Ботаника изучает жизнь растений, их строение, жизнедеятельность, условия обитания, происхождение и эволюционное развитие. (Название этой науки происходит от греческого слова "ботанэ", что значит "зелень, трава, растение").
Как наука ботаника возникла и развилась в связи с практическими потребностями человека. С переходом человека к оседлому образу жизни дикие формы растений, будучи малопродуктивными, не могли удовлетворить его запросы. Это и послужило одной из причин зарождения земледелия.
Древнейшими центрами возделывания культурных растений был Египет, Китай, Индия, Вавилония, Центральная Америка, где еще до нашей эры культивировали рис, сорго, просо, пшеницу, чай, хлопчатник, маис и другие некоторые из них использовали в лечебных целях. Все разнообразие современных культурных растений создано упорным трудом человека в результате последующего накопления сведений о форме и свойствах растительных организмов, об их жизнедеятельности, распространенности, изменчивости и т.д.
В разработку отдельных разделов ботаники большой вклад внесли русские ученые: физиолог К.А. Тимирязев, изучавший процесс фотосинтеза в зеленом листе; цитолог и эмбриолог С.Г. Навашин, открывший двойное оплодотворение у цветковых растений; агрохимик Д.Н. Прянишников; генетик, ботаник и географ Н.И. Вавилов, который обосновал закон гомологических рядов наследственной изменчивости и собрал мировую коллекцию ценных растений.
Современная Ботаника - многоотраслевая наука, подразделяющаяся на частные дисциплины (отделы):
- Систематика, которая классифицирует растения на основе общности строения и происхождения (задача создать систему в растительном мире):
а) Флористика - часть систематики, которая изучает флору - список видов какой-то территории (ед. флоры является вид). Со времен Линнея (шведский ученный) растения имеют ФИО и пишутся на мертвом латинском языке: Ф. - семейство, И.,О. -род, вид.
б) Ботаническая география - изучает дикие, спонтанные виды и занимается распространением их по шару.- Морфология-наука о внешнем строении органов растений и их видоизменениях (т.е. методы сравнения и описания, из потребностей человека). Делится на: а) Микроскопическая морфология. Сюда относится анатомия - изучает строение тканей и органов растений, эмбриология и гистология. б) Макроскопическая (органография). Основоположник морфологии считается И.Ф. Гете о метаморфозе растений.
- Фитоценология - изучает растительность, т.е. исследует растительный покров Земли, его видовой состав, структуру, динамику связей со средой, закономерности распределения и развития растительных сообществ. (Растительность - это группа видов сложившихся в процессе эволюции на какой-то территории и составляющий определенный ландшафт).
- Изучение функций растений: Физиология-наука о процессах, протекающих в растении: закономерностях роста, развития и жизненных отправлений в зависимости от внешних условий; Биохимия - изучает процессы химические, происходящие в растительном организме.
Важнейшие задачи современной Ботаники изучение строения растений в единстве с условиями их жизни, изучения их последовательности для создания новых сортов, повышение их урожайности, устойчивости к заболеваниям, полеганием и т.п. Многие растения способны использовать такие сложные органические вещества, как алкалоиды, гликозиды, эфирные масла, витамины из которых готовят лекарственные препараты. Действие их на организм человека различно: одни успокаивают нервную систему, другие способствуют лучшему пищеварению, третьи снижают кровяное давление. Ответственная роль человека в сохранении зеленого покрова Земли в создании сортов культурных растений -источника пищевых продуктов и лекарственных веществ, широко используемых в медицине и ветеринарии.
Для начала попробуем разобраться, что же такое ботаника . Например, в геоботаническом словаре известного советского геоботаника и эколога Быкова Б.А., изданного в 1973 г., есть такое определение:
“ботаника, или фитология — это наука о растениях. Она изучает растения на предмет их строения, физиологии, классификации, экологии, географического распространения таксонов, эволюции”.
Другой известный советский ученый Реймерс Н.Ф. чуть позже в 1990 г. написал:
“ботаника — комплекс научных дисциплин, изучающих царства растений и грибов”
Казалось бы, что оба эти определения дополняют друг друга, а вместе дают полное представление о науке ботанике. На самом деле это не совсем так.
Первое определение никак не затрагивает такие науки, как фитоценологию или геоботанику, или такие дисциплины, как лесоведение, степеведение и т.п., хотя они
являются бесспорными частями ботаники или частными ботаническими дисциплинами.
Во втором определении является спорным включение в ботанику микологии (науки о грибах). В настоящее время доказано, что грибы — это самостоятельное царство живой природы, как и животные или растения, следовательно, и микология — это самостоятельная отдельная дисциплина, равная ботанике. Нам же не приходит в голову объединять ботанику и зоологию.
В современном мире ботаника — наука, состоящая из множества частных дисциплин, а именно:
- систематика — наука, классифицирующая растения на основе общности строения и происхождения;
- цитология — изучает строение растительных клеток;
- морфология — наука, изучающая внешнее строение органов растений и их видоизменения;
- анатомия — изучающет строение тканей и органов растений;
- физиология — наука, изучающая процессы, протекающих в растении, закономерности их роста и развития в зависимости от внешних условий;
- биохимия — изучает химические процессы, происходящие в растительном организме;
- генетика - наука о наследственности и изменчивости растений;
- фитоценология — занимается исследованиями растительного покрова Земли, его видового состава, структуры, закономерности распределения и развития растительных сообществ, динамику связей со средой;
- флористическая география - наука, изучающая закономерности распространения видов растений на Земле.
Одними из главных задач современной ботаники являются изучение строения растений в единстве с условиями их жизни, изучение их наследственности для выведения новых сортов, увеличения урожайности, повышение устойчивости к заболеваниям и полеганию и т.п
Многие растения содержат различные сложные органические вещества (эфирные масла, витамины, алкалоиды, гликозиды и т.п.), которые используются при изготовлении лекарственных препаратов. Действие этих веществ на организм человека различно: одни могут использоваться для успокоения нервной системы, другие способствуют улучшению пищеварения, третьи снижают и нормализуют кровяное давление.
Ботаника помогает человеку сохранить зеленый покров Земли, заниматься выведением новых сортов культурных растений, т.к. они являются источником пищевых продуктов и лекарственных веществ.
Что изучает ботаника?
Определение 1
Ботаника - (от греч. botane - овощ, зелень, трава, растение) - комплексная наука, которая изучает растения. Она всесторонне рассматривает их происхождение, развитие, строение (внешнее и внутреннее), классификацию, распространение по земной поверхности, экологию (взаимоотношения и отношения с окружающими факторами), охрану.
Как и остальные науки, у ботаники имеется своя предистория. Зарождение её прослеживается с глубокой древности, когда люди ещё только начинали использовать растения для своих практических потребностей (питания, лечения, изготовления одежды, жилья). Достаточно долгое время естествоиспытатели занимались лишь описанием растений - их размеров, окраски, особенностей отдельных органов, то есть достаточно долгое время ботаника имела всего - навсего описательный характер. Этот раздел биологии формировался в $XVII-XVIII$ столетиях. Первые попытки систематизации растительного мира и стали началом использования в ботанике сравнительно - описательного метода, с помощью которого растения не только описывали, но и сравнивали по внешним (морфологическим) признакам. С изобретением микроскопа в ботанике зарождается, а позже, благодаря интенсивному развитию науки и усовершенствованию микроскопической техники, начинает доминировать экспериментальное направление.
Рисунок 1.
Растения - это источник более чем десяти биологически активных веществ, которые действуют на организм человека и животных, в частности при пищевом употреблении. Поскольку растения неотъемлемы в жизни человека, то они и стали объектом пристального изучения.
Все растения делятся на $2$ большие группы:
- низшие растения, или слоевищные (таломные);
- высшие растения, или листостебельные.
К низшим растениям относятся водоросли.
К высшим растениям относятся мохообразные (мхи и печёночники), папоротникообразные (псилофиты, псилоты, хвощи и папоротники), голосемянные и покрытосемянные.
Отдельно изучаются лишайники, грибы, бактерии.
Замечание 1
Современная ботаника - многоотраслевая наука, которая охватывает целый ряд разделов: систематику растений, которая занимается классификацией растений в зависимости от подобных общих характеристик. Её подразделяют на две части: флористика и ботаническая география. Флористика изучает сообщества растений на определённой территории. Ботаническая география изучает особенности распространения растений на земном шаре.
Систематика растений - основная ботаническая дисциплина. Весь растительный мир она разделяет на отдельные группы, объясняет родственные и эволюционные связи между ними. Это задание специального раздела ботаники - филогении.
Сначала исследователи систематизировали растения лишь по внешним (морфологическим) признакам. Сейчас же для систематики растений используют и их внутренние признаки (особенности строения клеток: их химический состав, хромосомный аппарат, экологические особенности). Морфологию растений, которая изучает строение растений. Подразделяется эта наука на микроскопическую морфологию и макроскопическую морфологию (органографию). Микроскопическая морфология изучает строение клеток и тканей растений, а также эмбриологию. Макроскопическая морфология изучает органы и части растений.
Некоторые разделы морфологии решили выделить в отдельные дисциплины :
- органографию (изучает органы растений),
- палинологию (рассматривает строение спор и пыльцы растений),
- карпологию (занимается классификацией плодов),
- тератологию (предмет изучения - уродства и аномалии в строении растений),
- анатомию растений, которая изучает внутреннее строение растений;
- физиологию растений, которая изучает формы растений в процессе их онтогенеза и филогенеза, а также процессы, происходящие в растениях, их причины, закономерности и взаимосвязь с окружающей средой. Она тесно связана с систематикой.
- биохимию растений, которая изучает химические процессы в растениях, связанные с ростом и развитием.
- генетику растений, которая изучает генетические изменения растений, происходящие с вмешательством или без вмешательства человека.
- фитоценологию, которая занимается изучением растительного покрова Земли, определяет динамические изменения в природе, а также их зависимости и закономерности (растительность - это сочетание всех растений на одной территории, которые составляют ландшафт;
- геоботанику, которая занимается изучением экосистем, то есть взаимоотношениями между растениями,животным миром и факторами неживой природы (весь это комплекс получил название биогеоценоза).
- экологию растений, которая изучает растения в зависимости от среды обитания и определяет идеальные условия для жизни растений.
- палеоботанику, которая изучает ископаемые растения с целью определения истории развития.
Ботаника также классифицируется по объектам изучения на :
- альгологию - науку о водорослях,
- бриологию, которая занимается исследованием мхов и др.
- исследование микроскопических организмов в мире растений также было выделено в отдельную дисциплину - микробиологию.
- фитопатология - занимается болезнями растений, которые могут быть вызваны грибами, вирусами или бактериями.
Замечание 2
В зависимости от изучаемого объекта выделились специальные отрасли в ботанике: лесоведение, луговедение, болотоведение, тундроведение и ещё ряд подобных дисциплин.
Традиционно в ботанику включают микологию - науку о грибах (со средины $ХХ$ ст. их стали выделять в отдельное царство), а также лихенологию - науку, которая изучает лишайники.
Предмет исследования ботаники - это растения, их строение, развитие, родственные связи, возможность их рационального хозяйственного применения.
Задачи ботаники :
- Изучение растений для повышения их устойчивости, урожайности и выносливости.
- Определение новых видов растений и их применение.
- Определение действия растений на человеческий организм.
- Определение роли человека в развитии и сохранении растительного покрова планеты.
- Осуществление генетической трансформации растений.
Методы исследования в ботанике :
метод наблюдения - используется как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровнях. Этот метод состоит в установлении индивидуальности объекта, который исследуется, без искусственного вмешательства в его процессы жизнедеятельности. Собранная информация используется для дальнейшего исследования.
сравнительный метод - используется для сравнения объекта, который исследуется, с подобными объектами, так и классифицировать их, детально анализируя похожие и отличительные черты в сравнении с близкими к ним формами.
экспериментальный метод - используется для изучения объектов или процессов в специально созданных искусственных условиях. В отличии от метода наблюдения, экспериментальный метод предвидит специальное вмешательство экспериментатора в природу, что позволяет установить последствия от влияния тех или иных факторов на объект исследования. Метод может использоваться как в естественных условиях, так и в лаборатории.
мониторинг - это метод постоянного наблюдения за состоянием отдельных объектов, течением определённых процессов. моделирование - это метод демонстрации и исследования определённых процессов, явлений с помощью их упрощённой имитации. Он даёт возможность изучать процессы, которые сложно или невозможно воспроизвести экспериментально, или непосредственно наблюдать в живой природе.
статистический метод - основанный на статистической обработке количественного материала, собранного в результате других исследований (наблюдений, экспериментов, моделирования), что позволяет его всесторонне проанализировать и установить определённые закономерности.
Замечание 3
Ботаника - это наука, которая изучает растительный покров земной поверхности на всех уровнях - молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.
Жизнь на Земле - необыкновенный феномен, возникший благодаря эволюции (или божьей воле - кому как привычнее мыслить). Но то, что поддерживается она благодаря кислороду, вырабатываемому растениями, не подвергается сомнению ни учеными, ни верующими. Зеленых братьев среди нас великое множество, правда, знаем мы о них ничтожно мало. Славная наука, которая помогает нам приоткрыть тайную завесу в их мир, называется ботаникой - наукой о растениях.
Одной из отраслей биологии, науки обо всем живом на нашей планете, является ботаника. Разделы ботаники, как биологической науки, изучают отдельные составляющие растений, способ их выживания, процессы, которые происходят внутри организма, способы размножения и возможности использовать в человеческой жизни.
Название дисциплины имеет греческие корни и переводится как «относящийся к растениям». Растениями называют особое царство, которое включает живые организмы, способные к фотосинтезу. Всех их принято делить на низшие (водоросли) и высшие (споровые и семенные).
Процесс изучения растений является важным для человека. В первую очередь это связано с необходимостью дыхания выделяемым кислородом.
Также с помощью собранных знаний о зеленых обитателях Земли человек может:
История развития науки
Ботаника - это раздел науки о растениях, который появился и развивался вместе с человеком. Еще первобытные люди знали, какие растения можно употребить в пищу, а какие лучше обойти стороной.
Основные сведения о лекарственных растениях можно найти в некоторых текстах Древнего Египта, цивилизаций Междуречья - Вавилона, Ассирии и других.
В конце III тысячелетия до нашей эры в Древнем Китае существовала книга под названием «Бэнь Цао», которая содержала множество сведений о лекарственных и съедобных растениях.
Древнегреческий ученый Аристотель стал первым, кто собрал и систематизировал информацию о растительном мире в своем фундаментальном труде «Теория растений». К сожалению, до нас дошли только немногочисленные фрагменты этой работы.
Теофраст (ученик Аристотеля) в своих работах «История растений» и «Причина растений» описал особенности и свойства более чем 500 растений, рассмотрел основы их физиологии (например, описал строение цветка), а также произвел их градацию, т. е. деление на следующие виды:
- деревья;
- кустарники;
- полукустарники;
- травы (однолетники и многолетники).
В древней Индии существовала так называемая «наука о жизни» - Аюрведа, которая, помимо всего прочего, включала описание множества растений, преимущественно лекарственных. Эти сведения толковались и дополнялись в трудах известных индийских мыслителей Вадбака, Чарака и других.
Ну и нельзя не отметить выдающегося арабского ученого, мыслителя и врача - Абу Али Ибн Сину, известного в Европе как Авиценна. Его труд «Канон врачебной науки» содержит описание более 1000 неизвестных в Европе растений.
Начало Средних веков, еще называемое «Темное время», характеризовалось стагнацией научной мысли. Абсолютно все явления и события объясняли Божьей волей, все науки, в том числе и ботаника, остановились в своем развитии.
Лишь открытие Америки Колумбом в 1492 году дало новый виток дальнейшему изучению растений, в особенности произрастающих в Новом Свете. В Европе появляются первые ботанические сады.
В Новое время открытия и достижения в области ботаники продолжались. Нельзя не упомянуть таких выдающихся ученых, как Роберт Гук (открыл растительную клетку), Карла Линнея (разработал принципиально новую терминологию и бинарную номенклатуру).
19 век ознаменовался открытиями в области физиологии растений - работы Дж. Пристли, Н. Соссюра, Ж. Ингенхауза, механизм фотосинтеза в своем труде описал знаменитый русский ученый А. Тимирязев.
Предмет, задачи и объект изучения
Ботаника, как и все науки, имеет собственные предмет, объект, цели, задачи и методы.
Предметом ботаники, исходя из определения, является:
- эволюция мира растений с момента зарождения жизни на Земле и до наших дней;
- взаимосвязь между особенностями растений и условиями их обитания;
- принципы и закономерности формирования растительного покрова на нашей планете;
- строение, особенности жизнедеятельности наших зеленых собратьев.
Любая наука имеет задачи, а ученые должны найти их решение. В ботанике это:
- изучение растений как отдельно, так и в совокупности;
- охрана растительных ресурсов, контроль за редкими и исчезающими видами;
- повышение урожайности сельскохозяйственных культур, выработка у них устойчивости к заболеваниям;
- выявление закономерностей развития природы и способов охраны окружающей среды;
- создание новых сортов.
По объектам изучения науку разделяют на:
Основные разделы
Знание о растениях - комплексная наука, которой свойственно деление на отрасли. Принято выделять в ботанике, как биологической науке, разделы ботаники:
Прикладные дисциплины
Учитывая обширность предметов ботаники как науки о растениях, некие разделы ботаники выделены в отдельные прикладные дисциплины.
Фитопатология - изучает болезни растений, вызванные инфекциями (патогенами), либо экологическими проблемами. Занимается также профилактикой болезней, разработкой средств борьбы с заболеваниями.
Фармакогнозия - эта прикладная дисциплина изучает те растения, которые обладают лечебными свойствами и могут быть использованы для изготовления лекарственных препаратов.
Агробиология - изучает принципы применения основных биологических закономерностей в сельском хозяйстве.
Методы исследования
Ботаника - это раздел науки о растениях, комплексная дисциплина, которая в своих исследованиях пользуется различными методами, как общими (наблюдение, эксперимент, сравнение, анализ и синтез), так и специальными (в зависимости от изучаемого уровня организации). Вторые рассмотрим подробнее:
Проблема вымирания видов в ботанике
Изначально проблема вымирания видов была вовсе не проблемой, а лишь результатом естественного отбора. Снижение численности видового разнообразия Земли было связано с изменением климата, с повышенной вулканической активностью, падением небесных тел и т. д.
С появлением первых людей и их расселением по планете начался принципиально новый этап вымирания видов, как животных, так и растений (около 100 000 лет назад). Охотясь и занимаясь собирательством, человек разрушал существовавшую среду обитания.
Исчезновение отдельных видов порождает такие проблемы, как:
- уменьшение природных богатств;
- утрата уникального генетического материала, присущего каждому виду;
- возникновение угрозы стабильности экосистем при исчезновении одного звена;
- угроза существующим видам - при исчезновении одного вида у вторых возникают популяционные изменения.
Ботаника - это раздел науки об объектах растительного мира, который исследует, анализирует и делает выводы о проблемах существования растений, водорослей, грибов. Для человека подобные знания играют ключевую роль в формировании комфортных условий жизни.
Связь с другими науками
Как и любая общественная наука, ботаника не может существовать, не интегрируя с другими отраслями.
Ботаника - это раздел науки о существовании растений, который связан с такими дисциплинами:
- палеоботаника - наука об ископаемых растениях, широко применяет в исследованиях данные геологии;
- биохимия, с помощью которой ботаника имеет тесную связь с химией;
- геоботаника и экология связывает науку с географией и почвоведением;
- фармакогнозия - с фармацевтикой.
В современном мире ботаника становится все больше востребованной. Ученые активно изучают вымирающие виды растений и разрабатывают планы по охране окружающей среды. Особенно это касается видов, занесенных в Красную Книгу, ведь вымирание всего одного растения из-за человеческого фактора нарушает экологический баланс, который формировался миллионами лет.
Наука о растениях – ботаника
Каждый человек соприкасается с живой природой – органическим миром. Это различные растения, животные, грибы, бактерии. Да и сами люди – представители органического мира.
Особенности живой природы и ее разнообразие изучает наука биология (от греч. биос – "жизнь", логос – "учение").
Первые живые организмы появились на Земле очень давно, более 3,5 млрд лет назад. Они имели простое строение и представляли собой одиночные маленькие клетки. Позднее возникли более сложные одноклеточные, а затем и многоклеточные организмы. С тех пор их потомки достигли огромного разнообразия. Среди них есть и крупные, и микроскопически малые организмы: всевозможные животные, растения, грибы, бактерии и вирусы .
Все они представляют собой живые существа, очень разные по своим свойствам. Вот почему всех их делят на большие группы, которые ученые называют царствами . Царства объединяют организмы, сходные друг с другом по основным свойствам.
Царство – очень большая группа организмов, обладающих сходными признаками строения, питания и жизни в природе.
Чтобы сохранить живую природу во всем ее многообразии, нужно знать, как устроены разные организмы и как они взаимосвязаны в природе; изучать, в каких условиях живут и развиваются представители всех царств, как распространены они по земной поверхности, какую роль играют в природе, в чем их ценность для людей и по каким признакам они различаются между собой. Для этого надо изучать биологию.
Знакомство с наукой биологией в школе начинается с изучения царства растений .
Растения встречаются по всему земному шару: на суше, в воде, лесах, болотах, на лугах, в степях, садах, парках. Всюду можно видеть разнообразие растений – это дикорастущие и культурные виды. У растений много общих признаков: почти все они ведут неподвижный образ жизни, имеют хлорофилл и способны на свету образовывать органические вещества. Именно поэтому они принадлежат к одному царству живой природы – царству растений.
Наука, изучающая царство растений, называется ботаникой (от греч. ботане – "трава", "растение").
Культурными растениями называют растения, специально выведенные и выращиваемые человеком для удовлетворения своих потребностей. Они очень разнообразны, многие из них 
созданы человеком, но все они происходят от дикорастущих растений (рис. 4).
Дикорастущие растения (см. также § 48) – это растения, которые растут, развиваются и расселяются без помощи человека.
Ученые-ботаники выясняют особенности строения разных растений, изучают, как они растут, питаются, размножаются, какие условия окружающей среды им необходимы. Они выясняют также, как появилось на Земле такое большое разнообразие растений, какими были первые растения, какие из древних растений сохранились до наших дней, какие свойства растений полезны или вредны человеку и как сохранить растительный мир Земли.
Начало изучению растений заложил в IV в. до н. э. древнегреческий ученый Теофраст. Свои наблюдения он объединил с практическими знаниями об использовании растений, накопленными земледельцами и лекарями, с суждениями ученых о растительном мире и создал первую систему ботанических понятий. Поэтому в истории науки Теофраста называют отцом ботаники (рис. 5).
Его настоящее имя – Тиртамос (Тиртам), а имя Теофраст, т. е. "божественный оратор", дал ему его учитель Аристотель за выдающийся дар красноречия.
История ботаники показывает, как наука зародилась из обобщения практических знаний человека по возделыванию растений и использованию их для различных целей, а также из наблюдений ученых за дикорастущими растеними.
В настоящее время ботаники изучают законы жизни растений, их внешнее и внутреннее строение, процессы размножения и жизнедеятельности, распространение по земной поверхности, условия выращивания, взаимосвязи с другими живыми организмами и с окружающей средой.
Теперь о растениях говорят как об основе жизни всего органического мира. В самом деле, живые растения и их отжившие и опавшие части – листья, плоды, ветви, стволы – дают пищу не только человеку, но и животным, грибам и бактериям. Именно растения создают условия для существования всего живого на Земле.