Какие приспособления у цветковых растений не препятствуют самоопылению

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

Развитие управляющих функций мозга ребёнка: полезные советы и упражнения для педагогов

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

БИОЛОГИЯ КЛАСС: 6

Тема урока: Виды опыления.

Цели урока:

· Образовательные : познакомить учащихся с различными способами опыления у цветковых растений, рассмотреть приспособления растений к различным способам опыления, возникшими в ходе эволюции; показать значения опыления в жизни растений.

· Развивающие: сформировать умения выделять главное, сравнивать, систематизировать особенности насекомоопыляемых и ветроопыляемых растений, продолжить формирование умения работать с учебником.

· Воспитательные: способствовать этическому воспитанию детей, создавать ситуацию успеха у детей, прививать любовь к природе.

Тип урока: комбинированный

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, самостоятельный, рассказ, беседа

Оборудование: учебник, рисунки учебника

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

Вопросы к учащимся:

1. Какова основная функция цветка?

2. Что такое соцветие?

3. Какова основная биологическая роль соцветий?

4. Какие соцветия называют простыми?

5. Приведите примеры простых соцветий.

6. Какие соцветия называют сложными?

7. Приведите примеры сложных соцветий.

8. Приведите примеры растений, имеющих соцветие кисть.

9. Приведите примеры растений, имеющих соцветие корзинка.

10. Приведите примеры растений, имеющих соцветие простой колос.

11. Приведите примеры растений, имеющих соцветие сложный зонтик.

12. Приведите примеры растений, имеющих соцветие сложный колос.

1. Образуют венчик

2. Окружён чашелистиками

3. Венчик + чашелистики = ?

4. Орган полового размножения

5. Завязь + столбик + рыльце = ?

6. Окружают венчик

7. Одна из главных частей цветка

8. Группа цветков, собранных вместе

9. Расширенная часть цветоножки

3. Изучение новой темы.

– Вспомним, какова основная функция цветка. (Размножение, т. е. образование семян.)

Для образования семян необходимо, чтобы произошло опыление, а потом и оплодотворение.

Опыление – это перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика.

Цветковые растения в процессе длительной эволюции выработали различные приспособления для эффективного опыления. Существует несколько видов опыления: самоопыление и перекрестное опыление.

Вопросы для беседы: Что такое самоопыление и перекрестное опыление?

Если пыльца с одного цветка попадает на рыльце пестика того же цветка, такой способ называют самоопылением.

Самоопыление - перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика этого же цветка.

Если же пыльца с одного цветка попадает на рыльце пестика другого цветка, такой способ называют перекрестным опылением. Перекрестное опыление - перенос пыльцы с тычинок на рыльца пестиков других цветков. Перекрестное опыление характерно для большинства растений.

– Вопрос: Как вы думаете, при каком опылении потомство будет очень похоже на родительское растение, а при каком не совсем? Почему?(при самоопылении потомство будет очень похоже на родительское растение, т.к. опыление происходит при участии одного цветка, а при перекрестном опылении будет несколько отличаться от родительского растения).

Как мы уже говорили, самоопыление в природе встречается крайне редко.

– Как вы думаете, для чего растениям необходим такой способ опыления? (Ответы учащихся.)

Самоопыление является гарантией того, что растение будет опылено.

– Как вы думаете, какие приспособления могут быть у самоопы ляемых растений? (Ответы учащихся.)

Обычно у таких растений тычинки длиннее пестиков, и пыльца с них под действием силы тяжести сама осыпается на пестики.

Цветки картофеля и томатов раскрываются уже опыленными.

– А какие приспособления могут быть у растений к перекрестному опылению? (Учащиеся высказывают предположения.)

Специальные приспособления к перекрестному опылению

• Тычинки короче пестиков (пыльца не осыпается на пестик);

• тычинки и пестики в одном цветке созревают в разное время;

• однополые цветки (тычинки и пестики находятся на разных цветках);

• двудомные растения (женские и мужские цветки находятся на разных особях).

При перекрестном опылении пыльца с одного цветка на другой может переноситься разными способами: с помощью ветра, воды, насекомых, птиц и даже млекопитающих.

– Кто или что чаще всего принимает участие в переносе пыльцы растений при перекрестном опылении? (Ответы учащихся.)

Чаще всего растение опыляют насекомые или ветер. Растения, опыляемые насекомыми, называют насекомоопыляемыми.

– Какие приспособления к опылению насекомыми могут встречаться у растений? (Учащиеся высказывают предположения.)

Приспособления растений к опылению насекомыми

• Крупный яркий околоцветник, привлекающий насекомых;

• крупные, заметные соцветия;

• выделение нектара особыми железами – нектарниками (нектар и пыльца являются пищей для многих насекомых);

• запах, привлекающий насекомых (многих насекомых могут привлекать запахи, не приятные для человека);

• выросты и крючочки на оболочке пыльцы, способствующие удержанию ее на теле насекомых.

Кроме того, у некоторых растений встречаются приспособления к опылению конкретными насекомыми. Например, львиный зев и клевер приспособлены к опылению шмелями. Нектар у этих растений находится очень глубоко, и пока шмель доберется до него, он обязательно оставит пыльцу на пестиках цветка. Цветок душистого табака имеет сростнолепестный венчик, образующий

глубокую воронку, поэтому нектар этих цветков доступен только для ночных бабочек-бражников, у которых есть специальный длинный хоботок.

Цветки тропической лианы раффлезии Арнольди имеют запах тухлого мяса.

– Как вы думаете, какими насекомыми опыляется это растение? (Ответы учащихся.)

Этот запах привлекает различных мух. Многие цветки приспособились к опылению ночными насекомыми, поэтому их запах

усиливается ночью, как, например, у ночной фиалки.

Растения, опыляемые ветром, называют ветроопыляемыми.

– Как вы думаете, какими могут быть приспособления растений к опылению ветром? (Ответы учащихся.)

Приспособления растений к опылению ветром

• Растения цветут очень рано, до того как распустятся листья или одновременно с их распусканием. Это увеличивает вероятность попадания пыльцы на пестики;

• околоцветник этих цветков слабо развит или вообще отсутствует;

• цветки мелкие, часто бывают собраны в большие соцветия;

• образуется огромное количество пыльцы, так как это увеличивает вероятность попадания ее на пестики;

• пыльца мелкая, сухая, легкая;

• ветроопыляемые растения растут большими группами.

– Какие ветроопыляемые растения вы можете назвать? (Ответы учащихся.)

Ветроопыляемыми являются многие деревья: ольха, осина, береза, дуб, орешник. А также такие травы, как тимофеевка, рожь, кукуруза, пырей, осоки.

– Кто еще может быть опылителем? (Ответы учащихся.)

В тропиках встречаются цветки, опыляемые птицами, например колибри и нектарницами. Эти цветки обычно не пахнут, так как у птиц обоняние развито слабо, но имеют яркие околоцветники. Нектар у этих цветков водянистый, зато выделяется его очень много, что и привлекает птиц-опылителей. Кроме птиц и насекомых, в опылении растений могут участвовать также и млекопитающие, например летучие мыши. У некоторых водных и околоводных растений, таких, как элодея, роголистник, перенос пыльцы осуществляется при помощи воды.

Для повышения урожайности некоторых растений или выведения новых сортов человек сознательно переносит пыльцу с тычинок одних цветков на рыльца пестиков других цветков.

Опыление, которое происходит при участии человека, называют искусственным. Обычно его производят сухой мягкой кисточкой, при помощи которой снимают пыльцу с тычинок одних цветков

и наносят на рыльца пестиков других.

У некоторых растений, во избежание самоопыления, ученым приходится аккуратно вскрывать нераспустившийся цветок и удалять из него тычинки. При выведении новых сортов, чтобы не занести на опыляемые цветки посторонней пыльцы, на них надевают специальные мешочки. При помощи искусственного опыления было выведено множество ценных сортов сельскохозяйственных и декоративных растений.

- Растениям растущим в теплицах и парниках также необходимо искусственное опыление.

Почему? Предполагаемый ответ: так как в закрытых помещениях нет насекомых, способствующих опылению.

4. Закрепление знаний и умений

Самостоятельная работа в тетради . Заполнить письменно таблицу в тетради.

Сравнение насекомоопыляемых и ветроопыляемых растений.

Признаки цветка

Насекомоопыляемые растения

Ветроопыляемые растения

Невзрачный или отсутствует

2. Расположение тычинок

Открыто, пыльники на длинных нитях

3. Рыльца пестиков

Большие, часто перистые

Не очень много, липкая, крупная

Очень много, сухая, мелкая

1. Почему растения, цветущие вечером и ночью, чаще имеют венчики белого и желтого цвета?

2. Из двух цветков яблони один образовал плод, а другой нет. Почему так произошло?

3. Почему некоторые растения зацветают прежде, чем появятся листья?

4. Почему безветренная погода во время цветения может стать причиной снижения урожайности?

5.Итог урока, рефлексия учебной деятельности

- Что узнали сегодня для себя нового?

6. Домашнее задание.

1.Прочитать параграф, знать основные термины.

2. Решить биологическую задачу.

Известно, что если в период цветения яблонь стоит холодная и дождливая погода, то урожай яблок будет крайне низким или его может не быть вообще. Объясните причину этого явления. Что необходимо предпринять, чтобы обеспечить урожай яблок при условии, что в период цветения погода остается неблагоприятной.

Следующим очень важным этапом размножения цветковых является опыление-перенос пыльцевых зерен на рыльце пестика (напомнить, что у голосеменных пыльцевые зерна при опылении попадают непосредственно на семязачаток). Обращаем особое внима­ние на огромное разнообразие у цветковых растение адаптаций, обеспечивающих или облегчающих опыле­ние. Пыльца переносится на рыльце пестика различ­ными способами, но в зависимости от того, с какого цветка эта пыльца берется, выделяют два основных типа: самоопыление и перекрестное опыление.

Способы опыления

У перекрестноопыляемых цвет­ковых растений очень разнообразны. Условно их можно разделить на две группы. В первой перенос пыльцы осу­ществляется животными, главным образом, насекомы­ми, а также некоторыми позвоночными (большинство из которых также освоили воздушную среду - птицы и летучие мыши). Во второй группе пыльца переносится абиотическими факторами - ветром и реже водой.

У растений, опыляемых животными, обычно фор­мируются различные адаптации, способствующие при­влечению опылителей. Обычно они имеют яркоокрашенные крупные цветки. Если цветки мелкие, то они, как правило, оказываются собранными в соцветия, что также зрительно увеличивает их. Однако размеры, ок­раска и форма цветка позволяют опылителю только увидеть его. Для стимуляции животного исполнить роль опылителя обычно недостаточно, поэтому растения на­ряду с этим привлекают еще и пищей, которой чаще всего является нектар, выделяемый нектарниками (бо­лее подробно о нектарниках рассказано в разделе, по­священном выделительным тканям). Некоторые расте­ния также образуют большое количество пыльцы, которую опылители охотно поедают. Необходимо, что­бы пыльца любым способом попала на опылителя, ко­торый переносит ее на другой цветок этого же вида.

Биотическими опылителями являются насекомые, птицы и млекопитающие. Соответственно различают энтомофилию, орнитофилию и зоофилию.

Энтомофилия, или опыление насекомыми, чрез­вычайно широко распространено в природе. Роль насе­комых в историческом развитии покрытосеменных трудно переоценить, однако и сами насекомые многим обязаны цветковым. В итоге наблюдается большое раз­нообразие взаимных адаптаций, которые выработали растения и насекомые. Эти адаптации порой бывают настолько узкими, что растение может опыляться лишь определенным видом насекомых.

Среди составных компонентов наиболее распрост­ранены монотерпены (С₁₀Н₁₆), причем как алифатичес­кие, так и циклические. Примером алифатических (ациклических) является линалоол, который придает цветкам ландыша характерный запах. Близ­кие по химическому строению к линалоолу гераниол, цитронеллол и нерол обеспечивают запах цветкам розы. Коричный спирт определяет запах гиацинта, кетон пармон - фиалки, смесь из линалоола, индола, бензилацетата и жасмона - жасмина и т.д. Эфирные масла широко используются человеком в парфюмерной промышленности и в медицине. Наи­более известно в этом отношении розовое масло, для производства которого выращиваются обширные план­тации роз. Примерно 80% всего объема розового масла получается из одного вида - Rosa damascena, причем для получения одного килограмма масла необходимо переработать 35 млн. розовых лепестков. Установлено, что у насекомых обоняние развито очень хорошо, они способны различать запахи, даже если концентрация летучего вещества в воздухе край­не мала (более подробно об этом рассказано в разделе, посвященном насекомым), поэтому насекомые легко на­ходят цветки. Поскольку отдельные части цветка ис­точают разные запахи, насекомые легко их определя­ют и более легко ориентируются в цветке. Отдельно следует выделить растения, цветки кото­рых выделяют вещества, напоминающие половые аттрактанты насекомых.

это те вещества, которые выделяют самки насекомых в период размножения для привлечения самцов. Приле­тевшие на запах возбужденные самцы пытаются копу­лировать с цветком (который вдобавок ко всему еще имеет форму насекомого) и при этом покрываются пыль­цой, которую они потом переносят на другой цветок. Такие адаптации выработали некоторые орхидные, опы­ляемые одиночными перепончатокрылыми.

Таким образом, у растений имеется дальняя сигна­лизация, стимулирующая прилет опылителя, и ближ­няя сигнализация, стимулирующая посещение опыли­телем цветка. Однако у разных насекомых дальняя и ближняя сигнализация воспринимается разными орга­нами чувств. Например, у дневных опылителей прилет стимулируется внешним видом цветка, его размерами, окраской, формой, определяемыми зрительно, тогда как у ночных насекомых фактором дальнего привлечения является запах. Например, цветки душистого табака опыляются ночными бабочками. Поэтому они днем зак­рыты, а ночью распускаются и усиливают аромат. За­пах привлекает издалека не только ночных насекомых, но и многих дневных. В особенности это относится к цветкам, которые источают запах гниющего мяса или экскрементов (например, раффлезии, аронники, стапе- лии). Такие цветки привлекают тучи мух, которые и опыляют цветки. Как мы уже говорили, растения вырабатывают морфологические адаптации, которые обеспечивают попадание пыльцы на опылителя. Обычно строение цветка таково, что, добираясь до желанного нектара, опылитель покрывается пыльцой. Перелетая затем на другие цветки, он трется измазанным телом о рыльце, и пыльцевые зерна прилипают к нему. Нередко цветок при этом имеет очень сложное строение и вынуждает насекомое проделать движения, необходимые для по­падания на него пыльцы (рис. 304).

Тесное и взаимовыгодное сотрудничество насекомых и покрытосеменных оказалось чрезвычайно плодотвор­ным. Поэтому в настоящее время цветковые доминиру­ют в царстве растений и имеют самое значительное ви­довое разнообразие. Это же относится и к насекомым, численность видов которых значительно превышает коли­чество видов всех остальных животных, вместе взятых.

Орнитофилия, т.е. перенос пыльцы птицами-опылителями, распространена менее широко, чем энтомо­филия. Чаще всего опыление производят мелкие пти­цы, такие как колибри (рис. 305) и цветочницы в Аме­рике, нектарницы, белоглазки и медососы в Евразии, гавайские цветочницы. Такие птицы обычно собирают нектар в полете, для чего они зависают в воздухе на­подобие бабочек-бражников (размеры колибри могут быть даже меньше крупных бабочек) и исследуют цвет­ки с помощью очень длинного клюва. Если цветок круп­ный, то птица попросту садится на него. Опылителями могут быть и довольно крупные птицы, например по­пугаи лори, обитающие в тропической Азии. У этих попугаев очень свое­образный язык - его кончик представ­ляет собой кисточ­ку, с помощью кото­рого птица поглоща­ет нектар. Нектар орнитофильных рас­тений гораздо более жидкий, чем у энтомофильных (содер­жание сахара всегооколо 5%), но его образуется очень много.

Орнитофилия в основном распространена у тропи­ческих и экваториальных растений, однако встречается и у растений умеренного климата. Систематическое по­ложение их различно - они относятся как к двудоль­ным (миртовые, бобовые, вересковые и др.), так и к од­нодольным (банановые, лилейные, бромелиевые и др.).

Самоопыление

Самоопыление встречается у относительно небольшого числа цветковых. В этом случае не происходит обмен генетической информацией между разными особями, поскольку пыльцевые зерна попадают на рыльце пестика либо из пыльника одной из тычинок этого же цветка, либо с другого цветка, расположенного на том же растении. Поскольку все события происходят в пределах одной особи, при самоопылении не происходит обмен генетической информации, а имеют место лишь комбинативные изменения наследственного материала в ходе соответствующих процессов в мейозе (при спорогенезе). Отсутствие новых аллелей приводит к появлению чис­тых линий гомозиготных популяций в пределах одного вида, неспособных обмениваться генами, подвергшимися мутациям (в том числе полезных), поэтому процессы ви­дообразования в этих популяциях идут самостоятельно.

Постоянное самоопыление возникает при физичес­кой невозможности (в силу каких-либо объективных причин) переноса пыльцы с одного растения на другое, при этом обмен растениями пыльцой в обычных условиях не происходит. Такой тип опыления можно рассмат­ривать как адаптацию, поскольку для растительного орга­низма не доступна пыльца с других растений и использование собственных пыльцевых зерен представляется единственной возможностью образовать семена. Случай­ное самоопыление происходит у многих покрытосемен­ных в том случае, когда цветки обмениваются между со­бой пыльцой, но наряду с этим на рыльце возможно попадание пыльцевых зерен, образованных в собственном цветке. В этом случае образуется относительно небольшой процент гомозиготных организмов. Наконец у ряда покрытосеменных в обычных условиях рыльце опыляется чужой пыльцой, но если по каким-либо причинам этого долго не происходит, в последний момент (когда плодолистик еще сохраняет способность воспринимать пыльцевые зерна) на рыльце попадает собственная пыльца, запас которой все это время имеется в цветке. В этом случае самоопыление представляет собой вынужденное событие, но это также представляет собой адаптацию, поскольку совершенно очевидно, что с точки зрения биологической целесообразности лучше произвести самоопыление и сформировать плоды семенами, чем не опылиться вовсе и, соответственно, остаться без семян. Отметим , что самоопылением считается не только перенос с тычинки на рыльце того же самого цветка, но и опыление пыльцой другого цветка, расположенного на том же растении. Причем последний способ самоопыления (он называется гейтеногамией) является единственным возможным у форм с однополыми цветками, поскольку у них тычинки с пыльниками и плодолистики с рыльцами находятся в разных цветках.

Перекрестное опыление

Перекрестное опыление, или ксеногамия (греч. хеnos чужой, gamos - брак), представляет собой перенос различными способами пыльцы из пыльника одного растения на рыльце другого. Этот тип опыления у цветковых значительно более распространен, чем самоопыление. В этом случае между разными особями одного вида обязательно происходит обмен аллелями, что приводит к увеличению доли гетерозиготных организмов. Это справедливо можно рассматривать как преимущество по сравнению с самоопылением, поскольку здесь не происходит генетической изоляции отдельных клонов, а возникшие мутации свободно распространяются в пределах популяции.

Для того чтобы произошло перекрестное опыление цветки выработали различные адаптации, которые либо вообще исключают саму возможность самоопыления, либо в какой-то степени ограничивают её вероятность. Следует отметить, что полное отсутствие самоопыления не так уж и полезно для вида, поскольку в этом случае растение оказывается неспособным произвести семена, если по каким-либо причинам не произошло перекрестное опыление(например, отсутствие соответствующих опылителей, низкая плотность произрастания особей данного вида и др.). Для растения наиболее целесообразным является приобретение таких приспособлений, которые до последнего момента будут способствовать перекрестному опылению, но если оно не произойдет, обеспечат самоопыление, и растение при этом сможет образовать семена (пусть даже используя для этого лишь свой генетический материал). Приспособления, ограничивающие самоопыление, очень разнообразны. Рассмотрим некоторые из них.

Двудомность является наиболее надежным способом предотвращения самоопыления. Иными словами, у двудомных растений самоопыление в принципе невозможно, поскольку мужские женские цветки находятся на разных растениях (мужских и женских). Однако не следует считать, что такие растения приобрели идеальную адаптацию. Действительно, у них всегда происходит полноценная комбинация генетического материала и обмен аллелями, но у двудомных растений семена производят лишь женские организмы, так как мужские лишь продуцируют пыльцу. К двудомным растениям относят тополь, иву, осину, коноплю и др.

Дихогамия выражается в неодновременном функциональном развитии тычинок и рыльца в одном цветке. В зависимости от того, что созревает раньше, выделяют протандрию (греч. protos – первый, Andros – мужчина)(раньше созревают пыльники с пыльцой) и протогинию (греч. protos – первый, gyne – женщина)(рыльца созревают раньше пыльников). Протандрия встречается чаще, она имеет место у большого количества семейств цветковых, например у сложноцветковых, зонтичных, гвоздичных, колокольчиковых и др. Гораздо реже встречаются протогиния, более всего она выражена у ветроопыляемых (злаковых, ситиновых, осоковых, подорожниковых и др., но возможна и у розовых,крестоцветных,жимолостных и др.).

Самонесовместимость является наиболее совершенной адаптацией против самоопыления. В этом случае полноценное развитие пыльцевых зерен, попавших на рыльце собственного цветка, становится невозможным. При этом пыльца либо не прорастает вовсе, либо рост пыльцевых трубок идет медленно и через некоторое время прекращается. Эти механизмы управляются на молекулярном уровне генами самонесовместимости. Самонесовместимость, широко распространена, она встречается примерно у 10000 видов цветковых растений из 78 семейств.

Гетеростилия (греч. heteros – другой, stylos - столб), или разностолбчатость, представляет собой развитие на одной особи цветков с различной высотой тычинок и столбиков. Это приводит к тому, что в основном опыляются цветки разных морфологических типов, т. е. пыльца с длинностолбчатых цветков переносится, главным образом, на короткостолбчатые цветки и наоборот – с короткостолбчатых цветков большая часть пыльцы попадает на длинностолбчатые. Опыление цветков сходного типа при этом также происходит, но очень редко. Разумеется, длина тычинок и столбиков контролируется генами, причем их локусы в хромосоме расположены очень близко и наследуются вместе. Гетеростилия встречается относительно редко (обнаружена у 56 родов из 23 семейств).

Перечисленные адаптации являются наиболее известными, но не единственными. У разных покрытосеменных существует большое количество разнообразных морфологических приспособлений, например строение цветка, его ориентация в пространстве и т. д.Способы опыления у перекрестноопыляемых цветковых растений очень разнообразны, Условно их можно разделить на две группы. В первый перенос пыльцы осуществляется животными, главным образом, насекомыми, а также некоторыми позвоночными (большинство из которых также освоили воздушную среду – птицы и летучие мыши). Во второй группе пыльца переносится абиотическими факторами – ветром и реже водой.

У растений, опыляемых животными, обычно формируются различные адаптации, способствующие привлечению опылителей. Обычно они имеют яркоокрашенные крупные цветки. Если цветки мелкие, то они, как правило,оказываются собранными в соцветия, что также зрительно увеличивает их.

Приспособленность растений к опылению выработалось за долгие годы эволюции, как необходимость образования семян и плодоношения. Каждый вид растений по-своему приспосабливается к опылению.

Типы опыления растений

Типы опыления растений зависят от вида растений, от условий их произрастания. Различают: самоопыление и перекрестное опыление. В естественных условиях опыление растений происходит с помощью ветра, насекомых, воды. Возможно также и искусственное опыление.

Перекрестное опыление — то есть опыление, при котором пыльца одного растения попадает на рыльце пестика другого, дает более качественные семена, чем при самоопылении.

Приспособленность к опылению у хвойных растений

Если весной пойти в сосновый лес, то можно увидеть, как много пыльцы образуется у хвойных деревьев. Понятно, почему выработалась у них такая приспособленность к опылению. Здесь происходит перекрестное опыление с помощью ветра.

Но хвоя задерживает много пыльцы, и, чтобы произошло опыление, ее требуется больше, чем раннецветущим деревьям и кустарникам — орешнику, тополю, осине, у которых опыление происходит ранней весной, когда на деревьях листья еще не распустились. Цветение сосны

Бывают весны, когда цветение сосен и елей очень обильное, пыльцы в хвойном лесу бывает столько, что она сплошной пеленой оседает на землю и хорошо заметна на тропинках, на поверхности стоячих водоемов.

Приспособленность к опылению растений из семейства злаковых

Очень много образуется пыльцы и у растений из семейства злаковых. Они также опыляются ветром. Бывали ли вы когда-либо в поле во время цветения ржи? Если нет, то обязательно побывайте. Не пожалеете. Раннее тихое утро. Солнце едва лишь поднялось над горизонтом. Над ржаным полем стоит легчайший туман. Но нет, это не туман! Это и не дым или поднявшаяся в воздух дорожная пыль.

Это то же, что мы наблюдали в зарослях орешника ранней весной. Подул едва приметный ветерок, и над полем ржи заклубились и тихо поплыли по ветру прозрачные облачка пыльцы. Рожь цветет! Вы ощущаете тончайший запах цветущего ржаного поля. Рожь цветет

Несмотря на обилие пыльцы, приспособленность цветков ржи к опылению не вполне совершенна. Тычинки ржи после созревания свисают на тычиночной нити и располагаются ниже ветвистого пестика. Поэтому часть цветков остается не опыленной, а следовательно, не образует плодов — зерен.

Раньше люди вносили такое усовершенствование в процесс опыления ржи: во время цветения этой культуры протягивали поперек полосы веревку и, волоча ее за концы, встряхивали колосья. Благодаря такому приему условия опыления улучшались: зерна в колосьях завязывается больше, урожай повышался.

Приспособленность к опылению насекомоопыляемых растений

Иную картину опыления можно наблюдать у растений, для которых посредником при опылении является не ветер, а насекомые. Такие насекомоопыляемые растения легко отличить от ветроопыляемых по внешнему виду. Опыление насекомыми

У них имеется яркий, обычно издали заметный околоцветник (венчик, иногда чашечка), у некоторых — сильный запах, у других — нектар. Если цветки мелкие, то они образуют крупные, видимые издалека соцветия. Таковы сережки ив, опыляемые насекомыми, кисти черемухи, щитки рябины, калины, соцветия-зонтики у моркови, укропа, тмина и других растений, составляющих по этому признаку семейство зонтичных.

Интересно, что пыльца насекомоопыляемых растений иная по сравнению с ветроопыляемыми: поверхность пылинок не гладкая, а имеет различные выступы, шипики, и поэтому пыльца легко пристает к телу насекомого.

Раннецветущие дубравные травы

Вот в той же роще, где первым запылил орешник, вслед за ним здесь зацвели раннецветущие дубравные травы. Как разнообразны они по окраске! Под ногами словно развернулся нарядный ковер с нежно-пестрыми узорами.

Здесь и хохлатка, и медуница, и ветреница дубравная с белыми нежными цветками, и ветреница лютичная с желтым венчиком, и весенний горошек (сочевичник) и, наконец, похожий на крошечную желтую лилию цветочек гусиного лука. Вдали влажная низинка желта от лаково-золотистых цветков чистяка. Все эти растения опыляются насекомыми — шмелями, бабочками, пчелами.

Если присесть на пенек и понаблюдать за хлопотливой деятельностью насекомых, которых в теплый солнечный день здесь бывает немало, то можно увидеть следующую картину. Вот весь измазавшийся пыльцой басит толстый мохнатый шмель. Он деловито перелетает от одного соцветия хохлатки к другому, собирает нектар, одновременно мимоходом опыляя цветки.

Если внимательно присмотреться к шмелю и к цветку хохлатки, то можно заметить интересное соответствие между строением тела опыляющего насекомого и строением цветка опыляемого растения — они как будто созданы один для другого. Рядом на медунице расположилась бабочка. Она распрямила длинный хоботок, обычно свернутый спиралькой, и высасывает нектар из глубокой воронки цветка.

И здесь, можно наблюдать приспособленность опылителя-насекомого к строению опыляемого цветка: только некоторые насекомые, имеющие длинный хоботок, могут добраться до нектара медуницы и одновременно опылить растение. Опыление цветов

Найдите растущий здесь же копытень с округлыми, похожими на след лошадиного копыта листьями и малозаметными буро-красными, приткнувшимися к земле цветками, и вы обнаружите опылителей — мелких, летающих у земли или ползающих по ней мушек. Издали видны желтые пятна цветущего селезеночника.

У этого растения цветки мелки и невзрачны, зато листья, окружающие цветки, имеют ярко-желтую окраску, что делает растение заметным издали. Здесь листья заменили обычный для насекомоопыляемых цветов яркий околоцветник.

Приспособленность растений к перекрестному опылению

Необычайное разнообразие приспособленность к перекрестному опылению можно найти среди пестрого разнотравья лугов, у растений светлых лесов, перелесков, кустарниковых зарослей и пустырей. Здесь, как правило, наблюдается в большей или меньшей степени связи между опылителем-насекомым и опыляемым растением.

Есть растения, цветы которых опыляются очень разнообразными насекомыми: пчелами, шмелями, бабочками, мухами, и есть растения, опыляемые лишь определенными видами насекомых. Это легко проследить в той же дубраве. Когда распустятся на деревьях листья и в лесу потемнеет, успеют отцвести и медуницы, и хохлатки, и другие рано цветущие травы.

Начинается новая волна цветения дубравных растений, но это уже растения с белыми цветками, более заметными в потемневшем лесу. У них и опылители другие — в основном различные мухи. Натуралисты, изучая опыление у растений, давно установили интересный факт: опыление, как правило, совершается перекрестно, то-есть пыльца с цветка одного растения попадает на рыльце пестика цветка другого растения этого же вида.

Это обстоятельство очень заинтересовало натуралистов. Ч. Дарвин, занимаясь этим вопросом, пришел к твердому убеждению, что

Таким образом, он считал, что перекрестное опыление — биологически полезное для растений явление и что всевозможные приспособления, мешающие растениям самоопыляться, выработались у них в процессе исторического развития. Для того чтобы убедиться в этом, Дарвин осуществил интересные опыты. Он отбирал одинаковые семена и выращивал растения в совершенно однородных условиях.

После того как растения зацветали, часть из них ученый искусственно опылил перекрестно, у другой же части цветки самоопылились. Когда были собраны семена, он снова отдельно вырастил из них растения. При этом оказалось, что растения, выросшие из семян, полученных перекрестным опылением, развивались более пышно, мощно, чем растения из семян, полученных самоопылением.

Своими наблюдениями и опытами Дарвин доказал полезность перекрестного опыления у растений.

Перекрестное опыление ветроопыляемых растений

Приспособления для перекрестного опыления у ветроопыляемых растений сравнительно просты. У ржи, например, когда раскрываются цветочные чешуйки (расцветают цветки колоса), тычинки свисают вниз на тонкой тычиночной нити, и пестик оказывается выше тычинки.

Благодаря этому самоопыление не происходит: ветер, подхватив освободившуюся из пыльников пыльцу, относит ее от колоса, где она образовалась, на соседние колосья, и цветки опыляются перекрестно.

Перекрестное опыления у двудомных растений

Двудомность у растений, очевидно, также надо рассматривать как приспособление к перекрестному опылению. Пыльца, переносимая от мужского растения к женскому ветром (тополь, осина) или насекомыми (ива), может, конечно, опылять только перекрестно.

Перекрестного опыления у однодомных растений

Интересные наблюдения проводились за однодомными растениями. Установлено, например, что лиственницы дают нормально всхожие семена лишь в том случае, если они растут группами, то-есть если обеспечено перекрестное опыление. Одиночные же лиственницы дают обычно не всхожие семена (всхожесть их, как правило, не превышает 5 процентов).

Растения опыляемые насекомыми

Но особенно разнообразны и сложны приспособления, препятствующие самоопылению у растений, опыляемых насекомыми.

Здесь творчество природы проявилось особенно богато: либо тычинки и пестики в каждом отдельном цветке созревают не в одно и то же время и поэтому самоопыления не происходит, либо тычинки и пестики расположены так, что опыляющее насекомое при добывании нектара измажется пыльцой, но не заденет и не опылит рыльце пестика этого цветка, а, перелетев на другой цветок, с иным расположением тычинок и пестика, оставит здесь принесенные на себе пылинки, и т. д.

По лесам и лугам обычно встречается несколько видов герани, или журавельника, с лиловыми, синими, пурпурными или красноватыми цветами. Интересно наблюдать, как происходит перекрестное опыление у этих растений. Цветок журавельника

Когда журавельник зацветает, его лепестки раскрываются и пыльники начинают лопаться, освобождая пыльцу. При этом тычинки созревают постепенно, в определенном порядке, а так как пестик еще не созрел, то пыльца может опылить лишь другие цветки. Пестик созревает для опыления лишь тогда, когда последние пыльники отдадут пыльцу.

Такие же особенности цветения имеются у общеизвестного лекарственного растения валерианы, у разных видов колокольчиков, гвоздик и многих других. Встречающееся по лугам и лесным полянкам растение первоцвет весенний (баранчики, золотые ключики) имеет цветки двух типов. У одних рыльца пестиков расположены ниже тычинок, а у других — выше.

Насекомые-опылители, прилетая на цветок первого типа и пробираясь к нектару, расположенному в глубине трубочки венчика, пачкаются пыльцой на уровне тычинок. Перелетев на цветок с высоким пестиком и углубляясь в него, они задевают рыльце пестика и производят перекрестное опыление. Подобное же строение цветков, приспособленных к перекрестному опылению, имеется у многих других растений.

Сложные формы перекрестного опыления

Иногда приспособления растений для перекрестного опыления принимают исключительно сложные формы. Примером может служить растение с грушевидными плодами — кирказон, обычное для кустарниковых зарослей Волги, Оки и других рек. Тычинки и пестики кирказона находятся в особом утолщении цветка, похожем на кувшинчик. Туда заползает много мелких мушек, привлекаемых нектаром цветков.

Они лакомятся нектаром и опыляют пестики пыльцой, принесенной с других цветков кирказона, но когда пытаются покинуть цветок, то это оказывается невозможным: им навстречу торчит множество жестких волосков. Эти волоски не препятствовали мушкам проникать вглубь кувшинчика, но при выходе стали непреодолимой преградой. Мушки оказались пленницами цветка!

Между тем в цветке дозрели тычинки, пыльники лопаются и осыпают мушек пыльцой. Теперь мушки могут свободно покинуть цветок, так как волоски завяли и перестали быть препятствием к выходу на волю. Выбравшись из одного цветка, мушки попадают во временный плен в другой цветок кирказона и производят здесь опыление принесенной пыльцой. Выберутся они из цветка лишь после того, как окажутся осыпанными новой пыльцой.

Перекрестному опылению у растений семейства орхидных

Но особенно интересные приспособления к перекрестному опылению имеются у растений, относящихся к семейству орхидных. Это семейство насчитывает до 15 тысяч видов. Среди орхидей много красивых растений. Цветы некоторых из них похожи издали на бабочек, птичек, жуков с самой разнообразной расцветкой — со всевозможными пятнышками, полосками, сеточками, крапинками, жилками, извилистыми линиями.

Особенно богата орхидеями Южная Америка. У орхидей способы опыления очень разнообразны. Здесь можно наблюдать узкую специализацию определенных видов насекомых к определенным видам растении. Опылителями у орхидей являются не только насекомые, но даже птички колибри, самые маленькие в мире, и даже улитки.

В нашей стране также встречаются интересные орхидеи: по лесам и лугам нередки ятрышник (кукушкины слезки), любка (ночная фиалка) с сильным приятным запахом, по лесам — очень изящная орхидея венерин башмачок. Венерин башмачок

У орхидных имеется любопытное приспособление к опылению, отсутствующее у других насекомоопыляемых: пыльца их собрана в особый пакетик, с клейкой ножкой. При опылении ножка прикасается к голове насекомого-опылителя и пристает к ней. Насекомое улетает, неся на себе пакетик с пыльцой. Во время посещения другого цветка насекомое опыляет его, прикасаясь пакетиком к рыльцу пестика.

Исследуя опыление, ученые установили, что между насекомыми и растением не всегда имеется обоюдная полезная связь — иногда эта связь приносит пользу лишь одному участнику и ничего не дает другому.

Растение Индонезии раффлезия

Замечательным примером такой односторонней пользы является растение Индонезии раффлезия. Это растение-паразит, высасывающее с помощью присосок соки из корней виноградной лозы. Своих листьев и корней оно не имеет, и все растение, в сущности, состоит лишь из огромного цветка — до метра в поперечнике, издающего запах гниющего мяса. Цветок раффлезия

Насекомые, откладывающие яйцо в мясо, привлекаются запахом раффлезии, ползают по цветку, опыляют его, но сами от растения ничего, кроме запаха, не получают. Раффлезию поэтому иногда называют растением-обманщиком. Есть также немало насекомых, которые добывают нектар с цветков, но в опылении не участвуют. Они достигают нектара, прокусывая снаружи цветок в месте расположения нектарников.

Это пример относительной полезности приспособления цветка к привлечению насекомых.

Другие способы, благоприятствующих продолжению рода

У многих рано цветущих растений дубрав наблюдается, с одной стороны, несовершенство приспособлений для опыления, а с другой — большая пластичность в выработке свойств, благоприятствующих продолжению рода.

Эти растения обычно хорошо приспособлены к перекрестному опылению насекомыми, и все же нередко случается, что цветки остаются не опыленными: слишком капризна весенняя погода и яркие, солнечные дни прерываются холодными и дождливыми. Поэтому наши рано цветущие дубравные травы, как правило, дают очень мало семян.

Сохранение вида этих растений было бы затруднено, если бы у них не было хорошо развито вегетативное размножение.

Ландыши

Ландыши часто растут целыми полянками. Если осторожно раскопать корни одного из ландышей, то окажется, что его корни являются продолжением корней соседнего растения и т. д. Иными словами — ландыши, быть может, всей полянки произошли вегетативно от одного растения, выросшего из семени. Цветок ландыша

Семена ландыш образует редко. Они находятся в оранжевых ягодах, поедаемых птицами, и стоит только одному семени, прошедшему через кишечник птицы, попасть в благоприятные условия, семя взойдет, и через несколько лет от растения вегетативно образуется полянка ландышей.

Фиалка удивительная

Среди растений дубравы очень любопытный способ размножения наблюдается у фиалки удивительной, у нее обычно цветки, опыляемые насекомыми, семян почти не дают. Однако лишь только у фиалки удивительной отцветут яркие светло-синие пахучие цветки, как она дает новые. Фиалка удивительная

Эти цветки не имеют ни ярких лепестков, ни запаха, ни нектара, они даже не раскрываются. Но внутри этих цветков происходит самоопыление и образуется много семян, имеющих особые мясистые придатки, поедаемые лесными муравьями. Муравьи, растаскивая придатки по лесу, способствуют распространению растений.

Несомненно, такая поистине удивительная приспособленность растений к опылению выработались у фиалки в связи с ее жизнью в условиях леса. Здесь она обрела не только новый способ образовывать семена, но и нового союзника — муравьев, способствующих их распространению.

Из приведенных примеров понятно, что перекрестное опыление у растений действительно очень важное жизненное явление.

В случае обоеполости цветков наблюдаются: 1) автостерильность, или самобесплодность — неспособность пыльцы прорастать на рыльце пестика того же самого цветка (встречается у большинства сортов яблони, груши, вишни, некоторых орхидных); 2) дихогамия — неодновременное созревание в обоеполых цветках тычинок и пестиков; она выражена в двух формах: протероандрия и протерогиния; при протероандрии пыльники созревают раньше пестиков (виды семейств бобовых, гвоздичных, гераниевых, астро вых, зонтичных); при протерогинии пестики в цветках созревают раньше тычинок (капустные, розовые, злаки); 3) такое расположение тычинок и пестиков, при котором пыльца не может попасть на рыльце пестика того же самого цветка (вероника, губоцветные); 4)гетеростилия, или разностолбчатость, когда у одних особей в цветках образуются длинные столбики, превышающие длину тычинок, у других в цветках столбики короткие, а тычинки — длинные (примула, медуница)

Самоопыление имеет одно существенное преимущество по сравнению с перекрестным: оно не зависит от погодных условий и посредников, поэтому осуществляется при любых условиях.
Дихогамия — это функциональная раздельнополость. Она вызвана разновременным созреванием и экспонированием пыльцы и рыльца в цветках, вследствие чего последние выступают то в мужской (пыльниковой), то в женской (рыльцевой) фазе, Дихогамия проявляется в форме протандрии (при более раннем созревании пыльцы) или протогинии (при более раннем созревании рылец). Одновременное созревание пыльцы и рылец в цветке носит название гомогамии.

Таблица 1. Приспособления цветков к опылению:
1 - протандрия у кипрея узколистного, или иван-чая (Chamaenerium angustifolium); 2 - пыльценосный цветок у зверобоя продырявленного (Hypericum perforatum); 3 - взрывчатое цветение у костреца безостого (Bromopsis inermis); 4 - гравитационная автогамия у одноцветки крупноцветковой (Moneses uniflora); 5 - съедобные волоски на тычинках у коровяка медвежьего уха (Verbascum tapsus); 6 - соцветие с наружными бесполыми цветками у калины обыкновенной (Viburnum opulus).

Рис. 31. Примеры протандрии.
Скабиоза бледно-желтая (Scabiosa ochroleuca): 1 - краевой цветок в тычиночной стадии; 2 - он же в рыльцевой стадии; 3 - срединный цветок в тычиночной стадии; 4 - он же в рыльцевой стадии. Смолевка вильчатая (Silene dichotoma): 5 - цветок в тычиночной стадии первого дня цветения, 6 - он же в тычиночной стадии второго дня цветения, 7 - он же в рыльцевой стадии третьего дня цветения (все тычинки увяли).

Дихогамия обычно рассматривается как приспособление к перекрестному опылению и как средство предотвращения самоопыления. Это традиционное представление о дихогамии нуждается в уточнении. Дихогамия необязательно исключает самоопыление. Нередко в конце цветения возможна автогамия, если по каким-либо причинам перекрестное опыление не осуществилось. Кроме того, самоопыление в форме гейтоногамии возможно у большинства дихогамных растений еще и потому, что на них имеются многочисленные цветки, находящиеся в разных фазах развития. Поэтому значение дихогамии следует усматривать в том, что она более или менее ограничивает самоопыление, способствуя тем самым перекрестному опылению. Такое сочетание перекрестного опыления и самоопыления играет, как уже говорилось, положительную роль в эволюции.

Протандрия встречается чаще, чем протогиния. Она более соответствует нормальной последовательности в развитии частей цветка. Протандрия хорошо выражена у зонтичных, сложноцветных, колокольчиковых, гвоздичных, ворсянковых, губоцветных и многих других семейств (рис. 31, табл. 1).

У колокольчиков пыльники вскрываются еще в бутоне. Пыльца муфточкой окружает столбик, удерживаясь на волосках, покрывающих его. Опорожненные и подсохшие пыльники видны на дне венчика. Лопасти рыльца в этот момент еще вполне сомкнуты. Примерно сутки спустя после распускания цветка расходятся лопасти рыльца и становится возможным опыление их чужой пыльцой, принесенной насекомыми. Но под конец цветения возможна и автогамия, благодаря тому что лопасти рыльца, закручиваясь спирально вниз, касаются воспринимающей поверхностью столбика, сохранившего собственную пыльцу.

Рис. 32. Протогиния у подорожника Корнута (Plantago cornutii):
1 - цветок в стадии бутона; 2 - появление рыльца; 3 - увядание рыльца; 4 - раскрывание цветка и начало выдвижения тычинок при уже увядшем рыльце; 5 - тычиночная стадия цветка.

У зонтичных и ворсянковых протандрия является весьма действенным средством предотвращения самоопыления.

У зонтичных протандрия строга, безупречна и охватывает не только отдельные сложные зонтики, но и всю особь в целом. У большинства видов зонтичных это достигается благодаря строгой очередности в цветении зонтиков разного порядка и полной согласованности (синхронности) его у зонтиков данного порядка. Вследствие этого каждая особь последовательно несколько раз выступает то в пыльниковой, то в рыльцевой фазе, причем эти фазы резко разграничены и, как правило, не налегают друг на друга. В качестве примера может служить порезник средний (Libanotis intermedia). Этот тип протандрии (тип Libanotis) с многократной сменой тычиночной и рыльцевой фаз очень обычен у зонтичных. Значительно реже у них встречается другой тип протандрии (тип Peucedanum), характеризующийся однократной сменой фаз у всех одновременно и согласованно цветущих зонтиков особи, независимо от того, к какому порядку они принадлежат. Такая протандрия известна пока у горичника Любименко (Peucedanum lubimenkoanum).

Резкая протандрия, всего соцветия, последовательная и одновременная смена фаз в цветении соцветий разных порядков свойственна и некоторым ворсянковым: короставнику полевому (Knautia arvensis), скабиозе бледно-желтой (Scabiosa ochroleuca) и др. У зонтичных и ворсянковых в результате этого невозможна автогамия и гейтоногамия, неизбежным является перекрестное опыление.

Рис. 33. Протогиния у ситника Жерарда (Juncus gerardii):
1 - цветок в рыльцевой фазе вечером (протогиния); 2 - раскрывшийся цветок утром в момент опыления.

Протогиния хорошо выражена у крестоцветных, розовых, барбарисовых, жимолостных и т. д. Во многих случаях разница во времени созревания рыльца и пыльцы столь незначительна, что наличие протогинии кажется сомнительным. Более резко выражена протогиния у ветроопыляемых растений, причем не только у обоеполых, но и у однодомных и двудомных растений. Так обстоит дело у ситниковых, осоковых, злаковых, полыней, подорожников (рис. 32). У ситников популяция вида вступает в рыльцевую фазу с вечера предшествующего дня, а на следующее утро переходит в тычиночную фазу, причем рассеивание пыльцы ограничено 2-3 ч (рис. 33). У однодомных осок рыльцевая фаза предваряет пыльниковую на 1-6, а у подорожников на 4-6 суток.

В подобных случаях роль протогинии заключается в том, что заблаговременная экспозиция рылец представляет подготовку к очень быстротечному опылению ветром во время кратких суточных периодов рассеивания пыльцы. Ту же функцию выполняет протогиния у некоторых пустынных маревых.

Рис. 34. Гетеростилия у примулы (Primula sp.):
1-4 - короткостолбчатая форма (1 - вид цветка в разрезе; 2 - короткий столбик с сосочковидной поверхностью рыльца при малом увеличении; 3 - то же при большом увеличении; 4 - пыльцевое зерно); 5-8 - длинностолбчатая форма (5 - вид цветка в разрезе; 6 - длинный столбик с сосочковидной поверхностью рыльца при малом увеличении; 7 - то же при большом увеличении; 8 - пыльцевое зерно).

Явление гетеростилии состоит в том, что у вида имеются две или три формы цветков, находящиеся на разных особях и различающиеся по длине столбиков и расположению тычинок (диморфные и триморфные растения). У диморфных первоцветов (Primula) длинностолбчатая форма имеет цветки с длинным столбиком, рыльце которого находится в зеве венчика, а тычинки — ниже, в глубине венчика. У короткостолбчатой формы обратное расположение столбиков и пыльников (рис. 34). Формы гетеростильных растений различаются и по другим признакам. Так, короткостолбчатые цветки характеризуются по сравнению с длинностолбчатыми более крупной пыльцой и более мелкими сосочками рыльца. Самоопыление у той и другой формы, а также переопыление между особями одного морфологического типа дает ничтожное количество семян (самонесовместимость), тогда как переопыление между растениями с разной длиной столбика высокоэффективно. Примером диморфных (дистильных) видов могут служить медуница, первоцвет, гречиха, кермек и др.

У триморфного гетеростильного дербенника иволистного (Lythrum salicaria) имеются коротко-, средне- и длинностолбчатые цветки, распределенные по разным особям. Тычинки в цветке каждой формы соответствуют по длине столбикам цветков двух других форм. Оплодотворение оказывается наиболее эффективным при опылении рыльца каждой формы цветка пыльцой тычинок соответственной длины из двух других форм цветка, как это было показано еще Ч. Дарвином (рис. 35).

Гетероморфная самонесовместимость встречается редко. Она известна у 56 родов из 23 семейств. Особенно она распространена у мареновых (Rubiaceae), среди которых насчитывается 155 гетеростильных видов.

Рис. 35. Гетеростилия у дербенника иволистного (Lythrum salicaria): 1 - длинностолбчатая форма; 2 - среднестолбчатая форма; 3 - короткостолбчатая форма.

Самоопыление растений

Перенос пыльцы с тычинок на рыльце того цветка называется самоопылением. У самоопылителей и тычинки, и пестики на одном цветке созревают одновременно. У растений в ходе длительного эволюционного развития выработались приспособления для перекрестного опыления, т.к. оно является прогрессивным. Образуется потомство с признаками материнского и отцовского организмов, а при самоопылении у потомства проявляются признаки лишь одного организма.

Самоопыление ведет к снижению урожайности, к вырождению сорта. Поэтому наиболее распространено перекрестное опыление и цветки большинства растений имеют приспособления, препятствующие самоопылению:
1. однополость (орешник, конопля, осина и др.);
2. неодновременное созревание пыльников и рылец;
3. различная длина тычинок и пестиков.
Однако самоопыление имеет значение в селекции при выведении чистых линий и может быть запасным актом на тот случай, если не произойдет перекрестного опыления.

Самоопыление в естественных условиях встречается реже, чем перекрестное опыление.
В естественных условиях не все цветки могут опылиться. Часто пыльца теряет свои свойства из-за воздействия слишком высоких температур или повышенной влажности. В безветренную погоду или, наоборот, при шквальном ветре опыление ветроопыляемых растений трудновыполнимо.
Из культурных растений размножаются путем самоопыления, например, пшеница, вика, соя, горох, ячмень и др. Такие растения как гречиха, клевер красный, эспарцет, яблони большинства сортов, нуждаются только в перекрестном опылении. При этом следует отметить, что перекрестное опыление способствует получению более мощных, плодовитых и жизнеспособных растений. Есть группа растений, которые сохранили способность к самоопылению (подсолнечник, люцерна, хлопчатник, малина, крыжовник и некоторые другие), но и они при перекрестном опылении насекомыми дают более высокие урожаи.
У многих растений в процессе длительного эволюционного развития выработался целый ряд приспособлений, препятствующих самоопылению и способствующих перекрестному опылению. У целой группы растений невозможно самоопыление, потому что у них женские цветки с пестиками развиваются на одном экземпляре, а мужские с тычинками на другом (однополые). Такие растения принято называть двудомными. В эту группу входят ива, тополь, конопля, клубника и др. Есть растения, у которых цветки, так же как и у двудомных растений, имеют или тычинки или пестики, но они находятся на одном и том же экземпляре. Такие растения называют однодомными.

Препятствием самоопылению является неодновременное созревание тычинок и пестиков, находящихся в одном и том же цветке (обоеполый цветок). Так, у подсолнечника, крыжовника, кипрея пыльники созревают раньше, чем рыльце, а у яблони, груши, подорожника и других раньше созревает рыльце. В этих случаях опыление происходит пыльцой с других цветков, перенесенной насекомыми. У ряда растений (гречиха, медуница, дербенник) самоопыление затруднено из-за того, что цветки имеют разностолбчатые органы: у одних длинные тычинки и короткие пестики, у других наоборот — длинные пестики и короткие тычинки. Поэтому в пределах цветка опыление собственной пыльцой, как правило, не осуществляется.

У некоторых растений (клевер красный, эспарцет) наблюдаются явления самобесплодности (самостерильности). В этом случае собственная пыльца на рыльце цветка не прорастает или прорастает значительно медленнее, чем попавшая с другого цветка. Самобесплодность встречается у яблони, груши, черешни и ряда других плодовых и ягодных культур, оплодотворение у которых происходит лишь в том случае, если на рыльце пестиков одного сорта попала пыльца с цветков другого сорта. Чтобы создать условия для нормального плодоношения этих культур, необходимо в садах иметь соответствующие сорта плодовых деревьев, обеспечивающие межсортовое опыление.

У множества цветковых растений выработан механизм невозможности самоопыления, что предотвращает родственное скрещивание и увеличивают генетическое разнообразие вида. Это достигается благодаря процессу, названному самонесовместимостью, при котором опыление не в состоянии произойти, если пыльца идентифицирует попадание на пестик цветка, на растении которого она появилась. Но принцип действия этого механизма долго оставался загадкой, которая теперь успешно решена.
Группа исследователей во главе с Те-Хуи Као, профессора биохимии и молекулярной биологии в Пенсильванском Университете, сообщает в статье, опубликованной 20 мая в выпуске журнала Nature, об открытии у петуний гена, который контролирует этот процесс самонесовместимости пыльцы. Недавно идентифицированный ген получил название PiSLF (от Petunia inflata S-locus F-box). Этот ген кодирует производство большого семейства белков F-box, которые, как известно, вызывают сворачивание белка в различных живых организмах, включая животных, растения и дрожжи.

В то время как разновидность петунии может нести от 50 до 60 различных S-аллелей, каждое растение имеет только две из них, по одной от каждого родителя. Аллель - один из множества возможных вариантов специфического гена; например, две аллели существуют для каждого из трех генов, которые определяют цвет глаза у людей. Зерно пыльцы является гаплоидным. Это означает, что оно содержит только половинный набор хромосом, и таким образом каждое зерно пыльцы содержит только одну из двух S-аллелей родительского растения. Пестик, с другой стороны, является диплоидным, и имеет два набора хромосом (по одному от каждого родителя) и поэтому имеет обе S-аллели родительского растения. Во время опыления, если S-аллель пыльцы не соответствует любой из этих двух S-аллелей в пестике, то пыльца прорастет через поверхность рыльца пестика. Из ее вегетативной клетки развивается пыльцевая трубка, которая несет к зародышевому мешку спермии. Достигнув его, спермии сливаются с яйцеклеткой, и происходит оплодотворение. Однако, если S-аллель пыльцы соответствует любой из этих двух S-аллелей в пестике, рост пыльцевой трубки останавливается на одну треть пути к мешку, что предотвращает оплодотворение. Вызов этого ответа самонесовместимости требует взаимодействия между генами S-аллели пыльцы и пестика. Ответственным за эту несовместимость оказался ген PiSLF.

Таким образом, открываются большие возможности генной инженерии в плане остановки безудержного скрещивания трансгенных растений с дикими. Ученым уже удалось переделать трансгенные растения в самоопыляемые (то есть те становятся самосовместимыми), и все потомство трансгенных растений также наследует эту совместимость.

Это открытие может также получить коммерческое применение для гибридного производства злаковых культур. Развитие гибридных сортов является главной целью садоводческой и сельскохозяйственной практики, потому что гибридные растения наиболее производительные, чем сортовые культуры, полученные из самоопыления или случайного опыления. Однако, чтобы получить гибридный сорт, необходимо перекрестное опыление с двух определенных сортов, при котором самоопыление и родственное опыление (опыление растением того же самого сорта) необходимо исключить. До сих пор для этого применяли ручной метод опыления. Однако этот процесс является очень трудоемким и дорогим. Из-за этого становятся очень дорогими и семена гибридных сортов, а, следовательно, и будущая цена урожая и продуктов питания на нашем столе. Если удастся сократить затраты за счет снижения ручного труда при производстве гибридов, это значительно снизит цены на продукты питания.

Читайте также:

  
• Обработка кустов смородины марганцовкой
  
• Можно ли выращивать актинидию в квартире
  
• Малина ремонтантная лучшие сорта для подмосковья
  
• Трава кермек магические свойства
  
• Как правильно сделать титульный лист презентации