1 Ботаника с основами фитоценологии

1.

Карагандинский Национальный исследовательский Университет
Предмет: Ботаника с основами фитоценологий
Лекция №1
Введение в ботанику. Структурные и функциональные особенности клетки
водорослей, грибов и высших растений.
Лекция для студентов
Асанова Гулзина Кабылбековна,
старший преподаватель кафедры ботаники
Караганда 2026

2.

План лекций:
1. Цели и задачи ботанической науки, основные разделы.
2. Краткая история ботаники.
3. Строение клетки высших сосудистых растений.
4. Отличие клеток водорослей от высших сосудистых растений.
5. Строение клетки грибов.
6. Сравнительный анализ клеток: тип питания, наличие органелл, состав клеточной
стенки, типы размножения.

3.

1. Цели и задачи ботанической науки, основные разделы
Понятие ботаники
Ботаника - раздел биологии, изучающий растения, их строение, жизнедеятельность, развитие, происхождение,
систематику, распространение и взаимосвязи с окружающей средой.
Название науки происходит от греческого слова botanē - «растение», «трава», «кормовое растение».
Современная ботаника изучает не только растения в узком смысле, но и многие группы организмов,
традиционно рассматривавшиеся в рамках ботанической науки, в частности водоросли и грибы.
Основные задачи ботаники
К основным задачам относятся:
1. Изучение внешнего и внутреннего строения растений.
2. Исследование процессов жизнедеятельности растительного организма.
3. Изучение закономерностей роста и развития растений.
4. Выявление происхождения и эволюционных связей растений.
5. Классификация и систематизация растительного мира.
6. Изучение распространения растений на Земле.
7. Исследование взаимоотношений растений с другими организмами и окружающей средой.
8. Изучение полезных для человека растений и разработка способов их рационального использования.
9. Охрана редких и исчезающих видов и сохранение растительного разнообразия.

4.

Основные разделы ботаники
Морфология растений изучает внешнее строение органов и частей растения.
Анатомия растений исследует внутреннее строение растений на тканевом и клеточном
уровнях.
Цитология изучает строение и жизнедеятельность клеток.
Гистология растений исследует ткани растений, их строение, происхождение и функции.
Физиология растений изучает процессы жизнедеятельности: фотосинтез, дыхание, водный
обмен, минеральное питание, рост и развитие.
Систематика растений занимается классификацией организмов, установлением
родственных связей между ними и созданием систем органического мира.
География растений (фитогеография) изучает закономерности распространения растений
на Земле.
Экология растений исследует взаимодействие растений с факторами окружающей среды.
Палеоботаника изучает ископаемые растения и историю развития растительного мира.
Ботаническая микология и микологические исследования связаны с изучением грибов, хотя
в современной системе биологии грибы выделяются в самостоятельное царство - Fungi.

5.

2. Краткая история ботаники
Интерес человека к растениям возник ещё в глубокой древности. Растения
были основным источником пищи, лекарственных средств, строительных
материалов, волокон и топлива.
Древний период
Одним из первых систематизаторов знаний о растениях был
древнегреческий учёный Теофраст (ок. 371–287 гг. до н. э.). Его труды
«Исследование о растениях» и «О причинах растений» считаются одними из
первых крупных ботанических сочинений.
Теофраст описывал растения, сравнивал их жизненные формы, особенности
корней, стеблей, листьев и плодов.
Средние века
В Средние века ботанические знания развивались преимущественно в связи
с медициной и сельским хозяйством. Большое значение имели труды по
лекарственным растениям и создание гербариев.

6.

XVI–XVII века
В эпоху Возрождения начинается интенсивное развитие ботаники.
Появляются первые научные иллюстрированные ботанические труды, расширяется
изучение растений благодаря путешествиям и развитию естественных наук.
Особое значение имело изобретение и совершенствование микроскопа.
Благодаря микроскопическим исследованиям стало возможным изучение
клеточного строения организмов.
В 1665 году английский учёный Роберт Гук, исследуя срез пробки,
обнаружил небольшие ячейки и назвал их «клетками» (cells). Наблюдавшиеся им
структуры представляли собой в основном стенки уже отмерших клеток пробки.
XVIII век
Большой вклад в развитие систематики внёс шведский учёный Карл
Линней. Он разработал систему классификации организмов и ввёл принцип
двойного латинского названия видов — бинарную номенклатуру.
Например, название вида состоит из названия рода и видового эпитета.

7.

XIX век
В XIX столетии были сформулированы основные положения клеточной теории. Маттиас
Шлейден и Теодор Шванн показали фундаментальное значение клетки для строения живых
организмов.
Позднее Рудольф Вирхов сформулировал принцип: «каждая клетка происходит от клетки».
В этот период активно развиваются анатомия, физиология, эмбриология и систематика растений.
XX–XXI века
Современная ботаника стала комплексной наукой, использующей методы:
• световой и электронной микроскопии;
• молекулярной биологии;
• генетики;
• биохимии;
• геномики;
• биоинформатики;
• дистанционного зондирования;
• экологического моделирования.
Сегодня классификация растений и других организмов всё больше основывается не только
на внешнем строении, но и на данных о ДНК, генах и эволюционных взаимоотношениях.

8.

3. Строение клетки высших сосудистых растений
Общая характеристика растительной клетки
Клетка является структурно-функциональной единицей живого организма.
Клетки высших растений относятся к эукариотическим клеткам, то есть имеют оформленное
ядро, окружённое ядерной оболочкой, и систему мембранных органоидов.
Типичная клетка высшего растения включает:
• клеточную стенку;
• плазматическую мембрану;
• цитоплазму;
• ядро;
• пластиды;
• вакуоль;
• митохондрии;
• эндоплазматическую сеть;
• аппарат Гольджи;
• рибосомы;
• цитоскелет.
Важно понимать, что набор и выраженность этих структур зависят от типа клетки. Например,
зрелые клетки проводящей ткани ксилемы могут утрачивать протопласт, тогда как клетки меристем
сохраняют активное ядро и способны к делению.

9.

Растительная клетка

10.

Клеточная стенка
Клеточная стенка расположена снаружи от плазматической мембраны.
Основу первичной клеточной стенки высших растений составляют:
• целлюлоза;
• гемицеллюлозы;
• пектины;
• структурные белки.
У некоторых клеток формируется вторичная стенка, которая может содержать большое
количество лигнина.
Функции клеточной стенки
• поддержание формы клетки;
• механическая защита;
• противодействие избыточному поступлению воды;
• участие в межклеточном взаимодействии;
• обеспечение механической прочности тканей.
Между соседними растительными клетками имеются плазмодесмы - каналы,
обеспечивающие связь их цитоплазмы.

11.

Плазматическая мембрана
Плазматическая мембрана представляет собой липидно-белковую
структуру, отделяющую клетку от внешней среды.
Основные функции:
• избирательный транспорт веществ;
• восприятие сигналов;
• поддержание внутренней среды клетки;
• участие в клеточной коммуникации.
Цитоплазма
Цитоплазма включает цитозоль и расположенные в нём органоиды.
В ней протекают многочисленные биохимические реакции, обеспечиваются
транспорт веществ и взаимодействие клеточных структур.

12.

Ядро
Ядро содержит генетический материал - ДНК.
Оно регулирует:
• синтез РНК;
• экспрессию генов;
• деление клетки;
• процессы роста и дифференцировки.
Ядро окружено двойной ядерной оболочкой, имеющей поры.

13.

Пластиды
Пластиды - характерные органоиды растительных клеток.
К ним относятся:
• хлоропласты;
• хромопласты;
• лейкопласты.
• Хлоропласты
Хлоропласты содержат хлорофиллы и являются
местом фотосинтеза. Внутри хлоропласта находятся:
• двойная мембрана;
• строма;
• система внутренних мембран;
• тилакоиды;
• граны.
Световая стадия фотосинтеза связана с мембранами тилакоидов, а реакции
фиксации углекислого газа происходят в строме.

14.

15.

Хромопласты
Содержат каротиноидные пигменты и придают окраску многим цветкам,
плодам и другим органам.
Лейкопласты
Бесцветные пластиды, часто связанные с накоплением запасных веществ.
К специализированным формам относятся амилопласты, накапливающие крахмал.
Вакуоль
Вакуоль окружена мембраной - тонопластом - и содержит клеточный сок.
Функции вакуоли:
• накопление воды;
• хранение ионов и растворённых веществ;
• накопление пигментов и некоторых продуктов обмена;
• поддержание тургорного давления;
• участие в регуляции осмотического состояния клетки.

16.

Митохондрии
Митохондрии - органоиды клеточного дыхания.
В них происходит значительная часть реакций, связанных с окислением
органических веществ и синтезом АТФ.
Таким образом, хлоропласты обеспечивают преобразование энергии света в
химическую энергию, а митохондрии участвуют в её использовании для клеточных
процессов.
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представляет собой систему мембранных
каналов и цистерн.
Различают:
• шероховатую ЭПС, связанную с рибосомами;
• гладкую ЭПС.
Шероховатая ЭПС участвует главным образом в синтезе и транспорте
белков, а гладкая в синтезе липидов и других процессах.

17.

Аппарат Гольджи
У растений часто используется термин диктиосомы для отдельных
стопок цистерн аппарата Гольджи.
Функции:
• модификация веществ;
• сортировка и упаковка продуктов;
• участие в секреции;
• синтез и транспорт компонентов клеточной стенки.
Рибосомы
Рибосомы осуществляют синтез белка.
Они могут находиться в цитоплазме, на мембранах шероховатой ЭПС, а
также внутри митохондрий и пластид.

18.

4. Отличие клеток водорослей от высших сосудистых растений
Термин «водоросли» объединяет разнообразные фотосинтезирующие
организмы, не представляющие собой единую эволюционную группу. Поэтому
клеточное строение разных водорослей может существенно различаться.
Большинство водорослей имеет эукариотические клетки, но существуют и
прокариотические фотосинтезирующие организмы, которые исторически также
изучались в составе водорослей, например цианобактерии. В современной
систематике цианобактерии относятся к бактериям.

19.

Основные отличия
1. Уровень организации
У высших сосудистых растений имеются специализированные органы:
• корень;
• стебель;
• лист.
У большинства водорослей тело представлено талломом, который не расчленён
на настоящие корни, стебли и листья.
2. Клеточная стенка
У большинства зелёных водорослей основным структурным полисахаридом
стенки является целлюлоза, однако состав стенки у разных групп водорослей
различается.
Например, у бурых водорослей значительную роль играют альгинаты и другие
полисахариды, у диатомовых водорослей стенка содержит кремнезём.

20.

3. Пластиды
Фотосинтезирующие водоросли обладают пластидами, но их строение, количество
мембран и набор пигментов могут существенно отличаться от хлоропластов высших
растений.
У разных групп водорослей встречаются различные фотосинтетические пигменты:
• хлорофиллы;
• каротиноиды;
• фикобилины;
• другие вспомогательные пигменты.
Поэтому водоросли могут иметь зелёную, буроватую, красную и другие окраски.
4. Запасные вещества
У высших растений основным запасным углеводом является крахмал.
У водорослей состав запасных веществ зависит от систематической группы. Например, у
зелёных водорослей обычно запасается крахмал, а у бурых — главным образом ламинарин
и маннит.

21.

5. Размножение
У водорослей встречаются:
• вегетативное размножение;
• бесполое размножение;
• половое размножение.
В жизненном цикле многих водорослей наблюдается чередование поколений или
различных ядерных фаз.

22.

5. Строение клетки грибов
Общая характеристика
Грибы - самостоятельное царство эукариотических организмов.
Несмотря на некоторые сходства с растениями, грибы не являются
растениями. Наиболее существенные отличия связаны с типом питания, составом
клеточной стенки и особенностями обмена веществ.
Тело большинства многоклеточных грибов состоит из тонких нитевидных
структур - гиф, совокупность которых образует мицелий, или грибницу.
Клеточная стенка
Основным структурным компонентом клеточной стенки большинства грибов
является хитин.
Кроме хитина, в состав стенки входят глюканы, маннаны и другие
соединения.
Это принципиально отличает грибы от высших растений, клеточная
стенка которых преимущественно целлюлозная.

23.

Плазматическая мембрана
Мембрана грибной клетки выполняет стандартные функции:
• регулирует транспорт веществ;
• обеспечивает связь клетки с окружающей средой;
• участвует в передаче сигналов.
Характерной
особенностью
грибной
мембраны
является
наличие эргостерола как важного стерола.
Ядро
Грибные клетки имеют оформленное ядро с генетическим
материалом.
У грибов встречаются как одноядерные, так и многоядерные клетки.
Митохондрии
Митохондрии обеспечивают процессы клеточного дыхания и
энергетического обмена.

24.

Размножение грибов
Для грибов характерны:
• вегетативное размножение;
• бесполое размножение;
• половое размножение.
• Бесполое размножение часто осуществляется с помощью спор.
У некоторых грибов размножение связано с образованием специализированных
структур - спорангиев или конидий.

25.

6. Сравнительный анализ клеток: тип питания, наличие органелл,
состав клеточной стенки, типы размножения
Для правильного понимания различий необходимо учитывать, что и
водоросли, и грибы, и растения представляют собой чрезвычайно разнообразные
группы организмов. Поэтому приведённые характеристики являются
обобщёнными.

26.

Признак
Водоросли
Высшие сосудистые растения
Грибы
Тип клетки
В основном эукариотический
Эукариотический
Эукариотический
Тип питания
Преимущественно автотрофный у
фотосинтезирующих форм; встречаются
смешанные стратегии
В основном фотоавтотрофный
Гетеротрофный
Фотосинтез
Характерен для фотосинтезирующих групп
Характерен для зелёных тканей
Отсутствует
Хлоропласты
Есть у фотосинтезирующих эукариотических
водорослей; строение разнообразно
Есть в фотосинтезирующих клетках
Отсутствуют
Митохондрии
Есть у эукариотических водорослей
Есть
Есть
Ядро
Есть у эукариотических водорослей
Есть
Есть
Вакуоли
Обычно имеются
Хорошо развиты у многих зрелых клеток
Обычно имеются
Клеточная стенка
Состав разнообразен; у многих групп есть
целлюлоза
Преимущественно целлюлоза,
гемицеллюлозы, пектины; у ряда клеток
лигнин
Преимущественно хитин и глюканы
Основное запасное вещество
Зависит от группы
Крахмал
Гликоген
Тело организма
Обычно таллом
Дифференцировано на органы и ткани
Мицелий из гиф у большинства
многоклеточных форм
Сосудистые ткани
Отсутствуют
Характерны для сосудистых растений
Отсутствуют
Размножение
Вегетативное, бесполое, половое
Вегетативное, бесполое/семенное; у разных
групп имеются различные жизненные циклы
Вегетативное, бесполое, половое
Споры
Часто встречаются
Характерны для спорообразующих растений;
семенные растения размножаются семенами
Очень характерны
Основная экологическая роль
Первичная продукция, образование
органического вещества, участие в водных
экосистемах
Первичная продукция, формирование
экосистем и наземных сообществ
Разложение органики, симбиозы, участие в
круговороте веществ

27.

Основные сходства
Несмотря на различия, клетки эукариотических водорослей, грибов и высших
растений имеют общий план организации.
Для них характерны:
• плазматическая мембрана;
• цитоплазма;
• ядро;
• митохондрии;
• рибосомы;
• эндоплазматическая сеть;
• аппарат Гольджи;
• вакуоли;
• цитоскелет;
• мембранные системы транспорта.
Это свидетельствует об общности фундаментальных принципов организации
эукариотической клетки.

28.

Основные различия клеток растений, водорослей и грибов
Наиболее важными различиями являются следующие.
1. Способ получения энергии и питания
Зелёные растения и многие водоросли используют фотосинтез. Грибы получают готовые
органические вещества и являются гетеротрофами.
2. Пластиды
Пластиды характерны для растений и фотосинтезирующих водорослей, но отсутствуют у грибов.
3. Клеточная стенка
У высших растений она преимущественно целлюлозная, у грибов — преимущественно хитиновая, а
у водорослей состав стенки сильно варьирует.
4. Запасные вещества
Высшие растения обычно запасают крахмал, грибы — гликоген, а у водорослей состав запасных
веществ зависит от их принадлежности к определённой группе.
5. Уровень организации тела
Высшие сосудистые растения обладают специализированными органами и проводящими тканями. У
большинства водорослей тело представлено талломом, а у грибов — системой гиф и мицелием.

29.

Заключение
Ботаника представляет собой комплексную область биологии, изучающую строение,
жизнедеятельность, развитие, систематику и экологию растений и связанных с ними групп
организмов.
Изучение клетки является фундаментом для понимания организации растительного
организма.
Клетки высших растений, водорослей и грибов имеют общий эукариотический план
строения, но существенно различаются по:
• способу питания;
• наличию и строению пластид;
• составу клеточной стенки;
• запасным веществам;
• особенностям размножения;
• уровню организации тела.
Особенно важно различать растения и грибы: несмотря на наличие клеточной стенки и
неподвижный образ жизни, грибы не являются растениями. Они имеют гетеротрофный тип питания,
клеточную стенку преимущественно из хитина и принципиально иной характер обмена веществ.
Понимание структурно-функциональной организации клеток является основой для
дальнейшего изучения анатомии, физиологии, систематики, экологии и эволюции растений.

30.

Рекомендованная литература:
1. Ботаника. Клеточная биология. Анатомия. Морфология : учебник для студентов высших
учебных заведений. Т. 1. — Москва : Издательский центр «Академия», 2007. — 366 с.
2. Еленевский, А. Г. Ботаника высших, или наземных растений : учебник для студентов высших
учебных заведений / А. Г. Еленевский, М. П. Соловьева, В. Н. Тихомиров. — Москва :
Издательский центр «Академия», 2000. — 432 с.
3. Еленевский, А. Г. Ботаника. Систематика высших, или наземных, растений : учебник для
студентов высших педагогических учебных заведений / А. Г. Еленевский, М. П. Соловьева, В.
Н. Тихомиров. — 3-е изд., испр. и доп. — Москва : Academia, 2004. — 431 с.
4. Дьяков, Ю. Т. Ботаника. Курс альгологии и микологии / под ред. Ю. Т. Дьякова. — Москва :
Издательство Московского университета, 2007.
5. Горбунова, Н. П. Курс низших растений : учебник / Н. П. Горбунова, Л. Л. Великанов, Л. В.
Гарибова. — Москва : Высшая школа, 1981. — 504 с.
6. Тихомиров, Ф. К. Ботаника : учебник для сельскохозяйственных вузов / Ф. К. Тихомиров. — 4е изд., доп. — Москва : Высшая школа, 1978. — 439 с.

31.

Контрольные вопросы
1. Что изучает ботаника?
2. Какие основные разделы ботанической науки вы знаете?
3. Какой вклад в развитие ботаники внёс Теофраст?
4. Каково значение работ Роберта Гука?
5. В чём заключается значение клеточной теории?
6. Какие органоиды характерны для растительной клетки?
7. Каковы основные функции хлоропластов?
8. Что такое вакуоль и каковы её функции?
9. Что такое плазмодесмы?
10. Чем таллом водорослей отличается от тела высшего сосудистого растения?
11. Какие пигменты могут присутствовать у водорослей?
12. Каков основной тип питания грибов?
13. Из какого вещества преимущественно состоит клеточная стенка грибов?
14. Что такое гифа и мицелий?
15. Какие типы размножения характерны для грибов?
16. Чем клеточная стенка растений отличается от клеточной стенки грибов?
17. Какие запасные вещества характерны для растений и грибов?
18. Какие общие органеллы имеются у эукариотических клеток водорослей, грибов и растений?
19. В чём заключается основное отличие фототрофного и гетеротрофного питания?
20. Почему грибы не относят к растениям?