Экологические фитотехнологии

Введение.

Растения широко используются человеком для пищевых, декоративных и лекарственных целей. Однако растения можно использовать и в экологических целях.

Современные фитотехнологии все чаще используются в охране окружающей среды: очистка воздуха с помощью городского озеленения и комнатных цветов, очистка почвы и многое другое. Но для того, чтобы правильно использовать растения в защите окружающей среды необходимо знание таких биологических дисциплин, как ботаника, общая экология, физиология растений, фитобиотехнология и др. Данное учебное пособие составлено по материалам лекций, читаемыми авторами в МГУ инженерной экологии и телевизионных программ, вышедших на первом образовательном телеканале (СГУ ТВ). Пособие предназначено студентам, изучающим теоретический курс дисциплины «Фитотехнологии в охране окружающей среды» и обучающимся специальностям «Инженерная защита окружающей среды» «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Биотехнология».

.

Глава 1.Основы ботаники и экологии растений. Экологические основы применения современных фитотехнологий.

1.1. Науки о растениях

Человек рано осознал свою зависимость от растительного мира, поэтому первые знания о растениях относятся к древнейшим этапам развития человеческих цивилизаций. Первые датируемые сведения о растениях содержатся в клинописных таблицах Древнего Востока. Основы наук о растениях заложили древние греки. Древнегреческий философ и естествоиспытатель Теофраст был назван К. Линнеем «отцом ботаники». После общего упадка естествознания в средние века науки о растениях вновь начинают развиваться с XVI века. В первой половине 20 века складывается весь комплекс наук о растениях. Мир растений изучает наука ботаника (от греч. «ботанэ» – растения, травы).

Ботаника – комплекс биологических наук, исследующих растения. Ботаника – это наука, исследующая строение, жизнедеятельность, закономерности индивидуального и эволюционного развития растений, распространение и условия обитания.

Биотехнология растений – биологическая наука, использующая изолированные растительные клетки и ткани в хозяйственной деятельности человека (в селекции растений, для получения ценных веществ, для размножения растений).

1.2.Растения и биосфера

Растения в биосфере играют ведущую роль. Только содержащие хлорофилл, зеленые растения способны аккумулировать энергию Солнца, создавая органические вещества из неорганических, при этом растения извлекают из атмосферы диоксид углерода, и выделяют кислород, поддерживая ее постоянный состав. Следовательно, растения являются биологическим источником кислорода на Земле и оказывают значительное влияние на климат. Растения, во многих случаях первое звено в пищевой цепи, растительные сообщества определяют фауну любого биоценоза суши. Культурные растения фактически являются основой современного сельского хозяйства, человек широко использует дикорастущие и культивируемые растения для изготовления лекарственных препаратов в пищевых и декоративных целях. Растения растут в различных экосистемах имеющих разную температуру, влажность, освещение и т.д., они образуют различные сообщества (фитоценозы) на суше, обусловливая разнообразие ландшафтов и экологических условий для других организмов. Растения участвуют в формировании почвы и торфа, а скопления ископаемых растений образовали месторождения бурого и каменного угля.

1.3.Свойства растений

1.Размеры и строение растений колеблются в широких пределах – от нескольких мкм у некоторых водорослей (хлорелла) до сложно устроенных покрытосеменных и голосеменных с высокодифференцированными тканями и органами (эвкалипты и секвойи достигают 100 м и более высоты, например самый крупный – секвойядендрон «Отец лесов» ныне уже не существующий, достигал, исходя из его описаний, высоты 135 м при диаметре ствола у основания, равном 12 м). При всем разнообразии растений им свойственны общие черты: 1. В составе клеток растений находится твердая клеточная оболочка или стенка, состоящая из целлюлозы, не пропускающая твердые частицы и определяющая единственный способ питания – адсорбционный (с помощью всасывания). Содержание питательных веществ в организме зависит от размера поверхности соприкосновения растения с окружающей средой. Вследствие этого органы растения, обеспечивающие его питание – побеги и корни, достигают высокой степени расчлененности.

2. Большинство растений прикреплены к твердому субстрату, что существенно ограничивает их подвижность. Большая часть растений практически неподвижны, однако движение частей растений встречается в природе. Движение растений – это реакция растений на различные внешние и внутренние раздражения, выражающаяся в изменении положения растений или их органов в пространстве. Растения способны к очень медленным движениям (тропизмам), необходимым для ориентации органов по внешним факторам, например, свет и гравитация. Для них характерны медленные движения (складывание листьев, лепестков цветков в зависимости от времени суток и т. д.) и относительно быстрые – реакция на различные химические вещества, прикосновение, повреждение (движения насекомоядных растений при улавливании насекомых, закручивание усиков лиан вокруг твердых объектов).

У стыдливой мимозы, травянистого растения высотой 30—60 см; встречающегося в Бразилии удивительные листья, они могут складываться и опускаться в темноте от самого легкого прикосновения и других раздражающих причин.

3. Расселение растений происходит с помощью зачатков (семена, споры), которые находятся в состоянии покоя.

4. Растения – это автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганических соединений, с использованием внешних источников энергии. Лишь единичные растения имеют гетеротрофное питание (растения-паразиты, хищные растения). Такой тип питания является результатом вторичного происхождения. Запасным питательным веществом служит крахмал.

5. У растений происходит закономерное чередование поколений при половом размножении.

1.4. Растения и человек

Выделяют шесть основных сфер, где прямо или косвенно используются растения:

в качестве продуктов питания для человека,

корма для животных,

как источник сырья для промышленности и хозяйственной деятельности,

в качестве лекарственных средств и сырье для получения медицинских препаратов,

в декоративном озеленении,

в охране окружающей среды.

Пищевое значение растений общеизвестно. В качестве продуктов питания человека, используются части растений, содержащие запасные питательные вещества или сами вещества, извлеченные тем или иным способом. Значительная часть углеводов, а также ряд витаминов (некоторые витамины содержатся в основном в растениях), микроэлементов и некоторых других биологически активных веществ поступают вместе со свежей растительной пищей. Существенную роль в питании людей, кроме растений, содержащих белки и углеводы, играют пряности и растения, содержащие кофеин – чай и кофе.

Для технических целей наиболее широко применяются древесина и волокнистые части растений. Древесина используется при изготовлении мебели, строительных конструкций, в производстве бумаги. Растительные волокна, относительно конкурентноспособны и более экологически безопасны, по сравнению с синтетическими волокнами их получают из хлопчатника, льна, джута.

В народной медицине растения составляют основную массу лекарственных средств. Фитотерапия (одна из древнейших наук) – это лечение лекарственными растениям. В начале ХХ века растения составляли более 80 % всех лечебных средств. Несмотря на то, что значительное число препаратов, используемых сейчас, получено синтетическим путем, растения в медицине по-прежнему пользуются популярностью и существует большое количество лекарственных препаратов, получаемых из растений. Лекарственное растение может являться основой препарата, либо вещества, получаемые из растения составляют основу лекарства.