§ 33. Запилення і запліднення у квіткових рослин

Запилення. У квіткових рослин запилення і запліднення відбуваються у квітці. Запилення — це перенесення пилкових зерен із пиляка на приймочку маточки. Розрізняють два його типи: самозапилення та перехресне запилення. У самозапильних рослин (горох, пшениця) на маточку потрапляє пилок тієї самої квітки, а у перехреснозапильних — з іншої (мал. 146). Самозапилення може відбуватися, наприклад, у нерозкритому бутоні (як у фіалок). Прикладом пристосування, яке забезпечує перехресне запилення, є утворення одностатевих квіток. Якщо на одній рослині є маточкові і тичинкові квітки, то рослину називають однодомною (ліщина, огірок) (мал. 147, а), а якщо маточкові і тичинкові квітки з’являються на різних рослинах, то вони є дводомними (обліпиха, верба, кропива дводомна) (мал. 147, б, в).

Мал. 146. Типи запилення

Мал. 147. Однодомні і дводомні рослини: рослина огірка із тичинковими і маточковими квітками (а); дві рослини кропиви дводомної із тичинковими (б) і маточковими (в) квітками

Способи запилення різноманітні. У вітрозапильних рослин (ліщина — мал. 148, а) квітки зазвичай дрібні, часто голі і неяскраві, без запаху, мають багато легкого неклейкого пилку і пірчасті приймочки. Запилюють квітки також і тварини (найчастіше комахи), які зазвичай відвідують квітки задля поживного пилку або цукристого нектару. Приваблює запилювачів яскравий колір квітки і запах, який залежить від уподобань тварини-запилювача: тонкий і медовий аромат, наприклад, приваблює метеликів і бджіл, а запах зіпсованого м’яса — мух. Пилок комахозапильних рослин — клейкий.

Мал. 148. Рослини з різними способами запилення: а — вітрозапильна ліщина; б — комахозапильний (нічні метелики) тютюн; в — комахозапильна (бджоли) шавлія

Будова комахозапильних квіток забезпечує надійне перенесення пилку на приймочку маточки і захист нектару від відвідувачів, які не можуть запилити квітку. Так, білі запашні квітки тютюну, які мають тонкі довгі трубочки віночка, запилюються нічними метеликами з довгими хоботками (мал. 148, б). Бджоли і джмелі запилюють квітки із короткими і широкими трубочками (мал. 148, в). Широко розкриті квітки шипшини часто запилюють жуки. Тому в них багато тичинок, а ніжні маточки сховані у чашоподібному квітколожі. Не лише комахи, але й інші тварини можуть запилювати квітки. У тропічних країнах запилювачами часто бувають птахи колібрі (мал. 149) і кажани (мал. 150).

Мал. 149. Калібрі живиться нектаром гібіскуса

Мал. 150. Кажан запилює квітку кактуса сагуаро

Пилок складається із дрібненьких пилкових зерен. Ззовні вони вкриті твердою оболонкою із різноманітними виростами поверхні, що водночас захищає вміст пилкового зерна і допомагає йому закріпитися на приймочці (мал. 151). При попаданні на приймочку пилкове зерно проростає у пилкову трубку (мал. 152) з двома сперміями — нерухомими чоловічими статевими клітинами. У процесі росту пилкової трубки відбувається транспортування сперміїв до насінного зачатка.

Мал. 151. Пилкові зерна квіткових рослин

Мал. 152. Ріст пилкової трубки і подвійне запліднення

Зародковий мішок насінного зачатка є місцем утворення жіночої статевої клітини — яйцеклітини. У більшості квіткових рослин він складається із семи клітин — великої центральної і шести менших за розміром, одна з яких і є яйцеклітиною. Коли пилкова трубка вростає у насінний зачаток і доростає до зародкового мішка, її кінчик розривається, а чоловічі статеві клітини — спермії — виходять з неї поблизу яйцеклітини.

Запліднення. Після звільнення двох сперміїв із пилкової трубки починається характерний лише для квіткових рослин процес подвійного запліднення, відкритий у 1898 році Сергієм Гавриловичем Навашиним — професором Київського університету Святого Володимира (сучасна назва Київський національний університет імені Тараса Шевченка). Один із сперміїв зливається з яйцеклітиною. В результаті запліднення яйцеклітини утворюється зигота, яка дає початок зародку нової рослини. Другий спермій зливається з великою центральною клітиною городкового мішка. Запліднена центральна клітина ділиться і утворює ендосперм — тканину, яка запасає поживні речовини. Зародок, що розвивається із зиготи, занурений в ендосперм і отримує з нього необхідні для розвитку поживні речовини. В результаті з насінного зачатка утворюється насінина.

Запліднення — це злиття чоловічої та жіночої статевих клітин.

• 1. Будова квітки визначає характерний для кожної рослини тип і спосіб запилення.
• 2. Основна функція пилкового зерна квіткових рослин — утворення нерухомих чоловічих статевих клітин — сперміїв.
• 3. Біологічне значення запилення і утворення пилкової трубки у квіткових рослин полягає у транспортуванні сперміїв у насінний зачаток до зародкового мішка.
• 4. Основна функція зародкового мішка — утворення жіночої статевої клітини — яйцеклітини.
• 5. Біологічне значення подвійного запліднення полягає в одночасному утворенні зародка нової квіткової рослини і запасаючої тканини, якою цей зародок живиться — ендосперму.

ТЕРМІНИ І ПОНЯТТЯ, ЯКІ ПОТРІБНО ЗАСВОЇТИ

Запилення, однодомні рослини, дводомні рослини, пилкова трубка, запліднення, подвійне запліднення, ендосперм.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

• 1. Що таке запилення?
• 2. Які типи і способи запилення ви знаєте?
• 3. Які основні функції пилкового зерна і пилкової трубки у квіткових рослин?
• 4. Яка основна функція зародкового мішка?
• 5. Чому запліднення квіткових рослин називають подвійним?

1. Заповніть у зошиті наведену таблицю.

Де утворюється?

Куди переноситься?

§ 5. Квітка. Будова квітки. Запилення квітки. Утворення плодів і насіння

На попередньому уроці ви дізналися про листок, його будову та значення у житті рослини. Пригадайте, з яких частин складається листок. Чому листки мають зелений колір? Яке призначення черешка? Де розташовані прилистки? Чим відрізняється простий листок від складного? Яке призначення жилок листка? Що робить рослина за допомогою продихів? Навіщо рослини скидають листя?

Сьогодні на уроці ви дізнаєтеся про квітку, її будову, запилення квітки, утворення плодів і насіння.

Квітка — це орган рослини, який забезпечує її розмноження шляхом утворення насіння та плодів. Квіти дуже різноманітні за своїм зовнішнім виглядом. Вони мають різні розміри, кольори та запахи. Основними частинами квітки є квітконіжка, квітколоже, оцвітина, тичинки й маточка.

Квітконіжка — це стеблова частина квітки. Це те місце, яким квітка прикріплюється до стебла. Більшість квіток мають квітконіжку.

Квітконіжка переходить у квітколоже. Квітколоже — це верхня розширена частина квітконіжки. До квітколожа прикріплені інші частини квітки. Воно виконує роль основи, яка тримає пелюстки, тичинки й маточки.

Оцвітина — це листкоподібний орган квітки, що є сукупністю чашолистків і пелюсток. Чашолистки — це дрібні зелені листочки. Вони утворюють чашечку — зовнішнє коло оцвітини. Пелюстки — це внутрішні листочки квітки. Вони закріплені всередині чашечки. Пелюстки різних рослин відрізняються забарвленням. Сукупність пелюсток квітки називають віночком. Основним призначенням віночка є захист тичинок і маточки. Також він приваблює комах до запилення рослини.

Будова квітки

Будова тичинки

У квітці розташовані тичинки. Тичинка — це орган квітки, який утворює пилок. За допомогою пилка відбувається запилення квітки та її запліднення. Кожна тичинка складається з тичинкової нитки та прикріпленого до неї зверху пиляка. У пиляка є спеціальні мішечки — пилкові гнізда. У них утворюється пилок. Квітки різних рослин мають неоднакову кількість тичинок.

Важливою частиною квітки є маточка. Маточка — це частина квітки, яка вловлює пилок і розвиває насіннєві зачатки. Маточка розташована всередині квітки. Нижня частина маточки розширена й називається зав’яззю. Середня частина маточки — це стовпчик. Верхня частина — приймочка — трохи розширена, вона вловлює пилок.

У квітці може бути одна маточка, як у сливи, вишні, абрикоса. Може бути й декілька чи навіть багато, як у малини та ожини.

Тичинки й маточка тюльпана

Бджола запилює квітку

Процес перенесення пилку з тичинки на приймочку маточки називається запиленням. Воно відбувається під час цвітіння рослини. Рослини можуть запилюватися декількома способами. Розрізняють самозапилення, коли пилок потрапляє на приймочку тієї самої квітки. Також є перехресне запилення, коли пилок з однієї квітки запилює маточку іншої квітки. Перехресне запилення відбувається за допомогою вітру, води, тварин, комах і птахів.

Квітки багатьох рослин запилюють комахи. Пелюстки квіток яскраві, деякі квітки мають запах і виділяють нектар (солодкий сік). Це приваблює бджіл, ос, джмелів і метеликів. Комахи сідають на квітки, торкаються тільцями пиляків тичинок і покриваються пилком. А коли перелітають на іншу квітку, торкаються її приймочок і запилюють.

Після запилення зав’язь квітки поступово збільшується. Вона розростається і перетворюється на плід. Усередині плода розвивається й дозріває насіння. За допомогою насіння рослини розмножуються. З нього виростають молоді рослини. У деяких рослин у плоді розвивається багато насіння (огірок, помідор, диня, кавун). Інші плоди мають тільки одну насінину (горіх, персик, черешня).

Запам’ятайте

Квітка — орган рослини, який забезпечує її розмноження.

Квітконіжка — стеблова частина квітки.

Квітколоже — верхня розширена частина квітконіжки.

Оцвітина — листкоподібний орган квітки, який складається із чашолистків і пелюсток.

Чашолистки — це зовнішнє коло оцвітини, дрібні зелені листочки, які утворюють чашечку.

Пелюстки — це внутрішні листочки квітки.

Віночок — сукупність пелюсток квітки.

Тичинка — орган квітки, який утворює пилок.

Маточка — частина квітки, яка вловлює пилок і розвиває насіннєві зачатки.

Запилення — процес перенесення пилку з тичинки на приймочку маточки.

• 1. Яке головне призначення квітки рослини?
• 2. Із яких частин складається квітка рослини?
• 3. Що таке квітконіжка?
• 4. Як називається верхня розширена частина квітконіжки?
• 5. Із яких частин складається оцвітина?
• 6. Який орган квітки утворює пилок?
• 7. Яка частина квітки вловлює пилок і розвиває насіннєві зачатки?
• 8. Що таке запилення?
• 9. Як квітки запилюються?
• 10. Де розвивається і дозріває насіння?

Орган рослини, який забезпечує її розмноження, називається ____ . Розмноження рослини відбувається за допомогою ____ і ____ . Пилок виділяє. Квіти запилюються за допомогою ____ , ____ , ____ , ____ і ____ . Після запилення зав’язь квітки поступово збільшується, розростається і перетворюється в ____ . Усередині плода розвивається і дозріває.

Цікаво знати.

Найбільшою у світі є квітка рослини під назвою рафлезія. Вона величезна, строката, червонувато-коричнева. Діаметр квітки сягає 1 метра, а вага — до 10 кг. Усередині її величезної чаші збирається від 5 до 7 кілограмів води. Весь процес розвитку рафлезії триває дуже довго. Перші бутони з’являються лише через 3 роки. Квітковий бутон дозріває ще 9 місяців. Після цього квітка існує лише декілька діб. Потім перетворюється на незрозумілу чорну масу.

Рафлезія — рослина-паразит. Вона приєднується до іншої рослини й так отримує все, що потрібно для життя. За допомогою спеціальних присосків у вигляді паростка рафлезія проникає до коріння «рослини-жертви». Найчастіше вона паразитує на ліанах. Та частина рафлезії, яка залишилася зовні, поступово відмирає. Саме тому в неї немає ані листя, ані стебла, ані коріння. Проте виглядає рослина наче виросла із землі.

Ягодоподібні плоди є наступним поколінням рафлезії. Вони містять в’язку масу. В одному плоді є до чотирьох мільйонів насінин. Попри чарівну красу, рафлезія є квіткою-смердючкою. Щоб залучити до розповсюдження насіння комах і інших тварин, ці квіти виділяють запах гнилого м’яса. У рослини й прізвисько відповідне — «трупна лілія».

Рафлезія є однією з рідкісних представниць рослинного світу на Землі.

Запилення. Процес запилення, методи, способи запилення і механізми.

Запилення – це перенесення пилку з чоловічої частини рослини на жіночу частину рослини, що в подальшому дозволяє виробляти запліднення і виробляти насіння , найчастіше переноситься тваринами або вітром. Агентами запилення є такі тварини, як комахи, птахи і кажани; вода; вітер; і навіть самі рослини, коли самозапилення відбувається в закритій квітці. Запилення часто відбувається всередині виду. Коли запилення відбувається між видами, воно може давати гібридне потомство як в природі, так і при селекції рослин.

У покритонасінних рослин після того, як пилкові зерно ( гаметофіт ) потрапляє на рильце , воно проростає і розвиває пильцеву тубку яка росте вниз по стовпчику поки не досягне зав’язі . Дві його гамети переміщаються по трубці до того місця, де гаметофит (и), що містить жіночі гамети, утримується всередині плодолистка . Після проникнення в яйцеклітину через мікрополе одне чоловіче ядро зливається з полярними тільцями, утворюючи тканини ендосперму, а інше зливається з яйцеклітиною, даючи зародок. Звідси і термін: « подвійне запліднення ». В результаті цього процесу буде отримано насіння, що складається як з поживних тканин, так і з зародка.

У голонасінних, яйцеклітини не містяться в маточці, але виставлені на поверхні виділеного допоміжного органу, такі як масштаб конуса, так що проникнення маточки тканини не є необхідним. Деталі процесу різняться в залежності від розглянутого підрозділу голонасінних рослин. У голонасінних рослин є два основних способи запліднення. У цикад і гінкго є рухливі сперматозоїди, які підпливають безпосередньо до яйцеклітини всередині семяпочки, тоді як у хвойних дерев і гнетофітів сперма не може плавати, але потрапляє в яйцеклітину по пилкові трубці.

Процес запилення

Проростання пилку проходить в три етапи:

Зерна пилку сильно зневоднені, тому їх маса зменшується, що полегшує перенесення від квітки до квітки. Проростання відбувається тільки після регідратації, тому в пильовику не відбудеться передчасне проростання. Гідратація дозволяє плазматичній мембрані пилкового зерна перетворитися в її нормальну двошарову організацію, забезпечуючи ефективну осмотичну мембрану. Активація включає розвиток актінових филаментів по всій цитоплазмі клітини, які в кінцевому підсумку концентруються в точці, з якої вийде пилкова трубка. Гідратація і активація тривають у міру того, як пилкова трубка починає рости.

У хвойних порід репродуктивні структури несуть на шишках.

Шишки бувають або пилковими (чоловічі), або овуляційними (жіночі), але деякі види однодомні, а інші роздільностатеві.

Конус пилку містить сотні мікроспорангів, які знаходяться в репродуктивних структурах, званих спорофіллами. Материнські клітини суперечка в мікроспорангіях діляться за допомогою мейозу. З утворенням гаплоїдних мікроспор, які розвиваються в результаті двох мітотичних поділів в незрілі чоловічі гаметофити (пилкові зерна). Чотири отримані клітини складаються з великої трубчастої клітини, яка утворює пильцеву трубку. Генеративні клітини, які будуть виробляти два сперматозоїди шляхом мітозу, і двох проталліальних клітин, які дегенерують. Ці клітини містять дуже рідкісний гаметофіт , який міститься в стійкій стінці пилкового зерна.

Пилкові зерна розносяться вітром до жіночого овуляного конусу, який складається з безлічі перекритих лусочок (спорофіллів і, таким чином, мегаспорофіллів), кожна з яких захищає дві семяпочки, складається з мегаспорангії (нуцеллуса), загорнутого в два шари. тканин, покривів і купул, які походять від сильно модифікованих гілок предків голонасінних.

У квіткових рослин пильовики квітки виробляють мікроспори шляхом мейозу.

Вони піддаються митозу з утворенням чоловічих гаметофитов, кожен з яких містить дві гаплоїдні клітини. Тим часом семяпочки виробляють мегаспори за допомогою мейозу, при подальшому розподілі з них утворюються жіночі гаметофіти, які дуже сильно зменшені, кожна з яких складається тільки з декількох клітин, одна з яких є яйцеклітиною. Коли пилкове зерно прилипає до рильця плодолистка, воно проростає, утворюючи пильцеву трубку, яка проростає через тканини цього стилю і проникає в семяпочку через микрополе. Коли трубка досягає яйцеклітини, два сперматозоїди проходять через неї в жіночий гаметофіт, і відбувається запліднення.

Методи

Запилення може бути:

Абіотичне – запилення використовує неживі методи, такі як вітер і вода, для перенесення пилку з одної квітки на іншу. Це дозволяє рослині витрачати енергію безпосередньо на пилок, а не на залучення запилювачів квітами і нектаром.

Вітром – Близько 98% абіотичного запилення доводиться на анемофілію, запилення вітром. Ймовірно, це сталося через запилення комахами, швидше за все, через зміни в навколишньому середовищі або доступності запилювачів. Передача пилку більш ефективна, ніж вважалося раніше. Вітрозапилювані рослини отримали певну висоту на додаток до особливих, розташуванням квіток, тичинок і стигми, які сприяють ефективному поширенню і переносу пилку.

По воді – Запилення водою, гідрофілен, використовує воду для перенесення пилку, іноді у вигляді цілих пиляків. Вони можуть переміщатися по поверхні води і переносити сухий пилок від однієї квітки до іншої. Невідкрита чоловіча квітка спливає на поверхню води і, досягнувши поверхні, розкривається, і родючі пильовики виступають вперед. Жіноча квітка, також плаваюча, має рильце, захищене від води, а її чашолистки злегка втиснулися в воду, дозволяючи чоловічим квіткам впасти всередину.

Дощем – Запилення дощем використовує невеликий відсоток рослин. Сильний дощ перешкоджає запилення комахами і пошкоджує незахищені квіти, але сам по собі може розсіяти пилок відповідних рослин. У рослин надлишки дощових стоків дозволяють плаваючому пилку контактувати з рильцем. У деяких орхідей виникає омброфілія, і бризки дощової води призводять до зняття кришки пильовика, дозволяючи оголити пилок. Після впливу краплі дощу змушують пилок підніматися вгору, коли ніжка тягне їх назад, а потім падають в порожнину рильця. Таким чином, орхідеям це дозволяє самозапилюватися, що корисно, коли кількість біотичних запилювачів в навколишньому середовищі зменшується.

Способи запилення

У рослин є різні методи запилення, включаючи як біотичне, так і абіотичне запилення. Орхідея використовує як дощ, так і метеликів, в залежності від умов навколишнього середовища.

Найчастіше запилення включає запилювачів (так званих переносників пилку): організми, які переносять або переміщують пилкові зерна від пильовика однієї квітки до сприйнятливої частини плодолистка або маточки (рильця) іншої.

Від 100 000 до 200 000 видів тварин є запилювачами 250 000 видів квіткових рослин в світі.

Більшість цих запилювачів – комахи, але близько 1500 видів птахів і ссавців відвідують квіти і можуть переносити пилок між собою. Крім птахів і кажанів, які є найбільш частими відвідувачами, це мавпи, лемури, білки, гризуни і опосуми.

Деякі квіти мають спеціальні механізми для уловлювання запилювачів для підвищення ефективності. Інші квіти приваблюють запилювачів своїм запахом. Наприклад, таким чином орхідеї привертають бджіл.

Що стосується типів запилювачів, то відомі рептилії-запилювачі, але вони складають меншість в більшості екологічних ситуацій.

Вони найбільш часто зустрічаються в найбільш екологічних острівних системах, де популяції комах, а іноді і птахів можуть бути нестабільними і менш різноманітними.

Таким чином, адаптація до нестачі тваринної їжі і тиску хижаків може сприяти тому, що рептилії стануть більш травоїдними і будуть більш схильні харчуватися пилком і нектаром.

Ссавці зазвичай не вважаються обпилювачами, але деякі гризуни, кажани і сумчасті є значними обпилювачами, а деякі навіть спеціалізуються на такій діяльності.

Приклади переносників пилку включають багато видів ос, які переносять пилок багатьох видів рослин, будучи потенційними або навіть ефективними запилювачами.

Механізми

Запилення може відбуватися шляхом:

• Перехресне запилення, також зване аллогаміей , відбувається, коли пилок доставляється від тичинок однієї квітки до рильця квітки іншої рослини того ж виду. У рослин, адаптованих до перехресного запилення, є кілька механізмів запобігання самозапилення. Репродуктивні органи можуть бути влаштовані таким чином, що самооплодотворні малоймовірні, або тичинки і плодолистики можуть дозрівати в різний час.
• Самозапилення відбувається, коли пилок однієї квітки запилює ту же квітку, або квітку запилює людина. Вважається, що вона виникла в умовах, коли запилювачі були надійними переносниками пилку. Найчастіше зустрічається у нетривких однорічних видів і рослин, які колонізують нові місця. Самозапилення може включати автогамія , при якій пилок переноситься на жіночу частину тої ж квітки; або гейтоногамія, коли пилок переноситься на іншу квітку тої ж рослини. Рослини, пристосовані до самозапилення, часто мають однакову довжину тичинок і плодолистків. Рослини, здатні запилювати себе і давати життєздатне потомство, називаються самозаплідненими. Рослини, які не можуть запліднюватись самі по собі, називаються самостерільними, що вимагає перехресного запилення для одержання потомства.
• Клейстогамія – самозапилення, яке відбувається до розпускання квітки. Пилок вивільняється з пильовика всередині квітки або пилок на пильовику виростає трубочкою вниз до семяпочки. Це тип статевого розмноження, на відміну від безстатевих систем, таких як апоміксис. Деякі клейстогамні квіти ніколи не розкриваються, на відміну від хазмогамних квітів, які розкриваються, а потім запилюються. Клейстогамні квіти по необхідності зустрічаються на самосувмістних або самоплодотворяющих рослинах. Хоча деякі орхідеї і трави повністю клейстогамні. Інші рослини вдаються до цієї стратегії в несприятливих умовах. Часто це може бути суміш як клейстогамних, так і хазмогамних квіток, іноді на різних частинах рослини, а іноді в змішаних суцвіттях.

У сільському господарстві та садівництві хороший запильник – це рослина, яка забезпечує сумісний, життєздатний і рясний пилок. Пилок, який можна зберігати і використовувати при необхідності для запилення бажаної квітки. Гібридизація – це ефективне запилення між квітками різних видів або між різними лініями розмноження або популяціями.