Опыление — перенос пыльцы с пыльников тычинок на рыльце пестика. Различают два биологических типа опыления: самоопыление и перекрестное опыление. Многие растения опыляются и тем и другим способом. При самоопылении рыльце пестика опыляется пыльцой своего цветка. Классический пример самоопыления — растения с нераскрывающимися цветками: ячмень, пшеница, овес, арахис и др.
У растений преобладает перекрестное опыление. Потомство, образующееся после перекрестного опыления, объединяет свойства родителей, иногда выросших в совершенно разных условиях. Такое потомство более жизнеспособно. У перекрестноопыляемых растений при самоопылении развиваются худшие семена, бывает, что собственная пыльца губительно влияет на рыльце пестика, оно вянет. В процессе эволюции растения выработали приспособления, препятствующие самоопылению. У обоеполых растений, имеющих цветки с тычинками и пестиками, — яблони, сливы, малины, подсолнечника — тычинки и пестики в одном цветке созревают в разное время. Длина тычинок и пестиков может быть различной, а это затрудняет перенос собственной пыльцы на пестик, например у гречихи, незабудки. Самоопыление затруднено у однодомных растений, имеющих и мужские (только с тычинками) и женские цветки (только с пестиками). К таким растениям относятся огурец, арбуз, орешник, кукуруза.
Невозможно самоопыление у двудомных растений, имеющих либо только мужские, либо только женские цветки. Это, например, тополь, конопля.
Растения опыляются ветром (рожь, сосна, орешник), насекомыми (огурец, подсолнечник, шиповник, клевер, липа и др.), водой, птицами. В зависимости от характера опыления меняется форма и строение цветков. У ветроопыляемых растений цветки мелкие, невзрачные, открытые, их зрелые пыльники выдвигаются наружу и растрескиваются, выбрасывая наружу легкую, сухую, способную долго удерживаться в воздухе пыльцу. Запах, нектар, яркая окраска цветков привлекают насекомых. У растений, опыляемых насекомыми, пыльца липкая, с неровной поверхностью, поэтому она легко прилипает к телу пчел и шмелей.
Искусственное опыление — это перенесение пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Его широко применяют в селекции растений.
Ответ оставил Гость
У растений цветение наступает с момента раскрытия цветков и продолжается до их засыхания. Продолжительность цветения у растений различна. Оно может длиться меньше часа (некоторые кувшинки) или продолжаться более двух месяцев (тропические орхидеи).
Только в период цветения растений возможно опыление цветков. При опылении пыльца переносится с пыльников тычинок на рыльце пестика. После опыления половые клетки сливаются, то есть происходит оплодотворение. Клетка, получившаяся в процессе оплодотворения, называется зиготой.
Если пыльца переносится на рыльце пестика своего же цветка, то такое опыление называют самоопылением. Если же пыльца переносится на рыльце другого цветка, то имеет место перекрестное опыление.
У большинства растений происходит перекрестное опыление.
Содержание
Самоопыляющиеся растения
Такое опыление имеет преимущества перед самоопылением, так как дочернее растение получит признаки от двух родителей.
Переносить пыльцу с тычинок на рыльца могут ветер, вода, насекомые, даже птицы и другие животные. В процессе исторического развития растительного мира на Земле у растений возникли различные приспособления к факторам живой и неживой природы, которые осуществляют опыление.
Чтобы препятствовать самоопылению у растений цветки делятся на мужские и женские, даже отдельные растения бывают только мужскими или женскими (на них растут цветки только с пестиками или только с тычинками). Если тычинки и пестик находятся на одном цветке, то они могут созревать в разное время, или пестик может быть не восприимчив к пыльце своего цветка.
Огромную роль в опылении играют насекомые. Цветки дают им пищу в виде сладкого нектара или большого количества пыльцы. У насекомоопыляемых растений развились яркие пахнущие цветки.
У ветроопыляемых растений (опыляемых с помощью ветра) рыльце пестика длинное и ветвистое, у тычинок длинные тычиночные нити. Так пестику легче улавливать пыльцу, а тычинкам ее разбрасывать. Околоцветник же у ветроопыляемых растений может вовсе отсутствовать или быть очень маленьким, и никогда не бывает ярким и пахнущим. Цветки часто собраны вы длинные качающиеся на ветру соцветия. В тычинках образуется много легкой пыльцы.
У водных и околоводных растений пыльца обычно переносится с помощью воды.
У самоопыляемых растений (пшеница, томат) обычно опыление происходит еще в бутонах, когда цветок еще не расцвел в полной мере.
Бывают растения, у которых есть как самоопыление, так и перекрестное опыление. Самоопыляемые цветки в таком случае появляются в конце цветения и более мелкие и невзрачные. Самоопыление является как бы страховкой на случай, если не произошло перекрестного опыления растения. Такое нередко встречается в холодных или пустынных областях Земли, где растения растут очень разреженно
Ветроопыляемые растения. Растения, цветки которых опыляются ветром, так и называются ветроопыляемыми. Обычно их невзрачные цветки собраны в компактные соцветия, например, в сложный колос, или в метёлки. В них образуется огромное количество мелкой, лёгкой пыльцы. Ветроопыляемые растения чаще всего растут большими группами. Среди них есть и травы (тимофеевка, мятлик, осока), и кустарники, и деревья (орешник, ольха, дуб, тополь, берёза). Причём эти деревья и кустарники цветут одновременно с распусканием листьев (или даже раньше).
У ветроопыляемых растений тычинки обычно имеют длинную тычиночную нить и выносят пыльник за пределы цветка. Рыльца пестиков также длинные, «лохматые» – чтобы уловить летающие в воздухе пылинки. У этих растений есть некоторые приспособления и к тому, чтобы пыльца не расходовалась зря, а попадала предпочтительно на рыльца цветков своего же вида. Многие из них цветут по часам: одни распускаются рано утром, другие днём.
Насекомоопыляемые растения. Насекомых (пчёл, шмелей, мух, бабочек, жуков) привлекает сладкий сок – нектар, который выделяют особые желёзки – нектарники. Причём расположены они таким образом, чтобы насекомое, добираясь до нектарников, обязательно задело пыльники и рыльце пестика. Нектаром и пыльцой насекомые питаются. А некоторые (пчёлы) даже запасают их на зиму.
Следовательно, наличие нектарников – важный признак насекомоопыляемого растения. Кроме того, их цветки обычно обоеполые, пыльца у них клейкая с выростами на оболочке, чтобы зацепиться за тело насекомого. Находят насекомые цветки по сильному запаху, по яркой окраске, по крупным цветкам или соцветиям.
У ряда растений нектар, который и привлекает насекомых, доступен многим из них. Так на цветущих маках, жасмине, бузульнике, нивянике можно увидеть и пчёл, и шмелей, и бабочек, и жуков.
Но есть растения, приспособившиеся к определённому опылителю. При этом они могут иметь особое строение цветка. Гвоздику, с её длинным венчиком опыляют только бабочки, длинный хоботок которых может добраться до нектара. Только шмели могут опылять льнянку, львиный зев: под их тяжестью нижние лепестки цветков отгибаются и насекомое, добираясь до нектара, собирает своим лохматым тельцем и пыльцу. Рыльце пестика расположено так, чтобы пыльца, принесённая шмелём с другого цветка, обязательно на нём осталась.
Цветки могут иметь запах привлекательный для разных насекомых или пахнуть особенно сильно в разное время суток. Многие белые или светлые цветки особенно сильно пахнут вечером и ночью – их опыляют ночные бабочки. Пчёл привлекают сладкие, «медовые» запахи, а мух – запахи для нас часто не очень приятные: так пахнут многие зонтичные растения (сныть, борщевик, купырь).
Учёные провели исследования, которые показали, что насекомые видят цвета особым образом и каждый вид имеет свои предпочтения. Не зря в природе среди дневных цветков царствуют все оттенки красного цвета (а вот в темноте красный цвет почти не различим), а синего и белого гораздо меньше.
Для чего так много приспособлений? Для того, чтобы иметь больше шансов, что пыльца не будет потрачена зря, а попадёт на пестик цветка растения того же вида.
Изучив строение и особенности цветка, можно предположить, какие животные его опылят. Так, цветки душистого табака имеют очень длинную трубку из сросшихся лепестков. Следовательно, до нектара могут добраться только насекомые с длинным хоботком. Цветки – белого цвета, хорошо видны в темноте.
Самоопыление
Особенно сильно пахнут вечером и ночью. Опылители – бражники, ночные бабочки, которые имеют хоботок до 25 см длиной.
Самый крупный в мире цветок – раффлезия – окрашен в красный цвет с тёмными пятнами. Пахнет он тухлым мясом. Но для мух нет запаха приятнее. Они и опыляют этот замечательный, редкий цветок.
Самоопыление. Большинство самоопыляющихся растений – это сельскохозяйственные культуры (горох, лён, овёс, пшеница, томат), хотя есть самоопыляющиеся растения и среди дикорастущих.
Некоторые из цветков опыляются уже в бутонах. Если раскрыть бутон гороха, то можно увидеть, что пестик весь усыпан оранжевой пыльцой. У льна опыление проходит в открытом цветке. Цветок распускается рано утром и уже через несколько часов лепестки осыпаются. Днем температура воздуха повышается и тычиночные нити скручиваются, пыльники прикасаются к рыльцу, лопаются, и пыльца высыпается на рыльце. Самоопыляющиеся растения, в том числе лён, могут опыляться и перекрёстно. И наоборот, при неблагоприятных условиях и у перекрёстноопыляемых растений может произойти самоопыление.
Перекрёстноопыляемые растения в цветке имеют приспособления, предотвращающие самоопыление: пыльники созревают и высыпают пыльцу раньше, чем разовьётся пестик; рыльце расположено выше пыльников; пестики и тычинки могут развиваться в разных цветках и даже на разных растениях (двудомные).
Искусственное опыление. В определённых случаях человек проводит искусственное опыление, то есть сам переносит пыльцу с тычинок на рыльце пестиков. Искусственное опыление осуществляют с разными целями: для выведения новых сортов, для повышения урожайности некоторых растений. В безветренную погоду человек опыляет ветроопыляемые культуры (кукуруза), а в холодную или сырую погоду – насекомоопыляемые растения (подсолнечник). Искусственно опыляют и ветро-, и насекомоопыляемые растения; и перекрестно-, и самоопыляемые.
Самоопыле́ние (автогамия) — форма гомогамии, тип опыления у высших растений.
При самоопылении пыльца из пыльников переносится на рыльцепестика того же самого цветка или между цветками одного растения. К самоопыляемым растениям относятся горох, фиалки, пшеница, помидоры, ячмень, фасоль, нектарин.
Самоопыление у некоторых растений осуществляется в нераспустившихся цветках: например, у арахиса, некоторых видов фиалок, гусмании. Такой тип самоопыления называется клейстога́мией.
Ч. Дарвин считал, что самоопыление — не основное, а вынужденное средство воспроизведения растениями семян при отсутствии условий для перекрёстного опыления. Самоопыление распространено главным образом у видов, растущих в неблагоприятных условиях, например, в высокогорных областях, где недостаточно насекомых-опылителей.
Самоопыление чревато негативными последствиями, в частности растение, возникшее в результате самоопыления страдает инбредной депрессией, которая ухудшает здоровье растения и мешает ему адаптироваться к изменяющейся среде или потенциальной атаке патогена.
Самоопыление растений
Поэтому репродуктивный механизм растений устроен так, чтобы самоопыление происходило лишь в случаях отсутствии условий для перекрёстного опыления.
См. также
Литература
ЕГЭ 100 баллов. Биология. Самостоятельная подготовка к ЕГЭ
Селекция растений: основные методы и роль естественного отбора. Самоопыление перекрестноопыляемых растений.
Гетерозис.
Разница между перекрестноопыляемыми и самоопыляемыми растениями
Полиплоидия и отдаленная гибридизация. Достижения селекции растений
В основе селекции растений лежит искусственный отбор, когда человек отбирает растения с интересующими его признаками. ДоXVI-XVII вв. отбор происходил бессознательно, то есть человек, например, отбирал для посева лучшие, самые крупные семена пшеницы, не задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении.
Только в последние столетия человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени.
Однако методом отбора человек не может получить принципиально новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками и в дальнейшем отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно. Например, один сорт пшеницы отличается прочным стеблем и устойчив к полеганию, а другой сорт с тонкой соломиной не заражается стеблевой ржавчиной. При скрещивании растений из двух сортов в потомстве возникают различные комбинации признаков. Но отбирают именно те растения, которые одновременно имеют прочную соломину и не болеют стеблевой ржавчиной. Так создается новый сорт.
Основные методы селекции вообще и селекции растений в частности — отбор и гибридизация.
Для перекрестноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными.
Если же желательно получение «чистой линии», то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной- единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты и др.
Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов.
Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.
Несмотря на неблагоприятные последствия самоопыления, его часто применяют у перекрестноопыляемых растений для получения гомозиготных («чистых») линий с нужными признаками. Это приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной гибридизации, при котором часто наблюдается эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. К сожалению, эффект гетерозисной (или гибридной) мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается.
Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина — объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов. В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью.
В основе явления полиплоидии лежат следующие причины: каждому виду живых организмов присущ строго определенный набор хромосом. В половых клетках все хромосомы различны. Такой набор называется гаплоидным и обозначается буквой п. Клетки тела (соматические) обычно содержат двойной набор хромосом, называемый диплоидным (2п). Если хромосомы, удвоившиеся в процессе деления, не разойдутся в дочерние клетки, а останутся в одном ядре, то возникает явление кратного увеличения числа хромосом, называемое полиплоидией. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидные клевер, рожь и твердая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница.
Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись и остаются в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является примером искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений.
Путем искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в 20 раз больше антибиотиков, чем исходные формы.
Сейчас в мире культивируют более 250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза. Это сорта кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, декоративных растений.
При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи используют закон гомологических рядов Н.И. Вавилова. Организм, получивший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.
Отдаленная гибридизация — это метод, при котором производят скрещивание растений разных видов одного рода или даже разных родов. Существуют гибриды ржи и пшеницы, пшеницы и дикого злака эгилопс. Однако отдаленные гибриды, как правило, бесплодны, так как у них невозможен нормальный процесс созревания гамет из-за неспособности хромосом конъюгировать в профазе I мейоза.
К одному из достижений современной генетики и селекции относится преодоление бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось сделать Г.Д. Карпеченко при получении капустно-редечного гибрида. В результате отдаленной гибридизации было получено новое культурное растение — тритикале — гибрид пшеницы с рожью (лат. Triticum — пшеница и Secale —рожь). Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве.
Самоопыляющееся растение
Cтраница 2
Естественное самоопыление обеспечивается благодаря физиологическим и структурным особенностям цветка. У некоторых растений, например у фиалки, пыльца созревает раньше, чем раскроется цветок ( клейстогамные цветки), и обеспечивает самоопыление. Характерной особенностью строения цветка у самоопыляющихся растений, например у томата, является прорастание пестика через влагалище, или кольцо пыльников. [16]
ХЛОПЧАТНИК, хлопок ( Gossy-ргит), род многолетних ( в культуре часто однолетних) растений сем. Цветки крупные, белые, кремовые, желтые, обоеполые; как правило, самоопыляющиеся растения. Семена покрыты длинными, преим. Возделывают 4 вида как важнейшую прядильную и масличную культуру. [17]
Возрастание мощности происходит не только у гибридов, полученных при скрещивании инбредных линий, но и в результате скрещивания между разными популяциями, например различными сортами кукурузы или ржи, различными местными расами плодовых мушек или различными породами свиней. В этих случаях, однако, явление гибридной силы бывает выражено не так резко, как при скрещивании между инбредными линиями, поскольку исходный материал межпопу-ляционных помесей уже обладал удовлетворительной мощностью. Этот вывод полностью относится и к гетерозисному эффекту, наблюдаемому у гибридов FI от скрещивания между различными линиями спонтанно самоопыляющихся растений. Тем не менее наблюдаемое в подобных случаях явление гибридной силы может быть достаточно велико для того, чтобы иметь экономическое значение в растениеводстве. У томатов, например, таким путем можно добиться весьма значительного повышения урожайности. [18]
Достаточно было бы одного или, максимум, двух циклов массового отбора, чтобы генотипическая структура популяции превратилась из политипической в монотипическую, содержащую особей одного генотипа — с максимальным числом доминантных генов.
Однако в действительности, как уже отмечалось, в силу модифицирующего ( усиливающего или ослабляющего развитие признака) действия условий окружающей среды на конкретные растения особи с одинаковыми генетическими формулами могут иметь различное выражение признака, и, наоборот, особи с разными генотипами могут выглядеть сходно. Затушеванная таким образом генотипическая структура популяции проявляется фено-типически не в полной мере, поэтому при массовом отборе в популяции самоопыляющихся растений в отбираемые совокупности будут попадать чаще всего формы с промежуточным числом доминантных генов, поскольку они наиболее часто представлены в генотипической структуре популяции. [19]
Преимущество самоопыления, ведущего к самооплодотворению, состоит в его большей надежности, особенно в тех случаях, когда представители данного вида встречаются относительно редко и отделены друг от друга большими расстояниями. Это связано с тем, что самоопыление не зависит от внешних факторов, таких как ветер или насекомые. Самоопыление выгодно также в суровых климатических условиях, где насекомых мало, например высоко в горах. Однако самооплодотворение, будучи крайней формой инбридинга, может привести к снижению жизнеспособности потомков ( см. разд. Примерами самоопыляющихся растений служат крестовник и звездчатка; их цветки не выделяют нектар и лишены запаха. [21]
Самоопыляющиеся растения обычно гомозиготны практически по всем генам. Исключения составляют случайное перекрестное опыление и мутации. Однако при последующем естественном инбридинге гетерозиготность быстро снимается. Так, гибрид, полученный от скрещивания двух разных типов, хотя и будет гетерозиготным по многим генам, к поколениям F6 — F10 от свободного опыления популяция будет состоять из многих различных особей, каждая из которых практически будет полностью гомозиготной. Основная проблема улучшения самоопыляющихся растений заключается в отборе наилучшего генотипа из неограниченного числа разнообразных генотипов. После отбора, отвечающего требованиям гомозиготного растения, задача генетического его сохранения представляет собой меньшую сложность, чем в случае с перекрестноопыляющимися растениями. [22]
Эффективность радиационного метода продемонстрирована в многочисленных опытах американского ученого Грегори. Под наблюдением находилось 975 000 растений, из которых можно было отобрать более урожайные, лучше приспособленные к машинной уборке и устойчивые против заболевания пятнистости листьев. Следует учесть, что земляной орех является самоопыляющимся растением и в его популяциях не происходит естественных скрещиваний, благодаря которым в сорт могла бы вводиться чужеродная зародышевая плазма. Радиация является почти единственным способом изменения наследственных свойств у этого растения и увеличения числа измененных растений, из которых селекционер может использовать желаемые типы. [23]
Дикие предки культурной сои не сохранились, но существует родственный ей вид — дикая соя. В России она встречается на Дальнем Востоке. Теоретически дикая соя, случайно опыленная трансгенной пыльцой, могла бы породить сорняк, устойчивый к гербициду. Специальные экспедиции установили, что дикая соя поля не засоряет и вообще обширных зарослей не образует, а встречается в основном по обочинам дорог, краям полей, на пустырях. Правда, для цветочной пыльцы расстояния — не преграда, но дело в том, что соя — самоопыляющееся растение, ее мелкие невзрачные цветочки раскрываются уже после того, как пыльца созрела и высыпалась на рыльце пестика. Впрочем, ученые установили, что в необычных условиях ( например, при повышенной влажности или высокой температуре) 2 % цветков могут раскрыться и до опыления, так что ветер сможет подхватить и понести пыльцу. [24]
Рассматривая популяцию в целом, мы представляем образование родительской пары как результат второго случайного процесса. Будем исследовать лишь так называемое случайное скрещивание, которое определяется следующим условием: если случайно выбрать г особей в первом поколении, то их родители образуют случайную выборку с возвращением объема г из множества всех возможных родительских пар. Иначе говоря, каждого потомка можно рассматривать как результат случайного выбора родителей, и все выборы взаимно независимы. Случайное скрещивание является идеализированной моделью условий, которые преобладают во многих встречающихся в природе популяциях и в полевых экспериментах. Однако, если один угол поля засеян красным горохом, а другой белым, то пары одного типа будут скрещиваться чаще, чем это допускается гипотезой о случайности. Выбор с предпочтением ( например, если блондины предпочитают блондинок) также нарушает условия случайного скрещивания. Самоопыляющиеся растения и искусственное оплодотворение представляют собой полную противоположность случайному скрещиванию. Некоторые системы со специальными законами скрещивания будут в дальнейшем анализироваться математически, но все же основное внимание будет сосредоточено на модели случайного скрещивания. [25]
Страницы: 1 2