Botanika Systematyczna PDF

Preview

Summary

Błaszczuk...

Description

BOTANIKA SYSTEMATYCZNA 02.09.2017 Wykład 1 SYSTEMATYKA – nauka, której głównym celem jest opisanie, sklasyfikowanie i skatalogowanie wszystkich roślin żyjących współcześnie na Ziemi oraz tych, które występowały dawniej. To odtworzenie drzewa genetycznego (przedstawienie filogenezy, czyli stopnia pokrewieństwa). NOMENKLATURA  konieczność nadawania nazw naukowych o charakterze międzynarodowym  nazewnictwo polskie i łacińskie – nazwa rodzaju  powtarzalność badań naukowych CZYM JEST SYSTEMATYKA  Wynikiem badań systematycznych jest stworzenie klasyfikacji roślin – naturalnego systemu - roślin (ok 400 00 gatunków)  System nazywa się naturalny ponieważ opiera się na naturalnym pokrewieństwie poszczególnych grup roślinnych  Sens polega na odzwierciedleniu przez system procesu rozwojowego, czy ewolucji roślinnych  Podobieństwa stały się miarą pokrewieństwa poszczególnych gatunków czy grup roślinnych  System sztuczny – dowolnie określony cel i kryteria klasyfikacji (np. podział roślin oparty na kolorze kwiatów : kwiaty białe, żółte, fioletowe) EWOLUCJA A SPECJACJA  Ewolucja jest procesem ciągłym, polegającym na nieustannym przystosowywaniu się populacji organizmów do zmieniających się warunków otoczenia.  Proces rozpadu populacji na dwie odrębne populacje nazywamy DYWERGENCJĄ. (Należy zadać sobie pytanie: „Dlaczego się rozpada?”)  Aby dywergencja była zupełna, muszą powstać przeszkody do krzyżowania się osobników  Zjawisko istnienia barier (zjawisko izolacji) jest koniecznym warunkiem utrzymania się dywergencji początkowo jednolitych populacji.  Bariery genetyczne  Bariery geograficzne  Bariery ekologiczne  Na drodze dywergencji z jednoczesnym powstaniem barier izolacyjnych → powstają nowe grupy osobników odgraniczone nieciągłościami od innych.  Nowe jednostki taksonomiczne; podstawową jednostką taksonomiczną jest GATUNEK GATUNEK A. Zespół cech odróżniających od innych gatunków – między gatunkami występują nieciągłości – w systematyce nieciągłość określana jest nazwą „hiatus”. B. Określone miejsce – obszar geograficzny, zasięg gatunku, siedlisko (nie ma dwóch gatunków o takim samym zasięgu C. Brak możliwości krzyżowania dwóch różnych gatunków D. Gatunek ma swoją historię – powstaje, przekształca się i ginie (są gatunki starsze i młodsze, przekształcają się) POZIOMY ORGANIZACJI – SYSTEMATYKA – EWOLUCJA – KONWERGENCJA  grupy podobnych gatunków → rodzaje (genus)  grupy podobnych rodzajów → rodziny (familia)  grupy podobnych rodzin → rzędy (ordo) Hierarchia jednostek taksonomicznych Zjawisko dywengercji – czas – zanikanie form przejściowych – wyraźny hiatus Grupy, które obecnie połączone są formami przejściowymi nazywa się podgatunkami Ewolucja → stała komplikacja, wzrost złożoności w budowie organizmów Ewolucja regresywna – upraszczanie budowy i rezygnacja z osiągniętego poziomu – uproszczeniu ulegają tylko niektóre cechy

Paralelizm rozwojowy – osiągnięcie pewnego poziomu ewolucyjnego niezależnie przez kilka linii rozwojowych – powoduje upodabnianie się niespokrewnionych grup roślin i doprowadza do KONWERGENCJI Heterobatmia – występowanie cech z różnych poziomów organizacji w obrębie jednego gatunku (np. prymitywne rośliny okrytozalążkowe). To występowanie w jednym organizmie cech apomorficznych (progresywnych) i plezjomorficznych (ancestrialnych). MONOFILETYZM I POLIFILETYZM  znajomość historii rozwoju i przebiegu ewolucji z danych paleontologicznych  jednostka zawierająca grupy niespokrewnione należące do dwu odrębnych linii rozwojowych – polifiletyczna w odróżnieniu od monofiletycznej Klasyfikacja System filogenetyczny – trudności w odtworzeniu powiązań filogenetycznych 09.09.2017 Wykład 2 Gromada : Telomophyta – telomowe  rośliny „wyższe”  głównie samożywne rośliny lądowe  wszystkie tworzą zarodniki → Embrophyta  ich powstanie wiąże się z przejściem ich przodków ze środowiska wodnego na ląd SYSTEMATYKA Podgromada : Bryophytina – mszaki Klasa : Hepaticopsida – wątrobowce Podklasa : Jungermaniidae – jungermanie Podklasa : Marchantiidae – porostnice Klasa : Bryopsida – mchy Podklasa : Sphagnidae – torfowce Podklasa : Polytrichidae – płonniki Podklasa : Bryidae – prątniki

Podgromada : Bryophytina – mszaki  Grupa polifiletyczna – niezależne linie rozwojowe  Sporofit jest prostym telomem  Dominacja gametofitu nad sporofitem  Gamety żeńskie – nieruchome komórki jajowe w rodniach, Gamety męskie – ruchliwe plemniki w wielokomórkowych plemniach  Rozwój gametangiów egzogeniczny Klasa : Hepaticopsida – wątrobowce  Na świecie około 7000 gatunków, flora krajowa ok. 250 gatunków  Silne zróżnicowanie w budowie morfologicznej gametofitu - plechowaty, przylegający do podłoża u porostnic Marchantiidae - w postaci ulistnionej łodyżki (gametoforu) u jungermani Jungermaniidae  chloroplasty drobne, soczewkowate, liczne ciałka oleiste (drobinki tłuszczu, występujące tylko i wyłącznie u wątrobowców)  Sporofit : → rozwój sporofitu – długi okres w rodni → sporofit zielony, a po wydostaniu się z rodni brązowieje, wrasta stopą → stosunkowo duża zarodnia z kołnierzykiem (resztki rodni) → seta krótka → zarodnia kulista lub jajowata o ściance z kilku warstw komórek bez mechanizmów otwierających → pęka klapami  Zarodek sporofitu rozwija się zawsze w rodni kosztem sporfitu  Zarodniki – mejospory rozsiewane przez sprężyce (elatery)

   

Brak kolumienki Brak dobrze wykształconego splątka Z jednego zarodnika – jeden gametofit 3 prostnice liści, które są nieunerwione

Liście wątrobowców i mchów → W przypadku mchów listki rozmieszczone są spiralnie wzdłuż łodyżki. Natomiast u wątrobowców są starannie ułożone w dwa boczne rzędy i jeden rząd przyziemków tzw amfigastia Klasa : Briopsida – mchy  Około 10 000 gatunków w skali świata  Rozwój gametofitu w dwu etapach : splątek – gametofory  Rozwój gametoforu → na szczycie trójsieczna komórka inicjalna odkładająca segmenty tzw merofity  Oś gametoforu – parenchymatyczny rdzeń otoczony komórkami grubościennymi (tzw kora), niekiedy hydroidy i leptoidy  Liście z jednej warstwy komórek z przebiegającym przez środek żebrem  Chwytniki wielokomórkowe, rozgałęzione  Młode zawiązki rodni i plemni wytwarzają na szczycie komórkę inicjalną (apikalną) – brak u glewików i wątrobowców  Plemnie i rodnie usytuowane na szczycie gałązek, występują wstawki (parafizy) między gametangiami  Sporofit dość trwały (do 3 lat)  Sporofit → stopa, sztywna seta, zarodnia (wieczko, ozębnia – perystom, czepek (calyptra), hydroidy i leptoidy) – wzrost przez merystem interkalarny  Kolumienka  Brak sprężyc  Rozmnóżki (gemmy) - na gametofitach występują pojemniczki z gemmami Podklasa : Sphagnidae – torfowce  Flora światowa ok. 350 gatunków  Niezwykle jednolita grupa  Splątek plechowaty z jednej warstwy komórek, może rozmnażać się wegetatywnie dając początek nowym plechowatym splątkom  Charakterystyczna budowa morfologiczna : główka, gałązki przylegające i odstające  Liście – komórki wodonośne i asymilacyjne  Plemnie w kątach liści, rodnie położone szczytowo  Pseudopodium (1n) wynoszące sporofit  Bardzo krótka seta sporofitu (pojedyncza warstwa komórek)  Zarodnia z wieczkiem, brak ozębni, kolumienka  Brak perystomu Wykład 3 16.10.2017 Podklasa : Polytrychidae – płonniki  Ok. 600 gatunków we florze światowej  Splątek – silnie rozgałęziony system nici zróżnicowany na chloronemę (asymilacyjna część) i kaulonemę, tworzy ulistnione łodyżki  Splątek nie zanika, jest przytwierdzony do podłoża trwałymi chwytnikami, bardzo trwały  Budowa anatomiczna : wiązki przewodzące – hydroidy i leptoidy – wiązka przewodząca liści często łączy się z łodyżką  Liście z pochwiastą nasadą obejmują łodyżkę  Na szczycie łodyżek – skupienia plemni otoczone liśćmi tworzącymi miseczkę - perygomia  Skupienia rodni – perychecja, liście perychecjalne  Między gametangiami występują parafizy (wstawki)  SPOROFIT : → Seta – budowa jak łodyżki gametofitu, → Ozębnia – 32-64 wyrostki zbudowane z całych komórek w kształcie litery „U” → Czepek (calyptra) – pokryty długimi, gęstymi włoskami

Podklasa : Bryidae – prątniki  mchy właściwe, prątniki, liściaste  Około 9000 gatunków  Splątek, perygonia, perychecja, parafizy  Tkanka przewodząca liścia wchodzi do łodygi ale nie łączy się z nią  Sporofit : → hydroidy i leptoidy → budowa sporofitu jest doskonalsza niż gametofitu  w gametoficie brak leptoidów  Zarodnia : → Szyja (apofiza) – tkanka miękiszowa, asymilacyjna, epiderma ze szparkami jak u roślin naczyniowych → ZARODNA WŁAŚCIWA – wielowarstwowa ścianka, kolumienka do szczytu zarodni, tkanka zarodnikotwórcza (archeospor), tkanka miękiszowa → Wieczko, ozębnia z resztek ścian komórkowych, jeden lub dwa wieńce zębów  Rozmnażanie wegetatywne  Mchy ortokarpijne – rodnie na szczytach łodyżi zużywają komórkę inicjalną i kończą wzrost (Dicranum, funaria)  Mchy pleurokarpijne – rodnie na szczytach bocznych krótkich gałązek (Hylocominum sp.) Mchy to gatunki pionierskie. Można je spotkać w różnych ekosystemach : 1. Mszaki występujące w wodach stojących i płynących 2. Mszaki naskalne – epilityczne 3. Mszaki naziemne – epigeiczne 4. Mszaki nadrzewne – epiksyliczne Podgromada : Anthocerophytina – glewiki  Około 100 gatunków we florze światowej (w Polsce występuje 5)  Mieszanina cech mszaków i paprotników  Wiele cech wskazujących na znaczną odmienność zarówno od mszaków jak i wielu innych roślin lądowych. Ich specyfika dotyczy głównie budowy i rozwoju sporofitu  Przemiana pokoleń: sporofit zależny od gametofitu, sporofit zielony z merystemem interkalarnym  Brak sety  Zarodniki są przez cały czas produkowane w zarodni  Zarodnia pokryta epidermą ze szparkami  Sporofit żyje tak długo jak gametofit – brak odpowiednika u innych roślin telomowych  Gametofit – plechowaty, rozetkowaty – jeden duży chloroplast z pirenoidem otoczony pierścieniem skrobi (taki chloroplast jest ogromną rzadkością, stwierdzono tylko u prymitywnego wątrobowca Takakia)  brak ciał oleistych  szparki oddechowe gametofitów takie jak u roślin naczyniowych (ale tylko na ich sporofitach), występują na spodniej stronie plechy i są niefunkcjonujące, pod nimi komory śluzowe, które potem wypełniane są powietrzem – pozostałości po systemie asymilacyjno-przewietrzającym  brak epidermy  Gametangia: rodnie i plemnia – rozwój endogeniczny i budowa jak u paprotników  Sporofit → zygota dzieli się podłużnie (większość telomowych poprzecznie), → dobrze rozwinięta stopa, → brak sety, → merystem interkalarny → ZARODNIA : jeden do kilkunastu cm, ściana zarodni zbudowana z kilku warstw komórek, zielona ze szparkami  Kolumienka, archeospor różnicujący się na komórki płonne (pseudoelatery) i komórki macierzyste zarodników Glewiki są roślinami pionierskimi – występują na odkrytej, gliniastej glebie, na wilgotnych skarpach, polach, rowach itd. Ich plecha osiąga 0,5 – 1,5 cm szerokości. W pojedynczej komórce glewika obecny jest jeden, duży chloroplast. Podgromada : Lycophytina – widłakowe Klasa: Lycopsida – widłaki jednakozarodnikowe Rząd: Asteroxylales – prawidłakowce †

Rząd: Lycopodiales – widłakowce Rząd: Protolepidodendrales – pralepidodendrowce † Klasa: Isoëtopsida – widłaki różnozarodnikowe Rząd: Lepidophytales – lepidofity † Rząd: Pleuromeiales – pleuromejowce † Rząd: Isoetales – poryblinowce Rząd: Lepidocarpales – widłaki nasienne Klasa: Selaginellopsida – widliczki

SPOROFIT makrosporofil – liść zarodnionośny ↓ mejoza → makrosporangium ↓ makrospora – zarodnik duży ↓ gametofit żeński ↓ rodnia – gametangia żeńskie ↓ gameta żeńska – komórka jajowa ↓ zygota - zarodnia sporofitu

mikrosporofil – liść zarodnionośny ↓ mikrosporangium ←mejoza ↓ zarodnik mały – mikrospora ↓ gametofit męski ↓ plemnia – gametangium męskie ↓ gamety męskie - plemniki

SPOROFIT

Paprotniki - krótkie terminy → gametofit – przedrośle, jednopienny lub dwupienny, samodzielny zielony lub podziemny współżyjący z grzybami → sporofit - liście asymilacyjne małe – mikrofile, - liście asymilacyjne duże – makrofile, - liście z zarodniami – liście zarodnionośne – sporofile → liście zarodnionośne zebrane w kłosy zarodnionosne – sporofilostany → sporofit jednakozarodnikowy – zarodnia (sporangia) na trzoneczkach, → sporofit różnozarodnikowy – makrosporangia, mikrosporangia → makrosporofile – liście na których leżą makrosporangia (liść żeński) → mikrosporofile – liście na których leżą mikrosporangia → kłosy zarodnionośne – makrosporofilostany – kłosy żeńskie, mikrosporofilostany – kłosy męskie Klasa: Lycopsida – widłaki jednakozarodnikowe Rząd: Asteroxylales – prawidkłakowce †  Asteroxylon mackiei – asteroksylon – dolnodewoński, torfowisko w Rhyniz, ok 350 mln lat  oś główna  rozgałęzienie monopoidalne  drobne liście - mikrofilne  budowa anatomiczna – prymitywna aktynostela  drewno z cewek, łyko bez typowych komórek sitowych  zarodnie o nerkowatym kształcie, otwierające się podłużną szczeliną na końcach krótkich trzoneczków Rząd: Lycopodiales – widłakowce  jedyny rząd żyjący współcześnie  ok 400 gatunków – flora światowa  wiele cech prymitywnych : wiązka przewodząca – aktinostela lub plektostela  liście asymilacyjne drobne → mikrofile  liście zarodnionośne zebrane w kłosy – strobile, sporofilostany (wyjątek widłak wroniec u którego brak kłosów)

Klasa: Iseopsida – widłaki róznozarodnikowe  grupa bardzo zróżnicowana – w większości to rośliny wymarłe  bardzo duże rozmiary dzięki wtórnemu przyrostowi na grubość  występowanie liguli (języczek) – organ liściopodobny, zbudowany z tkanki miękiszowej, związany z normalnymi liśćmi  występowanie dwojakich zarodników  plemniki ruchome, opatrzone wieloma wiciami Rząd: Lepidophytales – lepidofity  Lepidodendron – pokrój drzew o wysokości do 30m, pień do 2m średnicy u nasady, dychotomicznie rozgałęziona, stosunkowo luźna korona  róznozarodnikowe zarodnie  wtórny przyrost na grubość  Dwa merystemy: → kambium między drewnem i łykiem → merystem korowy (odpowiednik felogenu)  były to byliny – pnie puste w środku  gałęzie pokryte liśćmi przypominającymi budową liść nagozalążkowych Klasa: Selaginellopsida – widliczki Podgromada: Sphenophytina – skrzypowe Klasa: Sphenopsida – skrzypy Rząd: Hyeniales – praskrzypowce Rząd: Sphenophyllales – klinolisty Rząd: Equisetales – skrzypowce Rodzaj: Equisetum – skrzyp Podgromada: Pterophytina – paprociowe Klasa: Pteropsida – paprocie  obecnie żyjące paprocie – ok 10 000 gatunków (jedynie niewielka część grupy wymarłej)  Niejednorodna grupa obejmująca szereg form rozwojowych  WSPÓLNE CECHY:  niewielkie rozmiary ciała , brak tkanek wtórnych – nie przyrastają na grubość  makrofilne liście – duże, charakterystycznie podzielone blaszki, pastorałowato zwinięte  wielokomórkowe łuski na łodygach także podziemnych oraz na łuskach liści  Położenie zarodni:  na końcach telomów  na brzegu liścia  na wewnętrznej stronie liścia  Zarodnie u form prymitywnych kilkuwarstwowe  zarodnie zrastają się w grupy - synangia  zarodnie nie zrośnięte zebrane w kupki  Dominują formy jednakozarodnikowe Klasa: Pteropsida Podklasa: Coenopterididae – staropaprocie (całkowicie wymarłe) Podklasa: Ophioglossidae – nasięźrzałowe  jedynie rośliny żyjące współcześnie  byliny małych rozmiarów wydające co roku tylko jeden liść nadziemny  łodyga krótka, bezzieleniowa – syfonostela przechodząca w diktiostelę  słaby, ale wyraźny wtórny przyrost na grubość  ogonek liścia rozgałęzia się dychotomicznie dzieląc blaszkę liściową na część asymilacyjną i zarodnionośną (nie leżą w tej samej płaszczyźnie)  dwa rodzaje: Ophioglossum (nasięźrzał) i bardziej prymitywny Botrychium (podejźrzon)  kuliste zarodnie do 3mm średnicy, umieszczone są na trzoneczkach  ściana zarodni masywna, zbudowana z wielu warstw komórek, brak mechanizmów otwierających, wszystkie zarodniki jednakowe



gametofit podziemny, bezzieleniowy, współżyje z grzybami

Podklasa: Marattidae – strzelichowe  około 200 gatunków, znane również formy kopalne mają wyraźnie reliktowy charakter i występują wyłącznie w krajach tropikalnych  krótkie pędy – częściowo podziemne protostela – diktiostela  liście długie do 9m, blaszki liściowe silnie podzielone  zarodnie grubościenne w kupkach lub synangiach  na dolnej stronie blaszki liściowej zarodniki jednakowe  gametofity zielone, samożywne, plechowate, nadziemne Porównanie najważniejszych cech różniących podklasy nasięźrzałowych i strzelichowych Ophioglossidae

Marattidae

Podziemny, bezzieleniowy

Naziemny, zielony

Tworzy przeważnie tylko jeden liść na szczycie

Tworzy wiele liści na szczycie

→ budowa anatomiczna

Syfonostela

Diktiostela

→ liść

Blaszka rozgałęziona w dwóch płaszczyznach

Blaszka w jednej płaszczyźnie

→ ułożenie liści w pączku

Oś liścia przeważnie prosta (jedynie na szczycie lekko zgięta)

Oś liścia pastorałowato zwinięta

→ położenie zarodni

Szczytowe na specjalnych odgałęzieniach blaszki liściowej

Odosiowe na blaszkach normalnych liści

GAMETOFIT SPOROFIT → łodyga

Podklasa: Osmundidae – długoszowe Rząd: Osmundales – długoszowce Rodzina: Osmundaceae – długoszowate  w Polsce tylko jeden rodzaj długosz – Długosz królewski Osmunda regalis  łodyga całkowicie ukryta pod ziemią, budowa syfonosteliczna, brak przyrostu na grubość  liście duże (do 2m), blaszka z merystemem o trójsiecznej komórce inicjalnej  w liściach wyraźna część zarodnionośna  zarodnie na trzoneczkach z pierścieniem (pierścień nie otwiera zarodni lecz bierze udział w jej rozwarciu) Podklasa: Filicidae – paprocie cienkozarodniowe  łodygi przeważnie podziemne, kłącza o charakterze diktiosteli  zarodnie umieszczone na dolnej stronie liścia, rzadziej na brzegu, zebrane w kupki tzw sorusy  budowa morfologiczna sorusa:



kolejność dojrzewania zarodni w kupce:

 

ściana zarodni jednowarstwowa, zarodnie umieszczone na długich trzoneczkach zarodnie pękają poprzecznie – pierścień rozrywający reguluje stopień otwarcia zarodniagametofity najczęściej zielone, plechowate lub nitkowate

Podklasa: Filicidae Rząd: Schizaeales – szparnicowce  niewielka grupa tropikalnych, prymitywnych gatunków  zarodnie na trzoneczkach, pękają podłużną szparą i dojrzewają jednocześnie Rząd: Gleicheniales – glejcheniowce Rodzina: glejcheniowate  Małe koliste kupki bez zawijki na spodniej stronie liści  Zarodnie w kupkach dojrzewają jednocześnie, są duże i pękają podłużną szparą  Rodzina ma charakter reliktowy, występuje na obszarach tropikalnych i umiarkowanych półkuli południowej  Australijska platyzoma (Platyzoma microphyllum) – dwa rodzaje zarodników – drobne po 32 w zarodni i większe po 16 w zarodni  Zarodniki mniejsze kiełkują w przedrośle męskie (nitkowate twory z plemniami)  Zarodniki większe kiełkują w przedrośla (listkowate plechy produkujące na początku rodnie a potem plemnie)  Produkcja zarodników pośredniej wielkości  Początki różnozarodnikowości Rodzina: Polypodiaceae – paprotkowate  Najbardziej wyspecjalizowani przedstawiciele rzędu glajcheniowców  Jedyny krajowy przedstawiciel – Polypodium vulgare, paprotka zwyczajna  Zarodnie dojrzewają w kupkach nieregularnie Rząd: Cyatheales – olbrzymkowce  Ogromna większość przedstawicieli podklasy paproci cienkozarodniowych  Procesy przechodzenia kupek zarodniowych z położeniem marginalnego (brzeżnego) w powierzchniowe odosiowe  Udoskonalenie walca osiowego od protosteli do skomplikowanej diktiosteli  Dojrzewanie zarodni od stopniowego do nieregularnego  Kupki zarodnionośne często z zawijką  DWIE WYRAŹNE LINIE ROZWOJOWE 1. Rodzina olbrzymkowate, diksoniowate – paprocie drzewiaste, duże liście i łodygi; rodzina podłuskowate – paprocie o podziemnych łodygach,dużych liściach i silnie podzielonej blaszce, kupki zarodnionośne na brzegu otoczone są zawijką, w Polsce: orlica pospolita Pteridium aquilinum; charakter reliktowy 2. Ogromna większość współcześnie żyjących paproci przeważająca liczba polskich przedstawicieli; rodzina narecznicowate Dryopteridaceae Podklasa: Marsileidae – marsyliowe  Ok 70 gatunków paproci różnozarodnikowych  Budowa anatomiczna kłącza ma charakter amfifloicznej syfonosteli, w korzeniach wy...