Приспособление растений к распространению семян
Курсовая
работа
Приспособление растений к распространению семян
Введение
Растения не просто основная
составляющая всего живого на Земле, но являются основным репродуктором
углекислого газа, питательным веществом для многих живых организмов и для
почвы, а так же выполняют функцию нормализации биобаланса. Но то, что хотелось
бы отметить это способность растений воспроизводить множество себе подобных
видов.
Сохраняемость видов в значительной
мере определяется генеративным размножением. Вот поэтому и необходимо
распространение семян, и научились они путешествовать по белу свету,
обеспечивая продолжение рода своего, а иногда и преумножая его.
Благодаря расселению происходит
постепенное расширение площади, занимаемой данной популяцией или даже видом. Но
этим не ограничивается значение расселения. Как писал еще Ч. Дарвин, оно
облегчает перекрестное опыление. Кроме того, расселение дает возможность виду
занимать разнообразные местообитания, что имеет большое значение для процесса
образования новых популяций и рас. Благодаря расселению обогащается состав
растительных сообществ и тем самым повышается разнообразие жизни. Наконец,
благодаря расселению осваиваются новые территории, освободившиеся из-под воды,
после пожара, вулканического извержения, а также вновь возникшие острова
(#"869815.files/image001.gif">
Рисунок 1 - Строение семени: А -
семя фасоли; Б - семя (зерновка) пшеницы: 1 - кожура, 2 - почечка зародыша, 3 -
стебелек, 4 - корешок, 5 - семядоля, 6 - щиток (семядоля), 7 - эндосперм
(#"869815.files/image002.jpg">
Рисунок 2 - Типы семян: А - семена с
эндоспермом, окружающим зародыш (мак - Papaver somniferum); Б - с
эндоспермом, примыкающим к зародышу, пшеница - Trificum aesfivum); В-с
запасными веществами, отложенными в семядолях зародыша (горох - Pisum
sativum); Г - с эндоспермом, окружающим зародыш, и мощным периспермом,
(перец - Piper nigrum);
Д - с периспермом (куколь - Agrosfemma
gifhago); 1 - семенная кожура, 2 - эндосперм, 3 - корешок, 4 - стебелек, 5
- почечка, 6 - семядоли, 7 - околоплодник, 8 - перисперм (#"869815.files/image003.gif">
Рисунок 3 - Строение плода: 1 -
плодоножка; 2 - экзокарпий; 3 - мезокарпий; 4 - эндокарпий; 5 - семя
(#"869815.files/image004.jpg">
Рисунок 4 - Костянковидные плоды:
костянка (слива), Б - сухая костянка (кокосовая пальма), В-сборная костянка
(малина); 1 - экзокарп, 2 - мезокарп, 3 - эндокарп, 4 - семя (Демина, 2011).
Существуют модификации многоорешка,
связанные с разрастанием цветоложа. У Fragaria выпуклое цветоложе
разрастается и становится сочным. У плодов Rosa (шиповника), называемых
цинародиями, сочный вогнутый гипантий окружает орешки. У Nelumbo каждый
орешек находится в углублении разросшегося цветоложа.
Плоды растений с ценокарпным гинецеем.
Коробочка - сухой вскрывающийся плод, обычно многосемянной. Различают множество
вариантов коробочек в соответствии с характером вскрывания. В локулицидных
коробочках вскрывание идет вдоль дорзальных пучков плодолистиков (Iris -
ирис, Viola - фиалка). Септицидные коробочки вскрываются вдоль мест
срастания плодолистиков друг с другом (Hypericum - зверобой,
гвоздичные). Вскрывание коробочек может быть и поперечно-кольцевым, приводящим
к отделению крышечки (Plantago - подорожник). У Papaver (мака)
подковообразная линия вскрывания расположена вблизи верхушки каждого
плодолистика, так что плод вскрывается отдельными порами; порицидное вскрывание
(вскрывание дырочками) характерно и для ряда других растений.
Рисунок 5 - Коробочковидные плоды: А
- листовка (морозник), Б - сборная листовка (водосбор), В-боб (горох), Г -
стручок (капуста), Д - членистый стручок (редька), Е - стручочек (ирутка), Ж-И
- коробочки (Ж - мак, З - белена, И - дурман) (Демина, 2011)
Коробочки бывают верхними и нижними,
могут возникать из синкарпного, паракарпного или лизикарпного гинецея. Одна из
форм верхней коробочки - стручок, характерный для многих Cruciferae
(крестоцветных). Стручок развивается из паракарпного гинецея из двух
плодолистиков, в котором имеется дополнительная перегородка, соединяющая
противоположные париетальные плаценты. Плод вскрывается, отделяя две створки
таким образом, что на растении остаются только перегородка с плацентами и
семенами.
Ягода - невскрывающийся, обычно
многосеменной плод с тонким кожистым экзокарпием и сочными мезо - и
эндокарпием. Ягоды бывают верхними и нижними, могут возникать из синкарпного,
паракарпного или лизикарпного гинецея. К нижним ягодам близок тип плода яблоко,
характерный для яблони и близких родов из семейства розоцветные. Яблоко
отличается от ягоды, прежде всего более твердым пергаментообразным эндокарпием.
Пиренарий - одно - или многосеменной плод с твердым (каменистым) эндокарпием,
окружающим каждое семя или все семена сочным мезокарпием и тонким экзокарпием.
Тыквина - нижний паракарпный плод с жестким экзокарпием и мясистыми мезо - и
эндокарпием; полость плода заполнена мощно развитыми плацентами, иногда очень
сочными. Гесперидии - верхние сочные плоды цитрусовых (группа родов семейства Rutaceae
- рутовые) - возникают из синкарпного гинецея. Экзокарпий их желтый, плотный,
кожистый, с крупными вместилищами эфирных масел; мезокарпий белый, губчатый,
при созревании плода дегенерирующий; эндокарпий образует многочисленные
выросты, развивающиеся в сочные мешочки, заполняющие гнезда завязи и врастающие
между семенами.
Рисунок 6 - Ягодовидные плоды: А-Б -
ягоды (А - виноград, Б - картофель, В-банан), Г - яблоко (яблоня), Д -
гесперидий (апельсин), Е - тыквина (огурец) (Демина, 2011)
Рисунок 7 - Ореховидные плоды: А -
орех (лещина), Б - орешек (гречиха), В-зерновка (пшеница), Г - желудь (дуб), Д
- крылатка (вяз), Е - дробная крылатка (клен), Ж - семянка (подсолнечник), 3-И
- сборный орешек (3 - лютик, И - земляника) (Демина, 2011)
Ценокарпные плоды могут распадаться
на односемянные части. У некоторых крестоцветных плод распадается по поперечным
перегородкам на односемянные невскрывающиеся членики. Иногда плод,
развивающийся из синкарпного гинецея, распадается на части (мерикарпии), каждая
из которых образуется из тканей одного плодолистика. Вислоплодник - двусемянной
плод, характерный для многих Umbelliferae (зонтичных). При его
созревании от центральной колонки, образованной брюшными частями двух сросшихся
плодолистиков, отделяются два односемянных мерикарпия. Колонка в верхней части
разделяется на две ветви. Каждый мерикарпий остается прикрепленным к вершине
одной из ветвей колонки. Ценобий - верхний плод, характерный для многих Boraginaceae
(бурачниковых) и Labiatae (губоцветных), - возникает из гинецея,
состоящего из двух плодолистиков, каждый из которых образует по два крупных
выроста, содержащих по одному семени.
При созревании ценобия от него
отделяются 4 односемянных части, называемые эремами. При основании эрема
бурачниковых может быть развит сочный придаток (ариллоид), служащий для
распространения животными. Апокарпные плоды также иногда бывают членистыми.
Так, у некоторых бобовых (например, Coronilla - вязель) плод распадается
по поперечным перегородкам на замкнутые односемянные невскрывающиеся членики.
Далеко не все плоды вписываются в
изложенную классификацию. Плоды Amygdalus (миндаля) похожи на костянки
родственных форм из семейства розоцветные (персика, абрикоса, сливы), но сухие
и вскрывающиеся. Плод Phoenix (финиковой пальмы) похож на костянку, но
не имеет твердого эндокарпия.
У Cocos (кокосовой пальмы)
плоды односменные, развиваются из ценокарпного гинецея с верхней завязью, имеют
мощный сухой волокнистый мезокарпий и твердый каменистый эндокарпий.
Соплодием называют преобразованную
часть побеговой системы, несущую группу плодов, структурно или функционально
объединенных друг с другом в единое целое. Иногда соплодиями называют только
такие структуры, в которых происходит срастание плодов между собой. Чаще всего
в соплодие преобразуется соцветие (синфлоресценция) или его часть (например, у Ficus
carica - инжира). У ананаса (Ananas, Bromeliaceae) срастаются
плоды, образовавшиеся не в синфлоресценции, а в интеркалярном соцветии
(интеркалярном колосе). Побег ананаса продолжает рост после образования
соплодий.
Рисунок 8 - Соцветие и соплодие
шелковицы: А - соцветие пестичных цветков, Б - пестичный цветок, В-соплодие, Г
- плод (продольный разрез) (Демина, 2011)
В эволюции плодов и соплодий нередки
явления конвергентного сходства. Так, соплодие Morns (шелковицы),
состоящее из многочисленных односемянных плодов, окруженных сочными
разрастающимися околоцветниками, очень похоже на плод Rubus caesius
(ежевики), состоящий из многочисленных плодиков с сочным мезокарпием. Пиренарий
Viburnum (калины) очень похож на костянку, но формируется из
ценокарпного гинецея. Подобных примеров - множество, и они говорят о
параллельной адаптации разных покрытосеменных к сходным типам распространения
плодов и семян, а возможно - также и о сходных механизмах регуляции морфогенеза
негомологичных структур (Тимонин, 2009).
1.3
Распространение плодов и семян
Очень редко семена прорастают на
самом растении, как это наблюдается у так называемых живородящих представителей
мангровых лесов. Гораздо чаще семена или плоды с заключенными в них семенами
полностью теряют связь с материнским растением и начинают самостоятельную жизнь
где-то в другом месте.
Часто семена и плоды падают недалеко
от материнского растения и здесь же прорастают, давая начало новым растениям.
Но чаще всего животные, ветер или вода уносят их на новые места, где они, если
условия окажутся подходящими, могут прорасти. Так происходит расселение -
необходимый этап в семенном размножении.
Для обозначения любых частей
растения, служащих для расселения, существует очень удобный термин диаспора (от
гроч. diaspeiro - рассеиваю, распространяю). Употребляются также такие
термины, как «пропагула», «мигрула», «диссеминула» и «гермула», а в русской
литературе, кроме того, предложенный В.Н. Хитрово термин «зачаток расселения».
В мировой литературе получил распространенно термин «диаспора», хотя он, может
быть, и не самый лучший. Основные диаспоры, с которыми мы будем иметь дело в
этом разделе, - это семена и плоды, реже - целью соплодия или же, напротив,
только части плода, очень редко целое растение.
Первоначально диаспорами цветковых
растений являлись отдельные семена. Но, вероятно, уже на ранних этапах эволюции
эта функция стала переходить к плодам. У современных цветковых растений
диаспорами являются в одних случаях семена (особенно у примитивных групп), в
других - плоды. У растений с вскрывающимися плодами, такими, как листовка, боб
или коробочка, диаспорой является семя. Но с возникновением сочных плодов
(ягод, костянок и пр.), а также нераскрывающихся сухих плодов (орешков, семянок
и пр.) диаспорой становится сам плод. В некоторых семействах, например в
семействе лютиковых, мы можем наблюдать оба типа диаспор.
У относительно очень небольшого
числа цветковых растений диаспоры распространяются без участия каких-либо
внешних агентов. Такие растения называются автохорами (от греч. autos -
сам и choreo - отхожу, продвигаюсь), а само явленно - автохорией. Но у
подавляющего большинства цветковых растений диаспоры распространяются
посредством животных, воды, ветра или, наконец, человека. Это аллохоры (от
греч. allos - другой).
В зависимости от агента,
участвующего в распространении семян и плодов, аллохория подразделяется на
зоохорию (от греч. zoon - животное), антропохорию (от греч, anthropos
- человек), анемохорию (от греч. anomos - ветер) и гидрохорию (от греч. hydro
- вода) (Фёдоров, 1980).
Автохория - распространение семян в
результате активности каких-либо структур самого растения либо под влиянием
силы тяжести. Например, створки бобов нередко резко скручиваются при вскрывании
плода и отбрасывают семена. Опадение диаспор под действием силы тяжести
называют барохорией.
Баллистохория - разбрасывание
диаспор в результате упругих движений стеблей растений, вызванных порывами
ветра, или возникающих, когда ка-кое-либо животное или человек при движении
задевает растение. У баллистохорных гвоздичных диаспорами служат семена, а у
зонтичных - мерикарпии.
Анемохория - распространение диаспор
при помощи ветра. Диаспоры могут при этом распространяться в толще воздуха, по
поверхности грунта или воды. Для анемохорных растений адаптивно выгодно
увеличение парусности диаспор. Это может достигаться путем уменьшения их
размеров. Так, семена Pyroloideae (грушанковых, одно из подсемейств
вересковых - Ericaceae) и орхидных очень мелкие, пылевидные и могут
подхватываться даже конвективными потоками воздуха в лесу. Семена грушанковых и
орхидных содержат недостаточно питательных веществ для нормального развития
проростка. Наличие у этих растений столь мелких семян возможно только потому,
что их проростки микотрофны. Другой способ увеличения парусности диаспор -
возникновение разнообразных волосков, хохолков, крыльев и т.д. Плоды с
крыловидными выростами, которые развиты у ряда древесных растений, в процессе
падения с дерева вращаются, что замедляет их падение и позволяет им удаляться
от материнского растения. Аэродинамические свойства плода одуванчика и
некоторых других, сложноцветных таковы, что позволяют ему подниматься в воздухе
под действием ветра благодаря тому, что разросшийся хохолок волосков в форме
зонтика отделен от тяжелой содержащей семя тяжелой части семянки, так
называемым носиком. Поэтому под действием ветра плод наклоняется, и возникает
подъемная сила. Впрочем, у многих других сложноцветных носика нет, а их
снабженные волосками плоды также успешно распространяются ветром.
Зоохория - распространение диаспор
животными. Наиболее важные группы животных, распространяющих плоды и семена -
птицы, млекопитающие и муравьи. Муравьи обычно разносят односемянные диаспоры
или отдельные семена (мирмекохория). Для диаспор мирмекохорных растений
характерно наличие элайосом - богатых питательными веществами придатков,
которые могут привлекать муравьев также своим внешним видом и запахом. Муравьи
не поедают сами семена разносимых диаспор.
Распространение диаспор позвоночными
животными можно разделить на три типа. При эндозоохории животные поедают целые
диаспоры (обычно сочные) или их части, причем семена проходят через
пищеварительный тракт, но не перевариваются там и выводятся наружу. Содержимое
семени защищено от переваривания плотной оболочкой. Это может быть спермодерма
(в ягодах) или внутренний слой перикарпия (в костянках, пиренариях). Семена
некоторых растений не способны к прорастанию до тех пор, пока не пройдут через
пищеварительный тракт животного. При синзоохории животные употребляют в пищу
непосредственно содержимое семени, богатое питательными веществами. Диаспоры
синзоохорных растений обычно окружены достаточно прочной оболочкой (например,
орехи), разгрызание которой требует усилий и времени. Некоторые животные
создают запасы таких плодов в особых местах или уносят их в гнезда, либо просто
предпочитают поедать их вдали от продуцирующего растения. Часть диаспор
животные теряют или не используют, что и обеспечивает расселение растения.
Эпизоохория - перенос диаспор на поверхности животных. Диаспоры могут иметь
выросты, шипы и другие структуры, позволяющие зацепиться за шерсть
млекопитающих, перья птиц и т.д. Нередки и клейкие диаспоры.
Под антропохорией понимают
распространение диаспор человеком. Хотя большинство растений естественных
фитоценозов практически не имеют исторически сложившихся адаптаций к
распространению плодов и семян именно человеком, хозяйственная деятельность
людей способствовала расширению ареала многих видов. Многие растения были
впервые - отчасти преднамеренно, отчасти случайно - завезены на континенты, где
они ранее не встречались. Некоторые сорняки по ритму развития и размеру диаспор
очень близки к возделываемым растениям, поля которых они засоряют. Это можно
рассматривать как адаптацию к антропохории. В результате совершенствования
техники земледелия некоторые из таких сорных растений стали очень редкими и
заслуживают охраны.
Для некоторых растений характерна
гетерокарпия - способность к образованию на одном растении плодов различного
строения. Иногда неоднородными оказываются не плоды, а части, на которые
распадается плод. Гетерокарпия часто сопровождается гетероспермией -
разнокаче-ственностью семян, производимых одним растением. Гетерокарпия и
гете-роспермия могут проявляться как в морфологическом, так и анатомическом
строении плодов и семян, а также в физиологических особенностях семян. Эти
явления имеют важное адаптивное значение. Нередко одна часть производимых
растением диаспор имеет приспособления к разносу на далекие расстояния, а другая
таких приспособлений не имеет. Первые часто содержат семена, способные к
прорастанию на следующий год, а вторые - семена, находящиеся в более глубоком
покое и входящие в почвенный банк семян. Гетероспермия и гетерокарпия более
обычны у однолетних растений (Тимонин, 2009).
2.
Результаты собственных исследований
.1
Материал и методика
В ходе собственных исследований
проводилось фотографирование растений, имеющих различные приспособления к
распространению семян. Фотографирование проводилось на территории г. Кирова.
Фотографии были сделаны на фотоаппарат марки Samsung.
2.2
Анализ результатов
Мной были рассмотрены
преимущественно древесные и некоторые травянистые растения четы города Киров.
Было выяснено, что в городской чете большинство растений приспособлены к
распространению семян по воздуху:
Рисунок 9 - Плод одуванчика (Taráxacum) (фото
автора)
Рисунок 10 - Крылатки ясеня
обыкновенного (Fráxinus
excélsior) (фото автора)
Рисунок 11 Двукрылатки клена
ясенелистного (Acer negúndo) (фото автора)
Рисунок 12 - Крылатые соплодия липы
сердцевидной (Tília cordáta) (фото автора)
Рисунок 13 - Двукрылатки клена
остролистного (Ácer
platanoídes) (фото автора)
Рисунок 15 - Плоды тополя (Pópulus) (фото автора)
Рисунок 16 - Крылатки вяза (Úlmus) (фото автора)
Рисунок 17 - Двукрылатки клена
татарского (Acer tataricum) (фото автора)
Все растения, приведенные на данной
группе фотографий имеют различной формы и окраски крыловидные придатки,
парашутики, или они очень легкие, что характерно для анемохорных растений.
Так же мне на глаза попались
растения, распространяющие свои семена с помощью животных и человека:
Рисунок 18 - Семянка череды (Bidens)
(фото автора)
Рисунок 19 - Семянка лопуха большого
(Arctium láppa) (фото
автора)
Рисунок 20 - Плоды яблони (Málus) (фото автора)
Все растения, приведенные в данной
группе фотографий имеют приспособления для цепляний на шерсть животных и одежду
человека, либо имеют сочный плод, который съедобен для животных и человека, что
характерно для зоохорных и антропохорных растений.
Выводы
На основании полученных результатов
были сделаны следующие выводы:
. Приспособления растений для
распространения семя играет очень важную роль в жизни растений т.к. помогает
растениям занимать более обширные территории, и способствует выживанию вида в
целом.
. На территории г. Кирова
произрастают растения преимущественно с анимохорными, зоохорными и
антропохорными приспособлениями к распространению семян.
. Самый распространенный из
них - анимохорный.
1. Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника. - 2-е изд., перераб. и
доп. - М.: КолосС, 2002. - 488 с.
2. Билич Г.Л., Крыжановский В.А., Биология для поступающих в
вузы. - 3-е изд. испр. и доп. - М.: Издательство Оникс, 2008. - 1088 с
. Демина М.И., Соловьев А. В, Чечеткина Н.В., Ботаника
(органография и размножение растений): учеб. пособие; Рос. гос. аграр. заоч.
ун-т. - М: ФГОУ ВПО РГАЗУ, 2011, - 139 с.
. Долгачева В.С., Алексахина Е.М., Ботаника. - М.:
Academia, 2003, - 416 с.
. Под редакцией Курсанова Л.И. Ботаника в двух томах. Том
1: Анатомия и морфолоия. - М.: Учпедгиз, 1950. - 423 с.
. Рейва П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника: В
2-х т. Т2. - М.: Мир, 1990, - 344 с.
. А.К. Тимонин, Д.Д. Соколов, А.Б. Шипунов. Ботаника: в 4
т. Т. 4. Систематика высших растений: учебник для студ. высш. учеб, заведений.
В 2 кн. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 352 с.
. Тихомиров Ф.К. Ботаника: Учебник для с.-х. вузов. - М.:
Высшая школа, 1978. - 439 с.
. Федоров А.А. Жизнь растений в шести томах. Т5. - М:
Просвещение, 1980, - 490 с.
. Хржановский В.Г., Пономаренко С.Ф. Ботаника. - 2-е изд.
перераб. и доп. - М.: Агропром-издат, 1988. - 383 с.
. http://knowledge.allbest.ru/biology/2c0b65635b2ac78b5d53b89421316c36_0.html
. http://biologiya.net/botanika/morfologiya/semya.html
. http://medbiol.ru/medbiol/botanica/001a8ef5.htm
. http://moytext.ru/pars_docs/refs/199/d-198019/198019_html_725eeade.png