Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Один тип автоматического самоопыления встречается у орхидеи Ophrys apifera . Одна из двух поллиний наклоняется к стигме .

Самоопыление - это когда пыльца одного и того же растения достигает рыльца цветка (у цветковых растений ) или семяпочки (у голосеменных ). Есть два типа самоопыления: при автогамии пыльца переносится на рыльце того же цветка; при гейтоногамии пыльца переносится с пыльника одного цветка на рыльце другого цветка того же цветущего растения или с микроспорангия на семяпочку в пределах одного ( однодомногоголосемян. У некоторых растений есть механизмы, обеспечивающие автогамию, например, цветы, которые не раскрываются ( клейстогамия ), или тычинки, которые движутся, чтобы вступить в контакт с клеймом. Термин « самоопыление», который часто используется как синоним, не ограничивается самоопылением, но также применяется к другим типам самоопыления.

Возникновение [ править ]

Некоторые 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, цветы будут самоопыляться 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 редки, 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 давать потомство в районах, где популяции опылителей значительно сократились или изменчивы в природе. [1]

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

Типы самоопыляющихся цветов [ править ]

И гермафродиты, и однодомные виды обладают способностью к самоопылению, ведущему к самооплодотворению, если нет механизма, позволяющего этого избежать. Восемьдесят процентов всех цветковых 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 [ править ]

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 признаки, поскольку гаметы одного и того же цветка эволюционируют.Цветам не обязательно выделять нектар, аромат или быть красочными, чтобы привлекать опылителей.

Недостатки [ править ]

Недостатки самоопыления связаны с отсутствием разнообразия, которое не позволяет адаптироваться к изменяющейся среде или потенциальной атаке патогенов. Самоопыление может привести к депрессии инбридинга, вызванной выражением вредных рецессивных мутаций [2], 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 свойств только через случайную мутацию, возникающую в гамете .

Смешанная вязка [ править ]

Около 42% цветковых растений в природе имеют смешанную систему спаривания. [3] В наиболее распространенном типе системы отдельные растения дают 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. [4]

Пример вида [ править ]

Эволюционный переход от ауткроссинга к самооплодотворению - один из наиболее распространенных эволюционных переходов у растений. Около 10-15% цветковых растений преимущественно самоопыляющиеся. [5] Несколько хорошо изученных примеров самоопыляющихся видов описаны ниже.

Орхидеи [ править ]

Самоопыление у орхидеи-тапочки Paphiopedilum parishii происходит, когда пыльник переходит из твердого состояния в жидкое и непосредственно контактирует с поверхностью рыльца без помощи каких-либо опылителей. [6]

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. [7] Без опылителей для ауткроссинга необходимость обеспечения репродуктивного успеха перевешивает возможные неблагоприятные последствия инбридинга. Такая адаптация может быть широко распространена среди [людей] в аналогичной среде.

Самоопыление мадагаскарской орхидеи Bulbophyllum bicoloratum происходит за счет ростеллума, который, возможно, восстановил свою стигматическую функцию как часть дистальной средней стигматической доли. [8]

Caulokaempferia coenobialis [ править ]

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. [9] Поперечный поток пленки пыльцы по стилю, по-видимому, обусловлен исключительно растекающими свойствами маслянистой эмульсии, а не силой тяжести. Эта стратегия, возможно, была разработана для того, чтобы справиться с нехваткой опылителей в чрезвычайно тенистых и влажных местах обитания C. coenobialis .

Capsella краснуха [ править ]

Capsella rubella (кошелек Ред Шепарда) [10] [11] - 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 [ править ]

Arabidopsis thaliana - это преимущественно самоопыляющееся растение, частота ауткроссинга в дикой природе оценивается менее чем в 0,3%. [12] Исследование показало, что самоопыление возникло примерно миллион лет назад или более. [13]

Возможные долгосрочные преимущества мейоза [ править ]

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 длительных периодов (то есть примерно в течение миллиона лет или более, как в случае A. thaliana ) [13], а не менее сложным и менее дорогостоящим бесполым методом. амейотический процесс получения потомства. Адаптивное преимущество мейоза, которое может объяснить его долгосрочное поддержание у самоопыляющихся растений, - это эффективная рекомбинационная репарация повреждений ДНК. [14] Это преимущество может быть реализовано в каждом поколении (даже если генетическая изменчивость не возникает).

См. Также [ править ]

  • Размножение
  • Опыление
  • Размножение однодольных

Ссылки [ править ]

  1. ^ Grossenbacher D, Бриско Runquist R, Голдберг Е.Е., Brandvain Y (2015). «Размер географического ареала определяется системой спаривания растений». Ecol. Lett . 18 (7): 706–13. DOI : 10.1111 / ele.12449 . PMID  25980327 .
  2. ^ Чарльзуорт D, Уиллис JH (2009). «Генетика инбридинговой депрессии». Nat. Преподобный Жене . 10 (11): 783–96. DOI : 10.1038 / nrg2664 . PMID 19834483 . S2CID 771357 .  
  3. Перейти ↑ Goodwillie C, Kalisz S, Eckert CG (2005). «Эволюционная загадка смешанных систем спаривания у растений: возникновение, теоретические объяснения и эмпирические данные». Анну. Rev. Ecol. Evol. Syst . 36 : 47–79. DOI : 10.1146 / annurev.ecolsys.36.091704.175539 .
  4. ^ Мунгуи-Росас М.А., Кампос-Наваррете МДж, Парра-Табла В (2013). «Влияние источника пыльцы по сравнению с типом цветка на производительность потомства и хищничество семян в условиях контрастного освещения в клейстогамной траве» . PLOS ONE . 8 (11): e80934. Bibcode : 2013PLoSO ... 880934M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0080934 . PMC 3829907 . PMID 24260515 .  
  5. ^ Райт SI, Калиш S, Слотта T (июнь 2013). «Эволюционные последствия самоопыления растений» . Proc. Биол. Sci . 280 (1760): 20130133. DOI : 10.1098 / rspb.2013.0133 . PMC 3652455 . PMID 23595268 .  
  6. ↑ Chen LJ, Liu KW, Xiao XJ, Tsai WC, Hsiao YY, Huang J, Liu ZJ (2012). «Пыльник наступает на рыльце для самооплодотворения у орхидеи-тапочки» . PLOS ONE . 7 (5): e37478. Bibcode : 2012PLoSO ... 737478C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0037478 . PMC 3359306 . PMID 22649529 .  
  7. ^ Лю КВт, Лю ZJ, Хуан L, Ли LQ, Чэнь LJ, Тан GD (июнь 2006). «Опыление: стратегия самоопыления орхидеи». Природа . 441 (7096): 945–6. Bibcode : 2006Natur.441..945L . DOI : 10.1038 / 441945a . PMID 16791185 . S2CID 4382904 .  
  8. ^ Gamisch A, Staedler YM, Schönenberger J, Fischer GA, приходит HP (2013). «Гистологические и микро-КТ доказательства восприимчивости стигматического ростка, способствующие автоопылению мадагаскарской орхидеи Bulbophyllum bicoloratum » . PLOS ONE . 8 (8): e72688. Bibcode : 2013PLoSO ... 872688G . DOI : 10.1371 / journal.pone.0072688 . PMID 23967332 . S2CID 5787057 .  
  9. Перейти ↑ Wang Y, Zhang D, Renner SS, Chen Z (сентябрь 2004 г.). «Ботаника: новый механизм самоопыления». Природа . 431 (7004): 39–40. Bibcode : 2004Natur.431 ... 39W . DOI : 10.1038 / 431039b . PMID 15343325 . S2CID 52858044 .  
  10. ^ Brandvain Y, Слотта Т, Hazzouri КМ, Райт С.И., Coop G (2013). «Геномная идентификация основополагающих гаплотипов раскрывает историю самоопыления вида Capsella rubella» . PLOS Genet . 9 (9): e1003754. arXiv : 1307.4118 . DOI : 10.1371 / journal.pgen.1003754 . PMC 3772084 . PMID 24068948 .  
  11. ^ Слотта Т, Hazzouri КМ, Агрен JA, Коениг D, Maumus Ж, Го Ю.Л., Штайге К, Platts А.Е., Эскобар JS, Ньюман ЛК, Ван Вт, Mandáková Т, Велло Е, Смит Л. М., Henz С. Р., Штеффен Дж, Takuno S, Brandvain Y, Coop G, Andolfatto P, Hu TT, Blanchette M, Clark RM, Quesneville H, Nordborg M, Gaut BS, Lysak MA, Jenkins J, Grimwood J, Chapman J, Prochnik S, Shu S, Rokhsar D, Шмутц Дж, Вайгель Д., Райт С.И. (июль 2013 г.). «Геном Capsella rubella и геномные последствия быстрой эволюции системы спаривания» . Nat. Genet . 45 (7): 831–5. DOI : 10.1038 / ng.2669 . PMID 23749190 . 
  12. ^ Abbott RJ, Gomes MF (1989). "Генетическая структура популяции и скорость ауткроссинга Arabidopsis thaliana (L.) Heynh" . Наследственность . 62 (3): 411–418. DOI : 10.1038 / hdy.1989.56 . S2CID 41914710 . 
  13. ^ a b Тан С, Тоомаджян С., Шерман-Бройлс С., Планьол В., Го Ю. Л., Ху Т. Т., Кларк Р. М., Насралла Дж. Б., Вейгель Д., Нордборг М. (август 2007 г.). «Эволюция самоопыления у Arabidopsis thaliana ». Наука . 317 (5841): 1070–2. Bibcode : 2007Sci ... 317.1070T . DOI : 10.1126 / science.1143153 . PMID 17656687 . S2CID 45853624 .  
  14. ^ Бернштейн Н, Хопфа Ф., Michod RE (1987). «Молекулярные основы эволюции пола». Adv Genet . Успехи в генетике. 24 : 323–70. DOI : 10.1016 / s0065-2660 (08) 60012-7 . ISBN 9780120176243. PMID  3324702 .