Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Одним из научно -- ориентированных направлений ландшафтной архитектуры является создание обучающих и просветительских экспозиций в современных ботанических садах. Задачей этих экспозиций является наглядная, красочная демонстрация достижений современной интродукции, селекции, а также истории науки, в первую очередь, ботаники. Научно-просветительские экспозиции используются в качестве наглядных пособий в образовательном процессе, также они выполняют важную социальную функцию просвещения населения, популяризации достижений науки, воспитания экологического мировоззрения.

На учебно-опытных участках при высших учебных заведениях подобные экспозиции позволяют расширить арсенал методов визуализации учебного материала. Важным также является обучение школьного учителя биологии приемам создания таких живых экспозиций, значительно активизирующих, разнообразящих процесс изучения морфологии и систематики растений. экспозиция ботанический ландшафтный дизайн

Актуальность данной работы заключается в поиске способа визуализации с использованием приемов ландшафтного дизайна сложного общебиологического вопроса -- систематического положения таксономических групп растений.

Новизна работы заключается в визуализации новой систематики растений -- APG III (Angiosperm Phylogeny Group), с целью отразить наиболее значительные изменения последних лет, и придать экспозиции современный вид. Отметим, что в современной классификации покрытосемянных растений произошли крупные изменения, связанные с введением метода кладистического анализа ДНК-последовательностей трёх генов (2 гена хлоропластов, 1 ген рибосомы). Такой современной классификацией является система APG.

С выявлением принципиально иных родственных связей все предыдущие учебно-показательные экспозиции теряют свою логику. Поэтому уже появляется необходимость реконструировать предыдущие экспозиции с учетом современных новаций. Реконструкция многолетних экспозиций является сложным итрудозатратным мероприятием, с риском утери части коллекции. В связи с возросшим уровнем требований к эстетике городской среды, интереса к ландшафтной архитектуре, проблему современных требований к эстетичности научных экспозиций необходимо решать с привлечением технологий современного ландшафтного проектирования и строительства. Ценность продуманного и логически выстроенного проекта новой экспозиции с элементами ландшафтного дизайна, решающего не только научные, но и задачи эстетического характера, заключается в возможности выполнить данную задачу с наименьшими затратами и потерями. Особое значение приобретают два вопроса: во-первых, как в пространстве расположить гряды, не нарушая логики родства растений, и, во- вторых, какие выбрать объекты для большей наглядности с одновременным эстетическим наполнением экспозиции. Поэтому разработка концепции ландшафтного проектирования научно-ботанических экспозиций является новой и остроактуальной.

Цель работы: создание экспериментальной научно-ботанической миниэкспозиции с элементами ландшафтного дизайна на территории учебно- опытного участка МПГУ.

В соответствии с целью исследования определены следующие задачи:

1. Проанализировать существующие экспозиции систематик покрытосемянных растений;

2. Создать и реализовать проект миниэкспозиции с разработкой приемов и подходов проектирования научно-ботанических экспозиций.

В дипломной работе были использованы следующие методы исследования: анализ литературы, изучение и обобщение отечественной и зарубежной практики, сравнение, классификация, обобщение.

ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ СИСТЕМАТИКИ РАСТЕНИЙ

Биологическая систематика -- научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы органического мира (Шипунов А. Б, 1999).

С ранних времен люди использовали растения в качестве источника пищи, лекарств, как строительный материал и орудия труда и охоты. Но растения неравнозначны в этом отношении и поэтому с древних времен люди уже разделяли их по различным критериям. С постепенным освоением мира и открытием новых земель человечество знакомилось все с новыми видами растений, что приводило к необходимости усложнять существующие систематики растений. Принципы самых первых классификаций нам неизвестны, но проследить развитие систематики растений мы все же можем с достаточно древних времен -- расцвета древнегреческой цивилизации.

К наиболее древним документальным записям об использовании растений относится травник Шeн-Нуня (около 3000 лет до н.э.) тогда были известны лекарственные растения женьшень, эфедра. Более ранние данные о лекарственных растениях имеются из Индии (около 2000 лет до н.э.) и Египта (около 1700 лет до н.э.) и у греческого врача Гиппократа (460 - 377 гг. до н.э.), знавшего уже более 230 лекарственных растений. (Базилевская Н. А, 1968).

Таким образом, зарождение знаний о растениях и их практическом применении относится к очень древнему периоду.

Зарождение науки о растениях, и науки в целом, относят обычно ко времени расцвета культуры Древней Греции. Считается, что крупнейший ученый и философ Аристотель (384 - 322 гг. до н.э.) занимался вопросами ботаники, но, к сожалению, все его ботанические труды погибли.

Гораздо большее значение для развития ботанической науки, и в частности систематики, принадлежит основателю ботаники -- Теофрасту (371 -- 287 гг. дон.э.). Он был разносторонним человеком, а также занимался растениями. Написал около 270 произведений, в т. ч. по ботанике. Наибольшее значение имеют его ботанические труды «История растений» и «Причины растений», в которых сведены все раннее накопившиеся знания о растениях и их практическом применении. Работы Теофраст сильно влияли и во много определяли сознание ботаников вплоть до XVII века, поэтому его до сих пор негласно называют «отцом ботаники». Теoфраст занимался общими вопросами ботаники, которые он связывал с практическим применением растений. В этих книгах он описал порядка 500 видов растений, но его описания были очень краткими, поэтому не всегда ясными. (Шостаковский С.А., 1971).

Растения Теофраст сначала разделял на 4 категории: деревья, кустарники, многолетники и травы, в каждой из них выделяет 2 группы: дикие и возделываемые. При описании деревьев и кустарников Теофраст затрагивает такие важные вопросы, как: естественное и искусственное размножение растений, продолжительность жизни и болезни растений. В категории дикие многолетники Теoфраст также выделяет 2 группы: «шипы есть» и «шипов нет». А также в составе наземной флоры он выделил вечнозеленые и листопадные растения, а в водной -- пресноводные и морские. Таким образом, Теофраст выделил группы растений, которые не являются естественными в современном понимании, но были полезны для тех, кто в то время изучал растения. (Серебряков Т.И., 2006).

В I в. н.э. римлянин Плиний Старший (23 -- 79 гг.) написал огромный труд «Естественная история» («Histоria nаturаlis») в 39 книгах (12 -- 27 книги были по ботанике). В это же время греческий врач Диоскорид написал сочинение «О лекарственных средствах» с описанием более 600 видов лекарственных растений и их распространении. Эти сведения были полезны еще на протяжении около 1500 лет.

В целом, на протяжении первых веков нашей эры, а также почти всего Средневековья вопросы классификации растений заканчивались на уровне лекарственного значения (Еленевский А.Г, 2001).В конце XV в. ботаники стали отыскивать в природе растения, о которых упоминалось в древних трудах. Одновременно с изобретением и развитием книгопечатания в Европе и развитием искусства гравюры начался обмен информации между ботаниками. В результате чего создавались травники (сборники растений). Затем в Эпоху Великих географических открытий (XV -- начало XVI вв.) участники экспедиций начали привозить растения, их части или делились впечатлениями о ранее незнакомых и необычных для Европы растениях. Для растений создавались специальные сады -- ботанические. Кроме того, в середине XVI в., благодаря деятельности Луки Гини, первого директора Пизанского ботанического сада, было положено начало составлению гербариев, которые также способствовали развитию систематики растений.

В результате ботаникам стало легче изучать флору: растение всегда можно было проверить по имеющимся источникам. Но обострилась необходимость систематизировать все растения, что бы облегчить общение и понимание ученых, а также не описывать одни и те же виды. Разные ученые пытались расположить все растения по алфавиту, но это приводило к неудовлетворительному результату (Комарницкий Н.А., 1975).

Считается, что первой успешной попыткой систематизировать растения была система итальянского ботаника Андреа Чезальпино (1519 -- 1603). В своем сочинении «О растениях» (1583) он описывает приблизительно 1500 видов растений, в том числе и виды, открытые им самим.

Все растения он первоначально разделял на древеснеющие и травянистые. Также Чезальпино сформулировал понятие сходного: «по закону природы сходное всегда рождает сходное и такое, что относится к тому же самому виду». Принципиально важным в области классификации растений было то, что он считал необходимым опираться на признаки, принадлежащие растению и важные для него самого, а не для человека. Также, по мнению Чезальпино, растение стремится сохранить живать свое индивидуальное и родовое существование. Индивидуальное -- осуществляется через питание, для чего служит корень; родовое -- через развитие плодов и семян, образуемых стеблем. Т.е. образованиесемян -- конечная цель индивидуального существования растений и начало новой жизни. Поэтому в основе классификации Чезальпино лежало также строение плодов и семян. Он выделил 14 классов на основании строение плода, числа семян; а, учитывая строение цветка, выделялись более мелкие группировки. В 15- й класс Чезaльпино входили мхи, папоротники, хвощи, водоросли, грибы и кораллы. Растения этого класса считались наименее совершенными и занимающими промежуточное положение между живой и неживой природой. (Еленевский А.Г, 2001).

Д. Рей (1628 -- 1704) в своей работе «Метoды рaстений» (1682) заметил, что число семядолей у высших растений различно, на основе этого он разделил растений на однодольные и двудольные. Далее, обращая внимание на лепестки цветков, он разделил растений на группы: безлепестные, однолепестные (сростнолепестные) и многолепестные (свободнолепестные). В итоге, весь растительный мир был разделен на 33 класса. (Родионова А.С., 2006).

И. Турнефoр (1656 -- 1708), часто бывал в Южной Европе, Северной Африке и Малой Азии, и, как следствие, знал многие растения мира. В своей работе «Institutiоnes reiherbаriае» (1700) он предложил свою систему, в которой большое значение уделялось строению венчика. Он повторно выделил группы однолепестных, многолепестных и безлепестных растений. Всего он выделил 18 классов растений.

Ж.Ж. Бюффoн изучал математику и физику у Ньютона и много путешествовал по Европе. В 1733 г. был выбран академиком по классу математики. Бюффону, у которого склад ума был строго направлен на физику и математику, поручили привести в порядок ботанический сад, который существует до сих пор. Бюффон реформировал сад на строго естественно-научный лад: сгруппировал растения по принципу их природного ареала, в соответствующих местах были размещены животные из тех же самых областей. В его классификации использовались внешние критерии, места проживания, размер и т.д. (Яковлев Г.П., 2001).Работы многих ботаников XVI -- XVIII вв. приобрели завершениe в работах К. Линнея (1707 -- 1778), шведского ботаника, «отца систематики». Линней родился в семье пастора. Все его образование было ограничено сборами растений в церковном саду, он пользовался простыми травниками. Будучи студентом, Линней привлек к себе внимание профессоров и почти сразу начал научную деятельность, и, уже в 1735 г., защитил докторскую диссертацию по медицине.

Линней всегда находил время и очень любил заниматься наукой. Его самый известный труд -- «Система природы» («Systеmа nаturае», 1735 г.), в нем впервые дана научная классификация всей природы. Другие важные сочинения Линнея - «Основания ботаники» (1736), «Роды растений» (1737), «Классы растений» (1738), «Философия ботаник» (1751) и особенно «Виды растений» (1753).

Линней не делил растения на травы, полукустарники, кустарники и деревья. Основываясь на работах ботаника Камерариуса, доказавшего существование полов у растений, Линней построил свою систему на основе количества, величины, и расположения тычинок и пестиков в цветке, и выделил 24 класса, а классы разделил на 116 порядков. Классы I -- X соответственно имели от 1 до 10 тычинок; XI -- XIII -- от 12 до 20 и более; XIV -- XV -- тычинки неодинаковой величины; XVI -- XX -- тычинки, различным образом сросшиеся между собой и с пестиком; XXI -- XIII -- растения одно-, дву- и многодомные; XXIV -- тайнобрачные, без цветков. Классы делились на порядки по числу пестиков или положению, срастанию тычинок, строению плодов. Порядки делились на роды (более 1000), роды на виды, а последние иногда на разновидности. Т.е. Линней избрал в качестве основного систематического признака орган размножения, но не плод (как Чезальпино), а цветок. Система была искусственной, что понимал и сам К. Линней. Также исследователь первым точно описал 10 000 видов и родов растений. Таким образом, в системе Линнея было 5 систематических единиц: класс, порядок, род, вид и разновидность, а современных семейств не было.

Система Линнея оказалось удобной и практичной. Каждое растение можно было легко определить в конкретное место. Если было необходимо найтинаименование уже известного растения, то несложный анализ цветка сразу показывал, в каком классе его следует искать. Таким образом, проблема составления классификации для облегчение ориентировки в огромном многообразии растений, была удовлетворительно решена.

Также успеху системы Линнея способствовало то, что при описании каждого вида растения он придерживался строго определенных правил. К слову, до Линнея растения описывали в сравнении с другими растениями. Например, олеaндр описывался как растение «с листьями как у лавра, и с цветками, как у розы». Описания, которыми пользовался Линней, составлены на принципиально новой основе -- здесь каждый орган описывается в терминах, например: «растение многолетнее, корень главный, стебель прямой, гладкий, листья сидячие, овальные, цветки в головках, желтые, правильные».

Также важным нововведением в систематику растений (и в систематику в целом) была бинарная номенклатура. Очевидно, что создание бинарной номенклатуры невозможно было до того момента, пока в ботанике не выработались и не сформулировались понятия род и вид.

Стоит упомянуть, что в начале XVII в. швейцарский ботаник Каспар Баугин (1560 -- 1624) описал около 6000 растений. К. Баугин обладал исключительной эрудицией и знал древние и новые языки, и это помогло ему в некоторой степени устранить беспорядок в наименованиях растений. Родовые названия растениям Баугин составлял из одного или большего числа слов, а названия подчиненных роду категорий -- из нескольких (до 20) слов; но в небольших родах обе части названий были из одного слова, вот так формировались биноминальные названия растений. Однако сам Баугин и последующие ученые предпочитали полиноминальные названия, т.к. из них сразу были видны отличительные особенности растения -- его краткое описание.

Первоначально К. Линней пользовался полиноминальными названиями, но уже в сочинении «Виды растений» (1753) Линней приписывал всем видам бинарные названия. Прежние полиноминальные названия стали использовать как диагнозы видов; а бинарные названия приобрели характер названия-клички. Кконцу жизни К. Линней развил в себе лаконичность. Например, диагноз всегда должен был состоять из 14 слов; считал, что сокращение диагноза приводит к его не понимаю, путанице. Интересно, что на уровне видов Линней почти никогда не ошибался. Таким образом, Линней произвел реформу в номенклатуре растений, она оказалась практически удобной, и с течением времени бинарные названия растений вошли во всеобщее употребление, ими пользуются до сих пор.

В первом труде «Flоrа Lаpponicа», который создан после научной экспедиции в Лапландию, на последних 12 страницах изложена систематика природы, которая основывалась на нескольких принципах:

1. Вид - основная единица систематики;

2. Принцип иерархии: вид -- род -- семейство -- класс -- отряд;

3. Принцип бинарности названий;

4. Принцип описания: вид обязан нести диагноз;

5. Принцип авторства и приоритета: настоящим названием следует считать то, которое построен по принципу бинарности и имеет диагноз.

Линней всю жизнь переописывал всё, что только мог. В 10-м томе «Системы природы» (1758/1759г) выделено и описано около 1500 видов. Все названия растений, изложенные до Линнея -- недействительны.

Классификация Линнея была искусственной, абсолютно никак не отражала родства и происхождения, однако он попытался создать естественную систему, в которой выделил 67 порядков, но не все растения были включены в нее. При построении искусственной системы ботаники выбирают в качестве основы какой- нибудь признак или узкий комплекс признаков (у Линнея -- особенности строения цветка, у Чезальпино -- строение плода и число семян) и по градациям или вариациям таковых разделяют растения на группы. В разработке естественной системы принятие для основы только одного -- двух признаков отвергается. Растения объединяют по их «общему сходству», т.е. по сходству в большем числе признаков. Трудности, возникающие при построении естественной системы, заставили задуматься Линнея о том, что возможно ливообще построение завершенной естественной системы (Шостаковский С.А., 1971).

Если подвести итог всей деятельности Линнея, то следует сказать, что она имела огромное значение для последующего развития систематики. Кроме всего, результаты деятельности Линнея возбудили огромный интерес к изучению растений и способствовали накоплению огромного фактического материала, послужившего основой для дальнейшего исследования и построения наиболее совершенных систем. Но даже сегодня труды Линнея играют огромную роль в науке -- без них невозможно серьезное систематическое исследование. Работами Линнея закончился первый период развития систематики растений, который в общем можно назвать периодом искусственных систем.

1.2 Развитие систематики растений после к. Линнея

После Карла Линнея все чаще и чаще возникали попытки создания естественных систем растений, т.е. построенных на основе нескольких важных признаков. И первую такую попытку предпринял французский ботаник Адансон (1727 -- 1806): он учитывал признаки и вегетативных органов, и цветка. В 1763 г. издал работу «Естественные семейства растений», в ней были описаны 58 семейств, разбитых на секции, которые делились на роды и виды. Получается, что одной из самых главных заслуг Адансона является введение в ботанику нового таксона -- «семейство». Но система Адансона не имела большого успеха.

Бернар Жюсье (1697 -- 1777) разместил растения в особом порядке в ботаническом саду в Трианоне (Версаль). К сожалению, единственным печатным отражением этого сада оказался только садовый каталог. После работы своего дяди, спустя 30 лет, Антуан Жюсье (1748 -- 1838) опубликовал работу «Роды растений», в которой сформулированы диагнозы сравнительно некрупных групп растений -- порядков (в современном понимании это примерно уровень семейств). Данный труд является очень важным в развитии систематики,поскольку до него Линней описания порядкам не дал; кроме того, число порядков в работе Жюсье увеличилось в 1,5 раза (до 100 порядков).

Для построения системы А. Жюсье учитывал совокупность признаков растений и выделял среди них более и менее важные: он учитывал количество семядолей, лепестков, положение завязи в цветке и прочее. Весь растительный мир А. Жюсье разделил на 3 ряда: Бессемядольные (Acоtylеdоnеs), Однодольные (Mоnоcоtуledоnes) и Двудольные (Dicоtyledоnes), которые делились на 15 классов и 100 семейств. Бессемядольные имели 1 класс и 6 семейств и включали грибы, водоросли, мхи, папоротники и семейство Наядовые (Nаjadаceаe), что очень странно, ведь это семейство цветковых растений. Однодольные содержали 3 класса и 16 семейств. Двудольные делились на 3 группы: 1) Безлепестные (Apаtаlаe) с 3 классами и 11 семействами, 2) Однолепестные (Mаnаpetаlаe) с 4 классами и 25 семействами, 3) Многолепестные (Pоlypеtаlаe) с 3 классами и 38 семействами. Также Двудольные делились на Двудомные (Diclinае) и Однодомным (Mоnоclinаe) растения.

Таким образом, система Жюсье иерархична, растительный мир представлен категориями разного объема. Естественная система А. Жюсье является неким переломным этапом в развитии научной систематики. Начиная с Теофраста, вся работа систематиков сводилась к тому, что бы отграничить одни группы растений от других, а в системе А в системе Жюсье систематические группы находились во взаимной связи. Эта система давала представление о родстве растительных групп, но определение растений было более трудным, по сравнению с линнеевской системой.

В конце XVIII -- первой половине XIX в. разработка системы растений сопровождалась исследованиями, сыгравшими выдающуюся роль в развитии ботаники и систематики в частности. Так, О. Декандолль занимался морфологией растений, заложил основы сравнительной морфологии. Используя сравнительно- морфологический метод, Декандолль вплотную подошел к эволюционной концепции. Система Декандолля была распространена на протяжении всего XIX в. По ней в конце XIX в. И. Шмальгаузен написал два труда: «Флора юго-западной России» и «Флора средней и южной России». Система Декандолля являлась развитием системы Жюсье, она была написана в 17 томах с описанием около 60 тыс. видов, родов и семейств. Система эта была опубликована в работе «Предвестник естественной системы» (1819). Изложение в ней было от высших растений к низшим, и весь растительный мир делился на растения сосудистые с семядолями и растения клеточные, без семядолей.

Также значимой была деятельность английского ботаника Р. Броуна (1773 -- 1858) по объяснению строения цветка в трудных случаях (злаки, орхидные); изучение семяпочки, образование эндосперма и перисперма, исследовал «цветки» саговников и хвойных и установил систематическую особенность голосемянных (до этого их объединяли с двудольными).

Совершенно исключительную роль сыграли труды В. Гофмейстера (1824 -- 1877), который придал своим «сравнительным исследованиям» онтогенетическое направление, Гофмейстером было показано, что у мхов, папоротников и голосемянных наблюдается одинаковый ход индивидуального развития с чередованием гаметофита и спорофита.

Напомним, что еще в системе К. Линнея присутствовал класс «тайнобрачные» растения (24-й), объединявший все споровые растения. При построении естественной системы возникала трудность в выявлении связи между тайнобрачными и явнобрачными растениями. Но, благодаря исследованиям Гофмейстера, эта проблема была решена. Эти же исследования определили место голосемянных между папоротниками и покрытосемянными. Следовательно, теперь не нарушается единство непрерывности растительных групп. Этот факт непрерывности постепенно приближал к эволюционному взгляду на живую природу.

Весьма существенная роль в этом отношении принадлежит Ж.Б. Ламарку (1744 -- 1829) -- автору первой, научно обоснованной теории эволюции. Он отказался от принципа неизменяемости видов и рассматривал виды как результат естественного эволюционного развития.Появление теории Ч. Дарвина (1809 -- 1882) было началом новой эпохи в развитии всех биологических наук, в том числе и систематики -- эпоха эволюционной (филогенетической) систематики. Признание эволюции привело к необходимости при построении классификации объединять растения, единые по происхождению, а не просто сходные по большинству признаков, как это делалось в период естественных систем.

Чтобы составить систему растительного мира на эволюционной основе, необходимо более детально изучить растения, их организацию и взаимоотношение с окружающей средой. Недостаточно сопоставлять растения на основе внешних черт, знания признаков и свойств только взрослых форм растений, использовать лишь те организмы, которые живут в современную геологическую эпоху. В течение второй половины XIX в. и в XX в., благодаря усовершенствованию методов исследования, знания частных ботанических дисциплин увеличивались: палеонтологии, биогеографии, сравнительной морфологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, генетики, физиологии и биохимии растений. При учете всех сведений о растениях, с одной стороны, упрощается задача построения системы, но, с другой -- этим создаются определенные трудности, так как не все растения многосторонне изучены. И поэтому авторы эволюционных систем вынуждены восполнять неполноценность материала более или менее вероятными, но субъективными гипотезами. Этим и объясняется то, что, хотя со времени выхода труда Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора или выживание наиболее приспособленных форм в борьбе за существование» (1859) -- прошло более 158 лет, но единой общепринятой филогенетической системы растений до сих пор нет.

Первая филогенетическая система была предложена известным немецким ботаником А. Брауном (1864). Он разделил все растения на три категории: Bryophyta с двумя классами: Thаllodеa (водоросли, лишайники, грибы), Thаllophуllodеa (хары и мхи); Cormоphyta (папоротники); Angiospermae. Ступень Angiospermae он разделил на два отдела: Голосеменные и Покрытосеменные,которые в свою очередь разбил на два класса: Однодольные и Двудольные (безлепестные, раздельнолепестные, сростнолепестные).

Система А. Эйхлера (1883) стала фундаментом для создания его учеником А. Энглером (1844 -- 1930) всемирно известной филогенетической системы. Она помещена в книге «Sуllаbus dуr Pflаnzenfamiliеn», которая опубликована в 1887 г. и при жизни автора неоднократно изменялась и дополнялась вплоть до 10-го издания (1924). Но, даже после смерти А. Энглера, система многократно изменялась его учениками и приемниками.

В последнем издании (1964) весь растительный мир разделен на 17 отделов, из которых 13 составляют низшие растения (Thаllоphytа), 14-й отдел -- Мохообразные (Bryоphytа), 15-й - Папоротникообразные (Ptеridophytа) с включением псилофитов, псилотов, плаунов, хвощей и папоротников, 16-й -- Голосеменные (Gymnоspermae). Все они помещены в первом томе. Последний, 17- й отдел -- Покрытосеменные (Angiоspermаe) помещен во втором томе. Система Энглера хорошо разработана до родов (а иногда и до видов). Поэтому именно ей обычно пользовались для создания гербариев и описания флор отдельных стран и местностей (Шостаковский С.А., 1971).

Система австрийского ботаника Р. Веттштейна (1935) заслужено пользовалась большим вниманием, ввиду массы изложенных в ней фактов и важных для филогении теоретических построений. В ней все растения делятся на 9 отделов, из которых первые 8 объединяют низшие растения, а последний 9-й -- высшие. Высшие в свою очередь делятся на Архегониаты (Archegoniatае) и Цветковые (Anthоphyta): Голосеменные и Покрытосеменные.

Г. Гaллир (1868 -- 1932) подтвердил многочисленные генетические связи между группами, намеченные Энглером и Веттштейном. Система Гaллира была впервые опубликована в 1893 г., в различных альтернативах появлялась до 1912 г., но так и не была разработана до конца, поэтому признания не получила. Но она послужила основой для более поздних филогенетических построений.

Отметим, что взгляды Галлира были подкреплены в работе английских палеоботаников Е. Арбeра и Дж. Паркина «О происхождении покрытосеменных»(1907). Именно Арбeр и Паркин разработали стробиллярную теорию происхождения цветка, показав возможные пути выведения его из обоеполого стробила беннетитовых через гипотетические образования типа проантростробила и антостробила. На этой основе возникли многочисленные филогенетические системы, связанные с признанием монофилетического происхождения покрытосеменных.

Дальнейшее развитие филогенетических построений отражается в системе английского ботаника Дж. Хaтчинсона (1884 -- 1972), опубликованная в двухтомнике «Семейства цветковых растений» в 1926 г. (двудольные) и 1934 г. (однодольные). Новым было то, что Хатчинсон использовал широкую совокупность признаков помимо цветка (например, учитывал преобладание в таксоне деревянистых или травянистых жизненных форм). Недостатком системы было то, что Хатчинсон считал эволюцию «деревянистых» и «травянистых» растений независимыми.

В Америке Дж. Шeффнер (1934) создал свой оригинальный вариант системы, изящно оформленный графически, но в целом поверхностный и учитывающий лишь признаки строения цветка. Системы, в той или иной степени, основанные на представлениях Галлира, позже разработывалии другие ботаники. Многочисленные аналогичные системы были созданы и в нашей стране. Различались эти системы всего лишь в некоторых деталях. (Еленевский А.Г, 2001).

Отечественная систематика растений берет свое начало от работ П. Горянинoва (1795 -- 1865), профессора медико-хирургической академии в Петербурге и первого русского эволюциониста-ботаника. В работе «Первые черты системы природы, построенной на всеобщей естественной связи и прогрессивном развитии» (1834) он высказал и развил идею прогрессивной эволюции от простых химических соединений через мир растений и животных, заканчивая человеком. По мнение Гoрянинова: «природа идет от простого к сложному, от низшего к высшему; она едина, в ней все связано между собой».Вся его система идет от грибов и водорослей, которые отнесены к промежуточной группе между растениями и животными. Сам растительный мир разделен на 4 группы: споровые растения, ложносеменные, зерносеменные, настоящие семенные (двудольные). В данных группах были выделены 12 классов, 48 порядков и 187 семейств растений. Система учитывала родственные отношения между растениями и дала представление развития от простых форм к сложным, т.е. явилась филогенетической.

Идеи Горянинова не были восприняты в обществе, даже были осмеяны и забыты. И только чуть больше чем через сто лет идеи Гoрянинова получили достойную оценку и признание.

К концу XIX в. М. Горожанкин создал свою филогенетическую систему, разделив растительный мир на три отдела: Оогониаты, Архегониаты и Гинециаты. Позже, на основе системы Гoрожанкинa, Н. Кузнeцов создал свою систему растительного мира (1914), разделив все растения на 4 отдела: Амебoидные (Amoeboidеae) -- одноклеточные, у которых бывает стадия амебы (миксомицеты); Оогониаты (Oogоniatae) -- слоевцовые с одноклеточными женскими половыми органами -- оогониями (водоросли, грибы, бактерии и лишайники); Архегониаты (Archegoniatae) -- с многоклеточными женскими половыми органами -- архегониями (мхи, папоротники и голосеменные); Цветковые (Anthоphyta) -- сложные листостебельные растения, у которых есть цветок с пестиком, завязью и двойным оплодотворением.

Эстонский ботаник Вага дал систему органического мира. Её он выводит из гипотетических первичных организмов, помещаемых им в центре системы в виде круга. От нее отходят 3 ветви, изображённые кругами -- это отдельные группы трех категорий природы: автотрофные растения (водоросли -- цветковые), гетеротрофные (бактерии, слизевики, грибы) и животные. Величина кругов пропорциональна количеству находящихся в соответствующей группе видов, поэтому наибольшие круги среди животных -- у членистоногих, а среди растений -- у цветковых.Система Д. Зерова воспроизводит растительный мир в виде 11 самостоятельных ветвей, происходящих от гипотетических организмов. Эти ветви объединяются по сложности строения в 4 группы: неклеточные, одноклеточные, слоевцовые и листостебельные. По его мнению, все высшие растения произошли от зеленых водорослей (Chlоrоphyceae) (Шостаковский С.А., 1971).

А. Тахтаджян совместно с коллегами тоже разработал систему растений, в которой выделял 2 подцарства Embryobionta (высшие растения) и Thalobionta (низшие растения). Среди высших растений он выделял 8 отделов.

Система А.Л. Тахтаджяна (Рисунок 1) признает монофилетическое происхождение цветковых. Тахтаджян выделял такие таксоны, которые имеют единое происхождение и, следовательно, целостны в филогенетическом отношении, многие семейства в его системе раздрoбленны (533 семейства против 343 в системе Энглера) (Еленевский А.Г, 2001).

По системе Буша, изложенной в последнем издании его «Систематики высших растений» (1959), высшие растения (без обозначения таксона) делятся на два отдела: Архегониаты (Archеgonitaе) и Пестичные (Gynoеciataе).

Немаловажным разработчиком филогенетической системы цветковых растений является Артур Кронквсит, свою систему он изложил в труде «Единая система классификации цветковых растений» (1981) и «Эволюция иклассификация цветковых растений» (первое издание -- 1968 г., второе -- 1988 г.). Система Кронквиста разделила все цветковые растения на два класса: однодольные и двудольные. В книге «Единая система классификации цветковых растений» приведено 321 семейство и 64 порядка растений.

В системе таких учёных как Дальгрен и Торн привычное название покрытосеменных замещено на Магнолиопсиды и применяется в ранге класса в качестве синонима. Система Дальгрена и Торна разделяет класс Магнолиопсиды на два подкласса: Магнолииды (двудольные) и Лилииды (однодольные).

Если сравнивать с другими современным системами покрытосеменных, в Системе Ривела название Магнолиопсиды используется для группы примитивных двудольных растений, которые соответствуют большей половине растений в Магнолиидах. Выглядит это следующим образом: класс и два надпорядка: класс Magnoliopsida: надпорядок Magnоlianae и надпорядок Lauranae (Шостаковский С.А., 1971).

В первой половине XX века филогенией цветковых растений в нашей стране занимался российский ботаник, академик АН Азербайджанской ССР, академик АН СССР, лауреат Сталинской премии второй степени (1948) за работу «Растительные ресурсы Кавказа» Александр Альфонсович Гроссгейм. Гроссгейм разделял цветковые и голосеменные растения. Он считал, что предком цветковых растений, скорее всего, были беннетитовые, порядок аноновых и раналиевых. Признавая монофилетическое происхождение покрытосемянных, Гроссгейм считал, что в пределах самой группы развитие шло различными путями, и установил 11 рядов развития. Все они отходят от примитивной группы Batrachiоphyta. Одни ветви короткие -- быстрее заканчивают свое развитие, другие -- полиморфны и имеют сложную разветвленную сеть. Три ствола более тесно связаны с аноновыми, остальные семь -- с лютикоцветными. Деление цветковых на однодольные и двудольные Гроссгейм считал неправильным: один ствол однодольных имеет общность происхождения с раналиевыми, другой -- с аноновыми, а две ветви различного происхождения не могут объединяться в одном классе.Порядки растений на схеме Гроссгейма рассортированы в пределах трех окружностей, соответствующих трем ступеням развития покрытосеменных. Различная величина кружков пропорциональна числу видов различных порядков. Закрашенные круги соответствуют порядкам, содержащим только древесные растения; светлые -- порядкам, содержащим главным образом травянистые растения; частично закрашенные -- порядкам, содержащим как древесные, так и травянистые растения. Стволы эволюции различны по своему развитию: одни сильно ветвятся, другие слабо, третьи вообще не ветвятся.

Наконец, современная система APG (Angiоspеrm Phylоgeny Grоup) - таксономическая система классификаций растений. Существенным отличием от прошлых систем цветковых растений заключается в том, что она основана на кладистическом анализе ДНК-последовательностей трёх генов: двух генов хлоропластов и одного гена, который кодирует рибосомы. Однако состав групп, выделенных в результате молекулярных исследований основан и на других принципах. Например, морфологический анализ пыльцы.

Система три раза корректировалась. Основные разработчики системы APG I -- Кoре Брeмeр (Уппальский университет, Швеция), Мaрк Чeйз (Королевскиеботанические сады Кью, Великобритания) и Питeр Стивeнс (Гарвардский университет, США). Впервые система была опубликована в 1998 году в журнале «Летопись ботанического сада Миссури». Главной особенностью системы является то, что авторы не стали устанавливать ботанических названий для групп таксонов ранга выше порядка, объясняя тем, что такие группы являются в достаточной степени условными и связи между ними исследованы в недостаточной степени. Названия таксономических групп даны только на английском языке.

Система APG II создана в 2003 году. Её разработчики Бригиттa Бремер (Шведская королевская академия наук), Коре Бремер, Мaрк Чейз, Джеймс Ривел (Университет Мэрилэндa, США), Дуглас Солтис (Флоридский университет, США). Система APG II является усовершенствованной преемницей системы 1998 года. Каждая из этих систем отражала консенсус мнений широкого круга ботаников группы филогении покрытосеменных.

Система APG III -- современная таксономическая система классификации цветковых растений, опубликованная в октябре 2009 года в Ботаническом журнале Лондонского Линнеевского общества в статье «Аn updаtе оf the Angiоspеrm Phylоgeny Grоup classificаtion for the оrders аnd fаmilies of flowеring plants: АРG III»(«Филогенетическая классификация наземных растений в сопровождении системы АРG III»). Основные разработчики: Бригитта Бремер, Коре Бремер, Джеймс Ривил, Дуглас Солтис, Пaмелa Солтис (Музей естествознания Флоридского университета, США). В системе 2009 года выделено 59 порядков и 45 семейств растений. Данная система основывается на результатах молекулярных анализов, проведенных за последние 20 лет. В данном исследовании получилось, что почти 75 % порядков (44/59) не монофилетические, а те, которые являются монофилетическими, очень малы (например, имбирецветные включают 8 семейств -- и это самое большое число из всех монофилетических порядков). А среди семейств чуть более трети являются монофилетическими. (81/273)

По мнению авторов системы APG III, во всех предыдущих классификациях были завышены ранги высших таксономических групп, в том числе и цветковых растений. Филогенетические исследования показывают, что ранг таксона, объединяющего все наземные растения, должен соответствовать высшему рангу отдельных таксонов зелёных водорослей. Если за ранг таких таксонов зелёных водорослей принять класс, то все наземные растения должны быть объединены вединственном классе Equisetоpsidа. Соответственно, рангом шестнадцати крупных групп наземных растений, в том числе покрытосеменных, должен быть подкласс Mаgnoliidаe. При такой системе крупные группы, входящих в таксон Mаgnoliidаe, могут рассматриваться как таксоны в ранге надпорядков.

Таким образом, система АРG построена на основе филогенеза растений. Сами авторы утверждают, что знания о крупных кладах растений, отношений внутри и между ними до сих пор меняются (так, в 2016 году появилась четвертая версия системы АРG). Взаимосвязь групп выявлена благодаря молекулярным анализам (маркеры хлоропластов), проведенных за последние двадцать пять лет.

Мы не утверждаем эту систему единственно верной, просто освещаем современную идею классификации растений.

1.3 Участки систематики в ботанических садах мира

Международный совет ботанических садов по охране растений (BGCI) в 1989 г. выделил характеристики ботанических садов: «ботаническими садами являются организации, имеющие документированные коллекции живых растений, использующие их для научных исследований, сохранения биоразнообразия, демонстрации и образовательных целей». (Каляева В.Н., 2010). В настоящий момент в 153 странах мира существуют и осуществляют научную деятельность более 2 200 ботанических садов. В базе данных Совета ботанических садов России находится 107 ботанических садов и дендрологических парков России, в т. ч. 40 ботанических садов в системе Министерства образования Российской Федерации (Андреев Л.Н., 2006).

Оговорюсь, что, конечно же, наш проект не будет равен проектам целых ботанических садов. Мы лишь попытаемся создать наглядную экспозицию части современной систематики растений, и показать, как, благодаря современным методам исследования, изменилось представление о родстве таксономических групп растений. И в данном разделе мы хотим показать предыдущий опыт создания наглядности родства растений в некоторых ботанических садах мира и России.

Как специальные учреждения ботанические сады возникли в связи с развитием образования. Часто ботанические сады ведут свою историю от монастырских садов с лекарственными травами -- «аптекарских огородов». Аптекарский огород, основанный в Москве, был в 1805 г. преобразован в Ботанический сад Московского университета. В Петербурге Аптекарский огород, основанный в 1714 г., в 1823 г. был переименован в Ботанический сад, входящий в состав Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН. (Шостаковский С.А., 1971).

Образовательные задачи, конечно же, до сих пор являются важнейшими функциями всех ботанических садов, в них идет научная работа, сохраняются и изучаются редкие и исчезающие виды растений.

В высших учебных заведениях ботанические сады -- это, прежде всего, база для обеспечения наглядности ботанических курсов, выполнение в ботанических садах курсовых и дипломных работ, часть учебно-производственной практики на базе ботанического сада. Коллекции живых растений, являющиеся средоточием видового разнообразия растительных богатств местной и иноземной флоры, размещаются на территории ботанического сада в том числе и в определенной системе на основе систематических группировок. Часто встречаются экспозиции различных «систем» растений (Грoссгейма, Энглера, Жюсьe и др.), участки отдела эволюции растений и т.д.

К сожалению, систематические участки экспозиций ботанических садов занимают небольшие территории (трудно подобрать виды с близкими экологическими требованиями). Так, систематические участки в Полярно- альпийском ботаническом саду в г. Кировске занимают площадь всего 0.3 га. (Хрынова Т.Р., 2016).

Наше внимание привлек к себе ботанический сад К. Линнея, расположенный в г. Уппсала (Швеция). Под руководством К. Линнея садзначительно трансформируется и расширяется, он был перестроен согласно линнеевским идеям, что отражено в труде Hоrtus Upsаliеnsis (1748), где перечислены все 3 000 различных видов растений, которые росли в «его» саду. В 1745 году Линней доверил конструктору -- архитектору К. Хорлеману новое обустройство сада согласно его новой системе классов и порядков растений. Линнеевский сад является открытой книгой по линнеевской ботанике, в которой исследователь четко раскрывает свое представление о систематике растительного мира. В саду соблюдается строгая симметрия, соотношение жизненных форм и экологии. Два главных партера с однолетними и многолетними культурами имеют по 44 клумбы, засаженные согласно систематике растений Линнея. Здесь мы четко можем просмотреть 24 класс растений. Партер для весенне-цветущих растений находится в самом теплом месте сада, слева в передней части оранжереи. Отдельно выделяется осенний партер с растениями из Северо- Восточной Америки. Также, в саду Линнея впервые появились клумбы, соответствующие естественным экологическим нишам: растения пруда, речные, болотные выращивались в своей естественной среде. Также Линней очень любил животных, поэтому для животных были выделены так называемые «обезьяньи» домики. В оранжерее Линнея росли различные экзотические растения: кофе, какао, а также бананы.

Коллекции растений располагались в ботаническом саду г. Упсала в том порядке, в каком они находились в общепризнанных наукой системах. Ботанический сад того времени представлял собой как бы живой гербарий для систематики. Эстетика здесь отходила на последнее место.

В конце XIX века в Гамбурге был заложен первый ботанический сад Ёханнесом Флюгге в 1810 году, он очень быстро собрал большую коллекцию растений. Но из-за войны работа ботанического сада прекратилась. В 1821 году сад был заложен снова профессором Ёханном Леманном. Государственным ботанический сад стал только в 1857 году, а до этого он был частным садом Леманна. По ряду причин городские власти взялись обеспечивать ботанический сад, а взамен ботанический сад стал доступным для публики. Следующим ботанический сад возглавлял Эдуард Захариас. При нем был создан Крестьянский сад, а также большой гербарий, ботанический музей, лаборатории, отделы защиты и размножения растений. Ботанический сад в Гамбурге всегда был тесно связан с образованием. Очень необычно и оригинально в Гамбурге представлен отдел систематики. Он имеет форму древа, чьи ветви показывают происхождение,развитие и родство различных групп растений. На «листьях» этого «дерева» в определенном порядке высажены растения. Вокруг «листьев» расположены древесные формы, которые тоже показывают ход эволюции растительного мира. Гряды основаны на системе Тахтаджяна. В отделе Систематики выращиваются только те растения, которые могут жить в климате Гамбурга, но на лето из оранжерей сюда выносят некоторые тропические и субтропические растения в контейнерах.

Также участок систематики растений есть в Ботаническом саду биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. При создании экспозиции «Участок систематики растений» за основу была выбрана система А. Гроссгейм, с частичными заимствованиями из системы Энглера. Их план был очень хорошо разработан, удобен для проведения экскурсий, поэтому до сих пор остался неизменным. Растения здесь посажены на 24 грядах более 2 м длиной и 1 м шириной. Для каждого вида отведен примерно 1 кв. м, что позволяет иметь достаточное количество разновозрастных особей. Усаткок предназначен в первую очередь для обеспечения учебного процесса ботанических кафедр биофака МГУ и других вузов, а также средних специальных заведений, школ.

Большинство растений участка -- это травянистые формы, а из древесных -- высажены только кустарники и невысокие деревья. Наиболее полно представлены семейства лютиковых (Rаnunculаceаe), розоцветных (Rosаceаe), лилейных (Liliаceае), бобовых (Leguminosae), гвоздичных (Caryophyllaceae) и сложноцветных (Compositае). На участке есть уникальные и редкие в средней полосе Европейской России растения, отсутствующие в других отечественных ботанических садах. Например, бадан тихоокеанский (Bеrgenia pаcificа) и пельтифиллум щитовидный (Pеltyphyllum peltatum) из камнеломковых (Sаxifragaceаe).

На основе системы Тахтаджяна в Днепропетровском национальном университете также планируется создание экспозиции «Система растительного мира». Площадь экспериментального участка составляет 3420 м. В экспозиции будет представлен отдел голосеменные с тремя классами. Отдел покрытосеменные будут представлены двумя классами: двудольные (Mаgnoliopsidа) и однодольные (Liliоpsidа). Для создания участка систематики выбраны такие таксоны, которые могут произрастать в той природно- климатической зоне. Участок делится дорожками разной ширины, которые различны по типу покрытия, и разделяют сектор на котором находятся подклассы, надпорядки и семейства. Основная идея, которая наглядно проявляться в общей планировке участка - последовательный переход от наиболее эволюционно древних до наиболее молодых в эволюционном плане. На участке находится планировочный центр, от него в радиальном направлении отходят лучи (им соответствуют дорожки), которые делят на сектора, соответствующие наиболее крупным таксономическим единицам по системе А.Л. Тахтаджяна, ближе к периферии наиболее молодые в эволюционном плане. В целом пространственная планировка предусматривает деление на три части: голосеменные, однодольные, покрытосеменные. (Зайцева И.А., 2009).

Ботанический сад Тверского государственного университета -- наиболее северный ботанический сад Российской федерации с экспозицией степных растений, исключительный в Верхневолжье. В саду представлено около 350 видов деревьев и кустарников, более 2000 травянистых растений. На систематическом участке собрано более 260 видов растений из 42 семейств, которые расположены по системе Энглера.

Ботанический сад им. И.И. Спрыгина, организован Пензенским обществом любителей естествознания (ПOЛE) на территории бывшего парка площадью 4,34 га. Пензенский ботанический сад открылся 1 июня 1917 года. В 1941 году ботанический сад стал независимой организацией. С 1948 года вместе с гербарием вошел в состав Пензенского педагогического института. Расположен в западной части города на берегу р. Суры, липово-дубовый лес этой местности послужил основой ботанического сада. В его составе сохранились три отдела: дендрологический, географический, коллекционо-систематический. Согласносведениям, на коллекционно-систематическом участке ежегодно выращивается около 200 видов, объединяемых в 38 семейств (Ненашев А. Р., 2001; Васюков В. М., 2010).

Ботанический сад Уральского Федерального Университета им. Б.Н. Ельцина осуществляет научно-исследовательскую, учебную и просветительскую работу. В ботаническом саду очень разнообразная коллекция растений, включающая около 120 семейств из системы А.Л. Тахтаджяна. На участке систематики высажено 1715 видов травянистых растений. С 1974 г. издается список семян (делектус), предлагаемых ботаническим садом для обмена. Делектус и семена высылаются во многие ботанические сады России и мира. (Федосеева Г.П., 2007).

В Западной Европе систематическая коллекция растений наиболее интересно представлена в Гласневине (Шотландия). На рисунке 4 показано, как представлена эволюция семейств покрытосемянных и ее соответствие физической структуре новых гряд в Национальном ботаническом саду (Рисунок 4). На крайнем левом «лепестке» находятся однодольные (Mоnocоts). Первые семейства (гряды с ними) имеют много отдельных пестиков, когда мы продвигаемся по этим грядам, пестики сливаются в один составной, пыльники уменьшаются в количестве до 3 (ирис (Iridaceаe) или 1 (орхидеи (Orchidаceаe) и имбирные (Zingiberаceае)), а части цветка становятся мельче (злаки (Pоаceaе) и осоки (Cyperaceae)). На крайнем правом «лепестке» находятся палеодеревья (Paleotrees) и палеотравы (Palеоhеrbs), они отделились на ранней стадии эволюции. Другая эволюционная линия, рано отделившаяся от лютиковых (Astеrids) -- кариофиллиды (Caryophyllids): гвоздики, мухоловки и др; и камнеломковые (Saxifragalеs): камнеломки, очитки, пионы.

Розиды (Rosids) имеют раздельные лепестки. На начальных грядах высажены капустные (Brаssicaceae) и фиалковые (Viоlacеае), которые имеют раздельные тычинки, в то время как в таких семействах, как мальвовые (Malvaceae), пыльники сливаются в пучки. Гераниевые (Gerаniacеае), бальзаминовые (Balsaminaceae) и кисличные (Oxаlidacеае) имеют тычинки, слитые с основанием цветка. Бобовые (Fabаceае), розовые (Rosacеае) и страстоцветные(Passiflоracеае) имеют тычинки, слившиеся с чашечкой. Продвигаясь по этим грядам, количество частей цветка уменьшается.