Что значит перекрестное опыление
Как происходит процесс опыления у растений: основные виды, опыление у покрытосеменных и голосеменных растений
Что такое опыление?
Опыление и его виды
Опыление — это процесс переноса пыльцы из пыльников растения на рыльце его пестика.
Есть два типа опыления растений:
Теперь остановимся на самоопылении и перекрестном опылении подробнее.
Самоопыление
Самоопыление — это самостоятельное опыление растения.
Такой способ встречается у растений, у которых двуполые цветки. Большинство растений при самоопылении дают семена. К примеру, ячмень, овес, просто. Такой тип опыления и у гороха.
Самоопыление встречается у цветков, которые совсем не склонны к раскрытию — из-за этого перекрестное опыление здесь невозможно. Поэтому в процессе самоопыления даже самые маленькие и невзрачные цветки способны давать семена.
Однако потомство, полученное в результате самоопыления, считается низко прогрессивным. Растения с таким способом опыления постоянно находятся под угрозой вырождения. Чтобы как-то с этим справляться, небольшой процент цветков у таких растений подвергается внутривидовому опылению. В результате внутривидового опыления получаются растения с отличающимися отцовскими и материнскими зачатками, а также более приспособленные к выживанию в ходе естественного отбора. Как итог — сохранение вида.
Перекрестное опыление
Перекрестное опыление — это опыление, которое находится в прямой зависимости от внешних факторов, таких как вода, ветер, насекомые и птицы. У кого перекрестное оплодотворение? Разберемся на примерах.
Процесс опыления ветром называется анемофилия.
Оно встречается у растений с мелкими цветками, собранными обычно в соцветия. Обычно у цветков очень много пыльцы. Она мелкая и сухая и выбрасывается наружу при помощи пыльника, который находится на длинных тонких нитях.
Энтомофилия — это опыление насекомыми.
Как правило, растения, опыляемые таким способом, обладают ароматом, нектаром, достаточно большим размером цветков и привлекающим насекомых цветом, а также у них есть липка пыльца с выростами.
Процесс опыления происходит в результате переноса насекомыми пыльцы с одного цветка на рыльца другого: так обеспечивается опыление для двуполых растений.
Орнитофилия — процесс опыления с помощью птиц.
Обычно так опыляются тропические растения с пестрой окраской, которая привлекает птиц. К примеру, в процессе опыления участвует колибри.
Гидрофилия — вариант опыления водой.
У многих водных растений рыльца нитеобразной формы, и пыльца с них переносится водой, а в редких случаях — слизнями.
Так происходит у резухи, взморника, роголистки, наяды, элодеи, рунии.
Искусственное опыление
Искусственное опыление — тип опыления, широко используемый в плодовом и декоративном садоводстве, овощеводстве, а также лесном хозяйстве. Суть его в том, что пыльца переносится искусственным способом: с пыльцы тычинок на рыльца пестиков.
По-другому искусственное опыление называется скрещиванием. Благодаря ему селекционеры могут получать новые виды и сорта растений.
Оплодотворение
Процесс оплодотворения происходит после опыления. Как быстро — зависит от самого растения. У одних — спустя несколько недель, а у других — даже через год.
Оплодотворение — процесс слияния мужской и женской клеток.
В момент, когда происходит опыление, пыльца находится на рыльце. Чтобы оплодотворение произошло, нужно чтобы пыльца была зрелой и стойкой. Также важно наличие сформированного зародышевого мешочка.
Процесс развития и роста пыльцевой трубки происходит в направлении завязи — через рыльце и столбик. В завязи пыльцевая трубка проходит в семенной зачаток и доходит до зародышевого мешка. По достижении яйцеклетки происходит разрыв пыльцевой трубки и выход двух спермиев. Вегетативная клетка разрушается. Далее следует слияние одного спермия с яйцеклеткой, а другого — с диплоидным ядром.
В первом случае слияния растет зародыш нового организма, а во втором — образование триплоидной клетки для образования эндосперма. Так происходит процесс двойного оплодотворения.
Зародыш и эндосперм зарождают семя, которое скрыто под кожурой. Завязь формирует плод после оплодотворения.
Опыление у покрытосеменных растений
Опыление у покрытосеменных растений осуществляется обоими способами. В обоих случаях пыльцевые зерна попадают на рыльца пестиков. Чтобы понять, как происходит опыление, рассмотрим его на конкретном примере: винограде.
Виноград опыляется двумя способами: перекрестным и самоопылением. В случае самоопыления у винограда обнаруживается клейстогамия. Клейстогамия — опыление с дальнейшим оплодотворением. В большинстве случаев виноград опыляется ветром: строение цветка расположено к такому перекрестном опылению.
В ходе опыления происходит выделение на рыльце секретной жидкости — в этом время оно уже готово получать пыльцу. Так рыльце положительно сказывается на прилипании пыльцы, защите ее от различных инфекций и обеспечивает благоприятные условия для ее прорастания.
Виноград также отличается возможностью перехода от перекрестного опыления к самоопылению. Благодаря такой способности вид сохраняется столетиями. Также эта способность обеспечивает хорошее развитие и урожай.
Многие коллекционеры практикуют искусственное оплодотворение. Оно похоже на перекрестное опыление, однако оно происходит за счет антропогенных факторов, а не биотических и абиотических.
При искусственном оплодотворении пыльца переносится кисточкой или ватной палочкой. Предварительно цветки изолируются и кастрируются.
Опыление у голосеменных растений
Голосеменные растения опыляются способом анемофилии. То есть, при помощи ветра.
Яркий пример — сосна.
Опыление сосны происходит так: с мужской шишки пыльца попадает на семязачатки женских шишек. Когда шишка зеленеет, происходит срастание и одеревенение чешуек: пыльца находится в состоянии покоя. Прорастание пыльцы происходит на следующее лето.
В процессе прорастания пыльцы пыльцевая трубка несет спермии к архегониям. Далее там происходит слияние одного из спермиев с яйцеклеткой и образование зиготы. Из зиготы формируется зародыш, а семязачаток перерастает в семя.
Зародыш располагается в эндосперме гаметофита, накапливающего питательные вещества. Созревание семян в шишках происходит на протяжении полутора лет с момента оплодотворения. После этого происходит раздвижение чешуек и высыпание семян из шишки.
У семени есть крылышко, благодаря которому оно распространяется ветром.
Что значит перекрестное опыление?
Чтобы понять чему способствует перекрестное опыление растений, проследим путь развития у них этого важного свойства.
История развития зеленого мира
Известно, что в далеком прошлом, когда единственными представителями зеленого мира являлись одноклеточные водоросли, у них наряду с простым делением возникло слияние двух клеток с образованием новой клетки, способной снова размножаться простым делением.
Одноклеточные водоросли. У многоклеточных водорослей уже были специальные части тела, образующие мужские и женские клетки.
Первые формы опыления растений
С выходом водорослей на сушу, когда размножение стало осуществляться в условиях воздушного окружения, возникли первые ветроопыляемые растения. Появление различных насекомых привело к связи между ними и цветковыми растениями: некоторые насекомые стали питаться пыльцой. Но благодаря этому насекомые оказались невольными переносчиками пыльцы с цветка на цветок.
Опыление насекомыми. Таким образом, кроме ветра, у растений появились и другие посредники при опылении — насекомые. Конечно, это не шло во вред растениям, наоборот, новая форма опыления оказалась более совершенной.
С этого времени между насекомыми и некоторыми цветковыми растениями возникают новые виды связей, которые привели к изменению как цветков, так и их опылителей — насекомых.
Приспособления, облегчавшие насекомым распознавание растений
Несомненно важное значение для укрепления связи между опыляемыми растениями и, насекомыми-опылителями имели приспособления, облегчавшие насекомым распознавание растений. Так, естественный отбор идет по линии развития яркого околоцветника.
Постепенно у многих растений в цветке возникает дополнительное средство привлечения насекомых — клетки, выделяющие сахаристое вещество. Впоследствии из этих клеток произошли нектарники.
Некоторые растения выделяют пахучие вещества. Эти вещества возникли, вероятно, как полезное защитное приспособление (защита от высыхания, от врагов), а позднее стали служить для насекомых средством распознавания растений. Такова в самых общих чертах картина усовершенствования перекрестного оплодотворения.
Польза перекрестного оплодотворения
Совершенствование перекрестного оплодотворения в процессе исторического развития служит еще одним доказательством полезности его для жизни зеленого мира. Но в чем эта польза? Вспомним процесс оплодотворения. После опыления пыльца прорастает, образуя тончайшую пыльцевую трубочку, которая проникает вглубь пестика, где находится завязь.
В завязи имеется семяпочка (одна или несколько), а в семяпочке — яйцеклетка. Из последней и развивается зародыш нового растения. Однако возникновение этого зародыша возможно лишь в том случае, если произойдет оплодотворение, то-есть мужская клетка по пыльцевой трубочке проникнет в яйцеклетку и они сольются.
Но одинаковы ли будут по своим качествам оплодотворенные клетки, получившиеся в результате самоопыления и перекрестного опыления? Конечно, не одинаковы. Когда происходит самоопыление и самооплодотворение, то сливаются, то-есть взаимно ассимилируют друг друга, две половые клетки, совсем или почти совсем одинаковые по своей наследственности, так как они образованы одним и тем же организмом.
Наследственность у новой клетки будет почти такая же, как и у каждой из двух слившихся клеток в отдельности. А это значит, что в обмене веществ нового организма ничего не изменяется, приспособленность его к условиям жизни останется той же, без изменений. Иное происходит при перекрестном опылении и оплодотворении.
Здесь сливаются две клетки от двух организмов с разной наследственностью. Пусть это растения одного вида, но живущие в несколько различных условиях, значит, и наследственная природа их будет несколько различаться.
Перекрестное опыление орешника
Взять, например, два куста орешника в одном и том же лесу. Когда-то их предок-орешник дал потомство, от которого впоследствии возникли эти кусты. Прошло, быть может, много поколений. Растения существовали в сходных, но все же не тождественных условиях: по-разному питались, росли при неодинаковом освещении, увлажнении и т. д.
Они остались растениями одного вида, но от поколения к поколению расходились. Иногда очень легко обнаружить разницу кустов орешника даже по наружным признакам — например, по форме орехов. Для своей жизни эти два разошедшиеся растения уже нуждались и в несколько различных условиях.
А когда ветер перенес пыльцу от сережки одного куста на рыльце пестика другого и произошло перекрестное оплодотворение, то в возникшем из такой клетки зародыше сочетались уже две наследственности — от двух несколько разных кустов орешника.
Лесной орех. Растение, выросшее из образовавшегося семени, имеет несколько иной обмен веществ и проявляет большую приспособленность к окружающей среде. Возникновение новых приспособлений к жизни у растений зависит еще и от того, в каких условиях будет происходить их развитие.
Необходимо помнить, что растение развивается как под действием наследственности, выработавшейся в сходных условиях на протяжении многих поколений, а поэтому более или менее устойчивой, так и под действием изменчивости, проявляющейся под влиянием изменения обмена веществ в зависимости от окружающих условий.
Изменение условий жизни организма всегда влияет на обмен веществ, но это влияние может быть и очень значительным и совсем ничтожным. Перекрестное опыление поэтому и дает большую возможность проявиться творчеству в природе, то-есть возникновению чего-то нового, полезного для жизни растения.
Но в природе не существует направленности: сохранение или закрепление того или иного качества определяется полезностью этого качества в данных условиях.
Перекрестное опыление растений в работе И.В. Мичурина
Иван Владимирович Мичурин своими замечательными работами показал, как можно успешно управлять развитием растений, используя перекрестное опыление растений. При создании новых сортов он обычно использовал растения, полученные перекрестным опылением от пар с разной наследственностью.
Для перекрестного опыления он подбирал растения и географически отдаленные, то-есть из мест, отличающихся различными физико-географическими условиями жизни, и отдаленные по родству — лучшие далекие разновидности и даже виды.
Но самое главное заключается все же не в получении помеси (гибрида), а в воспитании у него требуемых качеств. Мичурин, проявляя тонкую наблюдательность, находчивость и глубокое понимание сложности живого организма, создал свою замечательную систему воспитания гибридных растений.
Он воздействовал на молодой, неустойчивый гибрид, изменяя условия его существования: почву, температуру, влажность, яркость освещения и т. д., подбирая такие условия, которые способствовали бы формированию у растения наиболее ценных для нас качеств.
Ученый считал, что если организм будет развиваться из семени, полученного в результате перекрестного опыления растений с несколько различной наследственностью, он окажется более отзывчивым на изменение условий окружающей его среды. Мичурин воздействовал на молодой организм направленно, учитывая особенности наследственной природы каждой из взятых для скрещивания форм, тщательно изучая влияние, которое могут оказать на развивающееся растение те или иные условия жизни.
Для перекрестного опыления Мичурин подбирал такие сочетания растений, которые в естественных условиях не встречаются. Возможно ли, например, естественное перекрестное опыление дикой груши из лесов Приморья с культурной формой такой же груши из Крыма или Южной Франции? Ясно, что это совершенно исключено.
А между тем перекрестное опыление именно таких географически далеких форм и может дать помеси (гибриды) с очень ценными качествами, если, конечно, удастся путем направленного воспитания закрепить и развить их. При опылении далеких по своему происхождению форм, которые существенно отличаются друг от друга по обмену веществ, оплодотворение не наступает.
Такие растения, как правило, или не дают семян, или они оказываются не всхожими. Можно ли добиться перекрестного оплодотворения и получить помеси между ними? Мичурин установил, что разные по своей природе растения легче сращиваются, чем скрещиваются: клетки их тела по обмену веществ ближе между собой, чем специализированные клетки, участвующие в оплодотворении.
Мичурин применял различные способы сращивания растений, пытаясь сблизить их биологически, сделать более сходными, родственными по обмену веществ. Как известно, его опыты увенчались полным успехом. Метод сращивания Мичурин широко использовал для воспитания растений. Впервые в мире он применил метод ментора (воспитателя) — воспитание растения с помощью другого растения.
Скрещенные сорта яблонь. Прививая в крону молодого растения веточки взрослых деревьев от одного или нескольких сортов, Мичурин стремился воздействовать привоем (растением, которое прививается) на подвой (растение, на котором делается прививка) и изменить у подвоя обмен веществ в желательную сторону.
Он использовал также воспитываемое растение и как привой, приращивая его к взрослому растению, чтобы передать через изменение обмена веществ те или иные ценные качества последнего своему воспитаннику. Метод ментора — искусственный прием, но он также основан на общем законе жизни: свойстве белков самообновляться и изменять ход этого самообновления под воздействием условий среды.
Иван Владимирович Мичурин создал новое направление в биологии, указал пути дальнейшего овладения сложнейшими явлениями в жизни растений, связанными с обменом веществ. Этими путями в нашей стране идут тысячи продолжателей великого дела Мичурина.
Какие плодовые деревья и кусты самоплодны, а каким нужна пара
Добавление статьи в новую подборку
Почему некоторые растения способны плодоносить, находясь даже в одиночестве, а другие не дадут плодов, если рядом не будет пары-тройки подобных деревьев или кустарников? Почему наличие на участке пчел и других насекомых-опылителей одним культурам важно, а другим «безразлично»?
Разбираемся вместе, как именно и какие именно плодовые деревья и ягодные кустарники нужно высаживать в саду, чтобы получить хороший урожай. Для этого в первую очередь нужно знать некоторые нюансы опыления растений.
Как происходит опыление растений и формирование плодов
Как вам должно быть известно еще из школьного курса биологии, семенные растения размножаются при помощи процесса опыления. В тычинках (мужские органы) цветка образуется пыльца, которая должна попасть на рыльце пестика (женский орган), где она оплодотворяет семяпочку, в результате чего развивается семя. А вместе с семенами формируются и плоды – особые образования, которые хоть и будут радовать дачника урожаем, но в первую очередь служат для созревания, защиты и распространения заключенных в них семян.
Существуют также плоды, образованные без оплодотворения (обычно бессеменные) – их называют партенокарпическими. Такой процесс присущ многим культурным растениям и часто является прочно закрепленным сортовым признаком. Среди плодовых деревьев и кустарников он встречается у ряда сортов винограда, яблони, груши, мандаринов, апельсинов, крыжовника, хурмы и многих других.
В большинстве случаев получаемые таким способом плоды характеризуются обильным количеством, повышенной сочностью, мясистостью и высокими вкусовыми качествами, а также имеют преимущества при технологической обработке.
Есть также частный случай партенокарпии, при которой для формирования плодов необходимо раздражение рыльца цветков пыльцой растений других видов. К примеру, пыльца яблони способна вызвать образование бессеменных плодов у груши.
Если же мы вернемся к опылению, то оно бывает двух типов – перекрестное и самоопыление.
В первом случае для формирования плодов с семенами нужно перенести пыльцу с цветков одного растения на пестики другого. В природе этому помогают животные и насекомые-опылители либо естественные факторы-«посредники» (влага, ветер). Растения обычно приспосабливаются, чтобы «помочь» своим опылителям – для пчел и бабочек выпускают яркие и крупные цветы, ради ветра растут повыше или цветут до появления листьев. Перекрестному опылению способствует разделение цветков по половому признаку и распределение обоеполых и однополых цветков между растениями в популяции: однодомные и двудомные виды.
В случае самоопыления пыльца переносится в пределах одного цветка или одного растения – «посредники»-опылители для такого процесса обычно не нужны, растение «справляется» самостоятельно.
Что такое самоплодность и самобесплодность растений
Большинство плодовых и ягодных культур являются перекрестноопыляемыми. Для формирования завязи (а потом и плода) им необходимо, чтобы на пестики их цветков попала пыльца с других растений своего вида, но, желательно, другого сорта. Таким образом осуществляется обмен генами, возрастает возможность их комбинаций, поэтому получается более жизнеспособное и разнообразное, чем при самоопылении, потомство.
Вышеописанные растения называют еще самобесплодными – то есть, будучи высаженными в саду в единственном экземпляре или рядом с растениями своего же сорта, цвести они будут, а вот завязывать плоды – нет, генетически это растению невыгодно. Для полноценного плодоношения им необходимы другие одновременно цветущие сорта своего вида.
Если рядом не окажется такого подходящего сорта-опылителя, то плодов будет очень мало (самооплодотворятся только около 0-4% цветков), и нормального урожая вы не получите.
Кроме этого, в данном случае садоводу очень важно знать, какие именно сорта-опылители лучше сажать рядом, потому что некоторые плодовые и ягодные культуры несовместимы друг с другом (например, вишня с черешней).
Как выбрать и где посадить растение-опылитель подходящего сорта? Существует несколько правил для садовода:
Несмотря на то, что в природе гораздо больше самобесплодных сортов (вы уже знаете, что так растения защищают свой вид от вымирания при постоянно изменяющихся условиях среды), встречаются растения и самоплодные. То есть такие, которым для процесса опыления и дальнейшего завязывания плодов достаточно пыльцы только собственных цветков.
Считается, что эволюционно самоопыление – вторичное (после перекрестного опыления) явление и было призвано играть роль «страховки» в случае совсем уж неблагоприятных условий, но с точки зрения генетики и эволюции оно является тупиковым путем развития, т.к. дает исключительно однообразное потомство со сниженной жизнеспособностью.
Тем не менее, многие садоводы «охотятся» именно за самоплодными сортами, высадив которые, можно получить урожай даже при неблагоприятных условиях – холодной дождливой погоде, отсутствии насекомых-опылителей, невозможности высадить деревья сортов-опылителей и т.д. Да, урожай меньший, чем от самобесплодных сортов (оплодотворение собственной пыльцой происходит примерно у 50% цветков), но все-таки достаточно стабильный.
Почему не абсолютно? Потому что самоплодность, строго говоря, сама является непостоянным показателем. Один и тот же сорт может проявлять и стабильную самоплодность, и быть лишь частично самоплодным в разных климатических зонах и даже в одной зоне, но в различные годы.
Частичная самоплодность – промежуточный вариант между самоплодными и самобесплодными сортами, когда без «внешней помощи» завязывается около 5-15% плодов. И вот тут-то придут на помощь все те же сорта-опылители, которые помогут частично самоплодному растению завязать больше плодов. Так что даже если вы надеетесь собирать урожаи только с самоплодных деревьев и кустарников, все же не поленитесь поселить в своем саду хоть несколько одиночных растений сортов-опылителей этого вида, так сказать, на всякий случай. В целом работает правило – чем шире разнообразие деревьев и кустарников на участке, тем больше и стабильнее будут урожаи.
Популярные самоплодные сорта плодовых деревьев и кустарников
Для справки перечислим некоторые наиболее популярные самоплодные и частично самоплодные сорта садовых культур, которые хорошо зарекомендовали себя в средней полосе:
Яблоня – Молис делишес, Мелба, Уэлси, Памяти Тихомирова, Брянское, Звездочка, Антоновка новая, Астраханское красное, Бархатное, Красная гроздь.
Вишня – Баллада, Брюнетка, Любская, Шакировская, Память Еникеева, Ассоль, Шоколадница, Апухтинская, Десертная волжская, Лотовая, Тамбовчанка, Гриот украинский.
Черешня – Приусадебная желтая, Славяночка, Берекет, Горянка, Народная Сюбаровой, Тютчевка, Данна, Долорес, Придонская.
Груша – Лада, Северянка краснощекая, Брянская красавица, Чижовская, Памяти Яковлева, Россошанская красивая, Щедрая, Белорусская поздняя, Утренняя свежесть.
Смородина – Зеленая дымка, Александрина, Краса Алтая, Багира, Федоровская, Бирюлевская, Бурая дальневосточная, Сакалай, Велой, Глебовская, Дубровская, Изборская, Катерина, Поэзия, Сатрай, Добрая.
Слива – Памяти Тимирязева, Искра, Венгерка московская, Кабардинская ранняя, Красный шар, Анна Шпет, Желтая самоплодная, Утро, Ранняя синяя, Скороспелка красная.
Крыжовник – Отборный Леба, Ааймисеппа, Черносливовый, Белорусский сахарный, Сливовый, Изабелла, Машека, Консервный, Темно-зеленый Мельникова, Куйбышевский черноплодный, Малахит.
Алыча – Кубанская комета, Ветразь, Фиолетовая Клеопатра, Прамень, Найдена, Комета поздняя.
Как видите, ничего сложного в подборе плодовых растений для своего сада нет, нужно лишь потратить некоторое время, чтобы ознакомиться с характеристиками того или иного сорта и распланировать схему посадок с учетом школьных знаний биологии.