Опрашване | Описва начина, по който поленовите зърна достигат до женските части на растението

Начини на опрашване

При цъфтящите растения прашецът трябва да премине от едно цвете на друго. Има два основни начина, по които това може да се случи: чрез неживи същества като вятър или вода, или чрез живи същества като насекоми или птици.

• Царевицата и вятърът

Царевицата (наричана в някои части на света царевица) се опрашва от вятъра. Мъжките прашници изпускат прашеца си и той се разнася към близкото женско цвете на друго царевично растение. Повечето цветове на едно царевично растение са мъжки или женски (еднополови), а не двата пола в един цвят (хермафродит).

Цветовете на царевицата са еволюирали (променили са се с времето), за да използват вятъра за опрашване. Те не се нуждаят от красиви венчелистчета. Прашецът е лек, за да може да се разнася наоколо, а краищата на женските части (стигмата) са пухкави, за да улавят всички малки прашецови зърна.

• Домати и пчели

При доматените растения пчелите пренасят прашеца от мъжките части на един цвят (прашници) към женските части на друг цвят (стигма). Пчелата се движи между цветовете, като събира нектара, който цветовете произвеждат. Пчелите отнасят нектара и част от прашеца обратно в кошера си, а доматените растения се размножават (създават нови доматени растения).

Тъй като цветовете на доматите са се развили, за да привличат пчели, те имат разперени венчелистчета и са бели за човешките очи (пчелите, както и повечето насекоми, виждат в ултравиолетовия диапазон, както и в нашия визуален диапазон на дължини на вълните). Прашецът често е залепен на купчинки, наречени полени, които на свой ред се залепват за пчелата. Пчелите са изключително окосмени и носят малки електрически заряди, които привличат прашеца върху телата им. Медоносните пчели имат специални кошнички за цветен прашец, обикновено на задните си крака, в които те преместват прашеца от тялото си.

Голяма част от прашеца се връща в гнездото или кошера, където се използва като източник на протеини, най-необходими на ларвите. Част от него се изтрива на следващия цвят, където женското стигматично тяло е лепкаво. Поленовата тръбичка расте надолу, за да позволи на мъжката гамета да оплоди яйцеклетката и да създаде семе.

90% от цъфтящите растения се опрашват от животни, а само 10% използват абиотично (неживотинско) опрашване. От тези абиотични опрашвания 98 % се извършват от вятъра и само 2 % - от водата.

 

Какво се случва след опрашването

Това, което се случва след опрашването, е оплождането. При растенията това е двойно оплождане, при което две сперматозоидни клетки оплождат клетки в яйчника на растението. Едното от тях е нормално оплождане, при което се получава ембрион. Другото е уникален вид оплождане, при което се получава ендоспермът на семената.

Процесът започва, когато поленовото зърно се залепи за стигмата на пестика (женската репродуктивна структура). След това то покълва и от него израства дълга поленова тръбичка. Докато тази поленова тръбичка расте, една хаплоидна клетка се придвижва по тръбичката зад ядрото на тръбичката. Тази клетка се разделя чрез митоза на два хаплоидни сперматозоида.

С нарастването на поленовата тръбичка тя си проправя път от стигмата, надолу по ципата и в яйчника. Тук прашецовата тръбичка достига яйцеклетката и освобождава съдържанието си (което включва сперматозоидите). Един сперматозоид опложда яйцеклетката, при което се получава диплоидна (2n) зигота. Втората сперматозоидна клетка се слива с две клетъчни ядра, при което се получава триплоидна (3n) клетка.

Докато зиготата се развива в ембрион, триплоидната клетка се превръща в ендосперм, който служи за храна на ембриона. Сега яйчникът ще се развие в плод, а яйцеклетката ще се развие в семе.

 
Жизнен цикъл на покритосеменните  


Шмел, затрупан с прашец в цвят на хибискус.  

Гимнозъби

Има данни, че някои от гимноспермите са били опрашвани от насекоми през триаския период, но опрашването от животни не е основният метод в тази група. Повечето се опрашват от вятъра. Някои гимносперми и техните насекоми опрашители са се развили съвместно за опрашване. Най-известните примери са членовете на разред Cycadales и свързаните с тях видове бръмбари.

 

Семейства на цъфтящите растения

Наистина широко разпространеното и специализирано опрашване от животни се появява при Angiosperms (цъфтящите растения). Различните семейства цъфтящи растения обикновено са специализирани в определен метод на опрашване. Понякога няколко рода преминават от един метод към друг.^p53

• Ranunculaceae: опрашват се от насекоми. Само един род се опрашва от вятъра.
• Compositae (Asteraceae): това е най-голямото семейство, което почти изцяло се опрашва от насекоми. Две групи родове са преминали към опрашване от вятъра.
• Cyperaceae: почти изцяло опрашвани от вятъра. Един род се опрашва от насекоми.
• Moraceae: това семейство черници е най-добрият пример за широко разпространена промяна от опрашване с вятър към опрашване с насекоми. Всички сродни семейства (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) се опрашват от вятъра.
• Gramineae (Poaceae): тревите са изключително приспособени за опрашване от вятъра. Само два рода са преминали към опрашване от насекоми.

 

Синдром на опрашване

Синдромът на опрашване е съвкупност от адаптивни характеристики, които помагат на цветята да се опрашват.

Опрашване от вятъра

Опрашваните от вятъра цветове обикновено са малки и незабележими (не са ярки). Те нямат аромат и не произвеждат нектар. Прашниците могат да произвеждат голям брой поленови зърна, а тичинките обикновено са дълги и стърчат нагоре от цвета. Стигмите им могат да бъдат големи и пернати, за да улавят поленовите зърна. Насекомите могат да ги посещават, за да събират прашец; има някои примери за цветя, които се опрашват както от вятъра, така и от насекоми.

Опрашване от животни

Опрашване от бръмбари

Цветовете, опрашени от бръмбари, обикновено са големи, зеленикави или бели на цвят и силно ароматизирани. Ароматът може да бъде пикантен, плодов или подобен на разлагащ се органичен материал. Повечето цветове, опрашвани от бръмбари, са сплескани или с форма на чиния, до която прашецът е лесно достъпен. Те могат да имат капани за по-дълго задържане на бръмбарите. Яйчниците на растението обикновено са добре защитени от хапещите устни на бръмбарите. Бръмбарите са важни опрашители в някои части на света, например в сухите райони на Южна Африка и Южна Калифорния, както и в планинските ливади на Квазулу-Натал в Южна Африка.

Опрашване с мухи

Някои мухи се хранят с нектар и прашец като възрастни (особено пчелните мухи и мухите на въздушната възглавница). Цветовете, които те посещават, често имат силен аромат и обикновено са лилави, виолетови, сини и бели.

От друга страна, мъжките плодови мушици са привлечени от някои диви орхидеи, които не произвеждат нектар. Вместо това те произвеждат предшественик на половия феромон на мухата. Мухите, които обикновено посещават мъртви животни или изпражнения, са привлечени от цветя, които имитират тези миризливи предмети. Те не получават никаква награда и бързо биха си тръгнали, но растението може да има капани, които да ги забавят. Тези растения имат силна, неприятна миризма и са кафяви или оранжеви на цвят.

Самият им брой и присъствието на някои мухи през цялата година ги прави важни опрашители за много растения. Мухите обикновено са важни опрашители във високопланинските и високопланинските райони, където са многобройни и където може да липсват други групи насекоми.

Опрашване от пчели

Опрашваните от пчелите цветове обикновено са жълти или сини, често с ултравиолетови нектарни водачи и аромат. Нектарът и/или прашецът се предлагат като награда в различни количества. Захарта в нектара обикновено е предимно захароза. Съществуват различни видове пчели, които се различават по размер, дължина на езика и поведение (някои са самотни, други - колониални). Някои растения могат да бъдат опрашвани само от пчели, тъй като прашниците им отделят прашец вътрешно и той трябва да бъде изтръскан чрез бръмчене ("сониране"). Шмелите са единствените животни, които правят това.

Опрашването от подвижни пчелни кошери е от голяма икономическа стойност за овощни градини като ябълковите и бадемовите.

Опрашване от оси

Осите са отговорни и за опрашването на редица растителни видове, като са важни преносители на прашец, а в някои случаи са дори по-ефективни опрашители от пчелите.

Опрашване от Lepidoptera

Цветовете, опрашвани от пеперуди, обикновено са големи и ярки, розови или лавандулови, често имат кацалка и обикновено са ароматни. Тъй като пеперудите не усвояват прашеца (с едно изключение), се предлага повече нектар, отколкото прашец. Цветовете имат прости нектарни водачи, като нектарниците обикновено са скрити в тесни тръбички или шпори, до които се достига с дългия език на пеперудите.

Сред по-важните опрашители са ястребовите пеперуди (Sphingidae). Поведението им е подобно на това на колибритата: те се носят пред цветовете с бързи удари на крилата. Повечето от тях се хранят през нощта или по здрач. Така че цветовете, опрашвани от молци, обикновено са бели, отварящи се през нощта, големи и ярки, с тръбести венчета и силен, сладък аромат, произвеждани вечер, през нощта или рано сутрин. Произвежда се много нектар, за да се подхранва високият метаболизъм, необходим за осъществяване на полета им.

Други пеперуди летят бавно и се настаняват върху цвета. Те не се нуждаят от толкова много нектар, колкото бързолетящите ястребови пеперуди, и цветовете обикновено са малки (макар че могат да са събрани в глави).

Опрашване от птици

Колибритата са най-познатите птици, които се хранят с нектар, за северноамериканците, но има аналогични видове и в други части на света. Цветовете, привлекателни за колибрите, които се носят пред цвета, обикновено са големи червени или оранжеви тръби с много разреден нектар, произвеждан през деня. Тъй като птиците не реагират силно на миризми, те обикновено са без мирис. Кацащите птици се нуждаят от значителна платформа за кацане, така че слънчевите птици, медоносците и други подобни са по-малко свързани с тръбните цветя.

Опрашване от прилепи

Цветовете, опрашвани от прилепи, обикновено са големи и ярки, бели или светло оцветени, отварят се през нощта и имат силна миризма. Често те са големи и с форма на камбана. Прилепите пият нектара и тези растения обикновено предлагат нектар за дълги периоди от време. За първоначалното откриване на цветовете се използват зрението, миризмата и ехолокацията, а за многократното им посещение се използва отлична пространствена памет. Всъщност прилепите могат да идентифицират цветята, произвеждащи нектар, с помощта на ехолокация. Растенията, опрашвани от прилепи, имат по-голям прашец от своите роднини.

Ръководства за мед

Медовите водачи, нектарните водачи или флоралните водачи са маркировки по цветовете, които указват на насекомите къде да отидат за нектар (много насекоми могат да виждат в ултравиолетовия диапазон). Повечето от тези водачи са невидими за хората, освен ако не се виждат на ултравиолетова светлина. Ползата за растението е, че водачите увеличават предлагането на опрашители на сравнително ниска цена.

 
Снимки на цвете Mimulus във видима светлина (вляво) и ултравиолетова светлина (вдясно), показващи тъмен нектарен водач, който е видим за пчелите, но не и за хората.  


Африкански баобаб (опрашван от прилепи)  


Сапромиофилни Stapelia gigantea  


Hesperoyucca whipplei ( опрашвана от молец)  

История

Пълното разбиране на опрашването е съвсем отскоро.

През 1672 г. Нехемия Грю има представа, че поленът е средство за оплождане при висшите растения. Използвайки микроскоп, той е първият, който описва подробно прашеца. Това довежда до откритието, че всички поленови зърна в даден вид са еднакви. Изследването на поленовите зърна се нарича палинология. То се използва широко в микропалеонтологията. Полът при растенията е открит през 1694 г., когато Рудолф Камариус излага откритието си в писмо.

През 1793 г. Кристиан Шпренгел (1750-1816 г.) публикува труд за опрашването на цветята от насекоми, в който са изложени всички основни положения. За съжаление, "работата му е била толкова далеч от стандартното мислене и интереси на периода, че е била почти напълно игнорирана".

Две линии на работа решиха основните проблеми. Едната беше извършена чрез изследвания на начина, по който поленовите клетки работят, за да оплодят яйцеклетката, а другата - чрез признаване на съвместната еволюция на животните опрашители и цъфтящите растения. И двете направления на работа стават по същество "модерни" в средата на XIX век.

 
Споменът за Шпренгел: малка плоча, изработена по мотиви от фронтисписа на книгата му, се намира в Берлинската ботаническа градина.