Самоопыление - Self-pollination

Один тип автоматического самоопыления встречается у орхидеи Ophrys apifera . Одна из двух поллиний наклоняется к стигме .

Самоопыление - это форма опыления, при которой пыльца одного и того же растения достигает рыльца цветка (у цветковых растений ) или семяпочки (у голосеменных ). Различают два типа самоопыления: при автогамии пыльца переносится на рыльце того же цветка; при гейтоногамии пыльца переносится с пыльника одного цветка на рыльце другого цветка на том же цветковом растении или с микроспорангия на семяпочку одного ( однодомного ) голосеменного. У некоторых растений есть механизмы, обеспечивающие автогамию, например, цветы, которые не раскрываются ( клейстогамия ), или тычинки, которые движутся, чтобы вступить в контакт со стигмой. Термин самоопыление, который часто используется как синоним, не ограничивается самоопылением, но также применяется к другим типам самоопыления.

Вхождение

Немногие растения самоопыляются без помощи переносчиков пыльцы (например, ветра или насекомых). Этот механизм чаще всего встречается в некоторых бобовых, таких как арахис . У другого бобового растения , сои , цветы раскрываются и остаются восприимчивыми к перекрестному опылению насекомыми в течение дня. Если этого не сделать, цветки самоопыляются при закрытии. Среди других растений, способных к самоопылению, есть много видов орхидей , гороха , подсолнечника и тридакса . Большинство самоопыляющихся растений имеют небольшие, относительно незаметные цветки, которые выделяют пыльцу прямо на рыльце, иногда даже до того, как распустится бутон. Самоопыляющиеся растения тратят меньше энергии на производство аттрактантов опылителей и могут расти в районах, где насекомые или другие животные, которые могут их посещать, отсутствуют или очень малочисленны - например, в Арктике или на больших высотах.

Самоопыление ограничивает разнообразие потомства и может снизить жизнеспособность растений . Однако самоопыление может быть выгодным, позволяя растениям распространяться за пределы диапазона подходящих опылителей или производить потомство в районах, где популяции опылителей значительно сократились или изменчивы в естественных условиях.

Опыление можно также осуществить перекрестным опылением . Перекрестное опыление - это перенос пыльцы ветром или животными, такими как насекомые и птицы, от пыльника к рыльцу цветов на отдельных растениях.

Виды самоопыляющихся цветов

И гермафродиты, и однодомные виды обладают способностью к самоопылению, ведущему к самооплодотворению, если нет механизма, позволяющего этого избежать. Восемьдесят процентов всех цветущих растений являются гермафродитами, то есть содержат представителей обоих полов в одном цветке, в то время как 5 процентов видов растений однодомны. Остальные 15%, следовательно, будут раздельнополыми (каждое растение однополое). Самоопыляющиеся растения включают несколько видов орхидей и подсолнухи. Одуванчики также способны к самоопылению, а также к перекрестному опылению.

Преимущества

У самоопыляющихся цветов есть несколько преимуществ. Во-первых, если данный генотип хорошо подходит для окружающей среды, самоопыление помогает сохранить этот признак стабильным у вида. Отсутствие зависимости от опылителей позволяет происходить самоопылению, когда пчелы и ветер нигде не встречаются. Самоопыление или перекрестное опыление может быть преимуществом, когда количество цветков невелико или они широко расставлены. При самоопылении пыльцевые зерна не передаются от одного цветка к другому. В результате происходит меньше потерь пыльцы. Также самоопыляющиеся растения не зависят от внешних переносчиков. Они также не могут изменять свои характеры, поэтому черты вида можно сохранить в чистоте. Самоопыление также помогает сохранить родительские черты, поскольку гаметы одного и того же цветка эволюционируют. Цветам не обязательно выделять нектар, аромат или быть красочными, чтобы привлекать опылителей.

Недостатки

Недостатки самоопыления связаны с отсутствием разнообразия, которое не позволяет адаптироваться к изменяющейся среде или потенциальной атаке патогенов. Самоопыление может привести к депрессии инбридинга, вызванной проявлением вредных рецессивных мутаций, или к ухудшению здоровья вида из-за разведения родственных особей. Вот почему многие цветы, которые потенциально могут самоопыляться, имеют встроенный механизм, позволяющий избежать этого или, в лучшем случае, сделать его вторым вариантом. Генетические дефекты в самоопыляющихся растениях не могут быть устранены с помощью генетической рекомбинации, и потомство может избежать наследования вредных атрибутов только благодаря случайной мутации, возникающей в гамете .

Смешанная вязка

Около 42% цветковых растений в природе имеют смешанную систему спаривания. В наиболее распространенном виде системы отдельные растения производят один тип цветка, а плоды могут содержать самоопыляемые, перекрещенные или смешанные типы потомства. Другая смешанная система спаривания называется диморфной клейстогамией. В этой системе одно растение дает как открытые, потенциально перекрестные, так и закрытые, облигатно самоопыляемые клейстогамные цветы.

Примеры видов

Эволюционный переход от ауткроссинга к самооплодотворению - один из наиболее распространенных эволюционных переходов у растений. Около 10-15% цветковых растений преимущественно самоопыляющиеся. Ниже описаны несколько хорошо изученных примеров самоопыляющихся видов.

Орхидеи

Самоопыление у орхидеи-башмачка Paphiopedilum parishii происходит, когда пыльник переходит из твердого состояния в жидкое и непосредственно контактирует с поверхностью рыльца без помощи каких-либо опылителей.

У древесной орхидеи Holcoglossum amesianum есть тип механизма самоопыления, при котором двуполый цветок поворачивает свой пыльник против силы тяжести на 360 °, чтобы поместить пыльцу в свою собственную полость рыльца - без помощи какого-либо опылителя или среды. Этот тип самоопыления, по-видимому, является адаптацией к безветренным засушливым условиям, которые присутствуют во время цветения, когда насекомых мало. Без опылителей для ауткроссинга необходимость обеспечения репродуктивного успеха перевешивает потенциальные неблагоприятные последствия инбридинга. Такая адаптация может быть широко распространена среди видов в аналогичных средах.

Самоопыление у мадагаскарской орхидеи Bulbophyllum bicoloratum происходит благодаря ростеллуму, который, возможно, восстановил свою стигматическую функцию как часть дистальной средней стигматической доли.

Caulokaempferia coenobialis

У китайского растения Caulokaempferia coenobialis пленка пыльцы переносится из пыльника (пыльцевых мешочков) маслянистой эмульсией, которая скользит боком вдоль стебля цветка и попадает в собственное рыльце особи. Боковой поток пленки пыльцы по стилю, по-видимому, обусловлен исключительно растекающимися свойствами маслянистой эмульсии, а не силой тяжести. Эта стратегия могла развиться, чтобы справиться с нехваткой опылителей в чрезвычайно тенистых и влажных местах обитания C. coenobialis .

Capsella краснуха

Capsella rubella (кошелек Red Shepard) - это самоопыляющийся вид, который стал самосовместимым от 50 000 до 100 000 лет назад, что указывает на то, что самоопыление является эволюционной адаптацией, которая может сохраняться на протяжении многих поколений. Его предок от скрещивания был идентифицирован как Capsella grandiflora .

Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana - это преимущественно самоопыляющееся растение с показателем ауткроссинга в дикой природе, по оценкам, менее 0,3%. Исследование показало, что самоопыление возникло примерно миллион лет назад или более.

Возможная долгосрочная польза от мейоза

Мейоз, за ​​которым следует самоопыление, вызывает незначительную общую генетическую изменчивость. Это поднимает вопрос о том, каким образом мейоз у самоопыляющихся растений адаптивно поддерживается в течение продолжительных периодов времени (то есть примерно в течение миллиона лет или более, как в случае A. thaliana ), а не менее сложному и менее дорогостоящему бесполому амейотическому процессу для производят потомство. Адаптивным преимуществом мейоза, которое может объяснить его долгосрочное поддержание у самоопыляющихся растений, является эффективная рекомбинационная репарация повреждений ДНК. Это преимущество может быть реализовано в каждом поколении (даже если генетическая изменчивость не возникает).

Смотрите также

использованная литература