Цветок и его морфологическое строение

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

О. А. Порхунцова, Н. А. Дуктова, О. А. Цыркунова

БОТАНИКА

РЕПРОДУКТИВНЫЕ ОРГАНЫ ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ

РАСТЕНИЙ

Рекомендовано учебно-методическим объединением

По образованию в области сельского хозяйства в качестве

Учебно-методического пособия для студентов учреждений

Высшего образования, обучающихся по специальностям

Агрономия, 1-74 02 02 Селекция и семеноводство,

Защита растений и карантин,

Плодоовощеводство, 1-74 02 05 Агрохимия

И почвоведение, 1-33 01 06 Экология сельского хозяйства

Горки

БГСХА

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

О. А. Порхунцова, Н. А. Дуктова, О. А. Цыркунова

БОТАНИКА

РЕПРОДУКТИВНЫЕ ОРГАНЫ ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ

РАСТЕНИЙ

Рекомендовано учебно-методическим объединением

по образованию в области сельского хозяйства в качестве

учебно-методического пособия для студентов учреждений

высшего образования, обучающихся по специальностям

1-74 02 01 Агрономия, 1-74 02 02 Селекция и семеноводство,

1-74 02 03 Защита растений и карантин,

1-74 02 04 Плодоовощеводство, 1-74 02 05 Агрохимия

и почвоведение, 1-33 01 06 Экология сельского хозяйства

Горки

БГСХА

УДК 581.46/.48:582.5(075.8)

ББК 28.56я73

П59

Одобрено методическими комиссиями агрономического

агроэкологического факультетов 27.09.2011 г. (протокол № 1)

и Научно-методическим советом БГСХА 28.09.2011 г. (протокол № 1)

Авторы:

кандидаты сельскохозяйственных наук, доценты

О. А. Порхунцова, Н. А. Дуктова;

старший преподаватель О. А. Цыркунова

Рецензенты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор К. В. Коледа;

кандидат сельскохозяйственных наук С. С. Небышинец

УДК 581.46/.48:582.5(075.8)

ББК 28.56я73

ISBN 978-985-467-406-3 © УО «Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия», 2013

ВВЕДЕНИЕ

Ботаника – наука о растениях, их структуре, жизнедеятельности, распространении. На Земле насчитывается свыше 500 тыс. видов растений, из них 200 тыс. покрытосеменных. Репродуктивные органы растений являются наиболее высокоспециализированными образованиями, выполняющими функцию воспроизведения организма.

Если у споровых растений процесс бесполого и полового размножения разобщен, то у покрытосеменных эти процессы совмещены в цветке. В обоеполом цветке осуществляются микроспорогенез и мегаспорогенез, микрогаметогенез и мегагаметогенез, опыление, оплодотворение и развитие зародыша, завершающиеся образованием плода с семенами. Особенности строения цветка обеспечивают осуществление всех этих функций с наименьшими затратами пластических веществ и энергии.

Практическое значение цветков и соцветий определяется их привлекательным внешним видом и ароматом. Многие цветки содержат ароматические эфирные масла, применяемые в парфюмерии и медицине. В медицине используют также цветки ромашки аптечной, липы, календулы, бутоны софоры японской – источник промышленного получения витамина Р (рутина) и др. Цветки ряда видов применяются для ароматизации вин и табаков. Например, цветки донника лекарственного, содержащие кумарин, добавляют во многие сорта табака. Из цветков календулы, рылец шафрана посевного и сафлора красильного получают пищевые красители. Зеленые бутоны каперсов колючих, бутоны гвоздики используют как приправу. Бутоны нескольких видов бананов используют как овощи. Из нектара цветков липы, фацелии пижмолистной, гречихи съедобной получают разные сорта меда. Препараты из пыльцы растений стали использовать в медицине.

Плоды и семена широко используются человеком как продукты питания, в технике, медицине и животноводстве. Пищевое использование плодов и семян связано с тем, что в них в большом количестве накапливаются запасные вещества и витамины. Во многих плодах концентрируются вторичные метаболиты – алкалоиды, терпеноиды, фенольные соединения. Это делает их особенно важными для медицины.

ЦВЕТОК И ЕГО МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

Цветок (лат. flos, греч. anthos) – это репродуктивный орган покрытосеменных растений. Главная роль цветка заключается в том, что в нем полностью совмещены все процессы бесполого и полового размножения. Большинство ботаников используют следующее определение:

цветок – это видоизмененный, укороченный, ограниченный в росте, неразветвленный спороносный побег, предназначенный для образования спор, гамет и полового процесса, завершающегося образованием семян и плода.

Цветок является уникальным образованием по своей природе и функциям, он также разнообразен в деталях строения, по окраске и размерам. Известны крошечные цветки – около 1 мм в диаметре (семейство Рясковые), и одновременно существуют цветки-гиганты, как у раффлезии Арнольда (Rafflesia arnoldii). Цветок этого растения (остров Калимантан) достигает 1 м в диаметре и является самым крупным среди покрытосеменных растений.

Цветок возникает из конуса нарастания цветочного побега. Листочки околоцветника, тычинки и пестики последовательно закладываются в виде бугорков верхушечной меристемы. Первоначально процессы формирования и развития цветочных структур осуществляются в цветочной почке. Цветочная почка обычно состоит из почечного покрова (перулы), образованного почечными чешуями, которые плотно окружают молодой цветок, или бутон. Иногда покров отсутствует и бутон защищают молодые листья, плотно облегающие отдельные цветки или целые соцветия.

По положению цветки бывают верхушечными или боковыми. При боковом положении цветок выходит из пазухи видоизмененного или невидоизмененного прицветного листа (прицветника).

Морфологические части цветка имеют стеблевое и листовое происхождение. Стеблевая часть цветка представлена цветоножкой и цветоложем, листовая часть – это околоцветник, тычинки и пестики.

Цветоножка – это участок побега между цветком и прицветником. Если цветоножка укорочена или отсутствует, цветок называют сидячим, (подорожник, клевер) (рис. 1).

Цветоложе – это верхняя расширенная часть цветоножки, к которой прикрепляются все части цветка. Оно может иметь различную форму: плоскую (пион), коническую (лютик), удлиненную (магнолия, земляника), вогнутую (роза, вишня).

Рис. 1. Схема строения цветка:

1 – рыльце; 2 – завязь; 3 – столбик; 4 – семязачаток; 5 – тычиночная нить;

6 – связник; 7 – пыльник; 8 – пыльник в разрезе; 9 – пыльцевые зерна;

10 – лепесток; 11 – чашелистик; 12 – цветоложе; 13 – цветоножка;

14 – прицветник; 15 – прицветничек

У некоторых цветков различают гипантий. Гипантий – это особая бокальчатая структура, которая образуется в результате срастания цветоложа, нижних частей околоцветника и тычиночных нитей. Он характерен для представителей семейства Розовые и некоторых видов бобовых. У отдельных растений гипантий участвует в формировании плода (шиповник).

На цветоложе все части цветка могут располагаться следующим образом:

а) кругами, или мутовками (циклический цветок);

б) по спирали (ациклический цветок) – у таких цветков число каждой из частей обычно неопределенное;

в) полумутовчато (гемициклический цветок) – круговое расположение одних частей цветка сочетается со спиральным расположением других.

Для большинства растений характерны четырехкруговые и пятикруговые циклические цветки. Например, у гвоздичных чашелистики расположены в один круг, лепестки – в один, тычинки – в один или два, пестики – в один круг (всего 4–5 кругов).

Части цветка принято делить на две группы:

1) стерильные – околоцветник;

2) репродуктивные (фертильные) – тычинки, пестик (пестики).

Околоцветник – это стерильная часть цветка, которая состоит из чашечки и венчика. Различают два типа околоцветников:

1) двойной – состоит из чашечки и венчика (горох);

2) простой – состоит из совокупности однородных листков (не дифференцирован на чашечку и венчик). Простой околоцветник может быть чашечковидным, состоящим из листков зеленого цвета (свекла, щавель) и венчиковидным, имеющим яркую окраску листков (тюльпан, гречиха).

Также есть цветки, у которых околоцветник редуцирован и представлен в виде щетинок (камыш) или волосков (пушица) либо он отсутствует (ива, тополь). Цветок, который не имеет околоцветника, называется голым или беспокровным. Редукция околоцветника связана с приспособлением к ветроопылению.

Чашечка состоит из чашелистиков, чаще всего окрашенных в зеленый цвет, которые образуют наружный круг околоцветника. Число чашелистиков в цветке варьирует от двух (семейство маковых) до неопределенного числа (семейство чайных), у большинства двудольных их чаще четыре или пять.

Чаще всего чашечка состоит из одного круга чашелистиков, но иногда образуется второй круг. Его называют подчашием (мальвовые, розовые). Листочки подчашия гомологичны прилистникам. Чашечка возникла в результате видоизменения верхних прицветных листьев.

Главная функция чашечки – защита внутренних частей цветка до раскрывания бутона (усыхание, низкие температуры). При распускании цветка или во время цветения чашечка иногда опадает (семейство Маковые) или отгибается и становится малозаметной. Однако часто она видоизменяется, приобретая новые функции, которые связаны с распространением плодов и семян. В семействе яснотковых чашечка служит вместилищем для дробного плода; у астровых она превращена в хохолок (паппус), который способствует распространению плодов ветром. У череды на чашечке образуются крючочки, которые сохраняются при плодах. С помощью крючочков плоды цепляются за шерсть животных.

Иногда чашечка ярко окрашена (аконит, фуксия, сокирки) и выполняет или усиливает функцию венчика в привлечении насекомых-опылителей. В этом случае нередко венчик редуцирован до нектарников (морозник, живокость). В некоторых случаях чашечка слабо развита (сельдерейные, валериановые).

Различают два типа чашечек:

1) свободнолистная (раздельнолистная) – все чашелистики свободные, несросшиеся (капуста, лютик);

2) сростнолистная (спайнолистная) – чашелистики частично или полностью сросшиеся между собой. В такой чашечке выделяют трубку, зубцы, или лопасти, и доли в зависимости от степени срастания чашелистиков, число которых соответствует числу чашелистиков. По форме трубки различают трубчатую (каланхоэ трубкоцветное), колокольчатую (яснотка белая) и воронковидную (рафиолепсис зонтичный) чашечки. У некоторых яснотковых (шлемник, бобовник) чашечка называется двугубой, так как она расчленена на две неравные части, каждая из которых именуется губой.

Венчик состоит из лепестков и образует внутреннюю часть двойного околоцветника. В процессе эволюции лепестки произошли от тычинок, которые потеряли свои пыльники. Число лепестков может быть неопределенным, но чаще равно четырем, пяти или трем. Венчик определяет облик цветка. Он содействует его опылению, привлекая насекомых-опылителей своей окраской, размерами или характерной формой. Благодаря яркой окраске лепестков он способен отражать часть спектра солнечных лучей, предохраняя тем самым репродуктивные части цветка от перегрева. Закрываясь на ночь, венчик, напротив, создает камеру, препятствующую чрезмерному охлаждению цветка или повреждению его холодной росой. В отдельных случаях венчик полностью редуцирован, и тогда его функции переходят к чашечке.

Окраску лепестков венчика определяют различные пигменты: антоциан (розовая, красная, синяя, фиолетовая), каротиноиды (желтая, оранжевая, красная), антохлор (лимонно-желтая), антофеин (коричневая). Белая окраска связана с отсутствием каких-либо пигментов и отражением световых лучей.

Аромат цветков создают летучие вещества, главным образом эфирные масла, которые образуются в клетках эпидермы лепестков и листков околоцветника, а у некоторых растений – в осмофорах (различной формы железки, имеющие секреторную ткань). Выделяющиеся эфирные масла обычно сразу испаряются.

Различают два типа венчиков (рис. 2):

1) свободнолепестной (раздельнолепестной) – все лепестки свободные, несросшиеся. Древнейшие из ныне живущих покрытосеменных растений (магнолиевые, лютиковые, нимфейные) являются свободнолепестными. У представителей более развитых семейств (бобовые, гвоздичные) в лепестке различают две части: а) ноготок – нижняя суженная часть; б) пластинка (отгиб) – верхняя расширенная часть, которая расположена под прямым углом к ноготку;

2) сростнолепестной (спайнолепестной) – лепестки частично или полностью сросшиеся между собой. Сростнолепестные венчики свойственны, как правило, насекомоопыляемым растениям. В них различают три морфологические части: а) трубка – нижняя сросшаяся часть; б) отгиб – верхняя расширенная часть; в) зев – место перехода трубки в отгиб. В зеве иногда располагаются различного рода выросты и придатки в виде чешуек, зубчиков, валиков (бурачниковые, гвоздичные, горечавковые). Они препятствуют проникновению воды и нежелательных насекомых в основание трубки. Длина трубки различна и отражает особенности механизма опыления. Увеличение длины трубки (до 20–25 см у тропических видов дурмана) связано с приспособлением к опылению длиннохоботковыми бабочками и птицами.

Лепестки венчика либо более или менее одинаковы (лютик, малина, яблоня), либо различаются по величине и форме (бобовые, фиалковые). Сюда же следует отнести образование полых выростов у лепестков – шпорцев (живокость, аконит, льнянка, львиный зев), связанное с особенностями опыления. В полости шпорца накапливается нектар, который выделяется его стенкой или специальными нектарниками.

Рис. 2. Видоизменения лепестков (примеры):

А – ноготковый лепесток (коронария кукушкин цвет); Б – сидячий лепесток с нектарной ямкой в основании (лютик едкий); В – сидячий лепесток с цилиндрическим шпорцем в основании (пальцекорник мясокрасный); 1 – ноготок; 2 – отгиб; 3 – придаток (доли привенчика); 4 – чешуйка, прикрывающая нектарную ямку; 5 – цилиндрический шпорец; 6 – вход в шпорец

В полости шпорца накапливается нектар, который выделяется его стенкой или специальными нектарниками.

В отдельных случаях (виноградные, миртовые) лепестки могут срастаться верхушками, оставаясь в основании свободными. При распускании цветка такой околоцветник часто опадает в виде крышечки (калиптры). У таких растений насекомых привлекают многочисленные яркоокрашенные тычинки.

Одной из характерных черт околоцветника является симметрия. По данному признаку цветки делят на три морфологические группы (рис. 3):

1) актиноморфные (правильные) – через околоцветник можно провести две и более плоскости симметрии (капустные, гвоздичные, первоцветные);

2) зигоморфные (неправильные) – через околоцветник можно провести лишь одну плоскость симметрии (бобовые, яснотковые);

3) асимметричные (несимметричные) – через околоцветник нельзя провести ни одной плоскости симметрии (валериана лекарственная, канна, каштан конский, орхидея).

Рис. 3. Типы симметрии цветка:

1 – актиноморфный (правильный) цветок; 2 – зигоморфный (неправильный) цветок

Актиноморфные свободнолепестные венчики различаются числом лепестков, их расположением и наличием или отсутствием ноготка. Формы актиноморфных сростнолепестных венчиков различаются длиной трубки, формой и величиной отгиба (рис. 4):

1) колесовидный – трубка мала или практически отсутствует, а отгиб развернут почти в одну плоскость (незабудка, вероника);

2) воронковидный – трубка крупная воронковидная, отгиб небольшой (табак, дурман);

3) трубчатый – трубка цилиндрическая с прямостоячим коротким отгибом (подсолнечники, другие астровые); частным случаем является трубчатый венчик с блюдцевидным широким отгибом (сирень, нарцисс);

4) колокольчатый – трубка сферическая, чашеобразная, постепенно переходящая в малозаметный отгиб (колокольчик, ландыш);

5) колпачковый – лепестки срастаются верхушкой (виноград).

Рис. 4. Основные формы сростнолепестных венчиков:

А – трубчатый с блюдцевидным отгибом (нарцисс); Б – воронковидный (табак); В – двугубый (яснотка белая); Г – колесовидный (вероника дубравная); Д – колокольчатый (колокольчик репчатовидный); E – трубчатый (подсолнечник); Ж – язычковый (календула лекарственная); И – воронковидный (василек синий); К – колпачковый (виноград); 1 – трубка венчика; 2 – отгиб; 3 – зев; 4 – привенчик (коронка); 5 – завязь; 6 – прицветный лист; 7 – тычинки; 8 – чашелистик; 9 – венчик, опадающий в виде колпачка

Зигоморфные венчики часто имеют особую форму, которая является хорошим морфологическим признаком вида, рода или даже семейства (мотыльковый тип венчика у бобовых). Среди зигоморфных сростнолепестных венчиков чаще всего встречаются:

1) двугубый – отгиб состоит из двух частей: верхней и нижней губы (яснотковые, норичниковые);

2) язычковый – от трубки отходят сросшиеся лепестки в виде язычка (одуванчик, календула);

3) шпористый – лепестки образуют полый вырост – шпорец (сокирки, льнянка); шпористый венчик может быть и актиноморфным (водосбор).

Фертильная (репродуктивная) часть цветка представлена андроцеем и гинецеем.

Андроцей – это совокупность тычинок одного цветка.

Гинецей – это совокупность плодолистиков, образующих один или несколько пестиков одного цветка.

По признаку наличия фертильных частей (тычинок, пестиков) цветки классифицируют на группы:

1) обоеполые – это цветки, которые имеют тычинки и пестики (более 70 % покрытосеменных имеют обоеполые цветки);

2) однополые – это цветки, имеющие только тычинки или только пестики. Соответственно, однополые цветки могут быть женскими (пестичными), которые имеют пестики, и мужскими (тычиночными), которые имеют только тычинки.Однополые цветки могут размещаться как на одном, так и на разных экземплярах одного растения.

В связи с этим различают:

однодомные растения, у которых тычиночные и пестичные цветки расположены на одном и том же экземпляре (кукуруза, огурец, арбуз, ольха). Однодомные растения составляют 5–8 %;

двудомные растения, у которых тычиночные и пестичные цветки развиваются на разных экземплярах, т. е. различают женские и мужские растения (конопля, облепиха, осина, щавель кислый). Двудомных растений всего 3–4 %;

многодомные растения, у которых наряду с обоеполыми цветками есть и однополые (гречиха, ясень, клен). Таких растений 10–20 %.

Большинство ботаников полагают, что у наиболее древних покрытосеменных цветки были обоеполыми, а раздельнополые цветки возникли позднее из обоеполых. Основная причина перехода обоеполых цветков в раздельнополые – приспособление к более надежному перекрестному опылению. Часто возникают стерильные цветки, которые размещаются по периферии соцветия и предназначены для привлечения насекомых-опылителей.