Покритонасінні: еколого-біологічні особливості. Реферат
Еколого-біологічні особливості квіток. Практичне значення квіткових. Використання отриманих результатів в шкільному курсі ботаніки
Еколого-біологічні особливості квіток
Квітка – це спеціалізований пагін або, що більш ймовірно, система укорочених і тісно зближених пагонів, частини якої утворюють навкруги верхівки декілька концентричних кругів або спіралей. Зовні звичайно знаходиться чашка із зелених чашолистків, що прикривають інші частини квітки в бутоні, що не розкрився.
Як правило, ближче до центру розташовується віночок з яскраво забарвлених і приємно пахучих пелюсток. Обидва ці круги утворюють т. з. оцвітина. Ще ближче до центру знаходяться тичинки, і, нарешті, безпосередньо в ньому – один або декілька товкачів. Це вже власне репродуктивні частини квітки – відповідно чоловічі і жіночі. Іноді в квітці відсутня чашка, віночок, вся оцвітина, тичинки або товкачі.
Наприклад, окрема квітка злаків складається з трьох тичинок і одного товкача, оточеного жорсткими лусками, які ні пелюстками, ні чашолистками, строго кажучи, не назвеш. У дубів квітки двох типів: одні складаються з тичинок з чашолистками, інші – тільки з товкачів.
Проте у будь-якому випадку, щоб квітка могла брати участь в розмноженні, в ньому повинні бути тичинки або товкачі; якщо ні тих ні інших ні, він стерильний. Втім, у деяких видів стерильні квітки служать для залучення обпилювачів (наприклад, краєві "пелюстки" в суцвіттях соняшнику), а людина спеціально виводить в декоративній меті "махрові піони", гвоздики і інші квіткові рослини без тичинок і товкачів.
Запилення. Репродуктивна частина тичинки – її головка, т. з. пильовик. Звичайно він складається з чотирьох розташованих бік об бік пилкових мішків. Дозріваючи, вони розкриваються подовжніми тріщинами або округлими порами і вивільняють пилок – безліч крихітних, летючих або липких пилкових зерен.
Запилення вітром. Вітрозапилювані рослини утворюють величезні кількості летючого пилку: велика її частина втрачається без користі, і лише окремі пилкові зерна, випадково потрапивши на рильце товкача в квітці екземпляра того ж вигляду, забезпечують розмноження.
Такий спосіб запилення характерний для багатьох дерев (не тільки квіткових, але і хвойних), злаків, осокових і деяких добре відомих бур'янів, наприклад полини і амброзії. Їх летючий пилок здатний викликати сінну лихоманку, від якої страждають багато людей. Особливо небезпечна в цьому значенні квітуча в кінці літа амброзія.
Запилення комахами. Липкий пилок може просто падати з пильовика на товкач, але частіше вона переноситься від квітки до квітки комахами (роль обпилювачів іноді грають також птахи і навіть дрібні ссавці).
Взаємостосунки квіткових рослин з тваринами, що відвідують їх квітки вельми цікаві, і важко пояснити їх виникнення, не вдаючись до поняття "мети". В результаті часто можна чути, що комахи "шукають" цілком певні квітки, а ті, у свою чергу, "розташовують" свої тичинки в розрахунку саме на даного гостя.
Як би там не було, комах дійсно привертають до обпилюваних квіток їх забарвлення і запах, не обов'язково приємний. Мухи, наприклад, летять на запах падла, поширюваний кірказоном і "скунсовою капустою" (симплокарпусом смердючим), а нічні метелики реагують на яскраву білизну квітучих у сутінках видів. Проникаючи в квітку за їжею, обпилювач мимовільно струшує на себе пилкові зерна і частину цього пилку може потім так само "ненавмисно" залишити на рильці товкача тієї ж або іншої квітки, не обов'язково навіть квітки цього ж вигляду.
Їжею таким комахам служить або сам пилок, або, в більшості випадків, нектар – солодка рідина, утворювана різними за походженням структурами – нектарниками і що скоплюється в глибині віночка або в особливих трубчастих пелюстках – шпорцах, наприклад у фіалок і живокости.
Звичайно комахозапилювана квітка влаштована так, що добиратися до нектару доводиться, зачіпаючи за тичинки, які у ряді випадків забезпечені спеціальними реагуючими таке на дотик механізмами. Наприклад, стінки пильовиків можуть знаходитися під тиском, як у кальції (Kalmia): варто до них доторкнутися, як вони вибухають і обсипають гостя пилковими зернами.
Серед таких пристосувань найбільш дивні ті, що забезпечують перехресне запилення, тобто перенесення пилку на товкач квітки не того ж самого екземпляра рослини (це називається самозапиленням), а іншого. Перехресне запилення вигідно тим, що підвищує різноманітність представників вигляду, а отже, і шанси цієї таксономічної групи в цілому, на виживання.
Втім, всупереч думці Дарвіна, самозапилення теж не завжди веде до деградації, і багато рослин постійно ним користуються. У деяких квітки взагалі не розкриваються, і пилок потрапляє на товкач без якого-небудь зовнішнього переносника. Проте перехресне запилення, мабуть, поширене більш широко, навіть серед вітрозапилюваних видів: у багато кого з них квітки бувають або пестичними, або тичинковими (одностатевими), причому часто одні рослини бувають чисто жіночими, а інші – чисто чоловічими.
Будова квітки і запилення. В багатьох квітках тичинки дозрівають раніше або пізніше за товкачі, так що самозапилення у них неможливе, проте пилок може переноситися на інший екземпляр того ж вигляду, товкачі якого цілком готові її прийняти.
Наприклад, у шавлії (Salvia) сильно витягнутий і зігнутий коромислом пильовик кожної тичинки нагадує важіль: влізаючи в трубку віночка, комаха неминуче натискує головою на його коротке плече – довге опускається, торкається до спини комахи і залишає на ній порцію пилку.
В старіших квітках пильовики вже порожні, зате товкач вигинається дугою так, що його рильце знаходиться якраз там, де повинна з'явитися забруднена пилком спина обпилювачу.
Трубчасті квітки одного і того ж виду первоцвіту бувають двох типів: у одних екземплярів пильовики розташовані вище за гирло трубки, а рильце товкача – в глибині, у інших – навпаки. Пролізаючи головою вперед в трубку за нектаром, комахи в першому випадку поганять пилком тільки спину, а в другому – тільки голову і залишають потім пилок відповідно тільки на довгих або тільки на коротких товкачах, тобто вже на інших рослинах.
У деяких фіалок на одній і тій же рослині одні квітки добре помітні, здібні тільки до перехресного запилення, а інші дрібні, що не розкриваються – для них можливо тільки самозапилення; останні, до речі, більш плодовиті.
Найскладніший механізм, що забезпечує перехресне запилення, виник у більшості видів орхідей. В центрі їх квітки знаходиться т. з. колонка з єдиної тичинки, зрощеної з товкачем. Пилкові зерна з'єднані в мішковидні маси – півлінію.
Кожна з них знаходиться в спеціальному поглибленні і забезпечена ніжкою, кінець якої пов'язаний з липким диском (прилипальцем). Прилипальце прикріплюється до що відвідав квітку комахи настільки точно, що вся маса пилку може виявитися тільки на рильці товкача іншої квітки того ж виду.
Квітки деяких видів рослин з'являються поодинці – на кінцях пагонів, як, наприклад, у магнолій (Magnolia). Вважається, що таке їх розташування з погляду еволюції – примітивна ознака. В більшості ж випадків квітки зібрані групами від 3–4 до декількох тисяч в кожній, тобто утворюють суцвіття.
Формуються суцвіття відповідно до певної схеми, специфічної для таксона. Ймовірно, перше в світі суцвіття було верхівковою квіткою, нижче за яке на коротких бічних гілочках зростало два бічних: це властиво багатьом сучасним видам, зокрема трояндам.
На бічних гілочках під квітками можуть розвиватися втечі другого порядку, також з квітками на кінцях і т. д., поки не утворюється густе суцвіття, зване цимозным, верхоцвітним або закритим. Воно часте зустрічається у представників сімейства гвоздикових, у суккулентных очитків (Sedum) і бриофиллумов (Bryophyllum) і т. д.
Типи суцвіть. Звичайно в цимозном суцвітті черговість розпускання квіток відповідає порядку гілочки, на кінці якій знаходиться квітка. Інший тип суцвіть називається ботричним, бокоцвітним або відкритим: головна вісь стебла продовжує рости, послідовно випускаючи з пазух верхівкового листя короткі бічні втечі з квітками або дрібними суцвіттями на кінцях. При цьому саме верхівкове листя в ході еволюції зменшується, стає лусковидними або взагалі зникає, а центральна вісь коротшає, так що суцвіття в цілому ущільнюється. Розпускання квіток в ньому йде, природно, від підстави до вершини.
Цимозна і ботрична схеми пояснюють все різноманіття відомих суцвіть. Наприклад, т. з. проста парасолька у первоцвітів формується, коли центральна вісь перестає рости, а місця відходження від неї бічних гілок зближуються (всі гілки відходять практично з однієї крапки) і оточуються видозміненими листочками.
Краєві квітки відповідають нижнім і розпускаються першими, тому цвітіння розповсюджується доцентровий – від периферії до центру. Якщо бічні гілочки осягає доля центральної, виникає складна парасолька, як у моркви і петрушки. Цвітіння зонтиковидних суцвіть (верхоквітників) цибулі, пеларгонії або ваточника йде, навпаки, відцентровий, тому що за походженням вони цимозні.
Укорочення ніжок окремих квіток може привести до появи головчатых соцветий, як, наприклад, у конюшини. Багато витягнутих суцвіття, іноді складно і неоднаково влаштовані, але схожі в тому, що квітки в них практично "сидять" на центральній осі, називаються колосами. Сережки верб, тополь і дубів є м'якими висячими колосами.
Іноді тільки детальне дослідження дозволяє визначити природу суцвіття – цимозне воно, ботричне або неоднорідне. Так, сплощені зверху суцвіття-щитки калини (Viburnum), кизилу і глоду цимозні, а в циліндрових мітелках бузку можна знайти і цимозні, і ботричні частини.
Практичне значення квіткових
Запліднення і розвиток насіння відбуваються усередині зав'язі.
Саме цій структурі квіткові рослини, звані також Покритонасінними, в основному і зобов'язані своїм еволюційним успіхом.
Зародок усередині сім'я може знаходитися в стані спокою багато тижнів, місяців і навіть років: він захищений від зовнішніх дій насінною шкіркою і забезпечений запасом їжі; за сприятливих умов він почне рости, за рахунок внутрішніх резервів швидко збільшуючи в розмірах свої зачаткові структури, і перетвориться в проросток. Цей процес називається проростанням сім'я.
Розміри насіння у квіткових вельми різноманітні – від мікроскопічних у орхідей до величезних у кокосової пальми.
Одна рослина може утворювати колосальні їх кількості: подорожник і пастуша сумка – більше п'яти тисяч в рік, полин звичайний (Artemisia vulgaris) – більше мільйона.
Деяке насіння їстівне, деяке отруйне, деякі настільки тверді, що їх не розрізати і ножем. Форма і забарвлення їх найрізноманітніша, вони бувають гладкими і зморшкуватими, липкими і волосистими.
Те, що насіння містить запас живильних речовин, широко використовується людиною.
Пшеничну муку, касторову олію або, наприклад, цукор, що міститься в зернах солодкої кукурудзи, – все це ми одержуємо з ендосперму насіння.
В інших випадках запасні речовини знаходяться усередині самого зародка, в його м'ясистих їстівних сім'ядолях. Так, наприклад, йде справа у сої, арахісу, квасолі і гороху, насіння яких позбавлене ендосперму.
Сільське господарство майже повністю залежить від покритонасінних, або безпосередньо, або непрямо через харчування худоби. З родин квіткових рослин, Тонконогові (Poaceae) - безумовно найголовніша, забезпечуюча більшу частину всіх вимог сільського господарства (рис, кукурудза, пшениця, ячмінь, жито, овес, просо, цукровий очерет, сорго), з бобовими (Fabaceae) на другому місці.
Також високу важливість мають - Пасльонові (Solanaceae: картопля, помідори, перець), Гарбузові (Cucurbitaceae: гарбузи і дині), Капустяні (Brassicaceae: рапс і капуста) і Зонтичні (Apiaceae: петрушка). Багато плодів отримують від родин рутових (Rutaceae) і розових (Rosaceae: яблуко, груши, вишні, абрикоси, сливи тощо).
У деяких частинах світу єдиний вид достає першорядного значення через різноманітність використань. Приклад – кокосовий горіх (Cocos nucifera) на тихоокеанських атолах. Інший приклад - маслина (Olea europaea) у Середземномор'ї.
Квіткові рослини також забезпечують економічні ресурси у формі деревини, паперу, волокна (бавовна, льон і коноплі серед інших), ліки (дигіталіс, камфора), декоративних рослин і багатьох інших використань.
Використання отриманих результатів в шкільному курсі ботаніки
Класифікація квіткових рослин:
На які класи поділяють квіткові рослини? Усі квіткові рослини поділяють на два класи, які отримали назви Однодольні та Дводольні. Основною ознакою, на якій ґрунтується такий поділ, є кількість видозмінених зародкових листків – сім'ядоль. У зародків представників класу Дводольні їх дві, а в Однодольних – одна (мал. 1). Отже, вже за будовою насінини ми можемо визначити, до якого класу покритонасінних належить та чи та квіткова рослина.
Мал. 1 - Порівняльна будова дводольних і однодольних рослин
Крім кількості сім'ядоль, представникам класів Дводольні та Однодольні притаманні й інші відміни (мал. 1). Так, у дводольних зазвичай розвинена стрижнева коренева система. В їхньому стеблі та корені може бути наявний камбій. Як ви пригадуєте, функціонування камбію забезпечує потовщення цих органів. Листки дводольних рослин бувають як прості, так і складні, вони мають зазвичай сітчасте жилкування.
Натомість представникам класу Однодольні притаманна мичкувата коренева система (мал. 1). Головний корінь у них відмирає рано, і коренева система формується з додаткових коренів. Бічної твірної тканини в корені та стеблі немає, тому здатність до потовщення цих органів обмежена. Листки однодольних прості, зазвичай мають паралельне або дугове жилкування.
Мал. 2 - Подорожник (1) вороняче око (2).
Погляньте на малюнок 2, де зображені дві рослини, що належать до різних класів квіткових рослин. Одна з них – це подорожник. Йому притаманна мичкувата коренева система та листки з дуговим жилкуванням. Інша – це вороняче око, в якого жилкування листків сітчасте. За цими ознаками подорожник мав би належати до класу Однодольні, а вороняче око – до класу Дводольні.
Але зародок подорожника має дві сім'ядолі, а воронячого ока – лише одну. Тому подорожник належить до дводольних, а вороняче око – до однодольних. Запам'ятаймо: найголовнішою ознакою, за допомогою якої можна точно встановити приналежність тієї чи іншої квіткової рослини до певного класу, є кількість сім'ядоль у зародка.
Переважна більшість квіткових рослин – близько 200 тис. видів – належить до класу Дводольні. Серед них є всі відомі життєві форми: трав'янисті рослини, кущі, напівкущі, ліани, дерева. Далі ми розглянемо такі родини дводольних: Капустяні (або Хрестоцвіті), Розові, Бобові (або Метеликові), Пасльонові, Айстрові (або Складноцвіті).
Переважна більшість однодольних – це трав'янисті рослини. Дерев'янисті види (наприклад, бамбук, різні види пальм) трапляються рідко, переважно в тропіках та субтропіках. До однодольних належить близько 50 тис. видів. Ми з вами розглянемо родини Лілійні, Цибулеві та Злакові.
Список використаної літератури і джерел
- An update Angiosperm Phylogeny Group classification for orders and families flowering plants: APG III. // Botanical Journal Linnean Society; 2009 р.
- Вент Ф.; "В світі рослин"; Переклад з англ.. - Спічкіна І. І.; М., 1982 р.
- Верзилін М. М., Корсунська В. М.; "Загальна методика викладання біології"; М., 1976 р.
- Докладна кладограмма покритонасінневих на основі Системи APG III; 2010 р.
- Красилов В. О., Бугдаєва О. В., Маркевич В. З., Маслова Н. П.; "Проангіосперми і походження квіткових рослин"; М., 1994 р.
- "Квіткові рослини" - стаття з "Великої радянської енциклопедії"; 1988 р.
- "Квіткові рослини" - інформація на сайті "Енциклопедія життя" (EOL); 2009 р.
- Конюшко В. С. "Як підготувати урок біології"; Мінськ, 1988 р.
- Корчагіна В. О. "Біологія 6-7 класи"; Київ, 1989 р.
- Мусієнко М. М., Славний П. С., Балан П. Г.; "Біологія, 6 клас"; К., 2005 р.
- Тахтаджян А. Л. "Система и филогения цветковых растений"; М., 1966 р.
- Шипунов О. О. "Система квіткових рослин"; М., 1997 р.
23.11.2011
