В чем заключаются 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.
Есть два виды опыления, с учетом источника пыльцы: самоопыление и перекрестное опыление. Кроме того, автоопыление можно подразделить на автогамию и геотогамию..
Опыление – это процесс, при котором пыльцевые зерна какой-либо пыльника – мужская часть цветка – переносятся в женскую часть цветка, известную как стигма..
Чтобы опыление было успешным, перенесенные пыльцевые зерна должны быть одного и того же вида..
Самоопыление – это вид опыления, при котором пыльца с пыльников цветка передается рыльцам того же цветка..
Перекрестное опыление включает перенос пыльцевых зерен с цветка одного растения на клеймо цветка другого растения. Это единственный тип опыления, который приводит к стигме различных генетических типов пыльцевых зерен во время опыления..
В зависимости от агента опыления перекрестное опыление можно классифицировать на абиотическое и биотическое опыление..
Типы опыления
1- Самоопыление
Это самый основной тип опыления, потому что он включает только один цветок. Этот тип опыления происходит, когда пыльцевые зерна пыльника падают прямо на рыльце того же цветка..
Хотя этот тип опыления является простым и быстрым, он приводит к сокращению генетического разнообразия, поскольку сперма и яйцеклетки одного и того же цветка имеют генетическую информацию.
Этот механизм самоопыления наблюдается у некоторых овощей, таких как арахис и соя. У большинства самоопыляющихся растений маленькие, незаметные цветки..
Эти цветы проливают пыльцу прямо на клеймо, еще до того, как распустится бутон..
Растения, которые следуют за процессами автоматического опыления, часто имеют одинаковое количество тычинок и ковров. Растения опыляются и могут давать потомство, которое самооплодотворяется.
Некоторые растения, которые проявляют этот тип опыления, включают персики, инжир, розы, помидоры, орхидеи и фиалки, среди других..
Самоопыление можно разделить на автогамию и геотогамию.
– автогамия
Это относится к слиянию двух гамет от одного человека. Автогамия преимущественно наблюдается в форме самоопыления.
Это происходит, когда сперма пыльцы из тычинки растения достигает ковров того же растения и оплодотворяет существующую яйцеклетку. При этом типе самоопыления сперма и яичники, собранные вместе, происходили из одного цветка..
– Geitogamia
У цветковых растений пыльца переносится с одного цветка на другой цветок на том же растении. В системах опылителей с животными это достигается, когда опылитель посещает несколько цветов одного растения.
Этот процесс также возможен у видов, которые опыляются воздухом, и может быть обычным источником семян, которые самооплодотворяются у самосовместимых видов.
Хотя функциональная геотогамия представляет собой перекрестное опыление с участием опыляющего агента, она генетически сходна с аутогамией, поскольку пыльцевые зерна происходят от одного растения..
Кукуруза – это растение, которое проявляет геотогамию.
Преимущества самоопыления
– Растения, которые опыляют себя, тратят меньше энергии на производство привлекательных опылителей..
– Они могут расти в областях, где организмы, которые могут помочь опылению, такие как насекомые и другие животные, отсутствуют или отсутствуют. Это включает в себя арктические районы и районы с очень высокими отметками.
– Этот процесс позволяет распространять растения за пределы диапазона доступных опылителей или производить потомство в регионах, где наблюдается сокращение популяции опылителей..
– Вероятность неудачного опыления меньше, и поэтому они помогают поддерживать чистоту своего вида..
Недостатки самоопыления
– Там нет возможности для производства новых видов.
– Потомки проявляют меньше энергии.
– Нежелательные характеристики не могут быть устранены.
– Способность противостоять болезням снижается.
– Это не помогает эволюции.
– Новые функции не введены.
2- Перекрестное опыление
Это происходит, когда пыльцевые зерна переносятся на цветок другого растения. Растения, которые проходят через этот процесс, часто имеют тычинки длиннее, чем их ковры.
Эти растения используют механизмы, обеспечивающие распространение пыльцевых зерен на другие цветы растения..
Процесс перекрестного опыления требует помощи биотических или абиотических агентов, таких как воздух, вода, насекомые, птицы и другие животные, которые действуют как опылители.
– Абиотическое опыление
Опыление проводится без вмешательства других организмов. Наиболее распространенная форма – опыление ветром; Опыление водой существует в водных растениях.
– Биотическое опыление
Это опыление требует опылителей для передачи пыльцевых зерен от пыльника к восприимчивой части или рыльца ковров или пестиков..
Существует много форм биотического опыления. Опыление насекомыми, опыление птицами или летучими мышами, а также человеком – наиболее распространенные варианты.
Растения, которые используют этот тип опыления, обычно имеют характеристики запаха, цвета и формы для привлечения опылителей..
Опыление насекомыми происходит у растений, у которых есть окрашенные лепестки и сильный запах, чтобы привлечь насекомых; У растений, которые опыляются воздушными позвоночными, обычно есть белые лепестки и эффектные запахи. Цветы, опыленные птицами, имеют трубчатые венчики ярких цветов.
Преимущества перекрестного опыления
– Потомки сильнее, жизнеспособнее и устойчивее.
– Есть возможность получения новых желаемых персонажей.
– Помощь в эволюции.
– Нежелательные символы растения могут быть устранены.
Недостатки перекрестного опыления
– Опыление может потерпеть неудачу из-за барьера расстояния.
– Цветы должны полностью зависеть от внешних агентов для опыления.
– Вы можете ввести нежелательные символы.
– Существует больше потерь пыльцы.
ссылки
- Что такое опыление у растений? Определение и типы. Получено с study.com
- Опыление. Получено с wikipedia.org
- Опыление: виды и агенты. Получено с сайта biologyion.com
- Аллогамия. Получено с wikipedia.org
- Типы опыления. Восстановлено с сайта biology.tutorvista.com
- Недостатки перекрестного опыления. Получено с сайта biology.lifeeasy.org
- Geitonogamy. Получено с wikipedia.org
- Преимущества перекрестного опыления. Получено с сайта biology.lifeeasy.org
Самоопыление , когда пыльца с одного и того же растения достигает клейма цветка (в цветковых ) или у семяпочки (в голосеменных ). Есть два типа самоопыления: в автогамии пыльца переносится на рыльце того же цветка; в гейтоногамии пыльца переносится с пыльника одного цветка на рыльце другого цветка того же цветущего растения или с микроспорангия на семяпочку в пределах одного (однодомного ) голосеменного. У некоторых растений есть механизмы, обеспечивающие автогамию, например, не раскрывающиеся цветы (клейстогамия ) или тычинки , которые движутся, чтобы войти в контакт со стигмой. Термин selfing, который часто используется как синоним, не ограничивается самоопылением, но также применяется к другим типам самоопыления.
Возникновение
Несколько растений самостоятельно опыляют без помощи переносчиков пыльцы (например, ветра или насекомых). Этот механизм чаще всего встречается в некоторых бобовых , таких как арахис . У другого бобового растения, сои , цветки раскрываются и остаются восприимчивыми к перекрестному опылению насекомыми в течение дня. Если этого не сделать, цветы будут самоопыляться при закрытии. Среди других растений, способных к самоопылению, есть многие виды орхидей , гороха , подсолнечника и тридакс . Большинство самоопыляющихся растений имеют небольшие, относительно незаметные цветки, которые выделяют пыльцу прямо на рыльце, иногда даже до того, как распустится бутон. Самоопыляющиеся растения тратят меньше энергии на производство аттрактантов опылителей и могут расти в районах, где насекомые или другие животные, которые могут их посещать, отсутствуют или очень редки, например, в Арктике или на больших высотах.
Самоопыление ограничивает разнообразие потомства и может подавить жизнеспособность растений . Однако самоопыление может быть выгодным, позволяя растениям распространяться за пределы диапазона подходящих опылителей или давать потомство в районах, где популяции опылителей значительно сократились или являются естественными переменными.
Опыление может также достигается путем перекрестного опыления . Перекрестное опыление – это перенос пыльцы ветром или животными, такими как насекомые и птицы, от пыльника к рыльцу цветов на отдельных растениях.
Типы самоопыляющихся цветов
Оба вида гермафродитов и однодомные обладают потенциалом самоопыления, ведущего к самоопылению, если только нет механизм, позволяющий избежать этого. Восемьдесят процентов всех цветущих растений являются гермафродитами, то есть содержат представителей обоих полов в одном цветке, в то время как 5 процентов видов растений однодомны. Остальные 15%, следовательно, будут раздельнополыми (каждое растение однополое). Самоопыляющиеся растения включают несколько видов орхидей и подсолнухи. Одуванчики также способны к самоопылению, а также к перекрестному опылению.
Преимущества
У самоопыляющихся цветов есть несколько преимуществ. Во-первых, если данный генотип хорошо подходит для окружающей среды, самоопыление помогает сохранить этот признак стабильным у вида. Отсутствие зависимости от опылителей позволяет происходить самоопылению, когда пчелы и ветер нигде не встречаются. Самоопыление или перекрестное опыление может быть преимуществом, когда количество цветков невелико или они широко расставлены. При самоопылении пыльцевые зерна не передаются от одного цветка к другому. В результате происходит меньше потерь пыльцы. Также самоопыляющиеся растения не зависят от внешних переносчиков. Они также не могут вносить изменения в свои характеры, поэтому черты вида можно сохранить в чистоте. Самоопыление также помогает сохранить родительские черты, так как гаметы одного и того же цветка эволюционируют. Цветам не обязательно выделять нектар, аромат или быть красочными, чтобы привлекать опылителей.
Недостатки
Недостатки самоопыления возникают из-за отсутствия вариации, которая не позволяет адаптироваться к изменяющейся среде или потенциальной атаке патогенов. Самоопыление может привести к депрессии инбридинга, вызванной проявлением вредных рецессивных мутаций, или к ухудшению здоровья вида из-за разведения родственных особей. Вот почему многие цветы, которые потенциально могут самоопыляться, имеют встроенный механизм, позволяющий избежать этого или, в лучшем случае, сделать его вторым вариантом. Генетические дефекты в самоопыляющихся растениях не могут быть устранены с помощью генетической рекомбинации , и потомство может избежать наследования вредных атрибутов только благодаря случайной мутации , возникающей в гамете .
смешанном скрещивании
Около 42% цветковых растений в природе имеют смешанную систему спаривания. В наиболее распространенном виде системы отдельные растения производят один тип цветка, а плоды могут содержать самоопыляемые, перекрещенные или смешанные типы потомства. Другая смешанная система спаривания называется диморфной клейстогамией. В этой системе одно растение дает как открытые, потенциально перекрестные, так и закрытые, облигатно самоопыляемые клейстогамные цветы.
Примеры видов
Эволюционный переход от ауткроссинга к самоопылению является одним из наиболее распространенные эволюционные переходы у растений. Около 10-15% цветковых растений преимущественно самоопыляющиеся. Ниже описаны несколько хорошо изученных примеров самоопыляющихся видов.
Орхидеи
Самоопыление у орхидеи-тапочки Paphiopedilum parishii происходит, когда пыльник переходит из твердого состояния в жидкое и непосредственно контактирует с поверхностью рыльца без помощи любой опылитель.
Древовидная орхидея Holcoglossum amesianum имеет тип механизма самоопыления, при котором двуполый цветок поворачивает свой пыльник против силы тяжести на 360 °, чтобы поместить пыльцу в собственная полость рыльца – без помощи каких-либо опылителей или сред. Этот тип самоопыления, по-видимому, является адаптацией к безветренным засушливым условиям, которые присутствуют во время цветения, когда насекомых мало. Без опылителей для ауткроссинга необходимость обеспечения репродуктивного успеха перевешивает потенциальные неблагоприятные последствия инбридинга. Такая адаптация может быть широко распространена среди [людей] в аналогичной среде.
Самоопыление мадагаскарской орхидеи Bulbophyllum bicoloratum происходит благодаря ростеллуму, который, возможно, восстановил свою стигматическую функцию как часть дистальной средней стигматической доли.
Caulokaempferia coenobialis
У китайского растения Caulokaempferia coenobialis пленка пыльцы переносится из пыльника (пыльцевых мешочков) маслянистой эмульсией, которая скользит боком вдоль стебля цветка и попадает в собственное рыльце человека. Боковой поток пленки пыльцы по стилю, по-видимому, обусловлен исключительно растекающимися свойствами маслянистой эмульсии, а не силой тяжести. Эта стратегия могла развиться, чтобы справиться с нехваткой опылителей в чрезвычайно тенистых и влажных местах обитания C. coenobialis.
Capsella rubella
Capsella rubella (кошелек Red Shepard) – это самоопыляющийся вид, который стал самосовместимым 50 000-100 000 лет назад, что указывает на то, что самоопыление эволюционная адаптация, которая может сохраняться на протяжении многих поколений. Его предок от скрещивания был идентифицирован как Capsella grandiflora.
Arabidopsis thaliana
Arabidopsis thaliana – это преимущественно самоопыляющееся растение, частота ауткроссинга в дикой природе оценивается менее чем 0,3%. Исследование показало, что самоопыление возникло примерно миллион лет назад или более.
Возможные долгосрочные выгоды от мейоза
Мейоз, за которым следует самоопыление, вызывает незначительные общие генетические вариации. Это поднимает вопрос о том, каким образом мейоз у самоопыляющихся растений адаптивно поддерживается в течение длительных периодов (то есть примерно в течение миллиона лет или более, как в случае A. thaliana), а не менее сложному и менее дорогостоящему процессу бесполого амейоза для производят потомство. Адаптивное преимущество мейоза, которое может объяснить его долгосрочное поддержание у самоопыляющихся растений, – это эффективная рекомбинационная репарация повреждений ДНК. Это преимущество может быть реализовано в каждом поколении (даже если генетическая вариация не возникает).
См. Также
- Размножение
- Опыление
- Размножение однодольных