СОВРЕМЕННАЯ БОТАНИКА - Том 1 (Рейвн, Эверт,Айкхорн) 1990 год - старые учебники

Ботаника как наука

Ботаника и будущее

Заключение ...

Рекомендуемая литература

Раздел I. РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА

Глава 2. ЭУКАРИОТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА (Кислюк И. М.

Прокариоты и эукариоты . . . ,

Растительная клетка

Плазматическая мембрана

Ядро

Пластиды , , ... . . ,

Митохондрии

Происхождение митохондрий и хлоропластов .....

Микротельца

Вакуоли

Рибосомы

Эндоплазматический ретикулум

Аппарат Гольджи

Эндомембранная концепция ...

Микротрубочки

Микрофиламенты

Основное вещество

Липидные капли

Эргастические вещества .... ...

Жгутики и реснички

Клеточная оболочка

Компоненты клеточной оболочки

Слои клеточной оболочки

Рост клеточной оболочки

Плазмодесмы

Деление клеток ...

Клеточный цикл

Интерфаза . .

Митоз ......

Цитокинез

Заключение

Приложение 1. Возникновение клеточной теории ....

Приложение 2. Мир микроскопии

Трансмиссионный (просвечивающий) электронный микроскоп

Сканирующий электронный микроскоп

Приложение 3. Иммунофпуоресцентиая микроскопия тубулина и микротрубочек

Глава 3. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ СОСТАВ КЛЕТОК (Кислюк И. М.)

Органические соединения

Углеводы

Моносахариды и дисахариды .... ... .51

Полисахариды 52

Липиды 54

Жиры 54

Кутин, суберин и воска ... .55

Фосфолипиды . 55

Белки 55

Аминокислоты .56

Полипептиды ..... 56

Уровни организации белка 56

Ферменты 60

Нуклеиновые кислоты .... .60

Другие производные нуклеотидов 60

Заключение 60

Приложение. Радиоуглеродный анализ 62

Глава 4. ДВИЖЕНИЕ ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКИ И ИЗ КЛЕТОК

(Кислюк И. М.) . . 63

Законы движения воды . . 63

Объемный поток ... ... 63

Диффузия 64

Осмос 65

Структура клеточных мембран 67

Транспорт через мембраны 67

Натриево-калиевый насос .68

Эндоцитоз и экзоцитоз 69

Транспорт через плазмодесмы ... 70

Заключение ........ 70

Приложение Имбибиция . . 71

Рекомендуемая литература 71

Раздел II. ЭНЕРГИЯ И ЖИВЫЕ КЛЕТКИ

Глава 5. ПОТОК ЭНЕРГИИ (Мамушина Н. С.) 73

Законы термодинамики .... 73

Первый закон термодинамики 74

Второй закон термодинамики .74

Биология и второй закон термодинамики 76

Окисление-восстановление 76

Ферменты и живые системы .76

Ферменты как катализаторы 77

Активный центр 77

Гипотеза о кратковременном изменении конформации

активного центра фермента 77

Кофакторы ферментативной активности 77

Ионы как кофакторы 78

Коферменты и витамины 78

Ферментативные пути 79

Регуляция ферментативной активности 79

Энергетический фактор: АТР .80

Заключение 81

Приложение Е=тс2 ... 81

Глава 6. ДЫХАНИЕ (Мамушина Н. С.) 83

Гликолиз . . .84

Полный баланс гликолиза 86

Аэробный путь 87

Цикл Кребса . . 87

Электронотранспортная цепь .... . . 87

Механизм окислительного фосфорилирования: хеми-

осмотическое сопряжение ... 90

Общий энергетический выход 92

Другие метаболические пути, в результате которых выде

Раздел IV. РАЗНООБРАЗИЕ

Глава 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ (Глад

ляется энергия 92

Глиоксилатный цикл 92

Пентозофосфатный путь 93

Анаэробные пути 93

Заключение . . , 94

Приложение Биолюминесценция ... 94

Глава 7. ФОТОСИНТЕЗ (Мамушина Н. С.) 95

Общий обзор фотосинтеза 95

Световые реакции 97

Роль пигментов 97

Фотосистемы 99

Модель световых реакций .... 100

Циклическое фотофосфорилирование .... 100

Темновые реакции 101

Цикл Кальвина: С3-путь 102

С4-путь фотосинтеза .... , , 103

Метаболизм по типу толстянковых 106

Адаптивное значение фотосинтетических механизмов .106

Заключение 107

Приложение 1 Свет и жизнь ... .... 107

Волна или частица? 108

Приспособленность к свету 108

Приложение 2 Цикл углерода 109

Приложение 3 Изотопный состав углерода у С,- и С4-растений

110

Рекомендуемая литература 110

Раздел Ш. ГЕНЕТИКА

Глава 8. ХИМИЯ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ (Данилова М. Ф.) 113

Химия гена: ДНК или белок? ... 113

Природа ДНК 115

Двойная спираль 115

Молекула, которая копирует сама себя 116

Как работают гены? 118

Молекулы наследственности 118

Транскрипция РНК НА ДНК 119

Трансляция мРНК (синтез белка) , , 121

Регуляция транскрипции генов 121

Оперон 121

Ингибирование по типу обратной связи 122

Контроль развития растений . . 122

Влияние цитоплазмы на дифференцировку 123

Заключение 123

Приложение 1 Правозакрученная и левозакрученная ДНК . 124 Приложение 2 Контроль многоклеточной дифференцировки 124

Глава 9. ГЕНЕТИКА ЭУКАРИОТ (Данилова М. Ф.) . . . .126

Сравнение эукариот и прокариот 126

Структура хромосом эукариот ... 127

Мейоз ... 127

Первое деление мейоза 128

Второе деление мейоза 129

Значение мейоза 130

Как детерминируются признаки? . . ... ... 132

Правило расщепления 134

Неполное доминирование ... . . 134

Независимое комбинирование 134

Сцепление 135

Полигенное наследование .... 136

Мутации ... ..... 137

Возникновение представления о мутациях 137

Типы мутаций 137

Эволюционные эффекты мутаций . . 138

Организация гена 138

Детерминация фенотипа 139

Заключение 139

Рекомендуемая литература 140

кова В.Н.) 141

Биномиальная (бинарная) система 143

Что такое вид? 143

Другие таксономические группы ... 144

Основные группы организмов 145

Прокариоты 145

Вирусы 148

Эукариоты 149

Родственные связи среди эукариот 149

Происхождение многоклеточное™ ... 149

Митохондрии и хлоропласты 150

Формальная классификация организмов 150

Царство Мопега ... . 150

Царство Protista 151

Царство Animalia 151

Царство Fungi 151

Царство Plantae ... 152

Половое размножение .... ... 152

Эволюция диплоидии 152

Заключение 154

Рекомендуемая литература .... 154

Глава 11. БАКТЕРИИ (Мамушина Н. С.) 155

Общая характеристика бактерий 155

Форма бактерий 157

Движение бактерий 161

Генетика бактерий 162

Метаболизм бактерий 164

Экология бактерий 166

Микоплазмы 169

Цианобактерии ... 170

Заключение 171

Приложение 1. Бактерии и ископаемое топливо .... 172

Приложение 2. Рак цитрусовых 172

Рекомендуемая литература ... 173

Глава 12. ВИРУСЫ (Мамушина Н. С.) 174

Природа вирусов .... 175

Структура вирусных частиц 175

Инфекционные свойства вирусов 177

Репликация вирусов . . 178

Разнообразие вирусов .... ... ... 178

РНК-содержащие вирусы 178

ДНК-содержащие вирусы 179

Вирусные болезни растений 179

Вироиды и другие инфекционные частицы .... 180

Вирусы и рак 181

Происхождение вирусов 181

Заключение 181

Рекомендуемая литература ... 182

Глава 13. ГРИБЫ (Мамушина Н. С.) 183

Биология грибов ... 185

Эволюция грибов 186

Размножение грибов ... 186

Митоз и мейоз 187

Гетерокариоз и парасексуальность 187

Основные группы грибов 187

Отдел Zygomycota 187

Отдел Ascomycota 189

Fungi imperfecti (несовершенные грибы) 192

Лишайники 194

Отдел Basidiomycota ... , 198

Микориза 206

Эндомикориза 206

Эктомикориза 206

Микоризы другого тапа .... 208

Микоризы и эволюция сосудистых растений 208

Заключение 209

Приложение 1. Фототаксис у грибов .... ... 210

Приложение 2. Эрготизм 210

Глава 14. ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ ПРОТИСТЫ: ВОДНЫЕ ПЛЕСЕНИ, СЛИЗЕВИКИ, ХИТРИДИОМИЦЕТЫ И ОДНОКЛЕ

Приложение 3. Хищные грибы 211

Рекомендуемая литература 211

ТОЧНЫЕ ВОДОРОСЛИ (Мамушина Н. С.) 213

Экология одноклеточных протистов 214

Симбиоз и происхождение хлоропластов 214

Характеристики отделов 215

Отдел Oomycota 216

Отдел Chytridiomycota 219

Отдел Acrasiomycota ... ... ... , 220

Отдел Myxomycota . ....... 221

Отдел Chrysophyta 222

Класс Chrysophyceae 223

Класс Xanthophyceae , 223

Класс Bacillariophyceae 223

Отдел Pyrrhophyta 227

Отдел Euglenophyta . . , 228

Заключение 229

Приложение 1. Гормональный контроль полового цикла у водной

плесени 230

Приложение 2. Митоз у динофлагеллят , , 231

Рекомендуемая литература 231

Глава 15. МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ ПРОТИСТЫ: КРАСНЫЕ,

БУРЫЕ И ЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ (Мамушина Н. С.) 233

Характеристика красных, бурых и зеленых водорослей 234 Отдел Rhodophyta ... 235

Отдел Phaeophyta ... 239

Отдел Chlorophyta . . 243

Клеточное деление у зеленых водорослей 244

Классификация зеленых водорослей . , . . . 244

Класс Charophyceae ... 245

Класс Ulvophyceae 247

Класс Chlorophyceae 250

Заключение ... 256

Приложение 1. Экономическое использование морских

водорослей 257

Приложение 2. Симбиотические зеленые водоросли 258

Рекомендуемая литература 258

Глава 16. МОХОВИДНЫЕ (Гладкова В. Н.) 260

Признаки моховидных 261

Класс Hepaticae 264

Слоевищные печеночники . . 266

Облиственные печеночники 267

Класс Anthocerotae 267

Класс Musci 267

Настоящие мхи ... 267

Сфагновые мхи ..... ... 272

Андреевые мхи 277

Заключение . . 278

Приложение 1. Рассеивание спор у печеночников . , 278

Приложение 2. Распространение спор мхов насекомыми . . 279

Рекомендуемая литература 279

Глава 17. СПОРОВЫЕ СОСУДИСТЫЕ РАСТЕНИЯ (Гладкова В. Н.) 280

Организация тела сосудистых растений 281

Первичный и вторичный рост ... . . 282

Трахеальные элементы . . ... . . 282

Стелы ... . . 283

Происхождение корней и листьев 283

Репродуктивные системы 284

Гомоспория и гетероспория ... 284

Гаметофиты и гаметы 285

Отделы споровых сосудистых растений ... ... 286

Отдел Rhyniophyta ... 286

Отдел Zosterophyllophyta . . 291

Отдел Trimerophyta ... 291

Отдел Psilotophyta ... 294

Отдел Lycophyta ... 295

Lycopodium .... . . 295

Selaginella 295

Isoetes . 298

Отдел Sphenophyta 299

Отдел Pterophyta .... . . 303

Заключение 306

Приложение. Растения каменноугольного периода . . 307

Древовидные ликофиты ..... 307

Каламиты 307

Папоротники . 307

Семенные растения . 307

Заключение 308

Рекомендуемая литература ... 308

Глава 18. СЕМЕННЫЕ РАСТЕНИЯ (Гладкова В. Н.) ... 311

Прогимноспермы . 312

Голосеменные . 313

Хвойные . 314

Другие современные голосеменные 321

Покрытосеменные 323

Цветок . 327

Жизненный цикл покрытосеменных 332

Заключение 340

Рекомендуемая литература 344

Предисловие редактора перевода

За последние несколько десятилетий наука о растениях достигла больших успехов и продолжает быстро развиваться. Во всех передовых странах значительно возросло число ботаников и появилось много новых ботанических учреждений. Возникла огромная литература, постоянно появляются новые ботанические журналы, в том числе и международные, быстро увеличивается количество справочных-изданий, учебных пособий и научно-популярных книг. Учебными пособиями особенно богата американская ботаническая литература. Имеется целый ряд хороших книг, в которых можно найти изложение основ ботаники на современном уровне ее развития. Одной из Лучших книг такого рода является работа трех американских авторов «Biology of Plants», русский перевод которой, предлагаемый читателю, назван «Современной ботаникой». Этот труд выдержал четыре издания, что уже само по себе говорит о его успехе. Главный автор книги — один из ведущих американских ботаников Питер Рейвн. Он член Национальной академии США и ее секретарь по внутренним делам, а также директор Миссу- рийского ботанического сада.

Основным достоинством «Современной ботаники» является ее чрезвычайно высокий как научный, так и дидактический уровень. Для книги характерна присущая американской учебной литературе кристальная ясность изложения. Она превосходно иллюстрирована. Для читателей, желающих расширить и углубить свои знания, в конце каждой главы приводится список литературы. Эти списки включают исключительно англоязычные издания, поэтому ниже перечисляются основные советские работы по ботанике, вышедшие в последнее время. Хотя «Современная ботаника» отнюдь не предназначена для легкого чтения, она вполне доступна любому человеку со средним образованием.

Для удобства читателя в конце книги даны приложения, одно из которых представляет собой краткий обзор классификации организмов. Как теперь общепризнано, весь органический мир делится на прокариот и эукариот. Согласно принятой авторами классификации, прокариоты включают лишь одно царство — монеры (Мопега). Следует, однако, отметить, что имеются и другие классификации прокариот. В настоящее время надцарство прокариот обычно подразделяется на два царства — бактерий (включая цианобактерии) и архебактерий (см., например, Биологический энциклопедический словарь, М.: Сов. энциклопедия, 1986). Гораздо сложнее обстоит дело с классификацией надцарства эукариот.

Здесь насчитывается не менее трех отдельных царств -— животные, грибы и растения. Но низшие грибы (оомицеты, хитридиомицеты, слизевики), низшие растения (эукариотические водоросли) и низшие животные (простейшие) во многих современных системах объединяются в самостоятельное царство протистов. Оно признается и в книге Рейина с соавторами. Выделение отдельного царства протистов имеет одно бесспорное преимущество — в этом случае классификация грибов и особенно животных и растений становится более естественной. Но, к сожалению, само царство протистов представляет собой чрезвычайно разнородную группу и, вероятнее всего, состоит из нескольких отдельных царств, что подтверждается данными ультраструктурной морфологии и молекулярной биологии. Существует несколько вариантов деления протистов на царства, но все они сильно различаются как по числу выделяемых царств (иногда до 13), так и по их объему. Всесторонне обоснованная эволюционная классификация протистов еще не создана, поэтому приходится временно принимать это разнородное царство в широком его понимании, что и вынуждены делать авторы «Современной ботаники».

В книге Рейвна с соавторами царство растений включает только высшие растения (бриофиты и сосудистые). Однако далеко не все ботаники с этим согласны. По многим ультрас- труктурным и биохимическим признакам высшие растения очень близки к зеленым водорослям, особенно к харовым. Поэтому известный специалист по ультраструктурной морфологии и эволюционист Кавалье-Смит (Cavalier-Smith 19819) объединяет высшие растения и зеленые водоросли в подцарство Viridiplantae, которое вместе с его подцарством Biliphyta (красные водоросли) составляет царство растений (Plantae). Эти два примера показывают, насколько спорны сами границы мира растений, который авторы «Современной ботаники» вынуждены рассматривать в узком понимании, даже, может быть, слишком узком.

Я уверен, что переводная «Современная ботаника» трех американских авторов будет очень ценным вкладом в нашу ботаническую литературу. Ее с интересом и пользой прочтут не только учащиеся, но и специалисты—и не только ботаники, но и все интересующиеся современной биологией. Она, несомненно, будет способствовать повышению уровня преподавания ботаники.

А. Тахтаджян

Ч Cavalier-Smith, Т.: Eucaryote Kingdoms: seven or nine? Biosystems, 1981, v. 14, p.p. 461-481.

Предисловие

В конце 80-х годов ботаника остается необыкновенно притягательной областью знания, обещающей больше, чем когда- либо ранее, способствовать благосостоянию человечества. Быстро растущее народонаселение создает огромную нагрузку на продуктивность экосистемы нашей планеты. Отвечать на эту нагрузку приходится созданием устойчивых и высокопроизводительных систем сельского и лесного хозяйства, благодаря которым люди могут поддерживать свое существование. Поэтому знание ботаники с каждым годом приобретает все бблыную актуальность.

В настоящем четвертом своем издании книга остается верной первоначальной цели: изложить основную информацию о растениях в компактной, хорошо иллюстрированной, увлекательной форме. Как и в предыдущих изданиях, особое внимание уделено следующим темам, которые как нам кажется, связывают книгу в единое целое: (2) тело растения как динамический результат процессов роста и развития, определяемых в свою очередь химическими взаимодействиями; (2) эволюционные отношения как ключ к пониманию формы и функции у организмов; (5) экология как способ подчеркнуть нашу зависимость от растений при поддержании собственного существования и существования всех прочих живых существ.

Содержание книги несколько шире ее названия, так как в ней охарактеризованы все группы организмов, традиционно изучавшиеся университетскими кафедрами ботаники: вирусы, бактерии, отдельные группы протистов, грибы и собственно растения. Мы продолжаем относить к последним только бриофиты и сосудистые растения — т. е. единую эволюционную линию, отходящую от предков, которых, вероятно (если бы нам удалось узнать, что они собой представляли), можно было бы отнести к зеленым водорослям. Мы не включаем в растения красные и бурые водоросли, так как эти группы произошли от одноклеточных предков независимо друг от друга. Зеленые водоросли мы также оставили среди протистов. Хотя это и спорное решение, но оно позволяет легче охарактеризовать царство растений. Грибы, конечно, рассматриваются как вполне независимая группа.

Сохраняя многие особенности предыдущих изданий, мы внесли в эту книгу и ряд существенных изменений. В частности, расширен материал по многоклеточным водорослям, особенно зеленым, — им посвящена целая глава. В книгу включена также новая глава о растениях и человеке, в которой прослежена история происхождения основных культурных форм и рассмотрены возможности освоения новых растительных источников пищи, энергии и химических веществ, а также перспективы улучшения растений путем генной инженерии (гл. 30). Эта глава объединена с главами об общих проблемах эволюции и эволюции цветковых растений, чтобы проанализировать не только эволюционный процесс как таковой, но и роль людей в его изменении. По всей книге вопросы физиологической экологии рассматриваются более подробно и дополняются последними данными.

Кроме того, мы пытались сделать это издание «Современной ботаники» более сжатым, более живым и более точным, чем прежнее. Книга несколько увеличилась в объеме, но не за счет расширения рамок или большей детализации излагаемого материала, а благодаря добавлению новых схем, рисунков и фотографий, главным образом цветных; дополнительных сведений об использовании растений человеком (см., например, новый раздел по древесине в гл. 23 «Вторичный рост»); вспомогательных таблиц, заключений и т. п., чтобы облегчить процесс усвоения содержания. В особенности хотелось бы обратить внимание на новые схемы жизненных циклов (с. 241—242, 304—305, 324—325, 342— 343 и др.) — они гораздо более информативны и легче для понимания, чем прежде; все рисунки выполнены в едином стиле.

Настоящее издание построено таким образом, что темы могут рассматриваться в любой последовательности. Мы были весьма озабочены тем, чтобы сделать книгу более полезной для изучения многих курсов, не требующих особенных подробностей и касающихся лишь отдельных ее частей. Студенты должны получить ясное и интересное введение в ботанику со ссылками на актуальные научные проблемы, которые могут увлечь их воображение и вызвать желание изучить ряд вопросов глубже.

Знакомя молодых людей не только с тем, что уже известно в ботанике, но и со многими еще нерешенными проблемами, мы надеемся привлечь в эту область новые таланты, которые с новым энтузиазмом примутся искать решения, от которых зависит наше будущее.

Питер Рейвн

' Рей Эверт

Сьюзн Айкхорн Март 1986