Самоопыление - это тип опыления у высших растений. Как происходит самоопыление
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.