Rośliny

Rośliny

Systematyka
Domena	eukarionty
Supergrupa	Archaeplastida
Królestwo	rośliny
Nazwa systematyczna
Archaeplastida Adl et al., 2005

Rośliny (Archaeplastida Adl i in. 2005, dawne nazwy naukowe: Vegetabilia, Plantae, Phytobionta, Plastida, Primoplantae) – eukariotyczne i autotroficzne organizmy, wykorzystujące energię promieniowania słonecznego za sprawą barwników asymilacyjnych (zdarzają się wśród roślin także organizmy heterotroficzne – pasożytnicze, w tym też myko-heterotroficzne, ale mają one charakter wtórny).

Rośliny zbudowane są z komórek, tworzących u roślin wyżej uorganizowanych tkanki i organy (narządy). Umożliwiają one im oddychanie, odżywianie, wzrost i rozwój. Proces fotosyntezy prowadzą dzięki chloroplastom zawierającym chlorofil i pochodzącym z endosymbiozy sinic. Produktem zapasowym jest skrobia. Mają sztywną, zwykle celulozową ścianę komórkową. Rośliny cechują się także zdolnością do nieprzerwanego wzrostu za sprawą tkanek twórczych mających stałą zdolność do podziału komórek. Zazwyczaj są trwale przytwierdzone do podłoża.

Ewolucja spowodowała ogromne zróżnicowanie form ich budowy oraz przystosowanie do różnorodnych warunków środowiskowych panujących na Ziemi.

Pozycja roślin w świecie żywym

Położenie roślin (Archaeplastida) na drzewie filogenetycznym organizmów żywych.

Początkowo termin roślina odnosił się w nauce do organizmów jedno- i wielokomórkowych o komórkach osłoniętych ścianami komórkowymi lub zdolnych do autotrofizmu. Do roślin zaliczano wszystkie organizmy nie będące zwierzętami. Takie postrzeganie roślin i podział świata żywego na Ziemi zapoczątkował już Arystoteles, utrwalił w czasach nowożytnych Karol Linneusz, dzieląc organizmy między dwa królestwa: Vegetabilia (później zwane Plantae) oraz Animalia. Podział ten utrzymywał się do początków XX wieku, a pozostałością szerokiego pojmowania świata roślin jest zakres zainteresowań tradycyjnie rozumianej botaniki, której przedmiotem badań były nie tylko rośliny naczyniowe, mszaki, glony, ale także bakterie i grzyby.

W XX wieku ze świata roślin wyłączono w osobne królestwa bakterie (z sinicami) i grzyby, z czasem także znaczną część glonów. W rozpowszechnionych w drugiej połowie XX wieku podziałach świata żywego, rośliny stanowiły jedno z 6 królestw obejmujących w sumie wszystkie organizmy jądrowe i bezjądrowe (podziały Roberta Whittakera i Lynn Margulis z 1978 r. oraz Thomasa Cavaliera-Smitha z 1983 i 1998 r.).

W 2005 r. Adl, Simpson i 25 innych taksonomów wydzielili w obrębie jądrowców 6 głównych kladów (określanych mianem supergrup), z których jedna obejmuje rośliny i nazwana została Archaeplastida. Ze względu na pochodzenie od wspólnego przodka do kladu tego zaliczone zostały glaukofity, krasnorosty i zielenice (w tym rośliny telomowe).

Charakterystyka

Do roślin zaliczane są organizmy, u których istotnemu zróżnicowaniu w wyniku ewolucji uległy organizacja ciała, biologia rozwoju i w końcu relacje ze środowiskiem. Zmiany te można prześledzić, analizując organizację, funkcjonowanie i ekologię kolejnych grup systematycznych stanowiących współczesne linie rozwojowe wywodzące się z kolejnych etapów ewolucji roślin, w pewnym stopniu podobnym analizom poddawać można także rośliny kopalne.

Najstarsze organizmy roślinne (prawdopodobnie w postaci mało zmienionej reprezentowane współcześnie przez glaukofity) to organizmy jednokomórkowe, rzadziej tworzące kolonie (cenobia). U kolejnych grup (krasnorosty, zielenice) obserwuje się coraz większe różnicowanie budowy organizmów, przechodzących od form jednokomórkowych i kolonijnych do plechowatych, osiągających w końcu duży stopień zróżnicowania. Największemu zróżnicowaniu uległy linie rozwojowe zielenic, które ewoluowały w rośliny telomowe zwane też organowcami. Miejsce na pograniczu plechowców i organowców zajmują mszaki, których najbardziej prymitywne grupy (glewiki i część wątrobowców) reprezentowane są przez organizmy plechowate. Mchy reprezentują już rośliny pędowe, ale pozbawione korzeni i o słabym zróżnicowaniu anatomicznym i morfologicznym. Kolejne linie rozwojowe określane są mianem roślin naczyniowych, ponieważ posiadają już wyraźnie zróżnicowane tkanki (w tym typową wyłącznie dla nich tkankę drzewną z cewkami i naczyniami) oraz ulistniony pęd wraz z korzeniami.

Komórka roślinna

Komórki są podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną organizmów roślin. Komórki roślin różnią się od komórek innych jądrowców kilkoma istotnymi cechami:

• Komórki roślin otoczone są ścianą komórkową powstającą na zewnątrz błony komórkowej z celulozy, hemicelulozy, pektyn i zwykle ligniny (ściany komórkowe grzybów zbudowane są z chityny, a bakterii z peptydoglikanu).
• Wewnątrz komórek znajduje się duża wakuola otoczona tonoplastem, odpowiedzialna za utrzymanie odpowiedniego turgoru i pełniąca funkcje magazynujące.
• Komórki połączone są między sobą za pomocą plasmodesm przechodzących przez szczeliny (jamki) w ścianie komórkowej.
• Wewnątrz komórek znajdują się plastydy, w szczególności charakterystyczne chloroplasty pełniące kluczową funkcję w procesie fotosyntezy. Inne plastydy to m.in. chromoplasty magazynujące barwniki i nadające specyficzne barwy kwiatom, owocom i innym organom oraz leukoplasty magazynujące substancje zapasowe. Plastydy zawierają własny genom stanowiący wraz z podwójną błoną świadectwo pochodzenia od endosymbiotycznych prokariotów.
• Podczas podziału komórki w trakcie cytokinezy powstaje fragmoplast.

Anatomia roślin

Rośliny osiągają trzy stopnie organizacji ciała. Najprostszy reprezentują organizmy jednokomórkowe. Rośliny o budowie plechowatej tworzone są przez wielokomórkowe plechy, w obrębie których komórki mogą być w różnym stopniu zróżnicowane na pełniące funkcje wzrostowe, asymilujące, magazynujące i służące do rozmnażania. U roślin wyższych, do których zazwyczaj odnosi się termin "anatomia roślin", komórki zróżnicowane są na tkanki roślinne i organy.

Cechą strukturalną charakterystyczną dla roślin jest obecność tkanek twórczych (merystemów pierwotnych powstających z zarodkowej tkanki twórczej oraz wtórnych – kambium, fellogenu i kalusa), a także uśpionych komórek o charakterze twórczym (merystemoidy). Także przynajmniej część komórek somatycznych roślin cechuje się zdolnością do powtarzania ontogenezy lub przynajmniej pewnych jej etapów. Tkanki twórcze powstające z tkanek embrionalnych określa się mianem pierwotnych, a o utworzonych z nich tkankach lub organach mówi się, że mają budowę pierwotną. Z kolei o budowie tkanek i organów powstałych z merystemów wtórnych mówi się, że mają budowę wtórną.

Morfologia roślin

Ekologia roślin

Pierwsze rośliny niewątpliwie były organizmami wodnymi. Ścisły związek ze środowiskiem wodnym mają też wszystkie najstarsze linie rozwojowe roślin. Przy czym glaukofity i zielenice preferują wody słodkie, krasnorosty spotykane są głównie w morzach. W wielu biocenozach wodnych zielenice i krasnorosty odgrywają istotną rolę. Zielenice wchodzą zarówno w skład planktonu, jak i bentosu, krasnorosty są składnikiem bentosu. Wyraźny ślad związków ze środowiskiem wodnym obecny jest też w rozwoju najstarszych roślin lądowych, u których zapłodnienie możliwe jest tylko w środowisku wodnym (plemniki mszaków wymagają choćby niewielkiej ilości wody pochodzącej z rosy lub opadów by dostać się do rodni). Zróżnicowanie organizmów roślin lądowych umożliwiło im kolonizację wszelkich niemal biotopów (rośliny zasiedlające skrajne siedliska określane są mianem pionierskich), nie tylko lądowych, ale także i ponownie wodnych (wiele rodzin roślin zasiedliło podobnie jak ich odlegli przodkowie wody, głównie słodkie).

Charakterystyka znaczenia ekologicznego roślin podana jest w dalszej części artykułu.

Rozwój roślin

Charakterystycznym zjawiskiem w rozwoju roślin jest przemiana pokoleń, polegająca na przemianie faz jądrowych, czyli regularnym cyklicznym następowaniu po sobie faz rozwojowych o haploidalnej (między mejozą i zapłodnieniem) i diploidalnej liczbie chromosomów (między zapłodnieniem i mejozą). W trakcie przemiany pokoleń roślin lądowych obserwuje się naprzemienne występowanie fazy haploidalnej gametofitu i diploidalnej sporofitu, przy czym u roślin niższych (mszaki) stadium dominującym jest autotroficzny gametofit, natomiast u roślin naczyniowych stadium dominującym (długością trwania i wielkością) jest autotroficzny sporofit.

Ze względu na cykliczność faz rozwojowych wyróżnia się rośliny monokarpiczne i rośliny polikarpiczne. U tych pierwszych wyróżnia się następujące fazy:

1. Kiełkowanie.
2. Wzrost wegetatywny (różnicowanie i wzrost łodyg i liści).
3. Formowanie się pąków kwiatowych.
4. Kwitnienie.
5. Przekwitanie z jednoczesnym rozwojem owoców.
6. Rozsiewanie nasion i obumieranie rośliny.

U roślin polikarpicznych fazy rozwojowe związane ze wzrostem i wytwarzaniem nasion powtarzają się wielokrotnie.

Podział roślin

Podział naturalny czyli systematyka

Naturalny podział roślin ewoluował wraz z rozwojem wiedzy o ich pochodzeniu i ewolucji. Wiele grup organizmów uznawanych w przeszłości za rośliny okazało się posiadać zupełnie różne i odrębne pochodzenie (np. sinice, brunatnice, okrzemki). Wiele tradycyjnie wyróżnianych taksonów wysokiej rangi systematycznej okazało się być grupami parafiletycznymi (np. zielenice, mszaki, dwuliścienne). Coraz bardziej złożony i dokładny obraz drzewa filogenetycznego roślin powoduje, że coraz trudniej jest posługiwać się jednostkami klasyfikacji biologicznej. Coraz częściej w opisie systematyki, zwłaszcza wysokich pod względem rangi systematycznej grup roślin, używa się terminu klad określającego organizmy pochodzące od wspólnego przodka lub po prostu terminu grupa.

Za najbardziej zbliżone do pierwszych przodków roślin uważane są glaukofity, z których najpierw wyodrębniły się krasnorosty, a później rośliny zielone (Chloroplastida, syn.: Viridiplantae, Chlorobionta). Z roślin zielonych powstały trzy linie rozwojowe, których przedstawiciele żyją obecnie. Jedna z nich to klasa prazynofitów, następna to linia prowadząca m.in. do watkowych i zielenic właściwych, w końcu trzecia linia określana nazwą naukową Charophyta (Streptophyta). Z tej ostatniej wyodrębniały się kolejno następujące klasy zielenic: Chlorokybophyceae, klebsormidiofitowe, sprzężnice oraz linia, z której powstały ramienicowe i w końcu rośliny telomowe.

Taksonomia i nazewnictwo roślin

Podstawową jednostką systematycznego podziału roślin jest gatunek. Dotychczas poznano ok. 310 tysięcy gatunków roślin, szacuje się ich liczbę na ok. 500 tysięcy. Najbardziej zróżnicowane gatunkowo taksony to: okrytonasienne (259 tys. gatunków), paprotniki (20 tys.), mszaki (15 tys.), krasnorosty (5 tys.), zielenice (2 tys.), widłakowe (1,2 tys.), nagonasienne (0,7 tys.).

Obok nazw pospolitych (zwyczajowych) w językach narodowych rośliny posiadają unikalne nazwy naukowe. Nazwy te tworzone są według zasad i zaleceń zebranych w aktualizowanym co kilka lat Międzynarodowym Kodeksie Nomenklatury Botanicznej. Ich stosowanie ułatwia porozumiewanie się w gronie botaników całego świata i docieranie do poszukiwanych informacji (przeszukiwanie baz danych).

W gatunkowych nazwach naukowych pierwszy wyraz (rzeczownik pisany wielką literą) oznacza nazwę rodzaju, drugi (przymiotnik pisany małą literą) wraz z poprzednim oznacza gatunek. Nazwy naukowe zapisywane, czytane i odmieniane są zgodnie z zasadami języka łacińskiego, niezależnie od tego z jakiego języka pochodzą słowa składowe. Zgodnie z Kodeksem Nomenklatury Botanicznej nazwy naukowe wszystkich taksonów roślinnych (odrębnie niż w zoologii) zwyczajowo wyróżnia się kursywą (italikiem).

Gatunki łączone są ze względu na kryterium pokrewieństwa (z nierzadko zachowywanymi doraźnie odstępstwami zwyczajowymi) w system kategorii systematycznych. Nazwy naukowe ustalane są dla wszystkich taksonów z wszystkich kategorii systematycznych. Kolejne kategorie od najwyższej do najniższej to (w nawiasach podana jest typowa końcówka nazwy naukowej): królestwo, gromada (-phyta), klasa (-opsida, -atae), rząd (-ales), rodzina (-aceae), rodzaj, gatunek. Kategorie te uzupełniane są przez jednostki pomocnicze (np. pod- i nadrzędy). W obrębie gatunku może zostać wyróżniony podgatunek, odmiana i forma. W klasyfikacji roślin uprawnych stosuje się także odrębny od taksonomicznego podział na kultywary.

System naturalny roślin

Drzewo filogenetyczne roślin współczesnych:

Podziały sztuczne

Podziały sztuczne wyróżniają grupy roślin na podstawie jednego kryterium. Wyróżniane grupy zawierają rośliny podobne pod jakimś tylko jednym względem, a pod wieloma innymi niepodobne do siebie.

Podziały ze względu na budowę i sposób rozwoju

Ze względu na wielokrotność występowania okresu rozmnażania generatywnego, rośliny dzielą się na:

• rośliny monokarpiczne – zakwitają i wydają nasiona tylko raz w swym życiu (rośliny jednoroczne, dwuletnie i hapaksanty).
• rośliny polikarpiczne – cykl rozwoju generatywnego występuje wielokrotnie (większość roślin wieloletnich)

W zależności od typu budowy i trwałości łodygi, a także cyklu rozwojowego rośliny dzielą się na:

• rośliny drzewiaste:
  • drzewa
  • krzewy
  • krzewinki
• rośliny zielne
  • rośliny jednoroczne (jare i ozime)
  • rośliny dwuletnie
  • byliny

Formy życiowe roślin wg systemu Raunkiæra zostały podzielone ze względu na położenie i sposób ochrony pąków w okresie niesprzyjającym dla rozwoju roślin. Raunkiær wyróżnił:

• fanerofity (rośliny jawnopączkowe)
• chamefity (rośliny niskopączkowe)
• hemikryptofity (rośliny naziemnopączkowe)
• terofity (rośliny jednoroczne), niezawiązujące pączków zimowych
• kryptofity (rośliny skrytopączkowe), dzielące się na geofity, helofity i hydrofity
• epifity (porośla), czasami zaliczane do fanerofitów

Podziały ze względu na kryteria środowiskowe

Ze względu na zapotrzebowanie na wodę wyróżnia się następujące grupy roślin:

• hydrofity – rośliny wodne
• hygrofity – rośliny bagienne, wilgociolubne
• mezofity – rośliny mające średnie lub zmienne zapotrzebowanie na wodę
• tropofity – rośliny klimatu zmiennego, pojawiające się cyklicznie
• halofity – słonorośla, lubią tereny o dużym zasoleniu, np. nad morzami (np. mikołajek nadmorski)
• kserofity – rośliny sucholubne
  • sukulenty – rośliny gruboszowate
  • suchorośla – suchorosty, sklerofity.

W zależności od wymagań w stosunku do światła rośliny dzielą się na:

• rośliny światłolubne, heliofity
• rośliny cieniolubne, skiofity
• rośliny kompasowe – dla ochrony przed silnym południowym światłem ustawiają blaszkę liściową płaską powierzchnią ku wschodowi i zachodowi (np. sałata kompasowa)

Uwzględniając kwasowość gleby (odczyn gleby) mierzoną w pH wyróżnia się:

• rośliny zasadolubne, bazofity – wymagają gleb zasadowych
• rośliny kwasolubne, rośliny acidofilne, acidofity – wymagają gleb kwaśnych, bezwapniowych

Obserwując tolerancję roślin na występowanie różnych pierwiastków rośliny dzielą się na:

• rośliny wapieniolubne, kalcyfity – potrzebują gleb wapiennych z dużą ilością wapnia
• rośliny azotolubne, rośliny nitrofilne, nitrofile – potrzebują gleb bogatych w związki azotowe
• rośliny słonolubne, słonorośla, halofity – rosną na glebach bogatych w sole
• rośliny galmanowe – rosną na podłożu bogatym w związki metali ciężkich (np. ołów, cynk), rośliny wskaźnikowe (np. fiołek, zawciąg)

Rośliny mięsożerne przystosowały się do gleb ubogich w sole mineralne i pozyskują je chwytając zwierzęta (np. rosiczka, pływacz).

Podział ze względu na kryterium użytkowe

Paski kory cynamonowca jako przyprawa

Pszenica – jedna z najważniejszych roślin alimentacyjnych.

• Rośliny alimentacyjne – stanowiące pokarm człowieka:
  • rośliny cukrodajne,
  • rośliny miododajne,
  • rośliny oleiste,
  • rośliny owocowe,
  • rośliny warzywne,
  • rośliny zbożowe.
• Rośliny pseudoalimentacyjne – spożywane w różnych celach, ale nie posiadające wartości odżywczej:
  • rośliny przyprawowe,
  • używki.
• Rośliny przemysłowe – dostarczające surowca dla przemysłu:
  • rośliny włókniste,
  • rośliny garbnikodajne,
  • rośliny kauczukodajne,
  • rośliny lecznicze,
  • rośliny olejkodajne,
  • rośliny oleiste,
  • drzewa dostarczające surowca drzewnego.
• Rośliny energetyczne.
• Rośliny pastewne – dostarczające pokarm dla zwierząt.
• Rośliny rekultywacyjne.
• Rośliny ozdobne.

Znaczenie

Znaczenie ekologiczne

Rośliny są fundamentalną częścią życia na Ziemi, bez nich nie mogłaby istnieć większość innych form życia (w tym człowiek). Proces fotosyntezy jest podstawowym źródłem energii i materii organicznej w niemal wszystkich typach ekosystemów. Proces ten radykalnie zmienił skład chemiczny atmosfery, czego efektem jest 21% stężenie w niej tlenu. Zwierzęta i większość pozostałych organizmów żyjących na Ziemi są aerobami zależnymi od tlenu. Rośliny są pierwotnymi producentami w większości lądowych ekosystemów i stanowią podstawowe ogniwo łańcucha pokarmowego. Dla wielu organizmów rośliny stanowią źródło pokarmu, są schronieniem i podstawowym komponentem kształtującym siedlisko.

Znaczenie użytkowe

Rośliny dostarczają nam: tlenu, pożywienia, włókien, drewna, papieru, paliw, leków, barwników, żywic, olejków eterycznych, kauczuku. Dla ok. 40% ludności świata drewno jest podstawowym źródłem energii. Kształtują nasze środowisko życia (ekosystem) oddziałując na warunki klimatyczne, zmniejszając zanieczyszczenia powietrza i hałas. Rośliny wiążą dwutlenek węgla (ważny gaz cieplarniany). Wpływają także na nasze środowisko kulturowe ze względu na walory estetyczne, krajobrazowe, znaczenie religijne.

Zagrożenia i ochrona

Świat roślin staje w obliczu licznych zagrożeń w związku z działalnością człowieka. Przekształcanie warunków środowiskowych, fragmentacja siedlisk, introdukowanie organizmów obcych i nadmierna eksploatacja należą do największych problemów w zachowaniu różnorodności roślin. Ze względu na ograniczone zasoby, do najbardziej zagrożonych należą gatunki o niewielkich populacjach, endemiczne dla niewielkich obszarów (np. wysp). Znane są przykłady nadzwyczajnego zubożenia flory i zagłady wielu gatunków np. z Hawajów, wyspy św. Heleny. Ze względu na znaczenie roślin dla całego świata żywego naszej planety, zmniejszanie się zróżnicowania flory pociąga za sobą straty w innych grupach organizmów (np. w wyspecjalizowanych grupach owadów zapylających).

W celu powstrzymania spadku różnorodności roślin podejmowane są przez rządy i społeczności wielu krajów liczne inicjatywy. Powstają obszary chronione, banki nasion, podejmowane są działania z zakresu ochrony czynnej, wprowadzane są regulacje prawne chroniące różnorodność gatunkową roślin. Przykładem takich przepisów jest konwencja waszyngtońska ograniczająca handel gatunkami zagrożonymi i dyrektywa siedliskowa (w krajach UE), wymagająca tworzenia obszarów Natura 2000, w których skutecznie mają być zachowywane gatunki zagrożone w Europie. Wiedza o stanie i zagrożeniach roślin gromadzona jest w czerwonych księgach i listach, dzięki czemu wiadomo o priorytetach koniecznych działań i skali zagrożeń dla flor różnych obszarów. Wprowadzana jest także ochrona gatunkowa roślin.

Liczba gatunków

W 2009 Chapman oszacował łączną liczbę gatunków roślin na ok. 310 tysięcy opisanych i 390 tysięcy licząc z czekającymi na odkrycie, a w 2015 szacowano liczbę gatunków nawet na 450 tys. W międzyczasie niektórzy autorzy zwrócili uwagę na to, że liczba istniejących gatunków może być mniejsza, ponieważ szacuje się, że około 20% gatunków może być opisana pod wieloma nazwami. W 2016 Christenhusz i Byng zliczyli 374 tysiące opisanych gatunków, kwestionując próby szacowania ich potencjalnej liczby jako mało wiarygodne. Od czasu publikacji kluczowych prac Karola Linneusza (1753) liczba znanych gatunków wzrosła o ponad ćwierć miliona. Szczególnie wiele gatunków opisano w latach 1830-1850 i 1890-1920 (dochodziło ich wówczas ponad 3,5 tysiąca średniorocznie). W końcu lat 90. XX wieku opisywano nieco ponad 2 do 2,5 tys. gatunków rocznie, po czym w XXI wieku średnia liczba opisanych gatunków oscylowała ok. 2 tys. rocznie.

Nieznana jest liczba gatunków wymarłych, zanim zdołano je opisać. Z grona gatunków opisanych za wymarłe lub wymarłe w stanie dzikim uznawanych było w 2015 roku 139 gatunków.

Liczby gatunków roślin według raportu Chapmana z 2009 roku:

Liczby gatunków roślin według Christenhusza i Bynga z 2016 roku:

Zobacz też

• biosfera

Bibliografia

• Anatol Listowski: O rozwoju roślin. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1970.brak strony w książce