§ 3.5. Що таке запилення та запліднення?

Запилення – це процес перенесення пилкових зерен з пиляка на приймочку. Самозапилення відбувається тоді, коли пилкові зерна з пиляків квітки переносяться до приймочки тієї самої квітки або до приймочки іншої квітки, але тієї самої рослини. Перехресне запилення відбувається тоді, коли пилкові зерна з пиляків квітки переносяться до приймочки квітки іншої рослини того самого виду.

Яке значення має запилення для розмноження квіткових рослин насінням?

Запліднення – це процес, який відбувається після запилення. Під час запліднення з пилкового зерна проростає пилкова трубка, яка крізь стовпчик маточки проходить до її зав’язі.

запліднення

Пилкова трубка наближається до зав’язі і потрапляє у насінний зачаток. Тут одна з клітин пилкового зерна зливається з яйцеклітиною, запліднюючи її. Після цього з заплідненої яйцеклітини утворюється зародок, а всі частини квітки, окрім зав’язі, зазвичай, засихають та відпадають.

Запліднена яйцеклітина стає майбутньою рослиною. Насінний зачаток стає насінням, а зав’язь стає плодом.

У чому полягає різниця між запиленням та заплідненням?

Нумо досліджувати!

• Візьміть набір зображень із квітками та плодами персика.

• Розташуйте зображення у правильному порядку, щоб показати, як відбувається запилення та запліднення.

• Опишіть, що відбувається на кожному етапі.

Чи може запліднення відбутися без запилення? Чому?

Доведіть свою думку.

1. Чи може бути запилена рослина, яка має лише чоловічі квітки? Чому?

2. Чи може бути запилена рослина, яка має лише жіночі квітки? Чому?

Цікавий факт

Після послідовного запилення та запліднення, квітки апельсинового дерева дають плоди з зернятками. Якщо запилення відбувається, а запліднення – ні, то квітки апельсинового дерева все одно утворять плоди, але вони будуть без кісточок.

Назвіть інші рослини, плоди яких можуть вирости без насіння.

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.

Запилення у рослин та його основні способи

Запилення – це процес перенесення пилкових зерен до частин рослини, у яких розміщені насінні зачатки з яйцеклітинами. У квіткових рослин запилення – це перенесення пилку з пиляка тичинок на приймочку маточки, у голонасінних пилок потрапляє безпосередньо на насінний зачаток. Відбувається запилення під час цвітіння квіткових рослин, а в голонасінних – під час формування шишок. У процесі розвитку квітки в пиляках тичинок утворюються пилкові зерна, які містять чоловічі гамети – спермії. У зав’язі маточок формуються насінні зачатки, всередині яких дозрівають жіночі гамети – яйцеклітини. Після дозрівання пиляки розтріскуються і пилкові зерна звільняються. Пилок повинен потрапити на приймочку маточки і закріпитися там, тому пилкові зерна і приймочка мають для цього певні пристосування. Отже, запилення у квіткових рослин здійснюється для того, щоб чоловічі гамети, які розвиваються у пилкових зернах, змогли зустрітися з жіночими гаметами, які формуються в насінному зачатку.

У квіткових рослин розрізняють два способи запилення: самозапилення і перехресне запилення.

Самозапилення – перенесення пилку з пиляка тичинки на приймочку маточки в межах однієї квітки. Самозапилення приводить до збільшення гомозиготності популяцій, обмежує пристосованість рослинних організмів до умов середовища, тому зустрічається в рослин рідко. Самозапилення властиве багатьом культурним рослинам (наприклад, пшениця, рис, горох, квасоля), а також частині дикорослих видів (фіалка, чина). Пристосуванням рослин до самозапилення є запилення у квітках, які взагалі не розкриваються, або самозапилення в бутонах ще до їх розкривання (у ячменю, вівса, проса). А, наприклад, у фіалки на одній рослині є квітки, які розкриваються і запилюються перехресно, і є квітки, які не розкриваються і самозапилюються. Рослини, для яких властиве лише самозапилення, у природі зустрічаються рідко. Переважна більшість самозапильних рослин можуть запилюватися і перехресно. При відсутності чинників, які здійснюють для них перехресне запилення, рослини самозапилюються. Самозапилення необхідне також для поширення рослин на великі відстані. Зазвичай від території існування виду віддаляються окремі особини і в нових умовах вони не можуть запилюватися перехресно, тому дають насіння лише після самозапилення. Ще однією перевагою самозапилення є більша надійність, особливо у випадках, коли рослини одного виду зустрічаються доволі рідко і ростуть на великих відстанях одна від одної. Отже, самозапилення, незважаючи на те, що зменшує пристосованість організмів, надає рослинам певні переваги: забезпечує насіннєве розмноження особин, які віддалені одна від одної.

Перехресне запилення – перенесення пилку з пиляка тичинки однієї квітки на приймочку маточки іншої квітки цієї самої або іншої рослини (наприклад, у вишні, яблуні). Забезпечує збільшення гетерозиготності популяцій, що обумовлює процвітання виду і можливість росту в різних умовах завдяки швидкому пристосуванню. Здійснюється перехресне запилення природним (комахами, вітром, водою тощо) та штучним (людиною) шляхами. Основними способами перехресного запилення є запилення комахами – ентомофілія (понад 80% перехреснозапильних рослин), анемофілія – вітром (береза, ліщина), гідрофілія – водою (валіснерія, стрілолист), орнітофілія – птахами (у тропічних рослин) та ін. Рослини мають певні особливості в будові квіток, що забезпечує певний спосіб перехресного запилення.

У вітрозапильних рослин квітки безбарвні, малопомітні, з невеликою оцвітиною, без запаху і нектару. Пилку утворюється дуже багато, він сухий, гладенький, дрібний та легкий. Приймочки маточок у квітках широкі або довгі, з волосками або вкриті клейким слизом, що допомагає краще вловлювати пилок. До вітрозапильних рослин належать багато лісових дерев (дуб, бук, граб, вільха, осика), дерев із суцвіттям сережка (грецький горіх, береза, ліщина), трав’янистих злакових рослин (жито, кукурудза, пшениця) тощо.

До комахозапильних рослин належить переважна більшість квіткових рослин. Приблизно 90% їх запилюються за допомогою бджіл, ос, джмелів, мух, метеликів, жуків, мурашок тощо. У квіток цих рослин є такі пристосування, як нектарники, яскраве забарвлення оцвітини, великі розміри або суцвіття, запах. Пилкові зерна великі, липкі, з горбкуватими виростами.

Квітки рослин, для яких характерне запилення водою (стрілолист), утворюють водостійкий пилок, мають велику оцвітину, яка виконує роль паруса. Запилення квітів птахами (колібрі, нектарниці) зустрічається здебільшого в тропічних широтах. Квіти фуксії, евкаліптів, алое мають, зазвичай, рідкий нектар, червоне забарвлення і зовсім не пахнуть.

Штучне запилення – це запилення, яке здійснюється людиною для підвищення урожаю і отримання нових сортів рослин. Застосовується в садівництві, квітникарстві, овочівництві, лісовому господарстві. Для підвищення врожаю проводиться тоді, коли природне запилення ускладнюється, наприклад, якщо під час цвітіння погодні умови несприятливі. При виведенні нових сортів рослин застосовуються спеціальні методики штучного запилення, завдяки чому створено високоврожайні сорти яблунь, груш, персиків, пшениці декоративні сорти троянд, сенполій та ін.

При перехресному запиленні зародок збагачується різною спадковою інформацією від обох батьківських форм. Тому в багатьох квіткових рослин є пристосування, які запобігають самозапиленню. Передусім це: 1) дводомність – розташування тичинок і маточок на квітках різних екземплярів; 2) гетеростилія – розташування тичинок і маточок на різних рівнях за допомогою стовпчиків різної довжини; 3) дихогамія – неодночасне дозрівання тичинок і маточок в одній квітці.