Учеба  ->  Науки  | Автор: | Добавлено: 2015-05-28

Взаимные приспособления растений и насекомых как важный фактор биологического разнообразия

Если б в поле расцвели, только белые цветы

Любоваться бы устали, ими вскоре я и ты.

Если б в поле расцвели только жёлтые цветы

Мы с тобой скучать бы стали от подобной красоты.

Хорошо, что есть ромашки, розы, астры, васильки,

Одуванчики и кашки, незабудки и жарки,

Как прекрасен мир цветной, разноцветный шар Земной.

/Б. Александров/

Меня с раннего детства привлекал этот удивительный мир природы. Часто мама брала меня с собой на экскурсию в парк или лес, где она изучала насекомых. Меня же интересовали всегда растения. Я всегда восхищалась огромным разнообразием цветов – их чудесными формами, красками и ароматами. Однажды мама сказала, что всей этой красотой мы обязаны существованию насекомых. Я долго не могла понять, причем здесь насекомые? Разве цветы созданы не для человека? Меня очень заинтересовал этот вопрос, и я решила предметом своего исследования выбрать растения и их цветы. Я считаю, что это тема очень интересная, и не ошиблась, когда познакомилась с этой проблемой шире.

С начала весны и до поздней осени цветут множество растений. Цветы растений различны по величине, форме, размеру и окраске венчика. У одних они одиночные, у других собраны в соцветия. После цветения развиваются плоды, в плодах созревают семена. Плоды и семена образуются лишь из тех цветков в которых произошло опыление и оплодотворение. Опылением называется перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика.

Различают два типа опыления: самоопыление, перекрестное и искусственное опыление. Рассмотрим эти типы.

Самоопыление

Самоопыление осуществляется когда пыльца переносится на рыльце пестика в одном и том же цветке. Классический пример самоопыления наблюдается у нераскрывающихся цветов (фиалки, льнянки, ячменя), либо на стадии, когда самоопыление происходит еще в закрытом бутоне, куда посторонняя пыльца также не может попасть (горох, фасоль и др. ) Предполагают, что цветки грушанки энтомофильны лишь в первой фазе цветения (мы наблюдали активное посещение грушанок шмелями), а в дальнейшем может произойти самоопыление.

Перекрестное опыление

Перекрестное опыление это опыление при котором пыльца с тычинок одного растения переносится на рыльце пестика другого растения. Существует несколько способов перекрестного опыления: с помощью ветра, воды и различных живых организмов.

Анемофилия – это ветроопыление, приспособление растений к опылению с помощью ветра. Так опыляются береза, осина, тополь, ольха, полынь, крапива и др.. Это самый древний способ опыления. Ветроопыляемые цветки неяркие, относительно непахучие и не образуют нектара. Лепестки их мелкие или вообще отсутствуют, но в них очень много пыльцы, обилие пыльцы это характерная особенность ветроопыляемых растений. Во время их цветения трава, почва, листья деревьев покрываются желтым налетом. Особенно хорошо это заметно на лужах, куда пыльца сдувается ветром или смывается дождем. Обеспечивается ветроопыление особым устройством цветков. У крапивы, например, тычиночные нити, закрученные в бутоны, при раскрывании цветка с силой раскручиваются и разбрасывают пыльцу из лопнувших пыльников; у злаков, конопли и др. пыльники сидят на длинных, высовывающихся из цветка легко раскачиваемых тычиночных нитях; у берёзы, орешника, осины и другие мужские соцветия - повислые, легко раскачиваемые серёжки. Растут анемофильные растения, как правило, большими зарослями, цветут ранней весной, до или одновременно с распусканием листьев, что облегчает улавливание пыльцы рыльцами. Пыльца может переноситься ветром на большие расстояния (до 60 км, а возможно и далее).

Гидрофолия – это перенос пыльцы в воде или по водной поверхности, встречается у относительно немногих водных растений. Это особый случай перекрестного опыления, обусловленный внешними условиями. Опыление втолще воды свойственно взморникам, роголистникам, наядам видам болотника инемногим другим водным растениям. У этих растений имеются особенные приспособления к опылению в воде. Цветки распускаются в воде, не выступая над ее поверхностью, а нитевидная форма и «червеобразное» состояние пыльцевых зерен повышают их плавучесть и шансы на опыление.

В перекрестном опылении растений огромную роль играют живые организмы. Например, орнитофилия – опыление с помощью птиц (колибри, нектарницы, цветочницы). Такой способ опыления характерен особенно для тропиков. Орнитофильными растениями являются такие известные растения, как эвкалипты, акации, фуксии, алоэ, некоторые виды кактусов имногие другие. Анализ литературных данный показал, что цветки, опыляемые птицами, характеризуются отсутствием запаха, что связано сослабо развитым уптиц обонянием. Зато птицы весьма чувствительны кцвету и,вотличие отнасекомых, хорошо различают красную окраску. Птицеопыляемые цветки отличаются ярким привлекающим цветом околоцветника или прицветных листьев, чаще всего красным или оранжевым, реже ссиневатым или фиолетовым оттенком. В строении тела ивповадках всех птиц-опылителей также отражена многовековая приспособленность копыляемым растениям. Мелкие птицы обычно порхают ввоздухе, посасывая нектар изцветков, несадясь наних. Благодаря высокой скорости иточности полёта иприспособленности многих представителей кпосещению всего одного вида растения такие птицы являются весьма эффективными опылителями; некоторые изних могут задень посетить многие тысячи цветков.

То жеможно сказать и об опылении летучими мышами. Хироптерофилия, как называют эту систему опыления, распространена втропиках. Тропические цветы, опыляемые мышами пахнут плесенью или гниющими фруктами, имеют светлую окраску, чтобы быть более заметными в ночное время среди темной листвы.

И все же особенно важную роль в опылении растений играют насекомые-опылители, этот тип опыления называют Энтомофилия. Именно насекомые сыграли выдающуюся роль в эволюции цветка. После того, как в процессе эволюции возникли цветки, 130 млн. лет назад, растения очень быстро приспособились к использованию для опыления насекомых, так как это наиболее надежный способ переноса пыльцы. Именно наличие большого количества пыльцы стало первым этапом привлечения насекомых к опылению. Её насекомые использовали в качестве пищи, ведь это питательный и калорийный корм!

Наши исследования пыльцы, подтвердили литературные данные о том, что в процессе эволюции у растений на уровне пыльцы возникли приспособления к различным способам опыления, так у энтомофильных растений пыльца крупнее, покрыта клейкими веществами, всевозможными шипиками, чтобы лучше держаться на волосках насекомых. У ветроопыляемых растений пыльца наоборот более мелкая, сухая и гладкая, чтобы могла легко выдуваться из пыльника.

Выделение нектара – это уже второй этап эволюции энтомофилии, когда наряду с пыльцой растения стали дополнительно вырабатывать для привлечения насекомых сладкий и ароматный продукт. Для привлечения насекомых служат нектарники цветковых растений. Чаще всего они находятся в цветках (у основания завязи, на лепестках и других частях). Приведем некоторые примеры. Нектарники у зонтичных растений лежат совершенно открыто и их цветки посещаются неспециализированными опылителями мухами, жуками, например, цветочными усачами. У шпорника, семейства лютиковых, нектар запрятан глубоко в шпорце, поэтому достать его могут лишь насекомые с длинным хоботком (бабочки); у болиголова пятнистого, семейства зонтичные, цветки мелкие, собранные в соцветие выделяют запах меда и привлекают насекомых (пчел), опыление может происходить жуками и мухами, так как нектарники лежат совершенно открыто.

У клевера лугового, семейства бобовых, нектарники клевера расположены у основания венчика, длина цветочной трубочки которого 10-12 мм. , так что достать его могут только тяжелые насекомые с длинным хоботком. Поэтому клевер опыляют исключительно шмели. Интересно, что завезенный европейцами в Австралию клевер отлично рос и великолепно цвел, однако семян у него не было. Пришлось доставить в Австралию и шмелей, после чего клевер начал давать хорошие урожаи семян.

Шмель, доставая нектар хоботком, опирается передними ногами на крылья цветка, которые при этом отодвигаются назад, вперед высовываются пыльники и рыльце. Брюшко насекомого обмазывается пыльцой, а рыльце получает порцию пыльцы, принесенной с другого цветка.

Некоторые растения обладают запахом гниющего мяса, который привлекает насекомых, питающихся падалью; арум (Arum maculatum) привлекает навозных мух.

Кроме этих приспособлений у растений стали появляться различные окраски венчика. У энтомофильных растений цветки крупные, с ярко окрашенными лепестками, что привлекает насекомых. Если же цветки мелкие, то они собраны в соцветие. Насекомые воспринимают лучи ультрафиолетовой области спектра, невидимые для человека, а поэтому цветки, кажущиеся человеку белыми, насекомые могут воспринимать как окрашенные. Часто на лепестках имеются полоски, пятнышки или более интенсивно окрашенные участки, указывающие насекомым путь к нектарникам; они есть у фиалок, анютиных глазок. Нами также изучены различные предпочтения насекомых опылителей к окраскам венчика, данные отражении в таблице1.

Цветовое предпочтение насекомых опылителей

Насекомые-опылители

Окраска венчика бабочки жуки клопы пчелиные мухи

Красная, желтая, Белая или зеленая белая Белая, желтая, Желтая, синяя, фиолетовая синефиолетовая окраска голубая венчика

Один из сложных и странных механизмов для обеспечения перекрестного опыления обнаружен у некоторых орхидей, цветки которых по форме и окраске и даже запаху подражают самкам ос-сфексов и притом настолько убедительно, что сфексы-самцы пытаются ухаживать за цветками. При этих попытках насекомое стряхивает с себя пыльцу на цветок, а затем, покидая его, уносит на себе его пыльцу, которая передает потом другому цветку.

Таким образом, в результате процесса эволюции между цветками и насекомыми сложились тесные взаимоотношения. Насекомые получают от цветков пищу в виде нектара, а иногда пыльцы. Все приспособления цветка нацелены на одно – привлечения насекомых для опыления. Но при энтомофилии эволюционировали не только цветки, но и сами насекомые, так за счет питания нектаром произошли изменения ротового аппарата, у пчел, шмелей и бабочек возник хоботок, которым стало удобно добывать нектар со дна длинных трубчатых цветков. Все эти взаимные приспособления растений и насекомых привели к появлению такого биологического разнообразия.

3. Взаимоотношения насекомых-опылителей и растений в условиях Челябинской области

Он гудел, сластена старый,

С каждым запахом знаком,

Чтоб в цветочек, словно в чару,

Погрузиться хоботком.

/Н. Кончаловский/

Отдельным аспектом нашей работы послужили исследования взаимоотношений насекомых-опылителей и растений в условиях Челябинской области.

Мы в различных экосистемах наблюдали и собирали в коллекцию насекомых опылителей. Нами выявлено, что насекомые опылители Челябинской области относятся к 5 отрядам: чешуекрылые (бабочка), перепончатокрылые (шмели, пчелы, осы, пилильщики, муравьи), двукрылые (мухи-журчалки), жесткокрылые или жуки (цветочные усачи, листоеды, хрущи) и полужесткокрылые (клопы).

Мы заметили, что пчелиные – самые совершенные и надежные опылители растений. Среди них шмели выделяются как уникальные и незаменимые опылители сельскохозяйственных культур.

У этих крупных насекомых очень длинные хоботки - до 19,25 мм (длина хоботка медоносных пчел не превышает 7,5 мм). Такое строение ротового аппарата позволяет шмелям опылять растения с очень длинными цветочными трубками, например, клевер. Наши наблюдения показали, что шмели наиболее предпочитают посещать растения 4 семейства (сложноцветные, губоцветные, бобовые, норичниковые). А есть семейства растений, которые шмели посещают редко. К ним относятся крестоцветные, гвоздичные, лилейные, зонтичные, вьюнковые и некоторые другие.

У шмелей высокая скорость работы, кроме того, они активны даже в пасмурную погоду и намного миролюбивее медоносных пчел.

Выбор нами учетной площадки, для изучения суточной активности опылителей был не случаен, это участок луговой растительности с доминированием клевера. Кроме этого на этой поляне цвела лапчатка и подорожник, поэтому кроме шмелей были зарегистрированы такие опылители как пчелы и мухи журчалки. Однако в учетные часы доминировали всегда шмели.

Динамика суточной активности насекомых опылителей в условиях Челябинской области (17. 06. 2010)

7. 00 9. 00 11. 00 13. 00 15. 00 17. 00 19. 00 21. 00 23. 00 T, º С 17 19 25 30 38 32 26 26 20 шмели 0 1 9 11 5 7 4 2 0 пчелы 0 0 9 15 13 6 5 0 0 Мухи-журчалки 0 0 6 6 4 4 1 0 0

Анализируя график суточной активности опылителей, можно отметить, что в 7. 00 опылители не были отмечены, т. к. на растениях еще была роса, повышение активности в дневные часы (11. 00 − 13. 00) можно объяснить тем, что на данный период приходится максимальное количество распустившихся цветков растений, однако с повышением температуры воздуха до 38ºС активность насекомых (шмелей) начала снижаться, хотя число распустившихся цветков было максимальным. Наибольшее число опылителей отмечено при температуре 25 - 30о С. Анализ литературных данных показал, что повышение температуры более 30о С влечет за собой снижение выделения клевером нектара, поэтому активность шмелей с 13. 00 стала снижаться, т. к. температура воздуха к 15. 00 достигла суточного максимума 38о С, а активность пчел и мух продолжала быть максимальной и в 15. 00. Так же следует отметить, что у шмелей рабочий день начинается раньше, а заканчивается позже других опылителей, даже в 21. 00 наблюдалась работа шмелей, тогда как других опылителей уже не было.

Кроме этого мы отметили, что во время сбора пыльцы и нектара шмели вначале посещают все раскрытые цветки на одном растении, затем перелетают на другое. У шмелей высокая скорость работы, на одном цветке клевера обыкновенного шмель проводит примерно 5-10 секунд.

На сегодняшний день в фауне Челябинской области насчитывается 26 видов шмелей. Однако численность шмелей постоянно снижается. К такому явлению приводит освоение территорий, применение удобрений, использование тяжелой техники для различных сельскохозяйственных работ, в ходе которых гнезда диких опылителей, расположенные на земле или в земле, просто раздавливаются. Некоторые места обитания опылителей исчезают под воздействием чрезмерного выпаса скота или массового посещения людьми. Сокращение численности многих видов опылителей немедленно сказывается на состоянии некоторых растений, прежде всего на урожайности сельскохозяйственных культур. В этой связи особенно остро стоит вопрос о сохранении видового разнообразия и преумножении численности шмелей на территории Челябинской области. Вот почему все виды шмелей включены в Красную книгу Челябинской области (за исключением шмеля степного) и требуют нашей заботы и охраны. А эффективные мероприятия по охране этих насекомых возможны лишь при всестороннем знании их биологии и экологии.

Таким образом, наше исследование положило основу для дальнейшего комплексного изучения насекомых опылителей Челябинской области и разработке мер их охраны.

1. Нами было проанализировано 10 источников биологической литературы по проблеме исследования.

2. Изучили новые биологические термины: опыление, энтомофилия, анемофилия, гидрофилия, хироптерофилия, орнитофилия, эволюция.

3. Выяснили, что существуют три типа опыления: самоопыление, перекрестное и искусственное опыление. Выявили приспособления растений к каждому типу и способу опыления.

4. Нами были выполнены, изучены микропрепараты пыльцы 11 видов растений, и выполнены их рисунки.

5. Изучена динамика суточной активности посещения цветов растений опылителями. Выявлено, что пик активности насекомых – опылителей (шмелей) приходится на 11. 00 − 13. 00, при условии питания на клевере.

6. Собрана и оформлена коллекция насекомых-опылителей Челябинской области. Собран и оформлен гербарий растений (цветков) растений. Рисунки, коллекцию и гербарий можно использовать в качестве наглядного пособия на уроках «Окружающий мир» и «Ботаника».

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)