Основные разделы систематики растений

1. Основные разделы систематики растений

Система́тика расте́ний — раздел ботаники, занимающийся естественной классификацией растений.

Растения, имеющие сходные признаки, объединяют в группы, называемые видами. Если у вида нет близких сородичей, он образует самостоятельный, так называемый монотипный род.

Систематика растений представляет собой иерархическую систему из групп различного ранга, то есть из семейств составляются порядки, а из порядков — классы. Независимо от ранга каждая такая группа называется таксоном. Принципами выделения и классификацией таксонов занимается особая научная дисциплина — таксономия.

Систематика — необходимая основа любой отрасли ботаники, так как она характеризует взаимосвязи между разнообразными растениями и даёт растениям официальные названия, позволяющие специалистам различных стран обмениваться научной информацией.

Легко заключить, что в ботанической систематике возможны лишь два раздела: 1) флористическая систематика, включающая таксономию, и 2) филогенетическая систематика. Может, однако, идти речь о систематике культивируемых (культурных) растений как об особом отделе науки,, поскольку, во-первых, возделываемые растения часто имеют особое происхождение, а во-вторых, их описывают и классифицируют почтя всецело яа внутривидовом уровне, включая сортовой. Все это 'связано с фвшегшем важнейших задач селекционно-генетичсской и растениеводческой практики, а потому и с разработкой особых методов работы.

В недавнее время за рубежом, а позднее в СССР открыты «новые» разделы: экспериментальная систематика, цитогенетическая систематика, хемосистематика и др. Такая классификация несостоятельна. Речь идет не о новых разделах науки, а о методах систематики и флорографии, используемых для решающих выводов.

Значение систематики и флорографии для смежных наук, особенно сельскохозяйственных, исключительно велико. Изучение растительных сообществ (геоботаника или. фитоценология) и природных комплексов экологических систем немыслим© без точного определения формирующих их видов растений. Экологические и физиологические работы теряют всякую значимость без всестороннего знания тех видов растений, свойства и особенности которых изучаются. Геологическая хронология и стратиграфия основаны на точном определении видов. Сравнительная биохимия растений и молекулярная биология также опираются на знание систематического положения изучаемых таксонов. Общеизвестно, что систематика внесла большой вклад и в -теоретическую биологию, изучая механизмы и закономерности процесса видообразования и т. п. Современные филогенетические системы позволяют перенести выводы, сделанные при изучении признаков и свойств одних видов, на признаки и свойства видов, еще не исследованных, что особенно важно для рационального планирования поисков лекарственных и других полезных растений, обнаружения физиологически активных веществ растительного происхождения.

Таким образом, с помощью систематики можно делать достаточно достоверные прогнозы при поисках природных групп хозяйственно ценных растений. Большое значение систематика растений имеет для работ в области иммунологии, селекции, гибридизации и интродукции растений. Разработка научных основ селекции и генетики, интродукции и растениеводства невозможна без знания филогении тех родов и семейств, куда относят виды, интересующие экспериментатора.

Эволюционная теория была сформулирована, как известно, еще Ж. Ламарком и Ч. Дарвином. Важнейшая задача современного этапа развития науки — представить реальный ход эволюции конкретных природных — родственных групп растений. При изучении какой-либо группы растений, представляющей народнохозяйственный или научный (или тот и другой) интерес, становится задача установить ход ее исторического развития. В каждом отдельном случае, например для изучения истории развития видов свеклы или роз, ставятся одинаковые задачи: выяснить частные, свойственные данной группе закономерности и пути исторического развития, его движущие силы. Зная все это, можно в каждом отдельном случае прогнозировать дальнейший ход эволюции и, что особенно важно, влиять на этот ход — убыстрять или замедлять его — методами селекционно-генетической практики. Таким образом, эволюционная систематика и морфология составляют научную основу растениеводства, в частности селекции, а также интродукции растений.

Систематика культурных растений

В перечень задач систематики культурных растений входят:

• инвентаризация (каталогизация) видовых систем,

• таксономия - установление системы иерархически соподчинённых единиц,

• классификация – выстраивание таксонов в единственно правильном порядке и их правильное наименование (номенклатура).

Многочисленные методы, используемые специалистами для построения филогенетических систем, можно отнести к нескольким традиционным группам: биологические, палеоботанические, топологические и вспомогательные. Последние десятилетия характеризуются активным использованием новых подходов и усовершенствованных методов систематики – биохимических, цитогенетических, серологических и др[1].

Принципы таксономии

Систематические границы принято называть таксонами (англ. taxon, во множественном числе taxa). Каждое растение принадлежит к серии таксонов последовательно соподчинённых рангов.

Иерархия таксонов и правила наименования растений (номенклатура) регулируются обязательным для всех ботаников Международным кодексом ботанической номенклатуры. Это исключительно важный документ, вносить изменения в который правомочны только международные ботанические конгрессы.

Основные ранги таксонов — вид, род, семейство, класс, отдел. Следовательно, каждое растение должно обязательно принадлежать к определённому виду, роду, семейству, классу, отделу (принадлежность к царству растений (Plantae) подразумевается сама собой). В случае необходимости, если система группы очень сложна, можно использовать категории подотдел, подкласс, подпорядок и т. д. вплоть до подформы. Иногда используют такие категории, как надкласс, надпорядок или добавляют дополнительные категории, если только это не вносит путаницу или ошибку, но при всех обстоятельствах соотносительный порядок перечисленных выше рангов не может быть изменён.

Кроме рода, вида и внутривидовых категорий таксоны рангом до семейства несут специальные окончания, прибавляемые к основе: название семейства оканчивается на асеае, подсемейства — oideae, трибы — еае и подтрибы — inae, например, род Камнеломка (Saxifraga), Saxifragaceae, Saxifragoideae, Saxifrageae, Saxifraginae.

Таксонам рангом выше семейства рекомендуется давать названия со следующими окончаниями: отдел — phyta, подотдел — phytina, класс — opsida (у водорослей —phyceae), подкласс — idae (у водорослей — phycidae), порядок — ales, подпорядок — ineae. Это очень удобно, поскольку по окончании названия можно сразу судить о ранге группы.

2. Отдел риниеобразные

Отдел Риниеобразные (Риниофиты) – Rhyniophyta

К отделу принадлежат самые древние из известных высших растений (рис. 2). Названия рода Риния (Rhynia) происходит от деревни Райни (недалеко от г. Абердина) в Шотландии, близ которой были обнаружены остатки этих примитивных растений в кремнистых породах врачом У. Макки в 1912 г. Эти отложения представляют собой пропитанные растворами кремниевой кислоты окаменевшие девонские торфа. У. Макки в свободное от медицинской практики время увлекался геологией. Свои материалы по ископаемым таксонам он передал шотландскому палеоботанику Р. Кидстону, который совместно с профессором Манчестерского университета У. Лангом опубликовали в 1917–1921 гг. результаты изучения растений ископаемой флоры. Они заложили начало систематическому изучению группы древнейших и наиболее примитивных высших растений 

Открытие У. Макки является вторым. Пальма первенства принадлежит канадскому геологу Джеймсу Досону, обнаружившему в 1859 г. в девонских отложениях на полуострове Гаспе (юго-восток Канады) остатки удивительно примитивного растения. Ему было дано название Psilophyton princeps («голорос первичный»). Отсюда и более раннее название этой группы растений – Псилофиты (Psilophyta). Растение представляло собой систему вильчато разветвленных осей, покрытых небольшими шипиками. На окончаниях дуговидно изогнутых поникающих веточек располагались спорангии. Псилофит не был похож ни на одно из растений, известных в то время науке и не укладывался в существовавшие тогда системы классификаций. Ценная находка Д. Досона долгое время оставалась почти незамеченной для науки загадкой природы. Положение изменилось только в начале ХХ века, когда они были открыты вновь У. Макки. Риния отличалась от голороса отсутствием выростов на разветвленных осях и вертикально расположенными конечными спорангиями. В 1937 г. У. Лангом в силурийских песчаниках Шотландии была обнаружена одна из наиболее древних палеоботанических находок высших растений – куксония (Cooksonia), обитавшая на Земле более 415 млн. лет назад. Она представляла собой похожий на водоросль «кустик» разветвленных уплощенных зеленых голых осей, несущих шаровидные спорангии. Прикреплялись растения к субстрату с помощью ризоидов. Это было третье крупное открытие наиболее примитивных высших растений. Полагают, что обнаруженные растения были представителями уже достаточно далеко разошедшихся в процессе быстрой эволюции таксономических групп. Это подтвердили более поздние находки новых ископаемых растений, их детальное изучение. Вероятно, первенцы наземной флоры имели еще более простое строение.

Древнейшие наземные растения раньше объединяли в один таксон под названием Псилофиты. Теперь разными исследователями предлагается 3 таксона на уровнях отделов. Многие объединяют их в отдел Риниеобразные – Rhyniophyta, насчитывающий около 20 родов и большое число видов. Единство их подтверждается рядом важных общих признаков, отражающих начальную ступень в эволюции высших растений. Единство их подкрепляемся также наличием родов, которые сочетают признаки трех отмеченных групп.

Отдел включает самые древние достоверные и по мнению большинства исследователей – самые примитивные травянистые высшие растения. Они появились приблизительно 430 млн. лет назад в силурийском периоде палеозойской эры. Геологическая история отдела заканчивается в девоне (около 370 млн. лет назад). Они дали начало другим группам высших растений.

Для них характерны черты крайне примитивного строения спорофита, диминировавшего в жизненном цикле. Они еще не имели типичных для высших растений олиственных побегов, корней и даже листоподобных придатков. Из-за отсутствия листьев эта группа растений была названа «голоростовые». Некоторые представители внешне были скорее похожи на водоросли, чем на высшие растения. Изучение их особенностей имело огромное значение для выяснения исходной модели строения высших растений и разработки направлений их морфологической эволюции. В конце Х1Х и начале ХХ веков было передоложено несколько гипотез, однако большинство современных ботаников придерживаются телломной теории, в разработке которой вклад внес известный немецкий ботаник В. Циммерман (30–40-е гг. ХХ века). Её основы были заложены ещё в трудах Г. Потонье, О. Линье, Ф. Боуэра. Большой вклад в развитие и становление теломной теории внес академик А.Л. Тахтаджян, ранее – Л.М. Кречетович, Б.М. Козо-Полянский и др.

Вегетативное тело спорофита риниофотов представлено безлистными цилиндрическими дихотомически ветвящимися, первично васкуляризованными осевыми структурами. Наземные оси выполняли в первую очередь функцию воздушного питания. Их конечные ответвления – теломы (от греч. telos – конец), а соединяющие их части, расположенные между точками ветвления – мезомы (от греч. mesos – средний). Одни теломы были стерильными, другие – фертильными и заканчивались спорангиями (рис 2). Стерильные теломы осуществляли только функцию фотосинтеза. Горизонтально расположенные на поверхности или в почве влажных местообитаний теломы получили название ризомоиды (т. е. корневищеподобные). От них отходили многочисленные простые (несептированные) одноклеточные ризоиды, осуществляя функцию минерального питания. Ризомоид – прототип корня, ризоиды – прототипы корневых волосков. Наличием проводящих пучков теломы принципиально отличались от структур водорослей.

Таким образом, теломы, мезомы и ризомоиды были первыми конструктивными элементами спорофита наземных растений. Возникновение этих элементарных органов было крупным ароморфозом в эволюции растительного мира. Это сильно повысило уровень организации растений, увеличило их пластичность и открыло более широкие возможности дальнейшего эволюционного развития.

Ветвление надземных вертикальных осей спорофита риниофитов характеризовалось равной и неравной дихотомией. Вследствие резко выраженной анизофилии, ветвление приобретало характер псевдомоноподиального. Поверхность надземных осей была голой или покрыта многочисленными выростами в виде энаций (в т.ч. шипиками, зубчиками).

Риниофиты – первые растения суши. Как наземные растения, в отличие от водорослей, они были покрыты типичной эпидермой, характеризовались наличием проводящей системы. Наружные стенки клеток эпидермы утолщены и покрыты слоем кутикулы. Имелись немногочисленные просто устроенные устьица (доказательство их наземного существования) – с двумя замыкающими клетками и устричной щелью. Они были лишены побочных клеток. Наличие устьиц в первую очередь отличает эпидерму высшего растения от наружного слоя клеток многоклеточных талломов (слоевищ) водорослей. Проводящая система слабо развита и построена по типу гаплостели, которая была началом развития всех остальных типов стели. Ксилема состояло из трахеид с кольчатыми, спиральными или реже лестничными утолщениями. Риниофты не обладали способностью к вторичному росту (камбий отсутствовал, как и перицикл). Меристема только верхушечная. В отличие от большинства сосудистых растений отсутствовали также и механические (опорные) ткани. Их функции выполняла толстая кора.