Растения

Растения (Plantae) — царство многоклеточных эукариотических организмов, осуществляющих фотосинтез — преобразование энергии солнечного света в химическую энергию органических веществ. Растения являются продуцентами в большинстве экосистем планеты и составляют основу почти всех пищевых цепей суши.

В современной таксономии царство растений включает около 391 000 описанных видов: цветковые (или покрытосеменные, Magnoliophyta, ~340 000 видов), голосеменные (Gymnospermae, ~1 000), папоротникообразные (Pteridophyta, ~12 000), плауновидные (Lycopodiophyta, ~1 200), мохообразные (Bryophyta, ~22 000), а также водорослевые группы, иногда включаемые в царство растений (зелёные водоросли).

Растения освоили все основные местообитания планеты от арктических тундр до тропических лесов и пустынь, от высокогорий (альпийские эдельвейсы до 6 000 м) до пресных и солёных вод. Размеры варьируют от микроскопических ряски (Lemna minor) и вольфии до гигантских секвойядендронов (Sequoiadendron giganteum) высотой до 95 м и массой до 1 800 тонн.

Раздел oprirode.com содержит описания 54 видов растений с фотографиями, латинскими названиями, особенностями биологии, ареалами и применением.

Что такое растения

Главные диагностические признаки царства Plantae: автотрофное питание через фотосинтез с использованием хлорофилла; клеточная стенка из целлюлозы; пластиды в клетках (хлоропласты с хлорофиллом, хромопласты, амилопласты); прикреплённый образ жизни у большинства видов (за редкими исключениями: насекомоядные, циклофиллум — маневрирующие хищные растения); чередование поколений в жизненном цикле (диплоидный спорофит чередуется с гаплоидным гаметофитом).

Эволюционно растения происходят от зелёных водорослей около 470-500 миллионов лет назад, в раннем ордовике. Первые наземные растения — споровые (мхи, ранние папоротникообразные). В девоне (~390 млн лет назад) появились первые семенные растения. В раннем меле (~140 млн лет назад) возникли цветковые — сейчас доминирующая группа.

Цветковые растения (Magnoliophyta) составляют около 87 % современного видового разнообразия. Их успех связан с эволюционными новинками: цветок (специализированный орган для опыления через насекомых, ветер, воду), плод (защищающий и распространяющий семена), двойное оплодотворение, эффективная проводящая ткань.

Главные группы растений

Среди двудольных самые крупные семейства: сложноцветные (астровые, Asteraceae, ~32 000 видов: одуванчики, ромашки, подсолнечник), орхидные (Orchidaceae, ~28 000 — самое многочисленное среди однодольных), бобовые (Fabaceae, ~19 000), розоцветные (Rosaceae, ~3 000: яблоня, груша, малина, шиповник).

Фотосинтез и метаболизм

Главное метаболическое отличие растений — фотосинтез: преобразование энергии света в химическую энергию органических соединений (углеводов). Уравнение: 6 CO₂ + 6 H₂O + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Процесс происходит в хлоропластах, содержащих хлорофилл (поглощающий красный и синий свет, отражающий зелёный — отсюда зелёный цвет растений).

Растения — главный производитель кислорода на Земле. Современная атмосфера с 21 % O₂ — результат фотосинтеза, начавшегося около 3 миллиардов лет назад с цианобактерий. Современные растения и водоросли производят свыше 110 миллиардов тонн биомассы в год; половина — в океане (фитопланктон), половина — на суше (особенно тропические леса).

Через корни растения поглощают воду и минеральные элементы (азот, фосфор, калий и другие). Через листья — углекислый газ для фотосинтеза. Транспирация — испарение воды с поверхности листьев — важна для теплоотдачи и подъёма воды по проводящей ткани. Большое дерево испаряет до 300-500 литров воды в сутки в жаркую погоду.

Размножение

Растения демонстрируют разнообразные стратегии размножения. Половое размножение у цветковых: цветок производит пыльцу (мужские гаметы) и яйцеклетки в пестике; опыление через ветер, насекомых, птиц, летучих мышей; после оплодотворения формируется плод с семенами. Семена обеспечивают распространение и пережидают неблагоприятные условия (некоторые до тысяч лет).

Голосеменные размножаются семенами без плодов: мужские шишки производят пыльцу, женские — яйцеклетки; опыление преимущественно ветровое. Споровые (папоротники, мхи) размножаются спорами с гаплоидной генерацией — гаметофитом — в жизненном цикле.

Вегетативное размножение распространено: корневищами (бамбук, осот, пырей), отводками (земляника), черенками (виноград, ива), клубнями (картофель). Это позволяет быстро занять территорию без необходимости полового цикла.

Растения Украины

Флора Украины насчитывает около 6 000 видов высших растений (цветковые, голосеменные, папоротникообразные). Основные биомы: широколиственные леса Полесья и Карпат (дубы, грабы, буки, клёны, липы), смешанные леса (с примесью сосны, ели), степи (ковыли, тонконоги, типчаки) Лесостепи и Степи, альпийские луга Карпат, водно-болотные угодья дельт Дуная и Днепра, полупустынные регионы Юга и Крыма.

Эндемики Украины: эдельвейс альпийский (Leontopodium alpinum) в Карпатах, левкой подольский, тимьян крымский, ковыль украинский. Около 800 видов внесены в Красную книгу Украины: тис ягодный (Taxus baccata) — реликтовое дерево; сосна обыкновенная Палласа в Крыму; ятрышник пятнистый, дремлик и другие орхидеи; гвоздика реликтовая.

Главные охраняемые территории — Карпатский биосферный заповедник, Полесский природный заповедник, Аскания-Нова (степная зона), Шацкий национальный парк, Дунайский биосферный заповедник.

Хозяйственное значение

Растения — основа сельского и лесного хозяйства, медицины, текстиля, строительства. Зерновые культуры: пшеница, кукуруза, рис — три основных источника калорий для человечества (свыше 50 % мирового потребления). Рожь, ячмень, овёс, просо — дополнительные. Технические: хлопок, лён, конопля — текстиль; сахарная свёкла, сахарный тростник — сахар; картофель, маниок — крахмалы.

Плодовые: яблоня, груша, виноград, цитрусовые, бананы. Овощи: помидоры, огурцы, перцы, капустные. Лесные: древесина для строительства, мебели, бумаги; орехи, грибы, ягоды.

Лекарственные: аспирин (из коры ивы Salix), морфин и кодеин (мак Papaver somniferum), хинин (хинное дерево), таксол (тис), артемизинин (полынь сладкая — противомалярийное). Около 50 % современных лекарств имеют растительное происхождение или базируются на природных соединениях.

Охранный статус и угрозы

По данным IUCN Red List, около 40 % видов растений мира находятся под угрозой исчезновения — один из самых высоких показателей среди живых организмов. За последние 250 лет вымерло свыше 600 видов растений; реальное число несомненно выше из-за неучтённых тропических эндемиков.

Главные угрозы: вырубка лесов (в тропиках 10 миллионов гектаров в год; половина мирового тропического леса утрачена с 1970-х); распашка степей и лугов для сельского хозяйства; осушение водно-болотных угодий; инвазивные виды вытесняют местных эндемиков; пестициды и гербициды; климатические изменения сдвигают зоны произрастания, особенно для горных и арктических видов; сбор для торговли (орхидеи, кактусы, женьшень, лекарственные травы).

Программы охраны: создание особо охраняемых территорий, ботанические сады с банками семян (Royal Botanic Gardens Kew — крупнейший банк семян в мире), реинтродукция редких видов, регулирование международной торговли через CITES. Подробная информация — в обзорной статье Plant на английской Wikipedia.

Часто задаваемые вопросы

Сколько видов растений существует?

Описано около 391 000 видов растений в современной таксономии. Из них цветковые (покрытосеменные, Magnoliophyta) составляют около 340 000 видов, голосеменные ~1 000, папоротникообразные ~12 000, плауновидные ~1 200, мохообразные ~22 000. Реальное число видов растений может быть выше за счёт неоткрытых тропических видов.

Какое растение самое большое?

Секвойядендрон гигантский (Sequoiadendron giganteum) — крупнейшее живое существо на Земле по массе: дерево «Генерал Шерман» в Калифорнии достигает 95 м высоты, диаметра ствола 11 м у основания, массы 1 800 тонн. Самое высокое — прибрежная секвойя (Sequoia sempervirens): «Гиперион» 116 м. Самое старое из живых деревьев — сосна остистая (Pinus longaeva) в Калифорнии возрастом ~5 070 лет (определено по годичным кольцам).

Какое растение самое маленькое?

Вольфия безкорневая (Wolffia globosa) — наименьшее цветковое растение: длина 0,4-0,8 мм, масса 150 микрограмм. Плавает на поверхности воды; не имеет корней, листьев, стеблей в традиционном понимании — только овальный таллом. Распространена в тёплых пресных водоёмах. Цветёт мельчайшим в мире цветком ~0,3 мм.

Чем растения отличаются от грибов и водорослей?

От грибов растения отличаются: 1) способом питания (растения — автотрофы через фотосинтез, грибы — гетеротрофы); 2) клеточной стенкой (целлюлоза у растений, хитин у грибов); 3) наличием пластид (отсутствуют у грибов); 4) эволюционным родством (грибы ближе к животным). От водорослей: водоросли — часто одноклеточные или колониальные, без сложных тканей, преимущественно водные; растения — многоклеточные с дифференцированными тканями (корни, стебли, листья), большинство наземные. Однако зелёные водоросли иногда включают в царство растений.

Сколько видов растений в Украине?

Около 6 000 видов высших растений (цветковые, голосеменные, папоротникообразные). С учётом мхов и лишайников — свыше 8 000 видов. Около 800 видов внесены в Красную книгу Украины: тис ягодный, сосна Палласа Крыма, орхидеи (ятрышник, дремлик), эдельвейс альпийский, многие степные эндемики. Главные охраняемые территории — Карпатский биосферный заповедник, Аскания-Нова, Полесский, Шацкий национальные парки.