Цветочная биология - Floral biology

Цветочная биология это область экологических исследований, изучающая эволюционные факторы, которые сформировали структуры, поведение и физиологические аспекты, участвующие в цветение растений. Эта область обширна и междисциплинарна и включает в себя исследования, требующие опыта в нескольких дисциплинах, которые могут включать ботанику, этологию, биохимию, энтомологию и ряд аналитических методов. Несколько более узкая область исследований в области биологии цветов иногда называется биологией опыления или антекология.[1]

Цветы - это конструкции, которые производятся покрытосеменные 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 размера цветов, их структуры и характера вознаграждения, а также способ передачи и восприятия этих сигналов потенциальными опылителями обычно исследуются с точки зрения понесенных затрат и получаемых выгод. В время цветения, продолжительность цветения и способ, которым они перестают функционировать после того, как они выполняют свою роль, - все это области исследований в области биологии цветов.[2]

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

История отрасли

Обложка книги Шпренгеля 1793 г.

Начало области биологии цветов обычно восходит к Кристиан Конрад Шпренгель с Entdeckte Geheimniss der Natur im Bau in der Befruchtung der Blumen (Открыт секрет природы в форме и оплодотворении цветов) (1793).[3] Однако на Шпренгеля, возможно, повлияли более ранние работы Йозеф Готлиб Кёльройтер в 1761 г.[4] Шпренгель начал свои исследования в 1787 году, начав с деревянного журавля. Герань сильватическая. Он отметил, что нижние части лепестков были покрыты мягкими волосками. Он верил в мудрость «Создателя» и в то, что ни один труд не может быть 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 Аристолохия пойманные насекомые. Его книга включала двадцать пять иллюстраций. Работу Шпренгеля положительно оценили Карл Людвиг Вильденов который включил некоторые результаты в свои 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. Работа Шпренгеля подверглась критике со стороны Иоганна Вольфганга Гете. Однако работа Шпренгеля получила более широкое освещение в англоязычном мире только после Чарльз Дарвин поверил ему в его Удобрение орхидей (1862).[7][8]

Аспекты

Цветущие растения, покрытосеменные, появились сравнительно недавно среди растений. Самые старые цветочные структуры датируются примерно 140 миллионами лет назад. После этого периода цветковые растения претерпели значительное разнообразие. Дарвин увидел 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 двусторонней симметрии или зигоморфии. Считается, что привлечение насекомых-опылителей с помощью визуальных сигналов оказало влияние на эволюцию зигоморфии.[9]

Самые ранние группы цветковых растений среди Магнолииды и семьи Choranthaceae, Ceratophyllaceae, Nymphaeaceae, Annonaceae, и Aristolochiaceae являются бисексуальными, в них присутствуют как мужские, так и женские части, которые 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 механизм синхронизации или дихогамия был главным образом выражен протогиния или раннее созревание женских частей и лишь в редких случаях протандрия или раннее созревание мужских частей.[10] Ранние цветы были в основном плоскими и чашевидными, а развитие более глубоких трубок венчика было более поздним нововведением и в основном ассоциировалось 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. Грозди 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 связи, особенно для спаривания.[14] В классическом случае орхидей в роду Офрис летучие вещества имитируют женский половой феромон пчел, которые пытаются совокупиться с цветком и тем самым опылить их.[15] Изучение эволюции летучих химикатов в жуках-скарабеях и цветах, привлекающих 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 четкие закономерности, например цветы, опыляемые птицами преимущественно красные, в то время как ночные растения обычно белые. 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Персиваль, Мэри (2013). Цветочная биология. Эльзевир.
  2. ^ Ллойд, Дэвид Дж .; Барретт, Спенсер К. Х., ред. (1996). Цветочная биология. Исследования эволюции цветков у растений, опыляемых животными. ISBN  9781461284949.
  3. ^ Уиллис, Джон К. (1895). «Современное положение биологии цветов». Прогресс науки (1894-1898). 4 (21): 204–215. JSTOR  43768737.
  4. ^ Кёльройтер, 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. Дои:10.3372 / wi.31.31113.
  6. ^ Васер, Николас М .; Цена, Мэри В. (1985). «Влияние нектара на предпочтение опылителей: экспериментальные исследования с горной травой» (PDF). Oecologia. 67: 121–126. Дои:10.1007 / bf00378462.
  7. ^ Бернхардт, Питер (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. Дои:10.1016 / j.optlastec.2005.06.020.
  9. ^ Буш, Андреа; Зачго, Сабина (2009). «Эволюция цветочной симметрии: к пониманию отвратительной тайны радиации покрытосеменных». BioEssays. 31 (11): 1181. Дои:10.1002 / bies.200900081. PMID  19847818.
  10. ^ Эндресс, П. К. (2010). «Эволюция биологии цветков базальных покрытосеменных». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 365 (1539): 411. Дои:10.1098 / rstb.2009.0228. ЧВК  2838258. PMID  20047868.
  11. ^ Нильссон, Л. Андерс (1988). «Эволюция цветков с глубокими трубками венчика». Природа. 334 (6178): 147. Дои:10.1038 / 334147a0.
  12. ^ Bawa, K.S .; пляж, J.H. (1981). «Эволюция половых систем у цветковых растений» (PDF). Летопись ботанического сада Миссури. 68 (2): 254–274. JSTOR  2398798.[постоянная мертвая ссылка ]
  13. ^ Паркин, Дж. (1914). «Эволюция соцветия». Журнал Линнеевского общества Лондона, ботаника. 42 (287): 511. Дои:10.1111 / j.1095-8339.1914.tb00888.x.
  14. ^ Шистл, Флориан П. (2010). «Эволюция цветочного аромата и химической связи насекомых». Письма об экологии. 13 (5): 643–56. Дои:10.1111 / j.1461-0248.2010.01451.x. PMID  20337694.
  15. ^ Schiestl, Florian P .; Аяссе, Манфред; Paulus, Hannes F .; Лёфстедт, Кристер; Hansson, Bill S .; Ибарра, Фернандо; Франк, Виттко (1999). «Опыление орхидей половым мошенничеством». Природа. 399 (6735): 421. Дои:10.1038/20829.
  16. ^ Schiestl, Florian P .; Дёттерль, Стефан (2012). «Эволюция цветочных запахов и обонятельных предпочтений у опылителей: коэволюция или предсуществующее предубеждение?». Эволюция. 66 (7): 2042. Дои:10.1111 / j.1558-5646.2012.01593.x. PMID  22759283.
  17. ^ Вайс, Марта Р. (1995). «Изменение цвета цветов: широко распространенное функциональное слияние» (PDF). Американский журнал ботаники. 82 (2): 167–185. Дои:10.1002 / j.1537-2197.1995.tb11486.x. JSTOR  2445525. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-03-20. Получено 2017-03-19.