В чем заключается польза и вред самоопыления
14.05.2020
Опытные садоводы хорошо знают, что буйное весеннее цветение плодово-ягодных культур отнюдь не является показателем получения богатого урожая в будущем, поскольку главным фактором, который может обеспечить полноценный процесс плодоношения, является качественное опыление растений.
Опыление плодовых культур осуществляется двумя способами:
· Самоопыление
· Перекрестное опыление
Большинство людей зрелого возраста, даже спустя несколько десятков лет, хорошо помнят описанную в школьном курсе ботаники модель опыления покрытосеменных растений (к которым относятся садовые плодовые культуры), включающую процесс переноса цветочной пыльцы с пыльника на рыльце пестика. Другими словами, мужские половые клетки с тычинок попадают на пестик, являющийся частью женской репродуктивной системы растения. После этого пыльцевое зерно прорастает вглубь пестика и достигает семязачатка, в результате чего происходит оплодотворение. В итоге растение начинает формировать завязь, которая постепенно трансформируется в зрелый плод. При этом процесс самоопыления возможен только у двуполых цветков, и иногда он происходит даже внутри еще не раскрывшегося бутона.
Смысл же перекрестного опыления заключается в переносе пыльцы с тычинок одного цветка на рыльце пестика другого. При этом мужские половые клетки могут переноситься даже на растения, находящиеся на значительном удалении друг от друга.
Цветки растения, задействованного в перекрестном опылении, могут иметь одновременно и мужские генеративные органы, и женские. Тем не менее, определенные природные механизмы препятствуют самоопылению. Например, созревание мужских и женских половых клеток на одном и том же цветке происходит в разное время. Кроме того, цветки могут быть мужскими либо женскими. Когда они располагаются на одном растении, оно называется однодомным, когда на разных – двудомным.
Перекрестное опыление происходит при помощи ветра, дождя и животных (наиболее активно в нем участвуют дикие и домашние пчелы, бабочки, осы, шмели, жуки, различные мухи и некоторые виды птиц). При этом для привлечения опылителей цветы чаще всего имеют яркую окраску и источают соблазнительный для них аромат.
Помимо вышеперечисленных моделей, существует также искусственное опыление, которое осуществляется при непосредственном участии человека.
Самоплодные растения
Как следует из названия, растения, принадлежащие к группе самоплодных, обладают способностью опылять сами себя. Для них не имеет большого значения наличие насекомых, неблагоприятные погодные условия в период цветения или соседство с другими сортами.
Самоплодные культуры самостоятельно формируют около 50% завязи. При этом наличие неподалеку других сортов или, в некоторых случая, видов, являющихся опылителями, оказывает дополнительное положительное влияние на их урожайность.
Самоопыление позволяет культурам выживать в условиях, когда перекрестное опыление невозможно. Однако растений, обладающих такими свойствами, не много.
Существенный плюс самоопыления состоит также в том, что оно поддерживает чистоту вида и помогает селекционерам создавать новые сорта.
Как определить: самоплодное растение или нет?
Для выявления самоплодного сорта перед началом цветения одну из ветвей тестируемого растения необходимо полностью изолировать от насекомых-опылителей. Обычно изолятор делают из марлевой ткани. При этом цветы на изолированной ветке искусственно опыляются пыльцой этого же сорта, но взятой с соседних деревьев.
Следующая ветвь также изолируется при помощи марли, но при этом искусственное опыление цветов не производится.
Третья тестируемая ветвь оставляется для свободного естественного опыления.
При этом важно во всех трех случаях предварительно посчитать и зафиксировать количество цветков на каждой из веток, чтобы потом сравнить их с количеством сформировавшихся завязей.
Если в результате проведенного эксперимента количество полученных плодов на изолированных ветках будет не меньшим, чем при естественном опылении, значит, растение является самоплодным. При этом количество сформированных завязей будет прямо пропорционально степени самоплодности сорта. Обычно эта цифра колеблется в пределах от 15 до 40%.
Самобесплодные сорта, как правило, имеют более низкий показатель (от 0 до 4%), а к частично самоплодным сортам относятся растения, имеющие промежуточные показатели.
Обычно данный эксперимент производится как минимум три раза, то есть в каждом новом сезоне, поскольку показатель самоплодности того или иного сорта может несколько отличаться при различных погодных и климатических условиях. Другими словами, один и тот же сорт при одних условиях может стабильно проявлять самоплодность, а при других быть частично самоплодным.
К полностью самоплодным культурам относятся такие как айва, персик, абрикос. При этом, к примеру, слива, может быть как самоплодной, так и самобесплодной.
В любом случае садоводам следует помнить, что если разместить на одном участке несколько сортов самоплодных растений, то их урожай будет значительно выше.
Самобесплодные растения
Перекрестное опыление является более прогрессивным в сравнении с самоопылением, поскольку в процессе эволюции между растениями происходит постоянный природный обмен генами. Это способствует повышению жизнестойкости и выносливости культур, повышает их уровень приспособляемости к неблагоприятным условиям, улучшает вкусовые качества плодов, положительно влияет на урожайность.
Однако при отсутствии опылителя, который может переносить пыльцу для оплодотворения цветов, самобесплодные культуры не способны формировать хороший урожай даже при пышном цветении. Им требуется попадание мужских клеток с растений такого же вида, но другого сорта.
К самобесплодным относятся такие культуры как вишня, черешня, яблоня, груша и многие другие. При невозможности перекрестного опыления эти растения практически не формируют плодов (в этом случае их количество, как минимум, в пять раз меньше в сравнении с самоопыляющимися сортами).
Для хорошего опыления самобесплодные деревья должны находиться друг от друга на расстоянии не более 40 метров (чем больше дистанция, тем меньшее количество завязи сформируется). Поэтому, чтобы получать стабильно высокий урожай, самобесплодные деревья необходимо высаживать небольшими группами, на расстоянии не далее 5 метров друг от друга, и не менее 3-4 сортов одного вида. В этом случае насекомым не составит труда обеспечить качественное опыление растений.
В том случае, когда возможности для высаживания на участке сразу нескольких деревьев или кустарников нет, опытные садоводы рекомендуют прививать на одно растение сразу несколько веточек разных сортов. При этом желательно, чтобы срок цветения различных сортов совпадал по времени.
В любом случае сад с большим разнообразием плодовых деревьев всегда будет выигрывать перед садом с монокультурой, и пренебрежение этим фактором может привести к значительному недобору урожая.
Кроме того, очень важным является наличие на участке большого количества насекомых-опылителей, поэтому присутствие по соседству с садом пчелиной пасеки будет несомненным плюсом и окажет положительное влияние на формирование большого числа плодов.
Рекомендации по опылению различных культур
· Яблони и груши
При выращивании яблонь и груш важно помнить, что качественными опылителями летних сортов могут считаться только яблони и груши летнего сорта, для осенних сортов – осенние, а для зимних – зимние.
· Вишни и черешни
Эти растения не могут являться опылителями друг для друга, поскольку относятся к разным видам, но зато считаются идеальными соседями.
Для того чтобы получить хороший урожай желательно высаживать на одном участке как минимум два-три различных сорта.
· Слива
Чтобы опылить домашнюю сливу, понадобится растение, которое также относится к группе домашних слив, а вот китайская слива и гибридная алыча могут превосходно опылять друг друга.
Облепиха
Облепиха – двудомное растение, поэтому на участке обязательно нужно высаживать и мужские, и женские экземпляры в соотношении не меньше, чем 1 к 8.
В любом случае, в период закладки сада важно учитывать, являются ли выбранные культуры и сорта самоплодными, или требуют наличия рядом других растений для своего опыления. Тогда и деревья, и кустарники будут радовать стабильно высокими урожаями.
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.
Alexey Khoroshev
Высший разум
(1625279)
9 лет назад
Опыление — необходимое условие для процесса оплодотворения, протекающего в цветке. Пыльца из пыльников так или иначе переносится на рыльце цветка. Различают два типа опыления — самоопыление и перекрестное опыление (ксеногамия) . Если пыльца переносится в пределах данного цветка или данной особи, то в этом случае происходит самоопыление. Различают разные формы самоопыления: автогамию, когда рыльце опыляется пыльцей того же цветка, гейтопогамию (соседствениое опыление), когда рыльце опыляется пыльцой других цветков той же особи, и, наконец, клейстогамию, когда самоопыление происходит в закрытых, нераспускающихся цветках. Эти разные формы самоопыления в генетическом отношении вполне равноценны.
Если перенос пыльцы осуществляется между цветками разных особей, то в этом случае происходит перекрестное опыление. Перекрестное опыление — основной тип опыления цветковых растений. В цветках весьма обычны специальные устройства морфологического и физиологического характера, предотвращающие или по крайней мере ограничивающие самоопыление. Таковы двудомность, дихогамия, самонесовместимость, гетеростилия и др. Однако в них имеются также приспособления к самоопылению, способствующие последнему в том случае, когда перекрестное опыление по каким-либо причинам не произойдет. Иначе говоря, цветок допускает возможость не только перекрестного опыления, но и самоопыления.
Перекрестное опыление осуществляется следующими способами: с помощью насекомых (энтомофилия) , птиц (орнитофилия) , летучих мышей (хироптерофилия) или агентов неживой природы — ветра (анемофилия) и воды (гидрофилия) . В соответствии с этим можно говорить о биотическом и абиотическом опылении.
Перекрестное опыление обусловливает обмен генами и интеграцию мутаций, поддерживает высокий уровень гетерозиготности популяции, определяет единство и целостность вида. Это создает широкое поле для деятельности естественного отбора.
Самоопыление, особенно постоянное, рассматривается как вторичное явление, вызванное крайними условиями среды, неблагоприятными для перекрестного опыления. Оно выполняет тогда страхующую функцию. Постоянное самоопыление трактуется как тупик эволюционного развития. В этом случае происходит расщепление вида на серию чистых линий и затухание процессов микроэволюции. В этой правильной, но односторонней точке зрения на эволюционное значение самоопыления нашла отражение идея Дарвина, что «природа питает отвращение к постоянному самооплодотворению». Этот афоризм, как указывал
сам Ч. Дарвин (1876), будет ошибочным, если исключить из него слово «постоянному» . Указав на вредное действие постоянного самоопыления, Дарвин отнюдь не отрицал его значения вообще. В Автобиографии» (1887) он писал: «Мне следовало решительнее, чем я это сделал, настаивать на существовании многочисленных приспособлений, к самоопылению». Отрицательное значение для эволюции постоянного самоопыления не вызывает сомнений. Однако из работ Дарвина отнюдь не вытекает, что самоопыление всегда имеет отрицательные последствия. По современным представлениям, для прогрессивной эволюции необходимо как свободное скрещивание, так и некоторое ограничение его. Перекрестное опыление повышает уровень гетерозиготности в популяции, а самоопыление, наоборот, вызывает гомозиготизацию ее. Самоопыление влечет за собой в сущности изоляцию новых форм, т. е. обособляет и фиксирует в чистых линиях благоприятные результаты предшествующего перекрестного опыления. В этом и заключается положительное значение для эволюции сочетания в ряду поколений самоопыления и перекрестного опыления.
Обоеполость и энтомофильность цветка представляют первичное явление. В цветках первых покрытосеменных наряду с весьма примитивной энтомофилией, вероятно, осуществлялось также самоопыление. Обоеполость цветка способствовала самоопылению, поскольку приспособления к ограничению его еще не были развиты. Разделение полов в цветке ограничивает или вполне исключает самоопыление. Оно привело к образованию разных половых типов цветковых растений.