки растений — неподвижность, постоянный рост, чередование поколений и другие — не являются уникальными, но в целом позволяют отличить растения от других групп организмов .

Происхождение и эволюция

Архейская эра (3800—2500 млн лет назад)

Судя по палеонтологическим находкам, разделение живых существ на царства произошло более 3 млрд лет назад. Первыми автотрофными организмами стали фотосинтезирующие бактерии (сейчас они представлены пурпурными и зелёными бактериями , цианобактериями ). В частности, в мезоархее (2800—3200 млн лет назад) уже существовали цианобактериальные маты .

Протерозойская эра (2500—570 млн лет назад)

Единой, отвечающей на все вопросы, теории происхождения эукариотических фотоавтотрофных организмов (растений) пока нет. Одна из них ( теория симбиогенеза ) предполагает возникновение эукариотических фототрофов как переход эукариотической гетеротрофной амёбовидной клетки к фототрофному типу питания через симбиоз с фотосинтезирующей бактерией, которая впоследствии превратилась в хлоропласт. Согласно этой теории, таким же образом возникают и митохондрии из аэробных бактерий. Так появляются водоросли — первые настоящие растения. В протерозойскую эру широко развиваются одноклеточные и колониальные синезелёные водоросли, появляются красные и зелёные водоросли.

Палеозойская эра (570—230 млн лет назад)

В конце силура (405—440 млн лет назад) на Земле происходят интенсивные горообразовательные процессы , приведшие к возникновению Скандинавских гор, гор Тянь-Шань, Саян, а также к обмелению и исчезновению многих морей. В результате некоторые водоросли (сходные с современными харовыми водорослями ) выходят на сушу и заселяют литорали и супралиторали , что стало возможным благодаря деятельности бактерий и цианобактерий, образовавших на поверхности суши примитивный почвенный субстрат. Так возникают первые высшие растения — риниофиты . Особенность риниофитов заключается в появлении тканей и их дифференцировки на покровные, механические, проводящие и фотосинтезирующие. Это было спровоцировано резким отличием воздушной среды от водной. В частности:

• повышенной солнечной радиацией, для защиты от которой у первых наземных растений должен был выделяться и откладываться на поверхности кутин , что и было первым этапом формирования покровных тканей ( эпидермы );
• откладывание кутина делает невозможным поглощение влаги всей площадью (как у водорослей), что приводит к изменению функции ризоидов , которые теперь не только прикрепляют организм к субстрату, но и поглощают из него воду;
• разделение на подземную и надземную части спровоцировало необходимость доставки минеральных веществ, воды и продуктов фотосинтеза по всему организму, реализованную появившимися проводящими тканями — ксилемой и флоэмой ;
• отсутствие выталкивающей силы воды и соответственно невозможность плавать, в ходе конкуренции видов за солнечный свет, привело к появлению механических тканей с целью «приподняться» над соседями, ещё одним фактором было улучшенное освещение, активизировавшее процесс фотосинтеза и приведшее к избытку углерода, что и позволило образоваться механическим тканям;
• в ходе всех вышеперечисленных ароморфозов фотосинтезирующие клетки выделяются в отдельную ткань.

Древнейшее известное наземное растение — куксония . Куксония обнаружена в 1937 г. в силурийских песчаниках Шотландии (возраст порядка 415 млн лет). Дальнейшая эволюция высших растений разделилась на две линии: гаметофитную ( моховидные ) и спорофитную ( сосудистые растения ). Первые голосеменные растения появляются в начале мезозоя (примерно 220 млн лет назад). Первые покрытосеменные (цветковые) возникают в юрском периоде .

Классификация

Эволюция систем классификации

Геккель (1894) Три царства	Уиттекер (1969) Пять царств	Вёзе (1977) Шесть царств	Вёзе (1990) Три домена		Кавалье-Смит (1998) Два домена и семь царств
Животные	Животные	Животные	Эукариоты		Эукариоты	Животные
Растения	Грибы	Грибы				Грибы
	Растения	Растения				Растения
	Протисты	Протисты				Хромисты
Протисты						Простейшие
	Monera	Археи	—	Археи	Прокариоты	Археи
		Эубактерии		Эубактерии		Эубактерии

Разнообразие

По состоянию на начало 2010 года, по данным Международного союза охраны природы ( IUCN ), было описано около 320 тысяч видов растений, из них около 280 тысяч видов цветковых , 1 тысяча видов голосеменных , около 16 тысяч мохообразных , около 12 тысяч видов высших споровых растений ( Плауновидные и Папоротникообразные ) . В настоящее время это число постоянно увеличивается, как за счет постоянного открытия новых видов, так и в результате обработки и объединения в единую базу данных многочисленных первичных источников о видовом разнообразии растений. В мае 2022 года в проекте World Flora Online содержались данные примерно о 350 000 видов , по состоянию на декабрь 2023 года их количество составило уже 377 218 .

Современная классификация растений по данным WFOPL

Царство Kingdom	Подцарство Subkingdom	Отдел Phylum	Русское название	Число порядков	Число видов
Растения Plantae	Мохообразные Bryobiotina	Anthocerotophyta	Антоцеротовые мхи	5	222
		Bryophyta	Моховидные	36	11 940
		Marchantiophyta	Печёночные мхи	15	7 270
	Сосудистые растения Pteridobiotina	Angiosperms (Magnoliophyta)	Цветковые растения	64	343 981
		Cycadophyta	Саговниковидные	1	377
		Ginkgophyta	Гинкговидные	1	1
		Lycopodiophyta	Плауновидные	3	1 142
		Pinophyta	Хвойные	6	836
		Polypodiophyta	Папоротниковидные	11	11 449
				142	377 218

Значение

Существование мира животных, включая человека, было бы невозможно без растений, чем и определяется их особая роль в жизни нашей планеты. Из всех организмов только растения и фотосинтезирующие бактерии способны аккумулировать энергию Солнца, создавая при её посредстве органические вещества из веществ неорганических ; при этом растения извлекают из атмосферы CO ₂ и выделяют O ₂ . Именно деятельностью растений была создана атмосфера, содержащая O ₂ , и их существованием она поддерживается в состоянии, пригодном для дыхания. Растения — основное, определяющее звено в сложной цепи питания всех гетеротрофных организмов, включая человека. Наземные растения образуют степи , луга , леса и другие растительные группировки, создавая ландшафтное разнообразие Земли и бесконечное разнообразие экологических ниш для жизни организмов всех царств. Наконец, при непосредственном участии растений возникла и образуется почва .

Пищевая промышленность

Одомашнивание растений

Человеком одомашнено свыше 200 видов растений, относящихся к более чем 100 ботаническим родам. Их широкий таксономический спектр отражает разнообразие мест, где они были одомашнены. Основные продовольственные растения, используемые в культуре в настоящее время, были одомашнены в странах юго-западной Азии. В настоящее время это территории Ирака , Ирана , Иордании , Израиля и Палестины . Вероятно, древним земледельцам было известны преимущества вегетативного размножения (клонирования) и близкородственного скрещивания ( инбридинга ). Примеры растений, репродуцируемых клонированием: картофель , фруктовые деревья. Почти все питательные вещества, получаемые людьми с пищей в этих странах, поступали от высокоуглеводных злаков с довольно высоким содержанием белка ( пшеница , ячмень ). Тем не менее, белки злаков не полностью сбалансированы по аминокислотному составу (низкое содержание лизина и метионина ). Эти злаки древние земледельцы дополнили бобовыми растениями — горох , чечевица , вика . Единственный культурный злак — рожь возник гораздо позже, чем пшеница и другие культурные растения. Самоопылитель лён имеет семена богатые жиром, что дополнило пищевую триаду ранних земледельцев (жиры, белки, углеводы). Ранние земледельцы составили набор одомашненных растений, которые удовлетворяют основным потребностям человека в пище и сегодня. В дальнейшем имело место постепенное распространение культурных растений из очага их возникновения в новые районы. В итоге, одни и те же растения стали пищевыми для населения всего мира. Часть культурных растений прошли одомашнивание в странах Юго-Восточной Азии . Сюда относятся такие самоопылители, как хлопок , рис , сорго .

Современные культуры растений

Из огромного разнообразия царства растений особое значение в повседневной жизни имеют семенные и главным образом Цветковые растения (покрытосеменные). Именно к ним относятся почти все растения, введённые человеком в культуру. Первое место в жизни человека принадлежит хлебным растениям ( пшеница , рис , кукуруза , просо , сорго , ячмень , рожь , овёс ) и различным крупяным культурам. Важное место в пищевом рационе человека занимает в странах с умеренным климатом картофель , а в более южных областях — батат , ямс , ока , таро и др. Широко употребляются богатые растительными белками зернобобовые ( фасоль , горох , нут , чечевица и др.), сахароносные ( сахарная свёкла и сахарный тростник ), многочисленные масличные ( подсолнечник , арахис , маслина и др.), плодовые , ягодные , овощные и иные культурные растения .

Современное общество трудно представить без тонизирующих растений — чая , кофе , какао , равно как без винограда — основы виноделия, или без табака .

Животноводство базируется на использовании дикорастущих и культивируемых кормовых растений .

Лёгкая промышленность

Хлопчатник , лён , конопля , рами , джут , кенаф , сизаль и многие другие волокнистые растения обеспечивают человека одеждой и техническими тканями .

Деревообрабатывающая промышленность

Ежегодно потребляется огромное количество леса — в качестве строительного материала, источника получения целлюлозы и др.

Энергетика

Очень важное значение для человека имеет один из главных источников энергии — каменный уголь , а также торф , о которых можно сказать, что они представляют собой аккумулированную в растительных остатках прошлого энергию Солнца.

Медицина и химия

До сих пор не утратил своего экономического значения добываемый из растений естественный каучук . Ценные смолы , камеди , эфирные масла , красители и другие продукты, получаемые в результате переработки растений, занимают видное место в хозяйственной деятельности человека. Большое число растений служат основными поставщиками витаминов , а другие ( наперстянка , раувольфия , алоэ , белладонна , пилокарпус , валериана и сотни других) — источником необходимых лекарств , веществ и препаратов.

Экология

Зелёные растения обогащают атмосферу кислородом и является основным источником энергии и органического материала почти для всех экосистем. Фотосинтез радикально изменил состав ранней земной атмосферы, которая содержит в настоящее время около 21 % кислорода. Животные и многие другие аэробные организмы нуждаются в кислороде, анаэробные формы относительно редки. Во многих экосистемах растения являются основой пищевых цепей .

Наземные растения являются ключевыми компонентами водного и других биохимических циклов. Некоторые растения эволюционировали совместно с азотфиксирующими бактериями и включены в кругооборот азота . Корни растений играют существенную роль в развитии почвы и предотвращении её эрозии .

Экологические взаимосвязи

Многие животные эволюционировали совместно с растениями. Многие насекомые опыляют цветки в обмен на пищу в форме пыльцы или нектара. Четвероногие едят плоды и распространяют семена с фекалиями. Большинство видов растений выработали симбиоз с различными видами грибов ( микориза ). Грибы помогают растению извлекать воду и минеральные вещества из почвы, а растение снабжает грибы углеводородами, произведёнными в результате фотосинтеза. Существуют также симбиотические грибы — эндофиты , которые живут внутри растений и способствуют росту организма-хозяина.

Паразитизм

Растения-паразиты существуют как среди низших, так и среди высших растений. Такие растения приносят большой вред сельскому хозяйству.

Хищные растения

Существует более 500 видов хищных растений. Произрастают хищные растения обычно на почвах, бедных питательными веществами и минеральными солями. «Хищность» растений обусловлена недостатком азота в почвах, именно поэтому растения-хищники приспособились получать азот из насекомых и других животных, которых они ловят с помощью разнообразных хитроумных ловушек.

Самым известным хищным растением лесов России является Росянка круглолистная ( Drosera rotundifolia ). Это растение выделяет по краям листьев липкую жидкость, похожую на росу, — кислый пищеварительный сок. Насекомое садится на капельку «росы», приклеивается и становится жертвой росянки.

Другие известные растения-хищники — венерина мухоловка , дарлингтония , жирянка , росолист .

См. также

• Флора
• Растения-индикаторы
• Права растений
• Список плотоядных растений

Примечания

Литература

• Растения / М. Э. Кирпичников // Проба — Ременсы. — М. : Советская энциклопедия, 1975. — ( Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 21).