Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Цветочная биология - это область экологических исследований, изучающая эволюционные факторы, которые сформировали структуры, поведение и физиологические аспекты, связанные с цветением растений. Эта область обширна и междисциплинарна и включает в себя исследования, требующие опыта в нескольких дисциплинах, включая ботанику, этологию, биохимию, энтомолоники. Немного более узкая область исследований биологии цветов иногда называется биологией опыления или антекологией . [1]

Цветы - это структуры, которые производятся покрытосеменными, и их эволюция неразрывно связана с их опылителями, особенно насекомыми. Цветы - это дорогостоящие сооружения, которые нацелены на опылителей, предлагая им награды, чтобы улучшить перекрестное опыление. Эволюция размеров цветов, их структуры и характера вознаграждений, а также способов передачи и восприятия этих сигналов потенциальными опылителями обычно изучается с точки зрения понесенных затрат и накопленных выгод. Сроки цветения , продолжительность цветения и режим , с помощью которого они перестают действовать , как только их роль выполняют все направления исследований в области цветочной биологии. [2]

Исследования в области биологии цветов могут найти применение, поскольку опыление и завязывание плодов являются ключевыми факторами, влияющими на урожайность всех сельскохозяйственных культур.

История поля [ править ]

Обложка книги Шпренгеля 1793 г.

Начала области цветочной биологии , как правило , восходит к Christian Konrad Шпренгель «s Entdeckte Geheimniss дер Natur Строящийся в дер Befruchtung дер Blumen (Секрет природы в форме и оплодотворении цветов Обнаруженные) (1793 г.). [3] Однако на Шпренгеля, возможно, повлияли более ранние работы Джозефа Готлиба Кёльрейтера в 1761 году. [4] Шпренгель начал свои исследования в 1787 году, начав с деревянного журавля Geranium sylvaticum.. Он отметил, что нижние части лепестков были покрыты мягкими волосками. Он верил в мудрость «Создателя» и в то, что ни один труд не обходился без цели. Он предположил, что волосы присутствовали для защиты нектара от дождя, как брови и ресницы, предотвращая попадание пота в глаза. Ему потребовалось шесть лет наблюдений, за которые он исследовал 461 растение. Он заметил, что у орхидей нет нектара, но есть нектарные проводники. Он назвал их цветами ложного нектара и заметил, что цветы Aristolochia улавливают насекомых. Его книга включала двадцать пять иллюстраций. Работу Шпренгеля положительно оценил Карл Людвиг Вилденов, который включил некоторые результаты в свою книгу Grundriss der Kräuterkunde zu Vorlesungen (1802). [5]Шпренгель отмечал, вопреки распространенному в то время мнению, что цветы предназначены для предотвращения самооплодотворения. Шпренгель определил узоры на лепестках как проводники нектара («Saftmale») для опылителей. [6] В то время цветы считались местом соединения тычинок и пестиков, а нектар, как полагали, помогал прорастанию семян. Пчелы считались ворами. Работу Шпренгеля критиковал Иоганн Вольфганг Гете. Однако работа Шпренгеля получила более широкое освещение в англоязычном мире только после того, как Чарльз Дарвин доверил ему работу « Оплодотворение орхидей» (1862). [7] [8]

Аспекты [ править ]

Цветковые растения, покрытосеменные , среди растений появились сравнительно недавно. Самые старые цветочные сооружения датируются примерно 140 миллионами лет назад. После этого периода цветковые растения претерпели большую диверсификацию. Дарвин видел в этом «отвратительную тайну» в письме Джозефу Хукеру в 1879 году. Самые ранние цветы были в основном актиноморфными или имели радиальную симметрию с множеством осей симметрии. От этих цветков развились цветы с двусторонней симметрией или зигоморфией. Считается, что привлечение насекомых-опылителей с помощью визуальных сигналов оказало влияние на эволюцию зигоморфии. [9]

Самые ранние группы цветковых растений среди магнолиевых и семейств Choranthaceae , Ceratophyllaceae , Nymphaeaceae , Annonaceae и Aristolochiaceae являются двуполыми, причем как мужские, так и женские части присутствуют и функционируют в пределах обычно большой цветочной структуры. Основными опылителями этих цветов были жуки, мухи и трипсы. Они разработали механизмы, снижающие самоопыление, изменяя сроки созревания мужской и женской частей. Этот измененный временной механизм или дихогамия в основном выражалась в протогинии или раннем созревании женских частей и лишь в редких случаях - в протандрии.или раннее созревание мужских частей. [10] Ранние цветы были в основном плоскими и чашеобразными, а развитие более глубоких трубок венчика было более поздним нововведением и в основном связано с длинноязычными опылителями, такими как моль. [11] Существует множество других механизмов, которые усиливают перекрестное опыление и предотвращают самоопыление. Силы, которые приводят к эволюции таких систем, как несение мужских и женских цветов на разных видах растений, до сих пор неясны. [12]

Считается, что на эволюцию от одиночных цветков к образованию соцветий также влияет поведение опылителей. Скопления цветов могут увеличить посещаемость опылителей. Это также может снизить риск повреждения отдельных цветов. [13]

Выработка летучих химикатов цветами нацелена на насекомых. Некоторые данные показывают, что существует значительное совпадение между химическими веществами, производимыми растениями, и химическими веществами, используемыми насекомыми для их коммуникации, особенно для спаривания. [14] В классическом случае орхидей из рода Ophrys летучие вещества имитируют женский половой феромон пчел, которые пытаются совокупиться с цветком и тем самым их опылить. [15] Исследование эволюции летучих химикатов в жуках-скарабеях и цветах, которые привлекают их в семействе Araceae, показало, что насекомые развили химические вещества в юрском периоде, а растения развили аттрактанты позже, в меловой период. [16]

Цвета цветов - еще одна область исследований. Были отмечены некоторые отчетливые закономерности, например, цветки, опыляемые птицами , преимущественно красные, в то время как ночные растения имеют тенденцию быть белыми. Окраска цветов определяется множеством пигментных механизмов, и они предназначены для передачи сигналов опылителям. Опыленные цветы часто быстро увядают, а питательные вещества поглощаются растением. В некоторых случаях части цветка могут измениться в цвете, что указывает на их непригодность для посещения опылителями. [17]

См. Также [ править ]

  • Антекология
  • Синдром опыления
  • Опосредованный опылителями отбор
  • Ловушка для опыления
  • Цветочный аромат
  • Цветочная смена цвета

Ссылки [ править ]

  1. ^ Персиваль, Мэри (2013). Цветочная биология . Эльзевир.
  2. ^ Ллойд, Дэвид G .; Барретт, Спенсер CH, ред. (1996). Цветочная биология. Исследования эволюции цветков у растений, опыляемых животными . ISBN 9781461284949.
  3. ^ Уиллис, Джон С. (1895). «Современное положение биологии цветов». Прогресс науки (1894-1898) . 4 (21): 204–215. JSTOR 43768737 . 
  4. ^ Kölreuter, Йозеф Готлиб (1761). Vorläufige Nachricht von einigen das Geschlecht der Pflanzen betreffenden Versuchen . Лейпциг: In der Gleditschischen Handlung.
  5. ^ Zepernick, B .; Мерец, В. (2001). «Жизнь Кристиана Конрада Шпренгеля в отношении его семьи и своего времени. К 250-летию со дня рождения» (PDF) . Willdenowia . 31 : 141–152. DOI : 10,3372 / wi.31.31113 .
  6. ^ Васер, Николас М .; Прайс, Мэри В. (1985). «Влияние нектара на предпочтение опылителей: экспериментальные исследования с горной травой» (PDF) . Oecologia . 67 : 121–126. DOI : 10.1007 / bf00378462 .
  7. Перейти ↑ Bernhardt, Peter (1999). Поцелуй розы: естественная история цветов . Island Press. С. 122–123.
  8. ^ Читтка, Ларс; Уокер, Джулиан (2006). "Пчелы любят подсолнухи Ван Гога?" (PDF) . Оптика и лазерные технологии . 38 (4-6): 323. DOI : 10.1016 / j.optlastec.2005.06.020 .
  9. ^ Буш, Андреа; Зачго, Сабина (2009). «Эволюция симметрии цветов: к пониманию отвратительной тайны излучения покрытосеменных». BioEssays . 31 (11): 1181. DOI : 10.1002 / bies.200900081 . PMID 19847818 . 
  10. ^ Endress, PK (2010). «Эволюция биологии цветов базальных покрытосеменных растений» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 365 (1539): 411. DOI : 10.1098 / rstb.2009.0228 . PMC 2838258 . PMID 20047868 .  
  11. ^ Нильссон, Л. Андерс (1988). «Эволюция цветков с глубокими трубками венчика». Природа . 334 (6178): 147. DOI : 10.1038 / 334147a0 .
  12. ^ Бава, KS; пляж, JH (1981). «Эволюция половых систем у цветковых растений» (PDF) . Летопись ботанического сада Миссури . 68 (2): 254–274. JSTOR 2398798 .  [ постоянная мертвая ссылка ]
  13. Перейти ↑ Parkin, J. (1914). «Эволюция соцветия». Журнал Линнеевского общества Лондона, Ботаника . 42 (287): 511. DOI : 10.1111 / j.1095-8339.1914.tb00888.x .
  14. ^ Шистл, Флориан П. (2010). «Эволюция цветочного аромата и химической коммуникации насекомых». Письма об экологии . 13 (5): 643–56. DOI : 10.1111 / j.1461-0248.2010.01451.x . PMID 20337694 . 
  15. ^ Шистл, Флориан П .; Аяссе, Манфред; Paulus, Hannes F .; Лёфстедт, Кристер; Hansson, Bill S .; Ибарра, Фернандо; Франк, Виттко (1999). «Опыление орхидей половым мошенничеством». Природа . 399 (6735): 421. DOI : 10.1038 / 20829 .
  16. ^ Шистл, Флориан П .; Дёттерль, Стефан (2012). "Эволюция цветочных запахов и обонятельных предпочтений опылителей: коэволюция или предсуществующее предубеждение?" . Эволюция . 66 (7): 2042. DOI : 10.1111 / j.1558-5646.2012.01593.x . PMID 22759283 . 
  17. ^ Вайс, Марта Р. (1995). «Цветочное изменение цвета: широко распространенное функциональное сближение» (PDF) . Американский журнал ботаники . 82 (2): 167–185. DOI : 10.1002 / j.1537-2197.1995.tb11486.x . JSTOR 2445525 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 марта 2017 года . Проверено 19 марта 2017 .