Механизмы перекрестного опыления подразделяют на два основных типа:
© Абиотическое — опыление с помощью неживых факторов среды:
¨ анемофилия — опыление с помощью ветра;
¨ гидрофилия — опыление с помощью воды.
© Биотическое — опыление с помощью животных:
¨ энтомофилия — опыление насекомыми;
¨ орнитофилия — опыление птицами.
Наиболее часто опыление происходит с помощью ветра и насекомых.
Ветроопыляемые растения (рожь, кукуруза, хмель, тополь , береза, осина) имеют, как правило, мелкие, невзрачные цветки (околоцветник может быть вообще редуцирован), лишенны в большинстве случаев запаха и нектара, образуют многоцветковые соцветия. Тычинки и рыльца пестиков выступают за пределы околоцветника. Часто рыльца пестиков мохнатые. Пыльца мелкая, легкая, гладкая, образуется в огромных количествах. Такие растения, как правило, произрастают на открытых пространствах или группами. Деревья и кустарники часто цветут до развертывания листьев.
У насекомоопыляемых растений (сирень, гвоздика, мак, липа, белая акация) яркоокрашенные цветки. Одиночные цветки крупные, мелкие собраны в хорошо заметные соцветия. Они выделяют нектар и имеют запах. Пыльца обычно крупная с шероховатой поверхностью, часто липкая.
|
Искусственное опыление |
Искусственное опыление используется человеком для повышения урожайности растений или для выведения новых сортов.
5.1.4. Оплодотворение.
Образование плодов и семян
Попав на рыльце пестика, под воздействием веществ, выделяемых пестиком, пыльца начинает прорастать. Она набухает, и ее содержимое, одетое интиной, начинает выпячиваться через поры экзины. В результате образуется пыльцевая трубка, внедряющаяся в ткань рыльца. Кончик пыльцевой трубки выделяет вещества, размягчающие ткань рыльца и столбика, тем самым облегчая ее продвижение. По мере роста в пыльцевую трубку переходят сифоногенная и спермагенная клетки. У некоторых растений спермагенная клетка еще до прорастания пыльцы, а у других — в процессе прорастания, дает начало двум спермиям. Пыльцевая трубка продвигается по столбику пестика и врастает в зародышевый мешок, как правило, через микропиле. После проникновения в зародышевый мешок кончик пыльцевой трубки разрывается, и спермии попадают внутрь зародышевого мешка. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу, а второй — с центральным ядром зародышевого мешка, образуя триплоидное ядро, из которого формируется эндосперм (питательная ткань) — часть семени, накапливающаяся вещества, обеспечивающие питание зародыша. Синергиды и антиподы дегенерируют. Этот процесс получил название двойного оплодотворения.
Таким образом, после двойного оплодотворения из яйцеклетки формируется зародыш семени, из центрального ядра зародышевого мешка — эндосперм, из интегументов — семенная кожура, из всего семязачатка — семя, а из стенок завязи — околоплодник. В целом из завязи пестика формируется плод с семенами.
Двойное оплодотворение у цветковых растений было открыто в 1898 году русским ботаником С.Г.Навашиным.
Семя
Семя — высокоспециализированный орган полового размножения, расселения и переживания неблагоприятных условий жизни у семенных растений, развивающийся обычно после оплодотворения из семязачатка.
Состав семян
Семена характеризуются определенным химическим составом, который зависит от биологических особенностей вида и сорта, условий питания, возраста, температуры и т.д. Все вещества семени можно разделить на две группы: неорганические и органические.
Неорганические вещества семян представлены водой и минеральными веществами. Даже самые сухие на вид семена содержат от 7 до 12% воды. В этом можно убедиться, нагревая семена в пробирке. При этом на стенках пробирки будут образовываться капли воды. При сжигании семян остается зола, представляющая собой смесь различных минеральных солей.
Семена всех растений содержат органические вещества — белки, жиры и углеводы. Однако их процентное содержание в семенах различных растений не одинаково. В семенах одних растений накапливается большое количество крахмала (у пшеницы 66%, у ржи — 67%), в других — жиры (у льна до 48%, у клещевины до 70%), в третьих — белки (у гороха — 22-34%, у сои — 34-45%). В любом случае, в большем или меньшем количестве в семенах содержатся все органические вещества.
5.2.2. Строение семени
Рис. 51. Строение зерновки:
1 — хохолок; 2 — околоплодник; 3 — семенная кожура; 4 — алейроновый слой; 5 — эндосперм; 6 — зародыш; 7 — щиток; 8 — почка; 9 — стебелек; 10 — корешок.
Типичное семя состоит из покровов (кожуры), зародыша и питательной ткани.
| Семенная кожура |
Формируется обычно из покровов семязачатка. На поверхности семенной кожуры можно заметить маленькое отверстие — бывший семявход, или микропиле, а также рубчик — место бывшего прикрепления семязачатка в завязи.
Главная функция семенной кожуры — защита зародыша от высыхания, механических повреждений и т.д. Кроме того, она способствует распространению семян.
| Зародыш |
Возникает из оплодотворенной яйцеклетки. Имеет диплоидный набор хромосом. Зародыш — главная часть семени, состоящая из корешка, стебелька, почечки с листочками и одной или двух семядолей (первых зародышевых листьев).
Запасающие ткани семени — эндосперм, перисперм, основная ткань семядолей. Эндосперм развивается из оплодотворенного центрального ядра зародышевого мешка (имеет триплоидный набор хромосом), перисперм — из нуцеллуса (имеет диплоидный набор хромосом). Они состоят из тонкостенных паренхимных клеток, обычно целиком заполненных питательными веществами.
Типы семян
В зависимости от места локализации запасных питательных веществ различают четыре типа семян:
© семена с эндоспермом (пшеница);
© семена с эндоспермом и периспермом (перец);
© семена с периспермом (куколь);
© семена без эндосперма и без перисперма (фасоль).
Семена с эндоспермом
Рассмотрим строение семян с эндоспермом на примере зерновки пшеницы (рис. 51).
В зерновке пшеницы различают три основные части:
© семенную кожуру, сросшуюся с околоплодником;
© зародыш семени;
© питательную ткань — эндосперм.
Эндосперм составляет основную часть семени. В центральной части эндосперма находятся триплоидные паренхимные клетки с запасом питательных веществ в виде зерен крахмала. По периферии эндосперм окружен клетками алейронового слоя с запасным белком в виде алейроновых зерен. К эндосперму прилежит зародыш. В зародыше хорошо различимы корешок, почечка с листочками, стебелек и одна семядоля, которая преобразована в щиток (вторая семядоля редуцирована). Щиток обеспечивает всасывание питательных веществ из эндосперма в период прорастания семени.
|
Семена без эндосперма И без перисперма |
|
Рис. 52. Строение семени фасоли:
1 — семенная кожура; 2 — семядоли; 3 — корешок; 4 — стебелек; 5 — почечка с листочками.
Снаружи семя покрыто толстой кожурой, на вогнутой стороне которой можно обнаружить рубчик и микропиле. Под кожурой располагается зародыш, состоящий из двух крупных семядолей, имеющих почковидную форму, и расположенных между ними зародышевого корешка, стебелька и почечки с листочками. После оплодотворения в процессе развития семени питательные вещества из эндосперма поглощаются зародышем и откладываются в виде крахмальных и алейроновых зерен в семядолях, поэтому семядоли сильно разрастаются.
Условия прорастания семян
Для прорастания семян необходимы определенные условия, главными из которых являются:
© наличие воды;
© доступ кислорода;
© определенная температура;
© живой зародыш семени.
Перед прорастанием семяна должны набухнуть. При этом семена поглощают большое количество воды. Это необходимо для активизации ферментов, которые переводят запасные вещества семени в легкоусвояемую и доступную для зародыша форму. Семена некоторых растений нуждаются в скарификации. Скарификация — механическое повреждение водонепроницаемых покровов семени. Она может проводиться вручную или с помощью специальных механизмов.
Прорастающие семена интенсивно дышат. Кислород необходим для осуществления окислительно-восстановительных процессов, стимулирующих деление и рост клеток зародыша.
Температура имеет большое значение для прорастания семян, так как от нее зависит протекание биохимических процессов синтеза и разложения в прорастающих семенах. Семена многих растений способны прорастать в довольно широком диапазоне температур. Однако для каждого вида существуют определенные верхний и нижний пределы. Для большинства растений минимальное значение температуры — 0-5°С, а максимальное — 45-48°С. Оптимальной для прорастания семян многих растений считается температура 25-35°С. Семена многих растений умеренных и холодных климатических поясов не прорастают без промораживания. Поэтому в сельскохозяйственной практике применяют стратификацию — выдерживание семян во влажном песке при низких температурах. Этот прием ускоряет прорастание семян многих растений.
Семена большинства растений безразличны к свету. Но есть растения, семена которых прорастают либо только на свету (салат, табак), либо только в темноте (некоторые вероники).
Плод
Плод — репродуктивный орган покрытосеменных, обеспечивающий семенное размножение. Функции плода: формирование, защита и распространение семян.
Плоды характерны только для цветковых растений. Плод образуется из цветка, как правило, после оплодотворения. Главную роль в образовании плода играет гинецей. Нижняя часть пестика — завязь, содержащая семязачатки, разрастается за счет усиленного деления и увеличения размеров клеток, в которых накапливаются различные вещества (белки, крахмал, сахара, жирные кислоты, витамины и т.д.), и превращается в плод.
Плод состоит из околоплодника и семян, число которых соответствует числу семязачатков. Иногда в образовании плода принимают участие и другие части цветка (тычинки, околоцветник, цветоложе).
Околоплодник
|
Рис. 53. Строение плода:
1 — плодоножка; 2 — экзокарпий; 3 — мезокарпий; 4 — эндокарпий; 5 — семя.
© экзокарпий, или внеплодник — наружный слой околоплодника;
© мезокарпий, или межплодник — средний слой околоплодника;
© эндокарпий, или внутриплодник — внутренний слой околоплодника.
У различных плодов слои околоплодника выражены по-разному. Например, у костянки (плод вишни) экзокарпий — тонкий кожистый, мезокарпий — толстый сочный и мясистый, эндокарпий — твердый деревянистый (косточка). У ореха лещины слои околоплодника практически неразличимы.
Классификация плодов
Общепринятой классификации плодов нет. Различные классификации строятся на основе следующих признаков:
© Количество плодолистиков, образующих плод:
¨ простой плод — плод, образованный из завязи единственного пестика (горох, вишня, мак);
¨ сложный, или сборный, плод — плод, образованный из нескольких пестиков одного цветка (малина, ежевика, лютик).
У некоторых растений может образовываться соплодие — более или менее сросшиеся в единое целое плоды, образовавшиеся из цветков одного соцветия (инжир, ананас, шелковица, сахарная свекла).
© Консистенция околоплодника:
¨ сухие плоды — плоды с сухим, деревянистым или кожистым околоплодником (фасоль, лещина, белена);
¨ сочные плоды — плоды, у которых весь околоплодник или его часть сочная или мясистая (груша, смородина, арбуз).
© Число семян:
¨ односеменные плоды (слива, пшеница);
¨ многосеменные плоды (крыжовник, дыня, помидор).
© Особенностей вскрывания плодов:
¨ вскрывающиеся — плоды, которые после созревания семян растрескиваются по швам или по поверхности плодолистика (горох, бальзамин, фиалка);
¨ невскрывающиеся — плоды, из которых семена освобождаются после разрушения околоплодника (овес, одуванчик, лещина).
|
Рис. 54. Простые коробочковидные плоды:
1 — боб; 2 — стручок; 3 — стручочек; 4 — коробочка.
© Простые плоды:
¨ Коробочковидные плоды (рис. 54):
§ боб — одногнездный, чаще многосеменной плод (иногда односеменной например, у клеверов), вскрывающийся одновременно по брюшному и спинному швам, семена прикрепляются к створкам плода вдоль брюшного шва (акация белая, люпин, душистый горошек);
§ стручок, стручочек — двугнездный, многосеменной плод, образованный двумя плодолистиками, семена располагаются на перегородке между створками (левкой, сурепка, капуста); у
стручка длина в четыре и более раз превышает ширину (горчица, капуста), у стручочка — в два-три раза или равна ей.
§ коробочка — многосемянный плод, образованный двумя или более плодолистиками (табак, хлопчатник). Коробочки могут быть одногнездными и многогнездными.
¨ Ореховидные плоды (рис. 55):
§ орех — плод с деревянистым околоплодником, не срастающимся с семенной кожурой, образованный из двух плодолистиков (лещина). У лещины орехи заключены в плюску — листовидную обертку, развивающуюся из трех сросшихся прицветников;
§ орешек — отличается от ореха меньшими размерами (гречиха, липа);
§ крылатка — орех без плюски, имеющий крыло, образующееся из сросшихся с околоплодником чешуевидных прицветников и прицветничков (береза, ольха) или из приросших к околоплоднику сегментов околоцветника (вяз, щавель);
§ желудь — плод с тонкокожистым или тонкодеревянистым околоплодником, не срастающимся с семенем, образованный тремя плодолистиками; имеет чашевидную плюску, образованную видоизмененными стерильными веточками соцветия (дуб, бук);
§ семянка — плод с кожистым околоплодником, не срастающимся с семенем, образованный чаще всего из двух плодолистиков; часто имеет придатки, представляющие собой видоизмененные прицветники или части околоцветника (астра, одуванчик);
§ зерновка — плод с тонким пленчатым (реже мясистым — у некоторых бамбуков) околоплодником, срастающимся с семенной кожурой, образованный из двух (реже трех) плодолистиков (рожь, рис, бамбук).
|
Рис.55. Простые ореховидные плоды:
1 — орех; 2 — орешек; 3 — зерновка; 4 — семянка; 5 — желудь; 6 — крылатка.
¨ Ягодовидные плоды (рис. 56):
§
|
Рис. 56. Сочные ягодовидные плоды:
1 — ягода; 2 — померанец.
§ померанец, или гесперидий — плод цитрусовых растений (апельсин, лимон). Экзокарпий состоит из наружной эпидермы, покрытой кутикулой и слоем воска, и хлорофиллоносной паренхимы с маслянистыми железками (при созревании плода хлоропласты превращаются в хромопласты, и зеленые плоды
становятся желтыми или оранжевыми). Мезокарпий рыхлый, белый, губчатой консистенции, сухой и безвкусный. Эндокарпий пленчатый, состоящий из нескольких слоев плотной паренхимы и внутренней эпидермы. Клетки эндокарпа образуют соковые мешочки на длинных ножках, заполненных клеточным соком, из которых состоит съедобная мякоть плода.
§ гранатина — плод, мякоть которого образуется из сочного наружного слоя семенной кожуры многочисленных семян. Околоплодник и ткани цветочной трубки у зрелого плода подсыхают и образуют твердую кожистую кожуру.
§ яблоко (рис. 57) — как правило, многосеменной плод, у которого мякоть развивается в основном из тканей цветочной трубки (основания тычинок, лепестков и чашелистиков) или в малой степени из тканей экзо- и мезокарпия; внутренняя часть плода (эндокарпий), перепончатая или хрящеватая, образует стенки гнезд с семенами (яблоня, груша, рябина, боярышник);
§ тыквина (рис. 57) — многосемянный плод с твердым, жестким, одревесневающим или кожистым экзокарпием и мясистым мезо- и эндокарпием; в образовании плода принимают участие разросшиеся плаценты(тыква, огурец).
¨ Костянковидные плоды:
§ сочная костянка — плод с мясистым сочным мезокарпием и деревянистым эндокарпием (косточка) (слива, вишня, черешня);
§ сухая костянка — по строению сходен с сочной костянкой, но при полном созревании мезокарпий подсыхает (миндаль, грецкий орех).
|
Рис. 57. Сочные простые и сборные плоды:
1 — сборная костянка; 2 — земляничина; 3 — яблоко; 4 — тыквина; 5 — цинародий.
© Сборные плоды (рис. 57):
¨ сборная костянка (многокостянка) — совокупность множества костянок, располагающихся на общем цветоложе (малина, ежевика):
¨ сборная орешек (многоорешек) — совокупность множества орешков (лютик, горицвет, лапчатка). Многоорешек земляники и клубники представляет собой сильно разросшийся мясистый и сочный гипантий, на выпуклой поверхности которого у углублениях расположены орешки. Его называют земляничиной. Многоорешек шиповника — цинородий — плод, образованный разросшимся кувшинчатым гипантием, в нижней части которого прикреплены орешки.
Систематика растений
Систематика занимается изучением и описанием видов растений и распределением их по группам на основе сходства строения и родственных связей между ними.
Согласно правилам ботанической номенклатуры устанавливаются определенные таксономические категории. Под таксономической категорией понимают определенный ранг или уровень классификации. Основными таксономическими категориями являются: вид, род, семейство, порядок, класс, отдел, царство. Иногда используют промежуточные таксономические категории: подвид, надрод, подцарство, надцарство и другие.
Таблица 1.
Таксономические категории и таксоны на примере картофеля:
| Таксономические категории | Таксоны |
| Царство | Растения |
| Отдел | Покрытосеменные |
| Класс | Двудольные |
| Порядок | Пасленовые |
| Семейство | Пасленовые |
| Род | Паслен |
| Вид | Картофель, или паслен клубненосный |
Дата: 2018-11-18, просмотров: 278.
