Польза и вред самоопыления растений
Многие дачники при выборе посадочного материала в описании к тому или другому сорту растений встречают упоминание о различных способах опыления или самоопылении. Это понятия, которые мы все изучали еще в школе на уроках ботаники. Но не многие уже помнят, что они означают. Давайте освежим нашу память и вспомним типы опыления у растений и их биологическое значение. А заодно узнаем, почему не дают плодов некоторые наши растения, высаженные на даче или подоконнике.
Генеративный орган высших растений
Цветок – это видоизмененный побег, где формируются споры и гаметы. Высшие растения (покрытосеменные) имеют сложно устроенные цветки со множеством приспособлений к различным типам опыления. Разнообразный по деталям цветок совмещает в себе процессы как полового, так и бесполого размножения. Главными компонентами цветка являются его репродуктивные части – мужской андроцей (тычинки) и женский гинецей (пестик с завязью, столбик и рыльца). Цветки могут быть обоеполые (есть и пестик, и тычинки) и однополые (есть либо пестик, либо тычинки). Другие составные части цветка очень разнообразны и выполняют специфические функции.
Встреча тычинок и пестика
Опыление – это процесс переноса пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Без этого невозможно размножение растений, формирование плодов и семян. В процессе эволюционного развития растения выработали несколько способов осуществления этого переноса при использовании биотических и абиотических факторов природы. В экологии выделяют два типа опыления:
- Перенос пыльцы с одного цветка на пестик другого. Этот процесс называется перекрестным опылением, или ксеногамией. Он осуществляется посредством биотических (насекомые, птицы, летучие мыши) и абиотических (ветер, вода) факторов.
- Автогамия (самоопыление). Это перенос пыльцы на рыльце с одного цветка. Автогамия не так часто встречается у дикорастущих форм.
Это типы опыления, которые могут чередоваться у некоторых растений.
Условия самоопыления
Но обязательным условием осуществления самоопыления является обоеполость цветка. Случайное самоопыление цветков – нередкое событие. Но оно может происходить только при физиологической совместимости пыльцевого зерна и пестика. У многих растений пыльца не прорастает в пыльцевую трубку, что является ограничителем для перекрестноопыляемых растений. Факторов, которые способствуют случайной автогамии, довольно много. Регулярное самоопыление растений (пример – горох, фасоль) может иметь гравитационный механизм. В этом случае пыльца попадает на рыльце под действием силы тяжести. В других случаях самоопыление происходит как контактная автогамия – тычинка соприкасается с рыльцем пестика. Переносчиками пыльцы в середине цветка могут выступать капли росы и мелкие насекомые (трипсы), которые живут в цветке. У некоторых растений процесс происходит в бутоне и полностью исключает возможность перекрестного опыления.
Факультативное самоопыление
Особенностью такого типа автогамии является наличие нестабильных условий, которые не благоприятствуют перекрестному опылению. Такой тип самоопыления встречается у злаковых, росянки, ковыля. У этих растений в засуху или при пониженных температурах формируются цветки однополые, а в теплую и влажную погоду – обоеполые. Перекрестное опыление этих растений осуществляется при помощи ветра, и в условиях затруднения осуществления такого опыления биологически целесообразно прибегнуть к самоопылению.
Эволюционное значение
Самоопыление в эволюционном плане имеет отрицательное значение. В соответствии с современными представлениями, для эволюции необходимо свободное скрещивание, которое обеспечивается перекрестным опылением. Именно оно повышает разнообразие аллелей (степени проявления гена) в популяциях. А самоопыление, наоборот, ведет к гомозиготности (однотипности) аллелей. Но при определенных обстоятельствах самоопыление может вести к изоляции новых форм, обособлению и фиксации в популяции аллелей, дающих благоприятные признаки растению. Именно в этом и заключается положительное эволюционное значение чередования автогамии и ксеногамии.
Самоопыляющиеся растения
У таких растений чаще перенос пыльцы осуществляется еще в нераскрытом бутоне (например, у фасоли и гороха) или в период еще не раскрытой листовой трубки (ячмень). Самоопылителями из сельскохозяйственных культур считают горох, фасоль, ячмень, пшеницу, овес, помидоры, баклажаны и многие другие. Почему считают? Потому что самоопыление не может быть абсолютным, всегда есть вероятность заноса пыльцы с других растений. Даже закрытые бутоны иногда прогрызают насекомые и заносят пыльцу других растений! Какие же признаки отличают самоопылителей? Это однозначно растения с обоеполыми цветками, большими перистыми рыльцами и большим количеством пыльцы. Кроме того, у их цветов нет ярких лепестков, нектарников и приятного запаха.
Самоопыление у фиалок
В природе фиалки опыляются и перекрестно, и автогамно. Наши комнатные фиалки – продукт кропотливой работы селекционеров. У них такое строение тычинок и пестика, что перекрестное опыление без участия человека практически невозможно. Опыление происходит еще в нераскрытом бутоне, и только терпеливый любитель с помощью специальных методик может осуществить опыление разных по цветовой гамме фиалок для выведения новых сортов. Спасибо энтузиастам за разнообразие этих цветов, украшающих наши подоконники!
Партенокарпические огурцы
Современная селекция предлагает множество сортов огурцов, как самоопыляемых (партенокарпических), так и опыляемых насекомыми. Эти растения выведены специально для раннего выращивания в теплицах, где нет естественных опылителей. Покупая семена, необходимо останавливаться на прочтении качеств сорта, так как свои преимущества и недостатки имеются и у самоопыляемых, и у перекрестноопыляемых сортов.
Опыление у злаковых
Овес, рожь, пшеница, просо, ячмень – представители сельскохозяйственных злаковых. Цветки имеют 2 цветковые чешуйки, 2 пленки, три тычинки и один пестик. Самоопыление у них происходит в нераскрытых цветках. Когда цветок раскрылся, перекрестное опыление практически исключено.
Самоопыление у плодовых деревьев
Хотя большинство плодовых сортов имеют цветки, в которых есть и пестики, и тычинки, самооплодотворение у большинства исключено. Причина – разделенное по времени созревание тычинок и пестика. Именно поэтому повысить урожай, например черешни, можно, посадив рядом несколько деревьев. Но у искусственно выведенных сортов самоопыление приветствуется. Пример – нектарины. Но не надейтесь вырастить из косточки урожайное растение. У таких гибридных форм последующие поколения испытывают гибридную депрессию – снижение жизнеспособности и урожайности.
Селекция и самоопыление
Это явление широко используется в селекции растений. Нам известно, что самооплодотворение и скрещивание близкородственных организмов ведет к переходу генов в гомозиготное состояние и приводит к снижению жизнестойкости и урожайности, а впоследствии и к вырождению. Непрерывный процесс мутаций, которые накапливаются, большинство из которых рецессивны и неблагоприятны, – причина этого угнетения. У растений с перекрестным опылением эти мутации находятся в гетерозиготном состоянии и никак не проявляются. При самоопылении вероятность их перехода в гомозиготу во много раз возрастает, но они не сохраняются в популяции из-за естественного устранения. Самоопыление в селекции используется как инструмент создания чистых (гомозиготных) линий с закрепленными признаками. Несмотря на снижение продуктивности, после гибридизации часто появляется явление гетерозиса – силы гибридов от сортов с самоопылением. Это явление называется межлинейной гибридизацией, и в магазинах мы можем увидеть именно такие гибридные семена (они помечены символом F1). В первом поколении гибриды превосходят чистые линии по урожайности, но в дальнейших поколениях эффект силы гибридов исчезает.
Самоопыле́ние (автогамия) — форма гомогамии, тип опыления у высших растений.
При самоопылении пыльца из пыльников переносится на рыльце пестика того же самого цветка или между цветками одного растения. К самоопыляемым растениям относятся горох, фиалки, пшеница, помидоры, ячмень, фасоль, нектарин.
Различают несколько способов самоопыления:
- автога́мия (от др.-греч. αὐτός — «сам» и γάμος — «брак») — перенос пыльцы на рыльце пестика того же хазмогамного (открытого) цветка. Реализуется разными способами: в бутонах (бутонная автогамия), при прямом соприкосновении рыльца и пыльников (контактная автогамия), при высыпании пыльцы из пыльников и оседании ее на рыльце под действием собственной тяжести (гравитационная автогамия), ветра (ветроавтогамия), мельчайших насекомых, обитающих в цветке (трипс-автогамия).
Бутонная автогамия встречается реже, чем другие способы автогамии, отмечена у представителей семейств гвоздичные, бобовые, розовые, норичниковые, злаки.
Контактную автогамию можно наблюдать у седмичника европейского, цирцеи альпийской, майника двулистного. Обязательная контактная автогамия наблюдается у копытня европейского.
Гравитационная автогамия наблюдается у одноцветки. Гравитационной автогамии может способствовать ветер, поскольку при раскачивании и сотрясении растений пыльца высыпается через отверстия (поры), имеющиеся в пыльниках вересковых и грушанковых.
Трипс-автогамия встречается у разных растений, чаще всего у сложноцветных с мелкими трубчатыми цветками.
- гейтонога́мия (от др.-греч. γείτων — «сосед» и γάμος — «брак») — опыление происходит в пределах одного растения. Может совершаться различными путями. Например, под влиянием собственной тяжести пыльца с верхних цветков соцветия может попадать на рыльца нижерасположенных цветков. Таким образом происходит опыление у многих вересковых. Гейтоногамии может способствовать ветер или животные, посещающие цветки. Гейтоногамия возможна также при непосредственном контакте восприимчивых рылец одних цветков со вскрывшимися пыльниками соседних цветков. Подобный контакт отмечается в густых соцветиях, состоящих из множества мелких цветков, находящихся в разной стадии цветения (некоторые зонтичные, астровые, капустные, гвоздичные, маревые).
- клейстога́мия (от др.-греч. κλειστός — «закрытый» и γάμος — «брак») — опыление осуществляется в никогда не открывающихся цветках. Это явление широко распространено у дикорастущих и культурных растений. Обнаружено у почти 700 видов растений из почти 60 семейств. Клейстогамия наблюдается у арахиса, некоторых видов фиалок, гусмании, кислицы обыкновенной, кактусов рода фрайлея.
Самоопыление (в любой форме) рассматривается как вторичное явление, вызванное крайними условиями среды, неблагоприятными для перекрестного опыления. В таких случаях оно выполняет страхующую функцию, выступая в качестве резервного способа опыления.
Чаще всего случаи самоопыления отмечаются у растений тундр, темнохвойной тайги, высокогорий, пустынь и у раноцветущих весенних растений.
Самоопыление в большей мере свойственно однолетникам, чем многолетникам.
Ч. Дарвин в Автобиографии писал, что природа испытывает отвращение к постоянному самооплодотворению, уточнив при этом, что растению, очевидно, более выгодно производить семена путем самоопыления, чем не производить их совсем или производить в крайне малом количестве.
По современным представлениям, самоопыление может оказывать и благоприятное влияние на процессы видообразования. И.И.Шмальгаузен в книге Факторы эколюции (1968) дает следующее толкование проблемы. При свободном скрещивании внутри больших популяций любая удачная комбинация признаков будет распадаться и не сможет быть удержана потомством. Поэтому некоторое ограничение свободного скрещивания так же необходимо для прогрессивной эволюции, как и само свободное скрещивание и комбинирование. В самоопылении следует видеть изоляцию новых форм. Самоопыление способствует быстрому распространению новой формы и сохраняет ее от дезинтеграции.
В самоопыляемых популяциях поддерживается определенный уровень генетической изменчивости.
См. также[править | править код]
- Опыление
Литература[править | править код]
- Пономарёв А. Н., Демьянова Е. И. Самоопыление // Жизнь растений. В 6-ти т. / под ред. А. Л. Тахтаджяна. — М.: Просвещение, 1980. — Т. 5. Ч. 1. Цветковые растения. — С. 74—78. — 430 с. — 300 000 экз.
- Демьянова Е. И. Антэкология: учеб. пособие по спецкурсу / Перм.гос. ун-т. — Пермь, 2010. — 116 с.: ил. — ISBN 978-57944-1581-0
- Culley T.M., Klooster M.R. (2007) The cleistogamous breeding system: a review of its frequency, evolution, and ecology in angiosperms. Bot Rev 73:1–30
- Аутогамия // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Большинство растений в природе – перекрестноопыляемые. У них имеются разные мужские и женские цветки (в одних цветках только тычинки, в других – только пестик). Чтобы произошло опыление, нужна помощь соответствующих насекомых, ветра, росы или дождя. У самоопыляемых растений все цветки имеют и тычинки, и пестики одновременно. Они у таких растений созревают одномоментно.
Пыльца с тычинок одного цветка подходит для пестика того же самого цветка и также подходит для пестиков соседних цветков этого же растения. Пример: помидоры, пшеница, горох, фасоль, фиалки, нектарин, ячмень. Перекрестноопыляемые растения в свою очередь подразделяются на однодомные и двудомные. У первых цветки с тычинками (мужские) и с пестиками (женские) расцветают на одном растении. У вторых – женские и мужские цветки располагаются на разных растениях.
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.
Перекрестное опыление
В перекрестном опылении участвуют насекомые. В весеннее время на деревьях появляются белые или розовые сильно пахнущие цветки. Много пчел, шмелей детят к цветкам. Они садятся то на один цветок, то на другой. Цветы прямо манят насекомых к себе, благодаря нектару, выделяемому внутри цветка. Насекомые едят сладкий сок растений. А пчелы собрав нектар, преобразуют его в мед, чтобы покормить свое потомство. Помимо нектара, пчелы добавляют к корму личинок собранную с цветков пыльцу.
Целый день – от рассвета до заката – пчелы летают над цветами. Садясь на разные цветки, они извлекают своим удлиненным хоботком из недр цветка нектар. Выполняя это действие, пчелы прикасаются к пыльце и переносят ее на брюшке, хоботке, лапках, так как она прикрепляется к волоскам, густо покрывающим тело насекомого. Попадая на другой цветок, пчела дотрагивается своими частями тела липкого рыльца. Таким образом, насекомые являются переносчиками пыльцы с одного цветка на другой, причем эти цветки могут располагаться на разных деревьях. Это описание процесса перекрестного опыления растений посредством насекомых.
Чем ярче окрашен венчик растения, тем он привлекательнее для насекомых. Они видят его на большом расстоянии. Также насекомые могут ориентироваться на запах в поисках еды.
Интересно, что большие белые цветки душистого табака раскрываются в вечернее время, днем они обычно закрыты. А опыляют эти цветки сумеречные бабочки. Причем интенсивный цветочный аромат цветков этого растения приманивает насекомых издалека. А венчики белого цвета хорошо различимы в темноте.
В опылении цветков огурцов также принимают участие насекомые, чаще пчелы. В сельском хозяйстве часто выращивают огурцы в теплицах. Поскольку там пчел нет, чтобы получить урожай, необходимо вручную опылять цветки. Процесс опыления заключается в переносе с помощью кисти пыльцы с цветка на цветок. Эта работа трудоемкая и длительная. В настоящее время из положения нашли выход. В теплицах размещают маленькие ульи с пчелами, которые опыляют растения и помогают получить хороший урожай.
Часто у растений мелкие цветки составляют соцветия, как например, у подсолнечника. Таким образом, насекомые с далекого расстояния замечают эти соцветия, что способствует перекрестному опылению посредством насекомых.
Также перекрестное опыление может осуществляться при помощи ветра. Это связано с тем, что не у всех растений есть яркие цветки с нектаром и сильным запахом. На отдельных растениях, к примеру, многих деревьях (ива, тополь), злаковых растениях (рожь, кукуруза), кустарнике (лещина), распускаются мелкие бледные цветки, которые не содержат нектара и без запаха. Поэтому они не привлекают насекомых и опыляются с помощью ветра.
Можно самостоятельно понаблюдать летом за процессом опыления ржи. Придите на поле ржи ясным солнечным утром. Яркое солнце уже согревает землю. Три тычинки каждого из цветков этого растения свисают вниз на длинных тычиночных нитях. Их пыльники, содержащие пыльцу, качаются под порывами даже легкого ветерка. Со временем пыльник лопается. Тогда освобождается светлое облачко сухой пыльцы, рассеивающейся вокруг. В это же время перистые рыльца обнажаются из цветка. Это благоприятствует попаданию пыльцы с цветков одного растения на рыльца других. Это описание перекрестного опыления посредством ветра.