Изучение животных
Изучение растений
Изучение климата
Студент - эколог
Развитие растений
Природа растений
Строение растения и функции его частей
Эксперимент по физиологии растения
Представление о классификации растений
Накопление знаний подобно росту дерева. Вначале это небольшое растение с несколькими веточками, но постепенно появляются все новые ветки и увеличивается толщина ствола; дерево все растет - и вот оно предстает перед вами во всем величии и красоте... Только что вы прошли курс начинающего натуралиста, и тонкий стебель знаний устремился к небу.
Увеличивайте объем познаний, изучайте ветви естественных наук. Возможно, окажется, что процесс обучения перестал быть таким легким и простым, каким был вначале, но если вы проникнетесь сознанием необходимости роста, то не позволите себе остановиться из-за возникших препятствий, а будете преодолевать их с настойчивостью и целеустремленностью исследователя.
Люди начали интересоваться выращиванием растений около 10 000 лет назад. Этот интерес был вызван, конечно, стремлением облегчить проблему добывания пищи. Человек уже знал, что дикая пшеница - это то растение, из которого можно получать муку для выпечки хлеба,- почему же не попытаться вырастить такое полезное растение в большем количестве? Первобытные люди обратились к диким растениям и начали культивировать их. Пшеница, ячмень, овес, кукуруза и другие зерновые културы появились в результате экспериментов, уходящих в глубь тысячелетий. Города могли возникнуть лишь при условии, что пища появилась в количестве, достаточном, чтобы прокормить городское население. Растения, таким образом, явились одним из основных факторов развития цивилизации.
Около двух тысяч лет назад жили любознательные люди, с интересом присматривавшиеся к миру растений. Это были древние греки, и имена двух из них - Теофраста и Диоскорида - дошли до нас. Мы не знаем, как они выглядели, но их творения говорят, что они не удовлетворились простым внешним созерцанием растений, а заглянули в них глазами колибри, которая исследует глубину цветка, чтобы извлечь таящееся внутри сокровище. Эти греки положили начало ботанике; они изучали растительный мир во всем доступном им многообразии и писали о растениях как современные натуралисты. Однако с наступлением средневековья в течение тысячелетия ботаника пребывала почти в полном забвении.
В средние века интерес вызывали только те растения, которые шли в пищу или обладали лекарственными свойствами. Единственными, кто тогда изучал и собирал травы иа лугах, были странные люди, полузнахари, полуколдуны, да и те находились под сильнейшим влиянием великих греков, полагая, что каждое слово, написанное в древности о растениях, является истиной в последней инстанции. Для рыцаря и феодала, епископа и придворной дамы, каменщика и земледельца растения, за исключением небольшого числа культивируемых, не означали ровным счетом ничего. Нарциссы и лилии цвели в летних рощах, гиацинты и анемоны устилали склоны яркими коврами, но это трогало очень немногих, и никто не чувствовал всей прелести изучения таких вещей, ибо в отрицании возможности узнать что-то новое и заключается сама суть невежества.
Но проходили века, и человеческая мысль все чаще проникала сквозь завесу мрака, сначала нерешительно и робко, а затем все смелее, приоткрывая перед пытливыми умами новый мир, который предстояло завоевать. Яростным отрицателем обветшалых представлений минувших веков был швейцарский анатом и ботаник Каспар Баугин (1560 - 1624)-человек, не удовлетворявшийся сведениями, которые преподносили ему заплесневелые книги, и окунувшийся в зеленый мир, чтобы учиться непосредственно у природы. Его книгу «Продромус» («Предвестник»), написанную в 1623 году, по-видимому, можно считать первой современной книгой по ботанике; в этой книге впервые сделана попытка ввести классификацию с двойным обозначением. Однако эта плодотворная идея была реализована нескоро. Лишь спустя 130 лет Линней, вдохнув в нее свой гений, поставил ее на службу науке.
Линней обладал способностью убеждения, необходимой для популяризатора знаний. Он умел вытаскивать людей из-под крыши для того, чтобы они посмотрели на внешний мир, причем делал это интересно и весело. Такой человек обязательно должен был появиться - ведь до него очень немногие интересовались жизнью природы. Доналд Питти, касаясь периода пребывания Линнея в Упсальском университете в Швеции, писал:
«Как-то в конце апреля в один из первых дней начавшейся весны престарелый Дин Олаф Цельсий, любитель цветов и человек науки, вышел на прогулку в запущенный ботанический сад. Его внимание привлек незнакомый студент, сидящий на скамье с цветами в руке. Он рассматривал цветы и делал какие-то записи. Такой странной картины Цельсий не видел много лет. Он подошел и вступил со студентом в разговор. Молодой человек поразил Цельсия своим энтузиазмом и глубиной знаний по предмету, находившемуся тогда у всех в полном пренебрежении...»
Дин Цельсий был в восторге, обнаружив родственную душу. Он поселил Линнея в своем доме, спас от голодной смерти, грозившей юному студенту, и предоставил средства для продолжения образования.
И сегодня каждый ученый, как и сто, и двести лет тому назад, мечтает встретить молодого человека, который принесет пользу науке и готов к самоотверженному изучению природы. Однако, несмотря на все современные средства связи, таких людей не очень-то просто разыскать...
Творческий гений Чарлза Дарвина создавал одновременно с зоологией и ботанику, на дальнейшее развитие которой благотворнейшее влияние оказали поразительные наблюдения Грегора Менделя, позволившие ему сформулировать основные принципы учения о наследственности. Лишь с появлением теории эволюции классификация Линнея обрела подлинный смысл - теория эта привела в движение застывшую схему семейств, отрядов и родов. Аса Грей (1810-1888), знаменитый профессор Гарвардского университета, положил теорию эволюции в основу изучения ботаники в Соединенных Штатах. Его книга «Лекции по ботанике» остается и сегодня одним из лучших руководств, когда-либо написанных по этому предмету. Усилиями таких ученых жизнь растительного мира сложилась в целостную картину, в которой нашлось место каждому отдельному растению (см. рис.18.1).
Лютер Бербанк (1849-1926) и другие выдающиеся селекционеры-практики использовали законы Менделя, наряду с другими достижениями генетики, для выращивания самых разнообразных видов растений с желательными свойствами. Селекция бескосточковых сортов винограда и цитрусов, стойкой морозоустойчивой пшеницы, гигантских ежевики и земляники, а также многих других растений явилась итогом нового углубленного понимания законов природы.
Я вспоминаю, как тяжко пришлось потрудиться мне с компаньоном на нашей ферме в джунглях Панамы, выращивая семена бобов. Эти бобы должны были составить основу нашего рациона в ближайшем будущем, и мы весьма беспокоились, ожидая всходы. Крошечные зеленые стебельки, пробившие черную землю, вызвали у нас восторг; на каждом таком стебельке сидело по два толстых листочка. Мы очень заботились о безопасности молодых растений. Обнаружив однажды несколько вырванных стебельков - судя по следам, это сделал агути, крупный грызун, похожий на поросенка,- мы пришли в ярость. Вечером того же дня мы залегли в шалаше из коры, поджидая преступника, и на рассвете заполучили-таки его, когда он, высунув свое рыло из леса, пристроился у ближайшего зеленого рядка...
Натуралист питает личный интерес ко всем растениям и особенно к тем, которые выращивает с целью их изучения, Тот, кто хочет разобраться в растениях, должен практически ознакомиться со всеми стадиями их развития. Никакие книги не заменят непосредственных наблюдений.
Скорость роста у разных растений различная. Для первых опытов удобно отобрать растения, развивающиеся сравнительно быстро,- горчицу, одуванчик или дикий клевер. Некоторые растения цветут много раз в течение года, и семена их можно получить фактически в любое время. Можно собрать созревшие семена и сохранить их до весны. Можно, конечно, и купить семена, но почему бы не попытаться найти их самому в полях и лесах?
Сажайте семена во влажную плодородную землю в местах, хорошо прогреваемых солнием. Ежедневно поливайте их небольшим количеством воды, если дождь не берет на себя эту функцию; помните, что обилие влаги может убить растение столь же верно, как и засуха. Следите за его ростом. Ежедневные внимательные наблюдения откроют вам много интересного. Вы увидите, как появляются и, развиваясь с каждым днем, приобретают привычную форму полностью развившиеся листья, стебель, цветы. Если растение двудольное, каким является большинств обычных диких цветов, то на зеленом побеге формируются два маленьких листочка, называемых семядолями. У некоторых растений они толстые и мясистые, ибо в них содержатся питательные вещества, необходимые растению в начальный период жизни. Позднее, когда растение наберет силу, семядоли засыхают и отмирают. Понаблюдайте за этим процессом у растении, отобранных для изучения, и все увиденное заносите в блокнот.
Можно провести интересные эксперименты по выяснению влияния солнечного света на рост растений. Вы увидите, что листья растений тянутся к солнцу. Они стремятся получить побольше света, поскольку свет нужен им для производства питательных веществ. Разверните растение, повернувшееся к солнцу, противоположной стороной. Если солнце действительно совершенно необходимо для роста растения, то листья развернутся и будут тянуться в противоположную сторону - к солнцу. Проделайте еще один эксперимент. Когда на нескольких веточках появятся листочки, наденьте на веточки картон, так, чтобы несколько нижних листочков оказались экранированными от -солнечного света. Через несколько дней осмотрите листья. Проверьте, есть ли - разница между верхними листочками и теми, которые вы закрывали от солнца картоном?
Понаблюдайте за развитием цветка. Выясните, сколько дней ему требуется, чтобы полностью распуститься, и когда появляются семена. Изолируйте один цветок от остальных, прикрыв его так, чтобы не могло произойти опыление. Появятся ли у него семена?
I. Подобие. Как и животные, все растения имеют общие особенности строения и функционирования. Эта общность выражается в следующем:
1. Растения состоят из одной или многих клеток.
2. Стенки клетки содержат клетчатку.
3. Растения вдыхают кислород, необходимый им (как и животным) в энергетических процессах; поскольку растения не передвигаются, их потребность в энергии гораздо ниже, чем у животных.
4. Растения выделяют некоторое количество кислорода (преимущественно днем, когда они наиболее активны).
5. Растения поглощают углекислый газ, который используется ими для производства питательных веществ.
6. Большинство растений сами вырабатывают питательные вещества, используя зеленую химическую субстанцию - хлорофилл, содержащийся в клетках.
Сравнивая этот перечень с тем, который приведен в начале предыдущей главы, вы легко подметите различие между животным миром и растительным. Вместе с тем между ними не существует четкой границы, и виды, попавшие в эту промежуточную область, трудно отнести однозначно к тому или другому миру. 
Слизистые грибы, например, следует считать растениями, но, видя их ползущими по сырому бревну, легко принять их за животных, хотя и весьма необычных. Эвглена - странное одноклеточное животное-растение: как и все растения, она имеет хлорофилл, необходимый для производства питательных веществ из воздуха, воды и минеральных солей; и в то же время эвглена может передвигаться в воде со скоростью, не уступающей скорости настоящего животного - ресничной инфузории. Всем известно, насколько морские губки и анемоны похожи на растения, однако на самом деле они - животные.
II. Растительная клетка. Клетки растений очень похожи на клетки животных. Они наполнены цитоплазмой (клеточной жидкостью) и имеют ядра. Однако растительные клетки не столь дифференцированы и функционально отличаются от клеток животных. Зеленым растениям нужны углекислый газ, вода и солнечный свет; при этом хлорофилл играет роль катализатора в химических, процессах жизнедеятельности и имеет величайшее значение для всех форм земной жизни . Бактерии и различного рода грибы являются в этом смысле исключением. Эти странные организмы питаются за счет других живых организмов либо продуктами их распада, адсорбируя необходимые вещества в растворенном виде через клеточные мембраны. Они не имеют хлорофилла.
Клетчатка (целлюлоза), содержащаяся в стенках растительной клетки, представляет основное вещество древесины, а также и бумаги. Именно клетчатка определяет то, что растения устроены проще животных. Это можно пояснить с помощью такого сравнения, как если бы один какой-нибудь народ изобрел волшебное универсальное средство, служащее ему пищей, одеждой, защитой и транспортом одновременно, а все остальные народы пользовались бы для тех же самых целей различными средствами.
Тогда как животные опробовали и освоили разнообразные структурные формы - панцирь, кость, мех, перья и еще дюжину других материалов для созидания своей плоти, растения остановились на универсальной клетчатке, которая успешно выполняет жизненные функции на гораздо более простом уровне. Это благодаря клетчатке наливаются мощью деревья, вздымаются высоко над землей их кроны, раскидываются шатром и противостоят сильным ветрам их ветви. Это клетчатка делает гибкими тростники и травы, помогая им выстоять против тех же ветров.
Растения устроены просто. Даже самые необычные из них обязаны своим отличием скорее формой и расположением листьев, чем чему-либо иному. Все части цветка возникли из листа в процессе эволюции растений. Если вы, приступая к ознакомлению с названиями их отдельных частей, будете помнить о том, что все растения устроены просто и имеют между собой много общего, то вас уже не испугает кажущаяся сложность терминов и названий и вы лучше осознаете, как тесно связаны все растения между собой.
Вы уже знаете основные части растения. Каждая из них выполняет свою функцию. Корни и корневые волоски впитывают растворенные в почве минеральные вещества, необходимые листьям; корни служат также якорем для растения. 
Стебель не только поддерживает цветок и листья, но представляет собой также транспортную артерию, по которой, с одной стороны, вода и минеральные соли поступают к листьям, а, с другой стороны, запасы пищи в виде крахмала могут откладываться на будущее в основании стебля или корнях. Лист является фабрикой растения. Здесь углекислый газ, почвенная влага и солнечный свет с участием хлорофилла превращаются в крахмал, который транспортируется в другие части растения. Цветок выполняет важную - генетическую - функцию: он обеспечивает появление следующего поколения, благодаря чему растения существуют века.
Рассматривая вертикальный разрез цветка , мы видим, с каким искусством создала природа внешне такой простой цветок. Снаружи цветок защищают чашелистики - у многих растений они очень похожи на листья. Они укрывают цветок в стадии бутона, предохраняя его от повреждений и холода. Лепестки цветка служат его герольдами. Их окраска говорит пролетающим насекомым, что здесь спрятан медвяный клад, который только и ждет, чтобы его извлекли. Однако, как обычно и бывает в нашем мире, сокровища не достаются даром: пчелы платят пошлину за каждую капельку меда. Цветок заинтересован в посещении насекомых. И причина этого интереса заключена внутри лепестков: здесь находятся мужские и женские органы цветка. Верхняя часть расположенных здесь тычинок - пыльник - является хранилищем пыльцы. Пчелы и другие насекомые, коснувшись пыльника, уносят пыльцу на своих лапках и волосках. Часть ее попадает на верхушку пестика соседнего растения того же самого вида.
У основания пестика обычно располагаются одна или несколько завязей, в каждой завязи - одна или несколько семяпочек. Пыльца прорастает в них do столбику пестика, попадает на яйцеклетку семяпочки и оплодотворяет ее. Оплодотворенная клетка постепенно - в результате повторяющихся клеточных делений - превращается в семя. Весь этот процесс в целом называют опылением. Семена, переносимые ветром или птицами, попадают на землю, и, если состав почвы, почвенная влага, солнечный свет и другие необходимые факторы оказываются благоприятными для произрастания этого вида, развивается новое поколение растения.
Следует помнить, что здесь идет речь только о цветковых (покрытосемянных) растениях. Голосемянные же растения - шишконосные деревья, папоротники, мхи, грибы и водоросли - имеют свои способы размножения, отличающиеся от описанного (о них пойдет речь в главе 19).
1. Типы листьев. Основные типы листьев приводятся на рисунке. Самой ранней формой листа был лишь слегка измененный стебель. Примитивное растение хвощ, или Equisetum, имеет маленькие, расположенные лесенкой листочки; при этом функцию листьев выполняет одновременно и стебель. Листья бывают простые и сложные; по расположению они подразделяются на супротивные и очередные, или базальные.
Листья классифицируются также по форме самого листа (линейные, круглые, продолговатые, сердцевидные и пр.), по форме своих верхушек (остроконечные, усеченные, тупоконечные и пр.), по очертанию краев (цельнокрайние, зубчатые, зазубренные, волнистые и пр.), по рисунку прожилок (пальчатожилковатые, перистожилковатые, параллельножилковатые и пр.), по типу прикрепления (черешковые, пронзеннолистные, сросшиеся, бесчерешковые и пр.), по характеру сложности (сложноперистые, сложнопальчатые).
Сложный лист составлен из листочков. Они могут представлять различные формы листа (зубчатый, цельнокрайний, продолговатый и пр.). Сложный лист может иметь двойную или тройную сложность, когда каждый листочек подразделяется на два или три меньших, как у многих видов петрушки.
Форма и устройство листьев растения зачастую очень важны для его классификации, и потому их следует внимательно изучать.
2. Типы стеблей. На рисунке представлены различные типы стеблей. У некоторых растений стебель практически, отсутствует - примером тому может служить лекарственный одуванчик. Другие растения, как секвойя вечнозеленая, состоят почти целиком из одного стебля (ствола). Некоторые стебли находятся в земле; эти «корневые стволы» являются одновременно якорной системой и складом питательных веществ - как, к примеру, картофель. Некоторые растения можно сразу узнать по их стеблям. По квадратному стебельку легко распознать мяту; по колючкам ежевику отличают от желтинника, который во всем остальном очень на нее похож. Различные виды жимолости имеют стелющиеся и вьющиеся стебли, снабженные усиками, которыми они цепляются за другие растения, камни, стены. Имеют значение также оболочка и внутреннее строение стеблей. Всем знакомы жгущие волоски крапивного стебли; молочай сразу же определяется по выделяемому им соку.
Деревья - не что иное как растения с высокими древесными стеблями (стволами). Здесь же показан поперечный срез дерева с внешним, прилегающим к коре, кольцом роста (камбиальный слой) и центральным, почти отмершим участком. Существенно различаются между собой стебли однодольных и двудольных растений (растений с одной или двумя семядолями). Первые имеют сосудисто-волокнистые пучки, разбросанные по всему стеблю, тогда как у вторых эти же пучки расположены в определенном порядке - по кругу.
3. Типы корней. На рисунке показаны основные типы корней. Обычно корни имеют более простое строение, чем стебли. Их главные функции - закрепление растения и снабжение его влагой и минеральными веществами из почвы; наряду с этим они часто служат складом питательных веществ.
4. Типы цветков. Распространенные типы цветков и соцветий изображены на рисунках внизу. Цветки подразделяются на три обширные группы: 1 - бёзлепестковые (апетальные) - не имеющие лепестков, хотя иногда у них есть похожий на лепестки околоцветник чашелистика; 2 - раздельнолепестковые - имеющие не связанные между собой лепестки и такие же чашелистики; 3 - спайнолепестковые - имеющие лепестки, соединяющиеся по крайней мере у основания. Строение цветка целесообразно. Цветок гороха, например, устроен так, что только определенные виды насекомых могут попасть внутрь его лепестков; нектар львиного зева могут заполучить только насекомые с длинным хоботком и колибри.
Специализация таких цветков приводит к тому, что их посещают постоянные визитеры, а это повышает вероятность опыления растений, принадлежащих к одному виду.
Типы цветков полезно знать для того, чтобы правильно определить вид растений. Внимательно ознакомьтесь с ними.
Вы можете поставить опыт, демонстрирующий производство пищевых веществ листом растения.
1. Возьмите лист обычной герани, простоявшей день под солнцем, и прокипятите его в воде. Это приведет к тому, что из клеток исчезнет протоплазма, а зерна крахмала размягчатся.
2. Подержите лист в спирте день-два, чтобы растворился хлорофилл.
3. Тщательно промойте лист в воде и опустите его на четверть часа в 5-, 10%-ный раствор йода. Крахмал листа посинеет.
Чтобы убедиться, вырабатываются ли пищевые вещества листом без солнечного света, поставьте растение на несколько дней в темное помещение. Проверьте, образовался ли в этом случае крахмал; и если да, то в каком количестве.
Как и животный мир, растительный мир имеет свою классификацию. Самым обширным разделом является подцарство; затем следует класс, отряд, семейство, триба, род, подрод и, наконец, вид, а иногда еще и подвид.
Возьмем, к примеру, распространенный золотарник западный - Solidago californica. Solidago (золотарник) обозначает название рода, а californica - вида. Наряду с этим видом имеются S. virga aurea (золотарник золотая розга), S.canadensis (золотарник канадский) и другие, принадлежащие к тому же роду. Род Solidago вместе с некоторыми другими относится к трибе цикорий - Cichoriedae. Эта триба принадлежит к семейству сложноцветных Compositae, а оно - к отряду астр Asterales. Этот отряд принадлежит к подклассу Dicotyledoneae (двудольных), который включает много других отрядов, в частности Resales (розовые) и Ranunculales (лютиковые), относясь к классу Angiospermae - покрытосемянных растений. Этот класс входит в подцарство Spermatophyta - семенных растений.
Схема основных различий между типами растений приводится далее.