Многообразие цветков

  • Семейства цветковых растений
  • Многообразие цветков
  • I Место цветковых растений в современной систематике

Все высшие растения относятся к надцарству Archaeplastida (Архепластида). Пластиды у всех организмов этого надцарства произошли в результате первичного эндосимбиоза с цианобактерией, а митохондрии с пластинчатыми кристами, как и у нас.

Многообразие цветков

Рис 1. Современная классификация эукариот (Ист. Презентация с лекций Беляковой Г.А.)

На данный момент как таковое царство растений отсутствует. Все высшие растения объединяют сейчас под названием Embryophyta, которая принадлежит группе Viridiplanta. К Viridiplanta также относятся харовые и зеленые водоросли.

Высшие растения делятся на сосудистых и мохообразных. Исходя из названия, можно догадаться, что сосудистые названы так из-за наличия достаточно продвинутой проводящей ткани, в частности их органы снабжены сосудисто-волокнистыми пучками.

Сосудистые растения делятся в свою очередь на высших споровых (Папоротниковидные и плауновидные) и семенных (Голосеменные и Покрытосеменные). В данной статье мы рассмотрим несколько семейств покрытосеменных и их особенности, связанные со строением главных отличительных признаков этого отдела – цветка и плода.

II Морфологическое разнообразие цветков

Когда мы смотрим на цветок, то сразу же обращаем внимание на его форму. Различают три формы цветков: асимметричные, актиноморфные и зигоморфные. Асимметричные цветки, как видно из названия, не имеют симметрии.

Актиноморфные цветки имеют насколько осей симметрии, то есть его можно условно разделить на несколько частей, которые будут выглядеть одинаково.

Зигоморфные цветки имеют одну плоскость симметрии, то есть их можно поделить на две внешне одинаковые части.

Конечно, главное, на что падает наш взгляд при виде цветка, – это околоцветник, зачастую привлекающей своей красотой. В зависимости от его строения различают несколько типов цветков:

1. Ахламидные – не имеют околоцветника, цветок голый, невзрачный, как, например, у ивы или ясеня.

Многообразие цветков

Рис 2. Ахламидный обоеполый цветок ясеня (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

2. Гаплохламидные – характеризуются простым околоцветником, элементы которого расположены в 1 круг, как, например, у мари.

Многообразие цветков

Рис 3. Гаплохламидный цветок калужницы (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

3. Диплохламидные цветки имеют 2 круга элементов околоцветника.

Эти 2 круга могут состоять из разных элементов, в связи с чем различают гомохламидные цветки с простым околоцветником, состоящим из одинаковых элементов (лепестков, чешуек и др) и гетерохламидные цветки с двойным околоцветником , то есть дифференцированным на чашечку и венчик.

Однако не все так просто, потому что как чашелистики, так и лепестки могут редуцироваться. Если редуцируется круг чашелистиков (остаются только лепестки), получается апосепальный цветок. Если же наоборот, редуцированы лепестки – апопетальный цветок.

Многообразие цветков

Рис 4. Голохламидный цветок гусиного лука (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

Многообразие цветков

Рис 5. Гетерохламидные цветки частухи и звездчатки (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

4. Апохламидные – цветки, которые редуцируют и чашелистики, и лепестки. Они отличаются от ахламидных тем, что у ахламидных отсутствие околоцветника первично, а у апохламидных – вторично.

Часто можно встретить цветки сросшимся околоцветником. Цветок со сросшимися чашелистиками называется сплайнолистным, а со сросшимися лепестками – сплайнолепесным.

У многих семейств есть, кончено, и свои частные особенности в строении цветка, которые мы рассмотрим чуть ниже. Главной функциональной частью цветка являются половые органы: андроцей (мужской) и гинецей (женский).

Андроцей составляет совокупность всех тычинок цветка. Главная часть тычинки – пыльник, в котором формируются пыльцевые зерна. Пыльники держаться на тычиночной нити и соединяются с ней и между собой с помощью связников.

Пыльник называют неподвижным, если по длине он почти равен связнику и тычиночная нить в месте перехода в связник имеет ту же ширину, что и в основании. Так же пыльники могут быть качающимися, если по длине они значительно превышают связник и место отхождения сильно утонченной тычиночной нити находиться почти по середине пыльника.

У большинства растений пыльники четырехгнездные, при этом гнезда располагаются вдоль связника по всей длине.

Тычинки, а точнее тычиночные нити, могут срастаться. В таком случае сросшиеся тычинки называются однобратственными, а в ином случае, когда тычинки лежат свободно, – многобратственными.

Гинецейпредставляет собой совокупность плодолистиков, называемых также карпеллами. Один плодолистик состоит из завязи, стилодия и рыльца.

Гинецей может быть образован одним или несколькими плодолистиками. Если плодолистики лежат свободно и каждый из них образует отдельный пестик, то гинецей называют апокарпным.

Гинецей, в котором срастаются плодолистики, образуя пестики из нескольких плодолистиков, называется ценокарпным.

Но срастаться плодолистики могут также по-разному, поэтому в свою очередь ценокарпный гинецей делится на несколько типов:

Многообразие цветков

Рис 6. Эволюционное взаимоотношения между разными типами гинецея (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

· Синкарпный: замкнутые плодолистики срастаются своими боковыми поверхностями так, что каждый из них формирует отдельное гнездо завязи.

· Паракарпный: Каждый плодолистик раскрывается и срастается с соседними плодолистиками краями, в результате чего образуется одногнездная завязь.

· Лизикарпный: одногнездный гинецей, имеющий в центре колонку, к которой прикрепляются семязачатки. Важно отметить, что лизикарпный гинецей возник из синкарпного в результате лизиса (разрушения) перегородок между гнездами. Многообразие цветков

Рис 7.Срастание частей плодолистиков: А – свободные плодолистики; Б – плодолистики с сросшимися завязями; В – частичное срастание стилодиев; Г – полное срастание плодолистиков (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

На рисунке 7 показан процесс срастания плодолистиков, происходящий постепенно с ценокарпными геницеями.

Иногда в ценокарпном гинецее растение лениться развивать все плодолистики, поэтому развивается только один, и тогда такой гинецей носит название псевдомонокарпного. В синкарпном гинецее перегородки между гнездами истинные, но в синкарпном и паракарпном гинецеях могут образовываться дополнительные ложные прергородки.

Вне зависимости от типа гинецея, у них у всех есть семязачатки, о которых упоминалось ранее. Их число в завязи может варьироваться от 1 до многих. В последнем случае фертильными могут быть не все семязачатки.

Семязачаток в своем составе имеет прежде всего зародышевый мешок, представляющий собой женский гаметофит (под цифрой 5).

Семязачаток прежде всего окружен нуцеллусом (под цифрой 3), который имеет собственную эпидерму (цифра 4), за которой находятся слои интегумента (цифры 7,8).

Интегументы могут разрастаться, образуя так называемый третий интегумент – ариллус (ра рисунке не изображен). Семязачаток держится на фуникулусе (цифра 6), внутри которого идет проводящий пучок (цифра 1), несущий питательные вещества.

Многообразие цветков

Рис 8. Строение анатропной семяпочки на продольном разрезе. 1 – проводящий пучок, 2 – халаза, 3 – нуцеллус, 4 – эпидерма нуцеллуса, 5 – женский гаметофит (зародышевый мешок), 6 – фуникулус, 7 – наружный интегумент, 8 – внутренний интегумент (ист. Ботаника, Том 4, Книга 2, Систематика высших растений, Тимонин А.К., Соколов Д.Д., Шипунов А.Б., 2009 г.)

Многообразие цветков

Рис 9. Разнообразие типов семязачатков: : Б – ортотропный, В – анатропный, Г –амфитропный , Д – гемитропный, Е – кампилотропный (ист. Ботаника, Том 4, Книга 2, Систематика высших растений, Тимонин А.К., Соколов Д.Д., Шипунов А.Б., 2009 г.)

Пестики на цветоложе могут быть расположены по-разному. Если они лежат на цветоложе свободно, не срастаясь ни с какими частями цветка, то говорят о верхней завязи. Если же завязь пестика опускается (инвагинирует) в цветоложе , то говорят о нижней завязи.

Цветки достаточно часто расположены на цветке не по одиночке, а в соцветиях. Они разделяются по морфологии на симподиальные и моноподиальные соцветия.

  1. Моноподиальные соцветия известны из школьной программы, это простые кисть, колос, зонтик, головка, корзинка и початок, а также сложные метелка, зонтик и колос.
  2. Симподиальные соцветия характеризуются тем, что первый верхушечный цветок заккнчивает ось соцветия, дальнейшее развитие идет только за счет боковых осей. Ниже изображено строение различных симподиальных соцветий:

Рис 10. Разнообразие симподиальных соцветий: 1 – извилина; 2 – завиток; 3–4 – дихазий (3 – простой дихазий; 4– тройной дихазий); 5–6– плейохазий (5 – простой плейохазий; 6 – двойной плейохазий); (ист. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений – Лотова Л.И.)

Особое значение в описании цветковых растений играет формула цветка. Формула цветка представляет из себя описание в виде краткого условного обозначения частей цветка, числа этих частей и некоторых особенностей.

В начале формулы указывают пол цветка: — мужской (содержит только тычинки), — женский (содержит только плодолистики); — обоеполый.

Далее указывается тип симметрии цветка: *— актиноморфный цветок; – зигоморфный цветок; — Дисимметричный.

После знаков следуют буквенные выражения, характеризующие околоцветник, тычинки, пестик: Ca, или K (по-русски Ч) —Чашечка (calyx); Co, или C (по-русски В) — венчик (corolla); P (по-русски О) — простой околоцветник (perigonium); A(по-русски Т) — тычинки (андроцей) (androceum); G, или g (по-русски П) — пестик, плодолистики (гинецей) (gynoeceum). Нижним индексом у этих букв пишут число тех или иных элементов. Если практически посчитать какой-то элемент посчитать очень сложно или даже невозможно, то пишут знак бесконечность ∞. Если элементы цветка расположены по кругу, то их записывают через +, указывая сколько элементов в каждом кругу. Если элементы срастаются друг с другом, то их ставят в круглые скобочки. Если же срастаются два типа элементов, то их заключают в квадратные скобки. Для описания гинецея используют верхнее или нижнее подчеркивание, обозначая нижнюю и верхнюю завязь соответственно.

Царство Растения (многообразие цветковых)

Покрытосеменные

Цветковые – самая распространенная группа растений на Земле. Этот отдел включает в себя 500 семейств, в которые входят около 250 тысяч видов. Наибольшее количество покрытосеменных растений обитает во влажных тропиках, однако их можно встретить практически во всех климатических зонах.

Эти растения впервые возникли в начале мелового периода мезозойской эры. Их предками, вероятнее всего, были голосеменные. Благодаря хорошо развитой способности к эволюционным изменениям – развитию приспособленности к разнообразным средам обитания – уже к концу периода Покрытосеменные заняли господствующее положение в растительном мире, которое остается за ними и до настоящего времени.

Необходимо понимать, какие именно признаки и свойства Цветковых растений позволяют им так широко распространиться по Земному шару.

1. Цветок – видоизмененный спороносный побег – отлично приспособлен для семенного размножения. В нем из споры развивается гаметофит, дающий начало гаметам. Появление цветка стало решающим факторов в эволюции растений.

2. В отличие от голосеменных, цветковые растения могут опыляться не только ветром, но и насекомыми. Эволюция цветков шла параллельно с эволюцией насекомых, что позволило им адаптироваться друг под друга.

Яркая окраска, душистый аромат, съедобные пыльца и нектар – все это привлекает насекомых-опылителей, которые на своем теле переносят пыльцу от цветка к цветку. Такой способ опыления требует меньшего количества пыльцы и более эффективен.

Читайте также:  Класс Хрящевые Рыбы. Строение, размножение, разнообразие и значение Хрящевых Рыб. Надотряды: Акулы, Скаты и Химеры

Вид опыления влияет не только на форму и размер цветка, но и на особенности жизнедеятельности. Сравните ветро- и насекомоопыляемые растения:

Многообразие цветков

3. Еще одно отличие от голосеменных – закрытое положение семязачатков. Они располагаются не голо на семенных чешуях, а прикрыты (то есть защищены) завязью пестика.

4. Проводящая ткань у покрытосеменных достигла максимального развития: появились настоящие сосуды, которые обеспечивают быстрый и эффективный восходящий и нисходящий транспорт веществ в растении.

5. Гаметофит покрытосеменных еще больше редуцирован: они утратили и антеридии, а архегонии. Таким образом, гаметофит представляет собой всего несколько клеток: мужской – пыльцевое зерно, женский – зародышевый мешок. Развитие таких гаметофитов идет значительно быстрее, и является прогрессивной чертой покрытосеменных.

6. Двойное оплодотворение ведет к формированию не только зиготы, но и богатого ценными питательными веществами эндосперма. Более подробно о механизмах этого способа размножения мы поговорим на курсе.

7. Спорофит у покрытосеменных представлен самыми разнообразными формами: лианами, деревьями, кустарниками, одно- и многолетними травами. Это позволяет им заселять обширные территории с различными условиями окружающей среды.

Цветковые растения – единственная группа, способная создавать фитоценозы – ярусные сообщества. Ярусность позволяет растениям с различными потребностями сосуществовать на одной территории.

Светолюбивые растения обычно занимают более высокое положение, теневыносливые растут в нижних ярусах.

Голосеменные, мхи, папоротники также являются компонентами ярусного сообщества. Однако они обычно занимают только одно положения: мхи и папоротники – нижний ярус, голосеменные – верхний/средний. Поскольку покрытосеменные представлены разнообразными формами, они могут занимать сразу все ярусы: травы, кустарники, деревья.

Многообразие цветков

Генеративные органы растений

Цветок

Цветок – орган семенного размножения покрытосеменных растений. Укороченный, ограниченный в росте видоизмененный побег.

Функции цветка: образование спор (см. раздел теории про чередование гаметофита и спорофита у растений), гаметофитов и гамет, опыление, оплодотворение, образование семян и плодов.

Цветки бывают обоеполыми (яблоня) и однополыми – тычиночными и пестичными (огурец, кукуруза).

Растения, несущие раздельнополые цветки на одной особи, называются однодомными (огурец, кукуруза). Если тычиночные и пестичные цветки находятся на разных особях (тополь, облепиха), то такие растения называются двудомными.

Многообразие цветков

Соцветие – специализированный цветоносный побег, который несет цветки и видоизмененные прицветные листья. Названия и внешний вид соцветий необходимо знать.

Нельзя не отметить приятный бонус, который предоставляет школьникам ФИПИ: практически всегда рядом со схемой соцветия изображен привычный нам вид цветка или плода данного растения, чем безусловно необходимо пользоваться при решении заданий.

Приведем примеры рисунков, которые вам могут встретиться на экзамене:

Многообразие цветков

Рис. 1: 1 — щиток (груша); 2 — корзинка (подсолнечник); 3 — сложный зонтик (укроп); 4 — сложный колос (пшеница), 5 — зонтик (лук); 6 — початок (белокрыльник); 7 — головка (клевер); 8 — простой колос (подорожник).

Для лучшего запоминания приводим также цветной рисунок:

Многообразие цветков

Плод

Как известно, в результате двойного оплодотворения у покрытосеменных из семязачатка образуется семя. Плод – вместилище семян цветкового растения. Виды плодов тоже необходимо знать для экзамена.

Многообразие цветков Многообразие цветков

В зависимости от строения цветка и плода растения делятся на семейства.

Многообразие цветков Многообразие цветков Многообразие цветков

  • Цикл развития цветкового растения

Разнообразие цветковых растений

Цветковые являются самыми молодыми и сложно устроенными с эволюционной точки зрения растениями на Земле. Они смогли расселиться по суше наиболее широко, чем остальные группы растений, приспособиться к различным условиям обитания и способам жизни.

В результате цветковые (или покрытосеменные) растения отличаются большим разнообразием. Это разнообразие выражается в различных форме, строении, окраске вегетативных (корней, стеблей и листьев) и генеративных (цветков, плодов, семян) органов растений, продолжительности их жизни.

Все эти различия являются следствием адаптации растений к тем или иным условиям обитания.

В мире цветковых растений наиболее полно представлены различные жизненные формы. Выделяют три основные жизненные формы — травы, кустарники и деревья. При этом травы можно считать наиболее прогрессивной ветвью эволюции, так как среди голосеменных (которые являются более древними растениями) их почти нет.

Деревьям свойственны многолетние деревянистые стебли. Главный стебель называется стволом, остальные — ветвями. Совокупность ветвей дерева формирует его крону. Размер деревьев бывает разным. Так например, вишня представляет собой достаточно невысокое дерево, а вот эвкалипт достигает 100 м. Для сравнения, высота сосен в лесу около 30 м.

Кустарники отличаются от деревьев не только малым размером. Их ствол короткий и начинает ветвиться у самой поверхности почвы, поэтому кустарники состоят в основном из ветвей. К кустарникам относятся не только привычные нам смородина и крыжовник, но и такие растения как орешник и сирень, которые достигают достаточно больших размеров, в результате чего их можно было бы назвать деревьями.

Травы имеют обычно небольшие размеры и зеленый мягкий стебель. В остальном травянистые растения очень разнообразны: по строению стебля, форме листьев, размеру.

Разнообразие выражается и в продолжительности жизни растений. Среди цветковых существуют однолетние, двулетние и многолетние растения.

Деревья и кустарники всегда являются многолетними. Деревья могут жить сотни, а некоторые виды даже тысячи лет.

Существуют и многолетние травы. В климатических зонах с ярко-выраженной сменой сезонов у них на зиму отмирают надземные части. Но в земле остаются корни и корневища. Весной из подземных почек снова вырастают зеленые надземные части. Примерами многолетних травянистых растений являются одуванчик, крапива, ландыш.

Двулетние травы живут более года, но менее двух лет. В первый год у них растут только вегетативные органы (корни, стебли и листья).

На зиму надземные зеленые части отмирают, но за лето в подземных частях многих многолетних растений успевают отложиться запасы питательных веществ (вспомните морковь и свеклу).

На следующий год весной зеленые части снова отрастают, и на них развиваются цветки. После их опыления появляются плоды и семена. После того как плоды созревают, двулетние растения отмирают полностью.

Однолетние травянистые растения живут только один вегетационный период. Чаще всего с весны до осени. Однако есть цветковые растения, которые живут всего несколько месяцев и даже меньше. За это время однолетние растения успевают вырасти, зацвести, и на них успевают созреть плоды и семена. Примерами однолетних растений являются горох, пшеница, редис.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Откуда в живой природе такое разнообразие цветов?

Наша природа бурлит множеством живописных цветов. Цветов так много, что натуралистам приходилось использовать специальные каталоги цветов, чтобы точнее описывать найденных животных.

Например, Чарльз Дарвин, в одном из своих дневников описывает змею как «примулово-желтую», а каракатицу – с «гиацинтово-красными» и «каштаново-коричневыми» пятнами.

Как же удается природе создавать такое многообразие, и какие механизмы лежат в основе цветов?

Image by Hans Braxmeier from Pixabay Image by Hans Braxmeier from Pixabay

Что такое цвет и как мы его видим

Для того чтобы разобраться с этим вопросом, вспомним, что такое цвет с научной точки зрения, и как мы, люди, воспринимаем цвета.

Любой цвет, что мы видим – это световая волна, которую воспринимает наш глаз. Для каждого цвета характерна своя частота волны: волны фиолетового имеют высокую частоту, а волны красного – низкую.

Солнечные лучи – белый цвет – включает в себя волны всех основных цветов.

Когда солнечный свет попадает на любую поверхность, часть волн поглощается, а часть отражается. То, какой цвет будет иметь определенный материал, как раз и определяется его способностью к избирательному поглощению или отражения световых волн. Например, листья деревьев поглощает волны всех частот кроме зеленого.

Отраженная зеленая волна попадает в наш глаз через зрачок, проходит через прозрачные структуры глаза и фиксируется на сетчатке. В сетчатке расположены специальные клетки – колбочки. Существует несколько видов колбочек в зависимости от их чувствительности к волнам определенных частот.

Возбужденные колбочки превращают световой сигнал в электрический и передают его по нервным волокнам в мозг, который анализирует полученный сигнал и комбинирует общую цветовую картину. Так мы видим, что листья зеленые.

Но как же создается в природе эта способность поверхностей к выборочному отражение волн? Иными словами, как природа разрисовывает мир вокруг?

У растений все просто – пигменты

Представьте, что вы хотите что-то раскрасить. Что вы сделаете? Конечно же, используете краски. Природа тоже использует краски, а точнее – пигменты. Биологические пигменты – это молекулы, продуцируемые живыми организмами и способны избирательно поглощать и отражать волны различных частот. В растительном мире существует четыре основных класса пигментов.

Прежде всего, это известный нам еще со школы хлорофилл. Он поглощает волны синего и красного цветов, а взамен отражает волны зеленого спектра. Это окрашивает растения в зеленый цвет. Между прочим, энергию волн, которые поглощает хлорофилл, растения используют для фотосинтеза – процесса, благодаря которому производится кислород.

Другая группа пигментов – каротиноиды, отвечающие за желтые, оранжевые и красные цвета. Они продуцируются некоторыми растениями, например, морковью, а также бактериями.

Кстати, именно каротиноиды играют роль предшественников витамина А, который важен для хорошего зрения. За красно-фиолетовые цвета в растениях отвечают пигменты из семьи флавоноидов или беталаинов.

Разноцветные цветы, баклажаны, ягоды и грибы – это все их работа.

Photo by Pierre Bamin on Unsplash Photo by Pierre Bamin on Unsplash

Мы есть то, что мы едим

В отличие от растений, животные не способны производить столько различных пигментов. Основным пигментом животного мира является меланин.

Благодаря тому, что существует много типов меланина, животные создают цвета от песочно-желтого, как кожа льва, до черного, или даже красного цветов.

Но если животные почти не производят пигменты, то как же существуют ярко-зеленые тропические лягушки, голубые бабочки, попугаи и многие другие яркие животных? Для этого природа разработала другие механизмы формирования цвета.

Так, некоторые животные получают свою окраску через пищу. Вспомните, например, грациозных розовых фламинго. Сами фламинго не производят розового пигмента.

Зато этот пигмент могут производить некоторые микроскопические водоросли. Этими водорослями питается планктоном, в том числе и на рачки артемии, которые, в свою очередь, входят в рацион фламинго.

Читайте также:  Условия, вызывающие загрязнение водоемов

Таким образом, фламинго получает розовый пигмент водорослей, и окрашивает их перья в розовый цвет.

Image by sdfliehman0 from Pixabay Image by sdfliehman0 from Pixabay

Этот способ хорошо известен работникам зоопарков, которые, порой, специально добавляют в рацион фламинго больше рачков артемий, чтобы сделать их более яркими и привлекательными для посетителей. Этим же пользуются и фермы по выращиванию лосося. Корректируя рацион лосося, их мясу оказывают выраженного красного цвета, чтобы улучшить его продаже.

Структурные цвета

Но вернемся к голубым бабочек. А также к голубым ящерицам, попугаям, или даже обычной сойки с голубыми крыльями.

На сегодня в мире известна только одна позвоночное животное, которое способно производить голубой пигмент. Это рыбка мандаринка, живущая в водах Тихого океана и является очень популярной среди любителей аквариумов.

Все остальные голубые животные используют другой оригинальный способ формирования цвета – структурный.

Image by Kevin Mc Loughlin from Pixabay Image by Kevin Mc Loughlin from Pixabay

В этом случае формирование цвета зависит не от химических свойств молекул, как это было с пигментами, а от структуры поверхности, на которую падает свет. Классическим примером является перья павлина. Все видели яркий переливающийся хвост павлина.

На самом деле, такое богатство цвета ничто иное, как иллюзия! Само по себе перья павлина коричневые, благодаря присутствующему в нем меланина. Но имеет очень интересную структуру. Каждая перо состоит из многих плоских веточек, а каждая веточка покрыта слоями прозрачных плоских чешуек.

При прохождении через эти чешуйки белый солнечный свет рассеивается и «распадается» на разные цвета. А дальше уже знакомая нам история: волны некоторых цветов поглощаются, другие – отражаются.

Тот же принцип работает и для животных голубого цвета. На поверхности они имеют темный слой клеток окрашенных меланином, а поверх этих клеток – наноскопические прозрачные структуры (чешуйки, ребра, пластинки и т.д.).

Так образуются миллионы неких маленьких зеркал.

В зависимости от расстояния, на котором эти структуры расположены друг от друга, они будут отражать свет с разной длиной волны и под разными углами, окрашивая животных в чрезвычайно яркие, часто переливающиеся оттенки.

Амфибии имеют на поверхности кожи прозрачные структуры, отражающие голубой цвет. Но базовый слой клеток, находящихся под наноструктурами, содержит кроме меланина еще и желтый пигмент. Таким образом, желтый цвет смешивается с голубым, и мы видим ярко-зеленых лягушек и ящериц.

«Откуда у леопарда пятна?»

Особое внимание привлекают животные, которые не просто окрашенные в определенный цвет, а разрисованные узорами. Черно-белые зебры, пятнистые жирафы, тропические рыбки …

Как образуются такие сложные орнаменты? Редьярд Киплинг в своей сказке «Откуда у леопарда пятна?» рассказывает, что звери получили свои узоры из тени деревьев, которые неравномерно ложились на их кожу. Конечно же, это сказка.

А на самом деле здесь природе в возможность становится химия с математикой.

Первым об этом догадался английский математик Алан Тьюринг в 1952 году. Он предположил, что за окраску животных отвечает не одно вещество, а два. Эти вещества взаимодействуют между собой и диффундируют с различными скоростями. Первое вещество придает окраску, ускоряет синтез второго вещества и медленно диффундирует в пространстве.

Второе вещество – подавляет образование первого и быстро диффундирует. Во время развития животного, когда концентрация первого вещества немного повышается, это провоцирует образование в этом же месте второго вещества. Оно начинает подавлять первое, но потому, что эта второе вещество быстро диффундирует, оно «не успевает» полностью уничтожить первое вещество.

Таким образом остаются очаги первого вещества, придающие окраску животному.

Химикам удалось найти вещества, которые имеют такое взаимодействие, а математики показали, что можно подобрать скорости диффузии и коэффициенты реакции между веществами так, что вся система будет оставаться стабильной.

Природный камуфляж

Некоторые животные не просто имеют интересное окраску, но и могут менять свой цвет в зависимости от окружающих условий.

Например, жуки-черепашки рода Charidotella обычно отражающиеся золотом, но если их потревожить, или им становится холодно, они теряют свой блеск и становятся оранжевыми, а затем красными.

Это происходит потому, что в обычном состоянии наноструктуры, содержащиеся в их надкрылье заполнены жидкостью (гемолимфы), что отражает свет в желтом спектре. При стрессе же, происходит отток жидкости, надкрылья становится прозрачным и становится видно красную окраску брюшка жука.

Однако, наиболее поражает способность к изменению цвета, присущая каракатицы и хамелеонам. Маскируясь, они способны в считанные минуты изменить свою окраску под окружающую среду. Цвет этих животных обеспечивается сочетанием пигментов и наноструктур.

Внешний слой клеток (хроматофоры) содержит желтые и красные пигменты. Во хроматофорам расположены несколько слоев клеток-иридофорив. В середине этих клеток содержатся наноструктуры способны рассеивать и отражать свет.

Эти наноструктуры объединены с цитоскелетом клетки, поэтому при изменении формы клетки, расстояние между наноструктурами меняется, а значит изменяется и частота волн, которую иридофоры способны отражать.

В моллюска к тому же скопления клеток-хроматофоров окружены мышечным кольцом, которое при сокращении или растяжении способно изменять площадь поверхности клеток в сотни раз! Таким образом, пигменты становятся более или менее видимыми в определенном участке кожи.

Художественные способности природы действительно чрезвычайными. Она умеет создавать различные цвета и изящные узоры, а еще знает, как их изменить и «перерисовать». Все это вдохновляет ученых на создание новых материалов.

Структурные цвета уже стали нашей повседневностью в виде, например, голограмм для определения качества товара или красок, способных к изменению цвета. Уже были осуществлены первые шаги в создании материалов, которые могут менять цвет при изменении формы.

И много еще новых идей ученые ежедневно занимают в природе!

Цветковые растения

Все деревья, за исключением хвойных и других голосеменных, принадлежат к цветковым растениям. У одних, например у магнолии, вишни или конского каштана, цветки крупные и яркие.

У других цветки настолько невзрачные, что их легко не заметить, тем более что люди вообще склонны обращать внимание на плоды, а не на цветки, которым плоды обязаны своим происхождением.

Желуди на дубах, крылатые «носики» кленов и ягоды падуба-все это плоды деревьев из группы цветковых растений.

Разнообразие цветковых

Одни цветки растут поодиночке, по одному на стебле; другие, например у сирени и лютиков, собраны в соцветия. Иногда эти соцветия настолько плотны, что люди воспринимают их как один цветок. У пойнсеттии, например, лепестки – это ярко окрашенные прицветники (видоизмененные листья), окружающие множество крохотных цветков.

Иначе устроены соцветия растений из семейства сложноцветных. У маргариток каждый «лепесток» – это отдельный цветок, а «глазок» в центре состоит из десятков отдельных мелких цветков.

Еще более обманчивый вид у соцветий аронниковых, таких, как аризема трехлистная или каллы: «лепестком» служит у них особый прицветник, окружающий белым покрывалом собранные в початок цветки.

Некоторые из наиболее просто устроенных цветков мы находим у видов, опыляемых ветром. У европейского черного тополя, как и у всех тополей вообще, цветки собраны в кистевидные соцветия, называемые сережками.

Мужские сережки красноватого цвета; каждый цветок представляет собой пучок тычинок. Женские сережки, растущие на других деревьях, зеленоватые.

Плоды – коробочки, которые, созревая, раскрываются и выпускают наружу покрытые пухом семена.

Все цветки, от малых до больших, обеспечивают образование семян. Эту задачу они выполняют на отлично, поэтому цветковые стали самой большой группой из всех растений на Земле.

Схема строения цветка

Обычный цветок состоит из чашелистика, лепестков и тычинок, с одним или несколькими пестиками в центре.

•   Чашелистики, обычно зеленые (все вместе они образуют чашечку), скрывают бутон и защищают его, пока цветок не распустится.•   Лепестки (из которых состоит венчик), как правило, ярко окрашены. Это приманка для насекомых и других животных, участвующих в опылении.•   Тычинки состоят из тонких нитей и находящихся на их конце пыльников, содержащих пыльцу.

•   В пестике различают три части – рыльце, столбик и завязь.

От простеньких лютиков до изысканных орхидей – разнообразие цветков поистине не знает границ.Чашелистики некоторых цветков по окраске и форме очень напоминают лепестки. Порой они бывают волнистые или бахромчатые, спаянные в виде трубочки, колокольчика и множества других причудливых форм.

У многих видов растений имеется два типа цветков – мужские, в которых есть тычинки, но нет пестика, и женские, с пестиком, но без тычинок. Иногда те и другие цветки образуются на одном растении, а иногда – на разных.Это, казалось бы, бесконечное разнообразие форм делает изучение цветков чрезвычайно увлекательным занятием.

Но ботаники обнаружили в таком разнообразии определенную упорядоченность. Это и позволило разработать классификацию семейств растений, основанную на различиях в строении цветков.Цветковые растения оказывают на нашу жизнь огромное влияние. Дикорастущие формы служат важным звеном в цепи, связывающей все живое на Земле.

Они предотвращают эрозию почв и поставляют ценную древесину. Многие растения мы выращиваем как декоративные, для защиты от ветра и от палящих солнечных лучей.

Цветковые растения – это и источник практически всей потребляемой нами пищи, либо непосредственный – зерно, фрукты и овощи, – либо косвенный, поскольку питающиеся растениями животные дают нам молоко, мясо и яйца.Из цветковых растений добывают также различные лекарства.

Они же поставляют нам специи, масла и бесчисленное множество других полезных продуктов.Продолжительность жизни у разных видов цветковых очень сильно варьирует. Подсолнух, например, живет меньше года, а дуб может расти столетиями.Растения, подобные подсолнуху, завершающему свой жизненный цикл за один сезон, называются однолетними.

Они вырастают, цветут, образуют семена, а затем отмирают, и все это – за считанные дни, недели или месяцы.Двулетние растения живут два года. В первое лето они растут и запасают питательные вещества, зиму проводят в состоянии покоя, а на следующий год цветут и отмирают. Многие овощи, такие, как морковь или капуста, – двулетники. Но мы обычно собираем их урожай в первый год, не оставляя им возможности зацвести и дать семена.

Долгожители среди растений – многолетники, продолжающие цвести и образовывать семена год за годом. Деревья и кустарники из числа цветковых – это многолетники. Некоторые травы тоже относятся к многолетним.

Правда, их листья и стебли повсюду, за исключением тропиков, каждую осень неизменно отмирают, но корни и другие части, накапливающие питательные вещества, зимуют в почве, а весной уже готовы выбросить новые побеги, поскольку начинается следующий сезон вегетации.

Читайте также:  Общая характеристика и внешнее строение земноводных - биология

Размеры цветков

Самые крупные цветки у раффлезии, паразитического растения из Юго-Восточной Азии, ее гигантский цветок достигает до 1 м в диаметре и весит более 5 кг. Другой гигант из растений – пуйя Раймонда, южноамериканский родич ананаса. Ее соцветие на прямом цветоносе, состоящее из 8000 цветков, достигает 10 м в высоту и диаметром 2,5 м.

Самое мелкое из всех цветковых растений – вольфрамия. Эти крохотные зеленые пятнышки, пестрящие на водной глади, имеют в поперечнике не более 0,5 мм. Время от времени они, однако, цветут, и тогда у них появляются мужские цветки, которые состоят из одной малюсенькой тычинки, и женские, состоящие только из одного крохотного пестика.

Земноводные и пресмыкающиеся

Разнообразие цветков и способы их размножения

    У большинства покрытосеменных все 
части цветка расположены на цветоложе 
в виде концентрических кругов (цветок круговой, циклический). В других случаях (магнолия, купальница, ветреница) они 
расположены по спирали (цветок спиральный, ациклический).

Иногда одни части цветка расположены в кругах, другие по спирали (цветок полукруговой, гемициклический 
или спироциклический). В последних 
околоцветник имеет циклическое, а 
тычинки и пестик — спиральное расположение (лютик), или чашечка 
— спиральное, а остальные части 
цветка — циклическое (шиповник).

Обычно считают, что эволюционно ациклические цветки архаичнее циклических, то есть они образовались в процессе эволюции раньше последних.

    Симметрия цветка.

    Одна 
из характерных черт строения цветка — его симметрия.

По особенностям симметрии цветки делятся на актиноморфные, или правильные, через которые 
можно провести несколько плоскостей симметрии, каждая из которых делит 
его на две равные части (зонтичные, капустные), — и зигоморфные, или 
неправильные, через которые можно 
провести только одну вертикальную плоскость 
симметрии (бобовые, злаковые).

  •     Если 
    через цветок нельзя провести ни одной 
    плоскости симметрии, его называют несимметричным, или асимметричным (валериана лекарственная, канновые).
  •     Для краткого и условного обозначения 
    строения цветков применяют формулы, в которых при помощи буквенных 
    и цифровых обозначений кодируют различные морфологические признаки: пол и симметрию цветка, число 
    кругов в цветке, а также число 
    членов в каждом круге, срастание 
    частей цветка и положение пестиков (верхняя или нижняя завязь).
  •      3. Разнообразие цветков 

     Цветок, будучи уникальным образованием по своей 
природе и функциям, поразительно разнообразен по деталям строения, окраске и размерам.

Самые мелкие цветки растений семейства Рясковые имеют в диаметре всего около 1 мм, в то же время как самый 
крупный цветок у раффлезии Арнольда (Rafflesia arnoldii) обитающей в тропических лесах на острове Суматра (Индонезия), достигает в диаметре 91 см и имеет массу около 11 кг.

     Форма, расположение, количество отдельных 
частей цветка, окраска его покровов обусловливают все то многообразие цветов, которое имеется в растительном мире.

Мак, тюльпан и некоторые 
другие цветы имеют цветочный 
побег, заканчивающийся большей 
частью одним цветком. У большинства 
же цветочных растений цветки собраны в соцветия (рис.

2) в виде кисти (ландыш, душистый горошек, белая акация и Другие), в виде колоса (орхидеи), корзинки (васильки), метелки (сирень) и т. д.

     Рис. 2. Схема главнейших типов соцветий: 1 – кисть, 2 – щиток, 3 – метелка, 4 – простой колос, 5 – сложный колос, 6 – початок, 7 – простой зонтик, 8 – сложный зонтик, 9 – головка, 10 – корзинка, 11 – развилина, 12 – извилина, 13 – завиток

     Рис.3. Венчики цветка

     Одним из ценнейших свойств растений является запах их цветов. Аромат цветков создают летучие вещества, главным образом эфирные масла, которые образуются в клетках эпидермы лепестков и листков околоцветника, а у некоторых растений — в осмофорах (особых различной формы желёзках, имеющих секреторную ткань). Выделяющиеся эфирные масла обычно сразу испаряются.

     Лепестки 
цветков, а у некоторых растений и листья, имеют самые разнообразные 
окраски (колера.

Окраску лепестков венчика определяют различные пигменты: антоциан (розовая, красная, синяя, фиолетовая), каротиноиды (жёлтая, оранжевая, красная), антохлор (лимонно-жёлтая), антофеин (коричневая).

Белая окраска связана с отсутствием каких-либо пигментов и отражением световых лучей. Чёрного пигмента тоже не бывает, а очень тёмная окраска цветов представляет собой очень сгущённые тёмно-фиолетовые и тёмно-красные цвета.

     Не 
менее ценным свойством, чем запах 
цветов, является их махровость, представляющая собой уклонение цветков от своего нормального развития.

     Под махровостью следует понимать превращение 
тычинок, а часто и пестиков, — 
в лепестки. В результате в цветках 
отсутствуют и – тычинки и пестик (махровый левкой, клубневая бегония), или имеются только тычинки при 
отсутствии пестика (махровые петунии), или нет тычинок, но есть вполне развитой пестик (махровые тюльпаны).

     Некоторые растения раскрывают свои цветы в 
определенное время дня и закрывают 
их при солнечном освещении или 
ночью. Табак, ночная красавица, энотера 
открывают свои цветы к вечеру, а утром на день их закрывают.

Наоборот, портулак открывает свои цветы только при солнечном освещении.

На этом свойстве основан подбор растений, образующих так называемые цветочные 
часы: растения в таком подборе 
открывают свои цветы последовательно 
в течение целых суток. 

     4. Размножение у цветков 

     Когда любуешься цветком, не следует забывать, что эта красота имеет практическое значение. Она служит для размножения, так как разными признаками цветка растение желает добиться главного результата – оставить  потомство.

  1.     Разделение 
    полов у растений — одно из приспособлений, препятствующих самоопылению растений.
  2.      Различают два вида опыления:
  3.      -перекрёстное опыление — перенос пыльцы между цветками разных особей;
  4.      -самоопыление — перенос пыльцы в пределах данного цветка или данной особи.

     С помощью перекрёстного опыления осуществляется обмен генами; оно 
определяет целостность вида. Самоопыление по сравнению с перекрёстным опылением 
вторично, оно вызвано условиями 
среды, неблагоприятными для перекрестного 
опыления и играет страхующую функцию, но с точки зрения эволюции является тупиковым путём развития.

     Двудомность — основной способ современных растений не допустить самоопыления; женские и мужские цветки в этом случае находятся на разных особях («в двух домах»). Этот способ эффективен, но половина популяции в этом случае не даёт семян. К двудомным растениям относятся: ива, крапива двудомная, лавр, облепиха, омела, осина, спаржа, тополь.

     Однодомность — женские и мужские цветки находятся на одной особи («в одном доме»). Чаще встречается у ветроопыляемых растений.

Однодомность устраняет автогамию (опыление рыльца пыльцой того же цветка), но не предохраняет от гейтоногамии (опыления рыльца пыльцой других цветов той же особи).

К однодомным растениям относятся: арбуз, берёза, бук, грецкий орех, дуб, кукуруза, лещина, лимонник, огурец, ольха, тыква, хлебное дерево.

  •      Имеются также и другие типы распределения 
    полов:
  •      -андромоноэция — мужские и обоеполые цветки находятся на одной и той же особи;
  •      -гиномоноэция — женские и обоеполые цветки находятся на одной и той же особи;
  •      -андродиэция — мужские и обоеполые цветки находятся на разных особях;
  •      -гинодиэция — женские и обоеполые цветки находятся на разных особях;
  •      -триэция, или трёхдомность — обоеполые, женские и мужские цветки находятся на разных особях.
  •      Примерно 
    у 75 % видов цветковых растений цветки обоеполы (гермафродитны); и лишь около 25 % видов цветковых растений имеют раздельнополые цветки.
  •      Отдельные особи некоторых двудомных растений, например конопли, при определенных стрессовых условиях могут произвести цветки обоих полов, то есть стать 
    однодомными.
  •      Широкое распространение и разнообразие строения цветковых растений обусловлено 
    приобретением ими в процессе эволюции ряда прогрессивных черт: наличие цветка – органа, совмещающего функции полового и бесполого 
    размножения; образование в составе 
    цветка завязи, заключающей в себе семязачатки и предохраняющей их от действия неблагоприятных условий 
    среды.

     В цветке находятся главные его части — пестик (женский орган цветка) и тычинки (мужские органы), расположенные вокруг пестика. Пестик состоит из расширенной полой нижней части, называемой завязью, вытянутого столбика, который оканчивается расширением — рыльцем. В глубине завязи цветка развивается плод.

Тычинка состоит из тонкой тычиночной нити и пыльника (пыльцевой мешочек), находящегося на верху тычинки. В пыльнике образуется пыльца. Когда она созреет, пыльники раскрываются и пыльцевые зерна переносятся на липкую поверхность рыльца пестика. Этот процесс называется опылением.

Попавшая на рыльце пестика пыльца прорастает до полости завязи, в которой мужские и женские половые клетки сливаются, в результате происходит оплодотворение и зарождение плода.

     В зависимости от способа переноса пыльцы растение подразделяют на ветроопыляемые (анемофильные) и насекомоопыляемые (энтомофильные).

В первом случае пыльца с одних растений на другие переносится ветром, во втором — насекомыми, посещающими цветки ради сбора нектара и пыльцы.

Наряду с этим энтомофильные растения привлекают насекомых также ароматом цветков, их яркой окраской и формой соцветия. К числу ветроопыляемых относятся примерно 20%, а насекомоопыляемых около 80%.

     Когда пыльца попадает с тычинок на рыльце пестиков своего же цветка, происходит самоопыление. Перенос пыльцы с пыльников 
одного растения на рыльце пестиков цветков 
другого растения того же вида называется перекрестным опылением.

     Переломным 
моментом в истории развития половой 
теории цветка явились труды великого шведского естествоиспытателя Карла 
Линнея (1707–1778).

     Шпренгель (1750-1816 гг.) выпустил в свет труд, названный им «Открытая тайна природы в строении и опылении цветов».

     Заслуги Христиана Конрада Шпренгеля 
не ограничились открытием только общего факта участия насекомых в 
оплодотворении цветков – он открыл и те условия, которые препятствуют самоопылению обоеполых цветков.

     Для большинства цветковых типично 
перекрестное опыление – перенос 
пыльцы ветром, насекомыми, птицами 
с одного растения на другое

     Новую страницу в историю изучения процесса оплодотворения у высших цветковых 
растений открыли классические исследования Сергея Гавриловича Навашина (1857–1930). В 1898 г. Навашин открыл, что в момент оплодотворения из пыльцевой трубочки, прильнувшей к семяпочке, выскальзывают не одно, а два мужских ядра, проникающих затем в семяпочку.

Одно из этих ядер сливается, как уже ранее было известно, с яйцевой клеткой. Из продукта их слияния начинается развитие зародыша семени.

Второе мужское ядро сливается с вторичным ядром зародышевого мешка, продукт их слияния также развивается путем повторных делений, в результате чего вся свободная часть зародышевого мешка заполняется паренхиматической тканью (эндоспермом), служащей для отложения в молодых созревающих семенах запасных питательных веществ, которыми будет питаться зародыш при прорастании. Таким образом, С.Г.

Навашини доказал, что эндосперм и самый зародыш возникают в результате особого акта оплодотворения, причем оба эти акта совершаются одновременно в одном и том же зародышевом мешке. Открытие профессора Навашина сделало понятным многие особенности в строении семян растений, до тех пор казавшиеся совершенно необъяснимыми.

     Рис.4. Оплодотворение цветка

     Через полгода после Навашина и независимо от него явление двойного оплодотворения у высших цветковых растений открыл французский ботаник Л.Гиньяр.

     Так был снят покров тайны с наиболее важного момента полового процесса у высших растений – процесса оплодотворения. После долгих тысячелетних научных 
исканий, достижений, побед и поражений 
вопрос о половом процессе, совершающемся 
в цветке, был, наконец, решен.

     Подведем 
итог. Что происходит в цветке при оплодотворении?

     Из 
завязи цветка плод, а из семяпочек 
семена образуются после того, как 
произойдет опыление и оплодотворение. Пыльца, попавшая на рыльце пестика 
в результате опыления, удерживается на нем, так как его покровы 
имеют неровности и выступы, а 
на поверхности рыльца выделяется липкая жидкость.

Форма и размеры пыльцы у разных растений неодинаковы. Каждая пылинка состоит из двух клеток: большой и маленькой. На рыльце пестика 
пыльца прорастает. Из большой клетки образуется длинная пыльцевая трубка, которая по тканям столбика дорастает 
до завязи и далее до семяпочки.

Из маленькой клетки к этому моменту 
образуются два спермия, которые 
спускаются в пыльцевую трубку.

Ссылка на основную публикацию