Как раннецветущие растения приспособились для опыления. Роль опылителей в природе и сельском хозяйстве

Ветроопыляемые растения – растения, опыляемые с помощью ветра, однако, при различных обстоятельствах, они также могут быть опыляемы насекомыми. У ветроопыляемых растений очень мелкие и многочисленные цветки. Такие растения вырабатывают много пыльцы: одно растение способно вырабатывать миллионы пыльцевых зёрен. У многих ветроопыляемых растений (лещина, осина, ольха, шелковица) цветки появляются ещё до распускания листьев.
Ветроопыляемые растения. Растения, цветки которых опыляются ветром, так и называются ветроопыляемыми. Обычно их невзрачные цветки собраны в компактные соцветия, например, в сложный колос, или в метёлки. В них образуется огромное количество мелкой, лёгкой пыльцы. Ветроопыляемые растения чаще всего растут большими группами. Среди них есть и травы (тимофеевка, мятлик, осока), и кустарники, и деревья (орешник, ольха, дуб, тополь, берёза). Причём эти деревья и кустарники цветут одновременно с распусканием листьев (или даже раньше).

У ветроопыляемых растений тычинки обычно имеют длинную тычиночную нить и выносят пыльник за пределы цветка. Рыльца пестиков также длинные, «лохматые» – чтобы уловить летающие в воздухе пылинки. У этих растений есть некоторые приспособления и к тому, чтобы пыльца не расходовалась зря, а попадала предпочтительно на рыльца цветков своего же вида. Многие из них цветут по часам: одни распускаются рано утром, другие днём.

Для растений, опыляемых ветром, характерны следующие признаки:

– невзрачные мелкие цветки, часто собранные в соцветия, но мелкие, малозаметные;
– перистые рыльца и пыльники на длинных свисающих нитях;
– очень мелкая, легкая, сухая пыльца.

Примеры ветроопыляемых растений: тополь, ольха, дуб, береза, орешник, рожь, кукуруза. Деревья, опыляемые ветром, обычно цветут весной, до распускания листьев, которые помешали бы переносу пыльцы.

К ветроопыляемым растениям принадлежат дубы и буки, ольха и береза, тополя и платаны, грецкий орех и лещина. Кроме деревьев, ветром опыляются многие травы, живущие обычно большими сообществами: злаки, ситники, осоки, конопля, хмель, крапива и подорожник. В этом списке – лишь примеры, он вовсе не претендует на полноту перечня названий ветроопыляемых растений.

Первая бросающаяся в глаза особенность цветков, опыляемых ветром, – это отсутствие яркой окраски и аромата, отсутствие нектара. Напротив, пыльцевые зерна развиваются в большом изобилии. При этом они чрезвычайно мелкие: у ветроопыляемых растений отдельная пылинка имеет массу 0,000001 мг. Для сравнения можно вспомнить, что у опыляемой пчелами тыквы пылинка в тысячу раз тяжелее: ее масса 0,001 мг. Одно соцветие ржи способно произвести 4 млн. 200 тыс. пыльцевых зерен, а соцветие конского каштана даже вдесятеро больше – 42 млн. Характерная особенность пыльцевых зерен ветроопыляемых цветков заключается в том, что они совершенно лишены склеивающих веществ и в большинстве случаев имеют гладкую поверхность.

Несмотря на то, что ветроопыляемые цветки лишены нектара, они достаточно часто посещаются насекомыми, которые питаются пыльцой. Однако как переносчики пыльцы эти насекомые почти не играют роли.

Распространение пыльцы, которую растение «бросает на ветер», – процесс, конечно, неуправляемый. И вероятность того, что пыльцевые зерна упадут на рыльце собственного цветка, очень велика. Но, как мы знаем, самоопыление для растения нежелательно. Поэтому у ветроопыляемых цветков широко развиты приспособления, препятствующие ему. Особенно частым является неодновременное созревание пыльников и рыльца. У многих ветроопыляемых растений по той же, наверное, причине цветки раздельнополы, а подчас и двудомпы.

Большинство ветроопыляемых древесных растений зацветает ранней весной, еще до распускания листьев. Особенно ярко это видно у березы, у орешника. Ведь понятно, что густая летняя листва была бы очень труднопреодолимым препятствием для летящей по ветру пыльцы.

Можно назвать и некоторые другие приспособления к опылению ветром. У многих злаков тычинки при раскрывании цветка начинают необыкновенно быстро расти, удлиняясь ежеминутно на 1–1,5 мм. За короткое время их длина в 3–4 раза превосходит первоначальную, они вырастают за пределы цветка и свешиваются вниз. И только когда пыльники окажутся внизу, они начинают растрескиваться, причем пыльник здесь несколько изгибается и образует своеобразный лоток или чашу, куда ссыпается пыльца. Она таким образом не падает вниз, на почву, а дожидается очередного порыва ветра, чтобы полететь на его крыльях.

Интересно, что цветоножки в колосках некоторых злаков к началу цветения как бы растопыриваются, образуя между собой угол в 45–80°. Это тоже способствует выдуванию пыльцы ветром. Лишь только цветение кончится, опыленные цветки возвращаются на место.

Изменяется во время цветения положение всего соцветия и у берез, тополей, граба. Сначала соцветия бывают направлены вверх. Но перед тем, как начнут лопаться пыльники, стержень сережки вытягивается н соцветие свешивается вниз. Каждый цветок при этом становится отделенным от другого и доступным ветру. Пыльца падает из пыльников вниз на чешуйку нижнего цветка и уже отсюда сдувается ветром.

Есть у ветроопыляемых растений и «взрывчатый» тип цветка, сходный с таковым у насекомоопыляемых. Так созревающие в бутоне тычинки цветка одного из видов крапивы напряжены настолько, что при раскрывании его резко расправляются и разбрасывают пыльцу из лопнувших пыльников. В этот момент над цветком можно увидеть густое облачко пыльцы.

Пыльца ветроопыляемых цветков рассыпается ими отнюдь не в любое время дня и ночи, а только в благоприятную погоду, обычно относительно сухую, при слабом или среднем ветре. Чаще всего наиболее подходящими для опыления оказываются утренние часы.

Сравнение насекомоопыляемых и ветроопыляемых растений

Признаки цветка	Насекомоопыляемые растения	Ветроопыляемые растения
		Невзрачный или отсутствует
2. Расположение тычинок	Внутри цветка	Открыто, пыльники на длинных нитях
3. Рыльца пестиков	Небольшие	Большие, часто перистые
	Не очень много, липкая, крупная	Очень много, сухая, мелкая
	Есть у многих
	Есть у многих

Введение.

Весна, особенно апрель и первая половина мая,- очень подходящее время для экологических исследований растений. В этот период, переходный от зимы к лету, можно увидеть самые разнообразные природные явления, к тому же в средней полосе России, где мы живем, все процессы идут настолько быстро, что многие из них можно проследить в развитии, а иногда даже и от начала до конца.
Весной чрезвычайно полно выявляется экологическое разнообразие сообществ, а некоторые группы организмов только в весеннее время и можно наблюдать, например эфемероиды. Да и условия для исследования благоприятны – в это время, как правило, стоит сухая и теплая погода.
Ученые выделяют несколько групп цветущих весной растений: (Биология в школе №2, 1998 год // Первоцветы: научно-исследовательский проект для школьников, стр. 67)
1) Ранневесенние растения, развивающиеся и отцветающие ранней весной, вскоре за таянием снега или даже одновременно, задолго до распускания листьев у древесно-кустарниковых пород и большинства травянистых растений, календарно – апрель и первая половина мая (хохлатка, гусиный лук, ветреница, фиалки).
2) Весенние растения, дающие цветы вслед за первой группой или в момент их отцветания, календарно – во второй половине мая (кислица, вороний глаз, петров крест).
3) Поздневесенние растения, расцветающие уже в начале и второй декаде июня (ясменник душистый, майник двулистный, шиповник, жимолость и др.) В данной работе представлены результаты по изучению первой группы растений, т.е. ранневесенних растений.

Цель работы: изучение ранневесенних цветущих растений и их экологических групп.

Задачи:

выявить виды ранневесенних растений;
определить частоту их встречаемости;
составить гербарий;
дать биологическую характеристику видов;
установить экологические группы ранневесенних цветущих растений;
определить виды растений, нуждающиеся в охране;
сформулировать рекомендации по рациональному использованию и охране ранневесенних растений.

Исследование проводилось в 2-х километрах к востоку от села Казачьего Прохоровского района, с 1 апреля по 10 мая.

Методика исследований

Исследование территории по обнаружению ранневесенних цветущих растений выполнялось маршрутным методом. Маршруты охватывали восточную территорию окрестности села и все основные места обитания: лесные опушки, поляны, луга, канавы вдоль дорог, пустыри. Исследования проводились в период с 1 апреля по 10 мая, выход на маршрут осуществлялся два раза в неделю.
В процессе работы на маршруте велся учет частоты встречаемости данных растений, учет велся глазомерно, все виды растений были разделены на три группы: встречаются часто и обильно, встречаются умеренно-часто и встречаются редко.
Также, по ходу маршрута отмечались места обитания растений и их потребность в определенных факторах среды, для последующего определения экологических групп.
Произведен сбор гербарных материалов. Травянистые растения собирались без подземных органов (кроме тех, где это было необходимо для определения вида, например хохлатка).
Составлен план обследованной территории, на нем показаны места произрастания видов. Каждому виду дана краткая характеристика, сделаны фотографии. Результаты представлены в виде гербариев и таблиц.

Общая характеристика ранневесенних растений.

Для нормальной жизнедеятельности растений необходим солнечный свет. Именно на свету происходят процессы фотосинтеза, когда из неорганических веществ образуются органические, которые затем используются растениями для своего развития.
В апрельском лесу деревья и кустарники еще не оделись листвой, ни что не мешает солнечному свету проникать до самой земли. Именно это – основная причина того, что многие виды растений в процессе эволюции «выбрали» для своего развития раннюю весну.
Кроме того, земля после схода снега насыщена влагой, которая тоже является необходимым условием для нормального развития растительного организма.
Уже с момента таяния снега в лесном сообществе у многих растений можно наблюдать уже развитые стебли с молодыми, слегка позеленевшими листочками, а так же сформировавшиеся бутоны. Эта группа растений имеет еще одну особенность развития. Во второй половине лета и осенью у ранневесенних цветущих растений происходит значительное увеличение почек возобновления с обособлением заложенных в них соцветий. Темпы прироста точек нарастают по мере приближения осени. В течении зимних месяцев в цветках ранневесенних растений сформировываются как пыльцевые зерна, так и зародышевые мешки. Без воздействия в течении определенного срока пониженных температур ранневесенние растения не развиваются. Даже в тех случаях, когда почва в лесу промерзает по-настоящему, молодые части растений не замерзают. Это явление объясняется тем, что температура замерзания клеточного сока у перезимовывающих растений лежит значительно ниже 0С. В зимующих органах идет замена крахмала сахаром. Концентрация сахара высокая, точка замерзания ниже.
Все ранневесенние цветущие растения многолетники, многие откладывают запасные питательные вещества в клубнях, луковицах, корневищах, сердцевинной части стебля для быстрого и раннего цветения.
«Прозрачность» свободного от листьев леса растения ещё используют для опыления. В голом весеннем лесу ничто не мешает ветру переносить пыльцу с мужских цветков (собранных в «пылящие» сережки) на женские, состоящие из одних маленьких липких пестиков. Это очень характерно для деревьев и кустарников, цветущих весной. Интересно еще одно явление для весеннего леса – ветроопыляемые травы, например ожика волосистая. Цветки у нее мелкие, невзрачные, но отсутствие других трав и массовое скопление данных растений, позволяет ей опылиться. Пыльца легкая и очень сухая.
Низкорослые насекомоопыляемые растения привлекают первых насекомых яркими цветками. Кто заметит их цветки в сумраке летнего леса? А весной, когда нижние ярусы леса хорошо освещены здесь лучше всего заметны желтые (ветреница), голубые (фиалки), фиолетовые (живучка, хохлатка) и розовые цветки.
Но наиболее полно используют все благоприятные весенние факторы небольшие растеньица, выделяемые в группу «эфемероидов».
Эфемероиды – это совершенно особая группа растений, имеющая своеобразные места обитания. Говоря коротко, это те растения, которые, имея подземные органы, проходят свой ежегодный вегетационный период так же быстро, как и эфемеры. Слово «эфемерный» ассоциируется с чем-то красивым, но мимолетным, недолговечным. В наших лесах их «торопливая» жизнь связана с резким изменением светового потока. Если в начале мая освещенностью и температура в лесу сравнима с освещенность и температурой на открытых участках, то в разгар лета в лесу и темнее, и холоднее. Это препятствует не только нормальному развитию растений, но и нормальной жизни опылителей. (Биология в школе. №1 1994 год //Весенние явления в жизни растений, с.63)
Примером их могут быть различные виды хохлаток, гусиных луков, ветрениц. Они появляются на свет тотчас же после схода снега. В это время года довольно прохладно, но эфемероиды тем не менее очень быстро развиваются. Через неделю-другую они уже цветут, а еще через две-три недели у них уже созревают плоды с семенами. Сами растения при этом желтеют, полегают на землю, а затем их надземная часть засыхает.
Все эфемероиды – многолетние растения. После того, как надземная часть засыхает, они не погибают. В почве сохраняются их живые подземные органы: клубни, луковицы, корневища. Эти органы – вместилища запасных питательных веществ. Именно за счет этого строительного материала так быстро и развиваются эфемероиды весной. При таком коротком вегетационном периоде, да еще при неблагоприятном весеннем температурном режиме нельзя накопить много питательных веществ, необходимых для развития высоких и мощных стеблей и крупных листьев. Поэтому все наши эфемероиды имеют небольшие размеры. (Петров В.В. Растительный мир нашей Родины. М: Просвещение, 1991 год, с.63).
Есть у многолетних ранневесенних цветущих растений еще одна проблема – распространение семян. К моменту созревания их семян деревья и кустарники уже покрылись листьями, поднялись летние травы. Ветра в лесу практически нет, поэтому распространение семян с его помощью не эффективно, да и до шерсти животных «не дотянуться». Нет у них времени и на созревание сочных ягод, которыми бы питались лесные животные. А вот кого всегда в лесу в изобилии, так это муравьев. На плодиках или семенах этих растений образуются особые мясистые придатки, богатые маслом – элайосомы (от греч. elaion-масло, soma- тело), которые и привлекают муравьев. Растения, распространяющие свои семена при помощи муравьев, называются мирмекохорами . К мирмекохорам относятся все наши эфемероиды, а так же примерно 46% всех лесных травянистых растений. (Биология в школе. №2, 1998 год, с.70).

Результаты исследований

В ходе проведенной исследовательской работы было выявлено 17 видов ранневесенних цветущих растений:
1.Береза бородавчатая.
2.Вероника дубравная.
3.Ветреница лютичная.
4.Гусиный лук.
5.Дуб черешчатый.
6.Живучка ползучая.
7.Звездчатка дубравная.
8.Клен ясеневолистный.
9.Ландыш майский.
10.Лещина обыкновенная.
11.Мать-и-мачеха.
12.Ожика волосистая.
13Сочевичник весенний.
14.Тополь дрожащий (осина).
15.Фиалка собачья.
16.Хохлатка плотная.
17.Черемуха обыкновенная.

Изучив особенности данных растений я разделила их на экологические группы 1) по отношению к свету; 2) по отношению к увлажнению;
3) по способу опыления; 4) эфемероиды; 5) по жизненным формам.

По отношению к свету принято выделять три основные группы растений: 1. гелиофиты – (от греч. «гелиос» - солнце, «фитон» - растение) растения открытых пространств, хорошо освещенных местообитаний; 2. факультативные гелиофиты – виды которые могут жить при полном солнечном освещении, но переносят и некоторое затемнение;

3. сциофиты -(от греч. «скиа»- тень) виды которые не растут на открытых пространствах. (Жизнь растений, т.1 М: Просвещение 1997 год, с.65). Эти три категории растений, конечно не резко разграничены. Не всегда произрастание растений в освещенных местах (или затененных) свидетельствует об их действительной потребности в свете.

По отношению к увлажнению.
Растения по способности удерживать влагу делятся на

1. Пойкилогидридные эти растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, папоротники, водоросли). 2.Гомойогидриды – растения способные сами поддерживать постоянное содержание воды в тканях, среди них выделяют разные экологические группы (Жизнь растений, т.1, с.76):
- гидатофиты – водные растения целиком или почти целиком погруженные в воду;
- гидрофиты – водо-наземные, прикрепленные к почве у водоемов и на обильно увлажненной почве вдали от водоемов;
- гигрофиты – растения живущие на обильно увлажненных почвах и при высокой влажности;
-мезофиты – растения обитающие при достаточном увлажнении;
- ксерофиты – растения, способные добывать влагу при её недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду.
Экологические группы ранневесенних цветущих растений по отношению к свету и увлажнению.

Название вида.	По отношению к свету.	По отношению к увлажнению.
Береза бородавчатая	Гелиофит	Мезофит
Вероника дубравная	Гелиофит	Мезофит
Ветреница лютичная	Сциофит	Мезофит
Гусиный лук	Гелиофит	Мезофит
Дуб черешчатый	Гелиофит	Мезофит
Живучка ползучая	Гелиофит	Мезофит
Звездчатка дубравная	Гелиофит	Мезофит
Клен ясеневолистный	Гелиофит	Мезофит
Ландыш майский	Факультативный гелиофит	Мезофит
Лещина обыкновенная	Факультативный гелиофит	Мезофит
Мать-и-мачеха	Гелиофит	Мезофит
Ожика волосистая	Факультативный гелиофит	Мезофит
Сочевичник весенний	Сциофит	Мезофит
Тополь дрожащий	Гелиофит	Мезофит
Фиалка собачья	Факультативный гелиофит	Мезофит
Хохлатка плотная	Гелиофит	Мезофит
Черемуха обыкновенная	Гелиофит	Мезофит

Анализируя собранные данные, представленные в таблице, все ранневесенние цветущие растения, которые я обнаружила – мезофиты , и все эти растения являются гелиофитами , за исключением сочевичника весеннего, ветреницы лютичной – онисциофиты .

По способу опыления
Все раннецветущие растения относятся к перекрестно опыляемым ветром и насекомыми. Зацвести рано надо для успешного опыления, особенно ветроопыляемых, когда ещё нет листвы на деревьях и кустарниках. Мужские соцветия во много раз могут превышать по размерам женские одиночные или собранные в группы цветки, чтобы производить как можно больше мелкой, сухой и очень легкой пыльцы. Про такое цветение говорят – растение «пылит».
Эфемероиды

Растения, которые быстро проходят свой ежегодный вегетационный период.

Экологические группы ранневесенних цветущих растений по способу опыления и продолжительности вегетационного периода.

Название вида.	По способу опыления.	По продолжительности вегетационного периода.
Береза бородавчатая	Ветроопыляемый.
Вероника дубравная	Насекомоопыляемый.
Ветреница лютичная	Насекомоопыляемый.	Эфемероид
Гусиный лук	Насекомоопыляемый.	Эфемероид
Дуб черешчатый	Ветроопыляемый.
Живучка ползучая	Насекомоопыляемый.
Звездчатка дубравная	Насекомоопыляемый.
Клен ясеневолистный	Ветроопыляемый.
Ландыш майский	Насекомоопыляемый.
Лещина обыкновенная	Ветроопыляемый.
Мать-и-мачеха	Насекомоопыляемый.
Ожика волосистая	Ветроопыляемый.
Сочевичник весенний	Насекомоопыляемый.
Тополь дрожащий	Ветроопыляемый.
Фиалка собачья	Насекомоопыляемый.
Хохлатка плотная	Насекомоопыляемый.	Эфемероид
Черемуха обыкновенная	Насекомоопыляемый.

По жизненным формам.
Термин «жизненные формы» был введен в 80-х годах 19 века известным датским ботаником Е. Вармингом – одним из основоположников экологии растений. Варминг понимал под жизненной формой «форму, в которой вегетативное тело растения (индивида) и находится в гармонии с внешней средой в течении всей его жизни, от колыбели до гроба, от семени до отмирания» (Жизнь растений, т.1 с.88). Говоря о гармонии растения с окружающей средой, подразумевается исторически выработавшиеся в ходе эволюции приспособленности растений к комплексу внешних факторов, которые господствуют в области его распространения.
Наибольшую популярность среди ботаников имеет классификация жизненных форм, предложенная датским ботаником К. Рауинкером (Жизнь растений, т.1 с.91). Он выделил один признак – расположение точек возобновления от поверхности земли, из которых будут развиваться новые побеги:
1.Фанерофиты (греч. «фанерос» -открытый, явный) – у этого типа растений точки возобновления зимуют открыто, достаточно высокою Они защищены специальными почечными чешуями. Это все деревья и кустарники.
2. Геофиты (греч. «геос» - земля) – почки возобновления сохраняются в земле. Надземная часть на зиму отмирает. Новые побеги развиваются из почек, находящихся на луковицах, клубнях или корневищах, зимующих в почве.
3. Гемикриптофиты (греч. «геми» -полу-, и «крипто»- скрытый) – это травянистые растения, почки возобновления которых находятся над уровнем почвы, часто под защитой опавших листьев и других растительных остатков.

4. Хамефиты (точки возобновления па высоте 20-30 см. над землей)

5. Терофиты (почки возобновления в семенах). Но таких ранневесенних цветущих растений я не обнаружила.

Во время проведения работы я проводила глазомерный учет частоты встречаемости видов, который отобразила в таблице.

Виды растений	Жизненная форма	Частота встречаемости	Место обитания
Береза бородавчатая	Фанерофит	Часто	Окрестные леса
Вероника дубравная	Геофит	Часто	Пустыри, опушки леса.
Ветреница лютичная	Геофит	Редко	Заросли кустарников.
Гусиный лук	Геофит	Часто	Пашни, опушки леса, склоны, канавы.
Дуб черешчатый	Фанерофит	Умеренно- часто	Окрестные леса.
Живучка ползучая	Гемикриптофит	Умеренно-часто	Окрестные леса.
Звездчатка дубравная	Геофит	Часто	Окрестные леса, опушки.
Клен ясеневолистный	Фанерофит	Редко	Опушки леса, населенный пункт.
Ландыш майский	Геофит	Часто	Окрестные леса, опушки.
Лещина обыкновенная	Фанерофит	Часто	Опушки леса.
Мать-и-мачеха	Геофит	Часто	Канавы вдоль дорог, поля.
Ожика волосистая	Геофит	Часто	Окрестные леса.
Сочевичник весенний	Геофит	Часто	Окрестные леса.
Тополь дрожащий	Фанерофит	Часто	Опушки леса.
Фиалка собачья	Геофит	Умеренно-часто	Окрестные леса, опушки.
Хохлатка плотная	Геофит	Редко	Опушки леса.
Черемуха обыкновенная	Фанерофит	Умеренно-часто	Опушки леса.

Выводы.

На основании проведенного исследования:

1.Было обнаружено 17 видов ранневесенних цветущих растений.
2.Большинство этих растений встречаются умеренно-часто и часто на территории окрестности села.
3.Основными экологическими группами данных растений являются:
- по отношению к свету – гелиофиты;
- отношению к влаге – мезофиты;
- по способу опыления – ветроопыляемые и насекомоопыляемые,
- по жизненным формам – фанерофиты, геофиты, гемикриптофиты.
4. Выявлено наличие эфемероидов.
5.Среди ранневесенних растений охраняемых не выявлено.

Заключение.

В ходе моей исследовательской работы я не выявила редкие и охраняемые виды среди ранневесенних цветущих растений. Но, тем не менее, они нуждаются в охране. Появляясь первыми после продолжительной зимы, они привлекают к себе повышенное внимание, что приводит к массовому сбору, особенно те виды, которые имеют красивые цветки (хохлатки, ветреницы, сочевичники). От необдуманного сбора их может спасти разъяснительная работа, и не только среди детей, но и взрослых. Многие из представленных в этой работе видов являются лекарственными. Очень важно, что бы и эти растения не попали в списки исчезающих.
Свою работу я намерена продолжить, так как мне кажется, что я познакомилась ещё не со всеми растениями этой группы.
Результатами моей работы могут воспользоваться учащиеся 6 класса, при изучении растительности нашего края на уроках биологии.

Список использованной литературы.
1. Жизнь растений. Под редакцией Федорова А.А. М: Просвещение, 1974.
2. Петров В.В. Растительный мир нашей Родины. М: Просвещение, 1991.
3. Тихомиров В.Н. Определитель высших растений Ярославской области. Ярославль, Верхне – Волжское книжное издательство, 1986.
4.Биология в школе №1. 1994 // Шипунов А.Б. Весенние явления в жизни растений.
5.Биология в школе №2. 1998 //Клепиков М.А. Первоцветы.
6.Биология в школе №2. 2002 //Анциферов А.В. Ранневесенняя экскурсия с шестиклассниками.

В качестве конечной задачи типичного цветка выступает формирование плодов и семян. Для этого необходимо два процесса. Первым является . После него происходит собственно оплодотворение - появляются плоды и семена. Рассмотрим далее, какие существуют .

Общие сведения

Опыление растений - этап , на котором осуществляется перенос мелких зерен с тычинок на рыльце. Оно тесно связано с другой стадией развития культур - формированием органа размножения. Учеными было установлено два вида опыления: аллогамия и автогамия. При этом первая может осуществляться двумя путями: гейтоногамией и ксеногамией.

Характеристики

Автогамия - путем переноса зерен с тычинок на рыльце одного органа размножения. Другими словами, одна система самостоятельно осуществляет необходимый процесс. Аллогамия - перекрестный перенос зерен с тычинок одного органа на рыльце другого. Гейтоногамия предполагает опыление между цветками одной, а ксеногамия - разных особей. Первая генетически схожа с автогамией. В этом случае имеет место только перекомбинация гамет в одной особи. Как правило, такое опыление характерно для многоцветковых соцветий.

Самой благоприятной по своему генетическому эффекту считается ксеногамия. Такое опыление цветковых растений способствует увеличению возможностей перекомбинации генетических данных. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение внутривидового разнообразия, последующей приспособительной эволюции. Между тем, автогамия обладает немаловажным значением для стабилизации видовых признаков.

Способы

Метод опыления зависит от агентов переноса зерен и структуры цветка. Аллогамия и автогамия могут осуществляться с помощью одних и тех же факторов. Ими, в частности, выступают ветер, животные, человек, вода. Наибольшим разнообразием отличаются способы при аллогамии. Выделяют следующие их группы:

Биологические - осуществляется с помощью живых организмов. В этой группе выделяют несколько подгрупп. Классификация осуществляется в зависимости от переносчика. Так, осуществляется (энтомофилия), птицами (орнитофилия), летучими мышами (хироптерофилия). Существуют и другие способы - с помощью моллюсков, млекопитающих и пр. Однако они выявляются в природе достаточно редко.
Абиотические - связано с влиянием небиологических факторов. В этой группе различают перенос зерен с помощью ветра (анемофилию), воды (гидрофилию).

Способы, которыми осуществляется , считаются адаптациями к конкретным окружающим условиям. В генетическом плане они менее важны, чем типы.

Приспособление растений к опылению

Рассмотрим первую группу способов. В природе, как правило, встречается энтомофилия. Эволюция растений и переносчиков пыльцы проходила параллельно. Энтомофильные особи легко выделяются среди прочих. У растений и переносчиков есть взаимные приспособления. В некоторых случаях они настолько узкие, что культура не в состоянии самостоятельно существовать без своего агента (или наоборот). Насекомых привлекает:

Цвет.
Пища.
Запах.

Кроме этого, некоторые насекомые используют цветки как убежище. Например, они прячутся там ночью. Температура в цветке выше, чем у внешней среды, на несколько градусов. Существуют насекомые, которые сами размножаются в культурах. Например, осы-хальциды используют для этого цветки.

Орнитофилия

Опыление птицами наблюдается преимущественно в тропических районах. В редких случаях орнитофилия имеет место в субтропиках. К признакам цветков, привлекающих птиц, можно отнести:

Отсутствие запаха. У птиц достаточно слабое обоняние.
Венчик имеет в основном оранжевый или красный цвет. В редких случаях отмечается синяя или фиолетовая окраска. Стоит сказать, что птицы легко отличают эти цвета.
Большое количество слабоконцентрированного нектара.

Птицы зачастую не садятся на цветок, а опыляют, зависая рядом с ним.

Хироптерофилия

Летучие мыши опыляют преимущественно тропические кустарники и деревья. В редких случаях они участвуют в переносе зерен на травы. Летучие мыши опыляют цветки ночью. К признакам культур, которые привлекают этих животных, относят:

Наличие флуоресцентной белой или желто-зеленой окраски. Она также может быть коричневатой, в редких случаях фиолетовой.
Наличие специфического запаха. Он напоминает секреты и выделения мышей.
Цветки распускаются ночью либо вечером.
Крупные части свисают с ветвей на длинных цветоножках (баобаб) либо развиваются непосредственно на стволах

Анемофилия

Опыление приблизительно 20 % растений умеренной полосы осуществляется с помощью ветра. На открытых площадях (в степях, пустынях, полярных территориях) этот показатель значительно выше. Анемофильные культуры обладают следующими признаками:

Анемофильные культуры часто формируют большие скопления. Это значительно увеличивает шансы на опыление. В качестве примеров выступают березовые рощи, дубравы, заросли бамбука.

Гидрофилия

Такое опыление достаточно редко встречается в природе. Это обуславливается тем, что вода не является обычной средой обитания культур. У многих находятся над поверхностью и опыляются преимущественно насекомыми либо с помощью ветра. К признакам гидрофильных культур можно отнести:

Автогамия

У 75 % растений присутствуют обоеполые цветки. Это обеспечивает самостоятельный перенос зерен без внешних носителей. Автогамия нередко бывает случайной. Это имеет место особенно при неблагоприятных условиях для переносчиков.

Автогамия базируется на принципе "лучше самостоятельное опыление, чем вообще никакого". Такой тип переноса зерен известен у многих культур. Как правило, они развиваются в неблагоприятных условиях, на территориях, где сильно холодно (тундра, горы) или очень жарко (пустыня) и отсутствуют переносчики.

В природе, между тем, встречается и регулярная автогамия. Она постоянна и крайне важна для культур. К примеру, самоопыляются такие растения, как горох, арахис, пшеница, лен, хлопчатник и прочие.

Подтипы

Автогамия может быть:

Клейстогамия обнаруживается в разных систематических группах культур (в некоторых злаках, например).

Растения не могут образовать семена и плоды без опыления. Одни виды самоопыляются, другие опыляются с помощью ветра, а некоторым помогают переносить пыльцу насекомые-опылители. Они садятся на цветы, питаются нектаром, в то время как пыльца липнет к их лапкам и хоботкам. Посещая другое растение этого же вида, «курьеры» переносят пыльцу, тем самым опыляя его.

Как растения привлекают опылителей

Растения, опыляемые насекомыми, привлекают членистоногих заметным окрасом цветов и запахом нектара. Днем насекомые стремятся на цветы ярких оттенков:

красные (шиповник, гвоздики);
розовые (клевер);
желтые (мать-и-мачеха, одуванчик, лютики);
лиловые (колокольчики);
голубые, синие (цикорий, василек).

Ночью опылителей привлекают белые цветы, которые более заметны в темноте. Кроме того, такие растения отличаются приятным запахом, резкость которого увеличивается с наступлением сумерек. К тому же цветки многих ночных растений днем находятся в закрытом состоянии (будто дремлют).

Интересный факт. Свои названия дрема лесная и дрема белая получили благодаря особенности закрывать цветки в дневное время.

Растения не только привлекают опылителей, но и приспосабливаются к ним своей морфологической и анатомической структурой.

К примеру, венчик клевера лугового имеет форму трубки, поэтому нектаром могут питаться исключительно насекомые с длинными хоботками, которые и являются его опылителями. Известен случай, когда клевер завезли в Австралию для его дальнейшего разведения. Но так как на материке не было длиннохоботковых шмелей и пчел, фермерам не удавалось получить семена этой культуры. Решить проблему удалось только после того, как в Австралию привезли несколько коробок с насекомыми.

Интересный факт. Не только сладкие приятные запахи привлекают опылителей. Самый большой в мире цветок раффлезия Арнольда известна своим зловонием, напоминающим запах гниющего мяса. Дело в том, что опыляется этот цветок не пчелами или бабочками, а навозными мухами.

Некоторые растения привлекают опылителей с помощью мимикрии – цветки своей формой и размерами напоминают женские особи определенных видов насекомых, что привлекает самцов-опылителей. Чаще всего такая маскировка встречается у семейства орхидных. Другие растения известны своими цветками с ловушками и сложной системой ходов. Насекомые, попавшие внутрь цветка, вынуждены искать выход, бродя по определенному пути. Сначала они соприкасаются с пыльником, а потом – с рыльцем, благополучно опыляя его.

Некоторые виды растений, дабы избежать конкуренции, приспособились к опылению жуками. Цветы должны быть хорошо заметными, поэтому они либо одиночные и крупные, либо мелкие, но собраны в большие соцветия. К таким растениям относятся:

лилейные;
магнолиевые;
бузина;
шиповник;
зонтичные;
спиреи и др.

В поисках пищи жуки чаще всего полагаются на обоняние. Поэтому растения, опыляемые ими, имеют сильный аромат, который напоминает запах фруктов, пряностей, а иногда – брожения. Так как жуки чаще всего питаются мягкими частями растений, последние разработали механизм защиты семяпочек от голодных насекомых. Семяпочки обычно находятся в толстостенной завязи, которая спрятана глубоко внутри цветка.

Незаменимые помощники

Существует множество видов насекомых, которые носят титул незаменимых опылителей:

дневные бабочки;
ночные мотыльки;
медоносные и одинокие дикие пчелы;
шмели;
цветочные мухи;
жуки и др.

Пчела медоносная

Всем известно, что пчелы являются главными опылителями для множества плодовых и декоративных культур. Чтобы в этом убедиться, исследователи провели эксперимент: отобрали несколько плодовых деревьев (яблонь и груш). На каждом дереве накрыли по одной ветке марлевым мешком еще до периода цветения. Это было сделано для того, чтобы насекомые не могли сесть на цветы. Осенью отметили, что на прикрытых ветках не было ни одного плода. На других ветках, к которым пчелы имели доступ, было много фруктов. Такой же эксперимент можно провести с любым энтомофильным растением.

Шмель

Иногда с опылением не может справиться даже пчела. В таком случае на помощь приходит (вернее, прилетает) шмель. Его особенность заключается в наличии длинного тонкого хоботка, с помощью которого он может дотянуться до глубоко спрятанного рыльца. Шмель опыляет даже цветки красного клевера, которые имеют трубчатую форму. Поэтому, если хотите получить больше семян клевера, можно заманить насекомых в искусственное гнездо.

Похитители нектара

Есть насекомые-любители полакомиться сладким нектаром, которые опылителями не являются. К таким относятся муравьи, которые вместо того чтобы заползать внутрь цветка, прогрызают околоцветник с нижней стороны и выпивают нектар. Естественно, опыление в таком случае не происходит, так как насекомое не задевает ни пыльник, ни рыльце. Таких «эгоистичных» насекомых называют похитителями нектара.

К счастью, некоторые растения научились защищаться от непрошеных гостей:

выделенный клейкий секрет образует ловушки (смолка обыкновенная);
вздутые стенки чашечки создают механическое препятствие (смолевка-хлопушка);
цветки окружены жесткими листьями (гвоздика).

Значение опылителей

Опыление растений насекомыми играет важную роль в садо-, овоще- и цветоводстве. При достаточном количестве опылителей урожай растет. Очень часто рядом с посевами рапса, гречихи, а также в плодовых садах размещают ульи. Пчелы, собирая нектар, опыляют цветы, повышают урожайность и вырабатывают больше меда.

Опыление растений насекомыми: Видео

Существует немало классификаций растений, но одной из основных является та, которая основывается на характере опыления. С этой точки зрения культуры делятся на несколько больших групп: ветроопыляемые, опыляемые животными (преимущественно насекомыми, поэтому будем называть такие растения насекомоопыляемыми) и водой (гидрофилия, наблюдается нечасто, поэтому рассматриваться не будет). У представителей всех этих групп имеет место перекрестное опыление, т. е. перенос пыльцы со сторонней помощью (противоположность самоопыления).

Чтобы выяснить, что представляют собой ветроопыляемые растения, нужно вначале разобраться с особенностями и отличиями каждой группы.

Растения, как мы только что выяснили, могут опыляться как от ветра, так и с помощью насекомых.

Ветроопыляемые культуры, их признаки

Начать следует с того, что растения, которые входят в эту группу (их еще называют анемофильными), при определенных обстоятельствах могут опыляться и насекомыми, хотя подобное случается нечасто. Такие растения отличаются многочисленными мелкими ветками, а также тем, что способны вырабатывать большое количество пыльцы (каждый экземпляр производит по нескольку миллионов пыльцевых зерен). У многих культур (таких, к примеру, как шелковица или лещина) образование цветков начинается еще до того, как распустятся листья.

Сами цветки зачастую невзрачны и собраны в небольшие соцветия. У метелки, например, это сложный колосок. В соцветии образуется множество легких и мелких пыльцевых зерен.

Обратите внимание! Как правило, культуры, опыляемые ветром, произрастают группами. Более того, к ветроопыляемым растениям относятся не только деревья (береза, ольха и проч.), но также травы (осока, тимофеевка) и кусты.

Насекомоопыляемые культуры

Отличительной чертой этих растений (к слову, их еще называют энтомофильными) является то, что они цветут уже после того, как появляются листья. Немаловажную роль здесь играют температурные условия: когда повышается температура, то появляются насекомые, которые и переносят пыльцу. Кроме того, у всех насекомоопыляемых культур имеются нектарники.

К самым распространенным представителям группы относится верба. Цветение вербы может наблюдаться как до, так и после образования листвы. Но раннее цветение никак не связано с ветроопылением – к такому «приему» растения прибегают исключительно для борьбы с конкурентами за насекомых-опылителей.

Таблица. Сравнительная характеристика ветро- и насекомоопыляемых культур

Особенности цветков	Анемофильные растения	Энтомофильные растения
Нектар	Отсутствует
Венчик	Отсутствует (или, как вариант, выглядит невзрачно)	Яркий
Запах	Отсутствует	Имеется у большей части представителей
Месторасположение тычинок	Открытое (пыльники располагаются на больших нитях)	Внутри цветков
Пыльца	Маленькая, сухая, в большом количестве	Липкая и крупная, в небольшом количестве
Рыльца пестиков	Крупные	Небольшие

Пыльники анемофильных культур выносятся за пределы цветков. Рыльца у пестиков большие и «лохматые», что позволяет улавливать пылинки, которые летают в воздухе. Также у таких растений имеются специальные приспособления, если можно так выразиться, благодаря которым пыльца не расходуется напрасно, а попадает преимущественно на рыльца других представителей своего вида.

А сейчас ознакомимся более детально с особенностями культур, опыляемых ветром.

Особенности анемофильных растений

Для всех представителей этой группы характерны такие признаки:

невзрачные или малозаметные цветки (объясняется тем, что они не должны привлекать насекомых);
маленькие и сухие пыльцевые зерна;
большая длина нитей, на которых свисают пыльники.

Теперь подробнее. Главная особенность всех ветроопыляемых культур – это непривлекательность цветков, проявляющаяся в отсутствии нектара, запаха и ярких красок. При этом пыльцевые зерна, которые развиваются в больших количествах, имеют чрезвычайно малые размеры: вес одной пылинки в среднем составляет 0,000001 мг. Приведем небольшое сравнение: пылинка тыквы – растения, опыляемого пчелами – весит в тысячу раз больше, т. е. порядка 0,001 мг. Одно только соцветие конского каштана способно сформировать 42 миллиона зерен, в то время как соцветие ржи – в десять раз меньше (4 миллиона 200 тысяч). К особенностям пыльцы анемофильных растений можно отнести еще и то, что она, будучи полностью лишенной клеящих веществ, зачастую еще и имеет гладкую поверхность.

Обратите внимание! У ветроопыляемых культур нет нектара, но их нередко посещают насекомые, питающиеся пыльцой. Тем не менее, в качестве переносчиков такие насекомые играют лишь незначительную роль.

Какие растения могут опыляться ветром?

Ниже приведены представители ветроопыляемых культур.

Семейство березовых. Самым распространенным представителем семейства в Европе и Азии является береза бородавчатая, которая цветет в начале весны и отличается сложными соцветиями-сережками (последние применяются в медицине).
Осина и тополь. Это единственные представители семейства ивовых, которые не имеют нектарников. Все остальные опыляются насекомыми.
Однодомное растение, имеющее однополые цветки. Цветение сережек наблюдается еще до того, как появляется листва.
Все представители семейства опыляются с помощью ветра. К самым распространенным из них относится грецкий, серый и черный орех, а также кария.
Ольха. Это дерево также цветет до появления листьев. Но, что характерно, некоторые виды ольхи зацветают в осеннее время, когда опадают листья. Сережки в данном случае являются однополыми.
Семейство буковых. Однодомные ветроопыляемые культуры, самой известной из которых является дуб. К слову, в природе есть свыше 500 разновидностей дуба, причем все они начинают цвести одновременно с появлением листьев. Также в семейство входит каштан съедобный (не стоит путать с каштаном конским) и, собственно, сам бук.
У этой однодомной культуры сережки также начинают распускаться одновременно с появлением листвы.
Представитель семейства злаковых, включающий в себя шесть видов, из которых культивируется всего один.
Травы. К ветроопыляемым травам относятся, прежде всего, злаковые культуры, подорожник, осока, крапива, хмель и конопля.

Обратите внимание! В списке приведены лишь самые распространенные представители анемофильных растений, поэтому нельзя считать полным.

Процесс опыления ветром

Распространение ветром пыльцы вряд ли можно считать управляемым процессом. Поэтому вероятность того, что зерна попадут на рыльца собственных цветов, достаточно велика. Самоопыление, как известно, для таких растений нежелательно, в связи с чем у цветов широко развились различные приспособления, которые этому препятствуют. Так, чаще всего рыльца и пыльники созревают не одновременно. По той же причине у некоторых ветроопыляемых культур раздельнополые цветы.

Большая часть деревьев, опыляемых описываемым образом, цветет в начале весны, т. е. до распускания листвы – это также является приспособлением, препятствующим самоопылению.

Особенно ярко это выражается у орешника и березы. И неудивительно, ведь густые листья были бы серьезным препятствием на пути движущихся пыльцевых зерен.

Стоит упомянуть и об остальных приспособлениях. Тычинки большинства злаковых растений начинают очень быстро расти при раскрывании цветов, причем скорость роста может достигать 1-1,5 мм/мин. Спустя время длина тычинок в три-четыре раза превышает изначальную, они выходят за пределы цветка и свешиваются вниз. И лишь после того, как пылинки оказываются снизу, они растрескиваются. При этом сам пыльник слегка изгибается, образуя своего рода чашу, куда пыльца и ссыпается. Как результат – зерна не падают на землю, а спокойно ждут порыва ветра, чтобы покинуть пыльник.

Обратите внимание! У некоторых злаков цветоножки перед цветением растопыриваются, формируя между собой угол до 80°. Благодаря этому пыльца выдувается ветром. По окончании периода цветения цветки возвращаются в исходное положение.

Также положение соцветия может меняться у граба, тополя и березы. Поначалу соцветия «смотрят» вверх, но перед раскрыванием пыльников стержень сережки выдвигается, а сами они (соцветия) свешиваются. Цветки отдаляются друг от друга и вместе с тем становятся доступными для ветра. Пыльцевые зерна падают на чешуйки нижних цветков, откуда и сдуваются.

У некоторых анемофильных растений (по аналогии с энтомофильными) имеются «взрывчатые» цветки. Так, у одной из разновидностей крапивы тычинки в период созревания напрягаются настолько, что после раскрывания резко расправляются и избавляются от зерен лопнувших пыльников. В такие моменты над цветками наблюдаются густые облачка пыльцы.

Также отметим, что пыльца ветроопыляемых культур может рассыпаться не всегда, а лишь при условии благоприятной погоды. На улице должно быть относительно сухо, ветер должен быть слабым или средним. Зачастую для опыления больше всего подходят утренние часы.

Заключение

В итоге хотелось бы несколько слов уделить высадке ветроопыляемых культур. Сразу оговоримся, что смешивать такие растения не нужно, поскольку у каждого вида свои приспособления и принципы. Все злаки, как отмечалось выше, являются анепофильными и все они зацветают только после того, как на деревьях появляется листва. Но злаковые не «одиночки», они растут группами – причем большими – в степях, лугах и т. д. (иными словами, на открытом пространстве).

А вот с кустами и деревьями дела обстоят иначе: эти культуры, произрастая в лесах, находятся друг от друга на некоторой дистанции.