Комахоїдні рослини. Серед всіх квіткових рослин, ймовірно, самі незвичайні - т.з. комахоїдні або м'ясоїдні, здатні ловити дрібних тварин і використовувати їх в їжу. Такі види відомі в декількох сімействах, і ловецькі пристосування у них різні.
Так, росянки (Drosera) утримують необережних комах липким секретом безлічі залізистих волосків, що покривають верхню поверхню їх листя. Жертва не тільки прилипає до тих волосків, до яких вже торкнулася, але і вимушує пригинатися до неї сусідні волоски, що робить хватку справді мертвою. У Венериної мухоловки (Dionaea) листя складається з двох половинок, які різко закриваються, коли здобич доторкається до спеціальних чутливих волосків на їх поверхні. Краї листя несуть що стирчать вгору зубчики і, зближуючись, як гратами відділяють ними жертву від зовнішнього світу. У видів Sarracenia, Darlingtonia і Nepenthes листові пластинки перетворені на ловецькі глеки, всередину яких комах заманюють солодкі виділення. Вилізти назад жертві не дозволяють направлені вниз шипики, луски і т.п., що перекриваються, вирости листа, так що врешті-решт вона тоне в тій, що скопилася на дні пастки рідини, що полягає іноді в основному з дощової води. Пухирчатка (Utricularia) - підводна рослина, на зануреному листі якої знаходяться ловецькі пухирці з тим, що відкривається тільки всередину клапаном: в них потрапляють дрібні водні тварини. Принаймні деякі з таких пухирців виділяють сік, що переварює білки жертви. В результаті комахоїдні рослини, ймовірно, менш, ніж інші види, залежать від ґрунтового неорганічного азоту, необхідного для синтезу їх власних білків.
Квіткові рослини, або Покритонасінні (лат. Magnoliophyta, або Angiospermae) - відділ вищих рослин, відмітною особливістю яких є наявність квітки як орган статевого розмноження; ще одна істотна особливість квіткових рослин - подвійне запліднення.
Число видів Покритонасінних, за даними Angiosperm Phylogeny Website на лютий 2010 року, складає 271 - 272 тисячі, число родів - 13350 - 13400. По числу видів квіткові рослини значно перевершують всю решту груп вищих рослин, разом узяті. Число сімейств і порядків сильно відрізняється залежно від класифікацій; Система класифікації APG III (2009) виділяє 414 сімейств, які, у свою чергу, з'єднані в 59 порядків.
Покритонасінні, разом з голонасінневими (Gymnospermae) складають одну з двох груп насінних рослин (Spermatophytae). Більшість сучасних рослин належать до відділу Покритонасінні, або Квіткові. Найхарактернішою ознакою цих рослин є наявність квітки та зав'язі, що оточує насіння.
Покритонасінні посідають найважливіше місце поміж усіх сучасних рослин. Це найпоширеніша в сучасну геологічну епоху група рослин на земній кулі. Вона є домінуючою на суші та найважливішою за тією роллю, яку представники цієї групи відіграють у загальному колообігу речовин.
Квіткові рослини панують в листопадних лісах, що займали ніколи значні простори в Північній Америці, і в тропічних лісах Центральної і Південної Америки, Африки і Азії.
До відділу Покритонасінних відносяться злаки, покриваючі американські прерії і пампаси, африканські савани і євразійські степи, а також кактуси і колючі чагарники пустель, багато підводних і плаваючих трав річок, озер і морів, види що нагадують мох, які стелються по скелях і звисають з гілок дерев.
Нарешті, саме квіткові рослини людина розводить на полях, в городах і плодових садах, саме вони - головна прикраса оранжерей і парків.
Розділ 2. Еколого-біологічні особливості квіток
2.1 Еколого-біологічні особливості квіток
Квітка - це спеціалізований пагін або, що більш ймовірно, система укорочених і тісно зближених пагонів, частини якої утворюють навкруги верхівки декілька концентричних кругів або спіралей. Зовні звичайно знаходиться чашка із зелених чашолистків, що прикривають інші частини квітки в бутоні, що не розкрився. Як правило, ближче до центру розташовується віночок з яскраво забарвлених і приємно пахучих пелюсток. Обидва ці круги утворюють т.з. оцвітина. Ще ближче до центру знаходяться тичинки, і, нарешті, безпосередньо в ньому - один або декілька товкачів. Це вже власне репродуктивні частини квітки - відповідно чоловічі і жіночі. Іноді в квітці відсутня чашка, віночок, вся оцвітина, тичинки або товкачі. Наприклад, окрема квітка злаків складається з трьох тичинок і одного товкача, оточеного жорсткими лусками, які ні пелюстками, ні чашолистками, строго кажучи, не назвеш. У дубів квітки двох типів: одні складаються з тичинок з чашолистками, інші - тільки з товкачів. Проте у будь-якому випадку, щоб квітка могла брати участь в розмноженні, в ньому повинні бути тичинки або товкачі; якщо ні тих ні інших ні, він стерильний. Втім, у деяких видів стерильні квітки служать для залучення обпилювачів (наприклад, краєві «пелюстки» в суцвіттях соняшнику), а людина спеціально виводить в декоративній меті «махрові піони», гвоздики і інші квіткові рослини без тичинок і товкачів.
Запилення. Репродуктивна частина тичинки - її головка, т.з. пильовик. Звичайно він складається з чотирьох розташованих бік об бік пилкових мішків. Дозріваючи, вони розкриваються подовжніми тріщинами або округлими порами і вивільняють пилок - безліч крихітних, летючих або липких пилкових зерен.
Запилення вітром. Вітрозапилювані рослини утворюють величезні кількості летючого пилку: велика її частина втрачається без користі, і лише окремі пилкові зерна, випадково потрапивши на рильце товкача в квітці екземпляра того ж вигляду, забезпечують розмноження. Такий спосіб запилення характерний для багатьох дерев (не тільки квіткових, але і хвойних), злаків, осокових і деяких добре відомих бур'янів, наприклад полини і амброзії. Їх летючий пилок здатний викликати сінну лихоманку, від якої страждають багато людей. Особливо небезпечна в цьому значенні квітуча в кінці літа амброзія.
Запилення комахами. Липкий пилок може просто падати з пильовика на товкач, але частіше вона переноситься від квітки до квітки комахами (роль обпилювачів іноді грають також птахи і навіть дрібні ссавці). Взаємостосунки квіткових рослин з тваринами, що відвідують їх квітки вельми цікаві, і важко пояснити їх виникнення, не вдаючись до поняття «мети». В результаті часто можна чути, що комахи «шукають» цілком певні квітки, а ті, у свою чергу, «розташовують» свої тичинки в розрахунку саме на даного гостя. Як би там не було, комах дійсно привертають до обпилюваних квіток їх забарвлення і запах, не обов'язково приємний. Мухи, наприклад, летять на запах падла, поширюваний кірказоном і «скунсовою капустою» (симплокарпусом смердючим), а нічні метелики реагують на яскраву білизну квітучих у сутінках видів. Проникаючи в квітку за їжею, обпилювач мимовільно струшує на себе пилкові зерна і частину цього пилку може потім так само «ненавмисно» залишити на рильці товкача тієї ж або іншої квітки, не обов'язково навіть квітки цього ж вигляду. Їжею таким комахам служить або сам пилок, або, в більшості випадків, нектар - солодка рідина, утворювана різними за походженням структурами - нектарниками і що скоплюється в глибині віночка або в особливих трубчастих пелюстках - шпорцах, наприклад у фіалок і живокости. Звичайно комахозапилювана квітка влаштована так, що добиратися до нектару доводиться, зачіпаючи за тичинки, які у ряді випадків забезпечені спеціальними реагуючими таке на дотик механізмами. Наприклад, стінки пильовиків можуть знаходитися під тиском, як у кальції (Kalmia): варто до них доторкнутися, як вони вибухають і обсипають гостя пилковими зернами.
Серед таких пристосувань найбільш дивні ті, що забезпечують перехресне запилення, тобто перенесення пилку на товкач квітки не того ж самого екземпляра рослини (це називається самозапиленням), а іншого. Перехресне запилення вигідно тим, що підвищує різноманітність представників вигляду, а отже, і шанси цієї таксономічної групи в цілому, на виживання. Втім, всупереч думці Дарвіна, самозапилення теж не завжди веде до деградації, і багато рослин постійно ним користуються. У деяких квітки взагалі не розкриваються, і пилок потрапляє на товкач без якого-небудь зовнішнього переносника. Проте перехресне запилення, мабуть, поширене більш широко, навіть серед вітрозапилюваних видів: у багато кого з них квітки бувають або пестичними, або тичинковими (одностатевими), причому часто одні рослини бувають чисто жіночими, а інші - чисто чоловічими.
Будова квітки і запилення. В багатьох квітках тичинки дозрівають раніше або пізніше за товкачі, так що самозапилення у них неможливе, проте пилок може переноситися на інший екземпляр того ж вигляду, товкачі якого цілком готові її прийняти. Наприклад, у шавлії (Salvia) сильно витягнутий і зігнутий коромислом пильовик кожної тичинки нагадує важіль: влізаючи в трубку віночка, комаха неминуче натискує головою на його коротке плече - довге опускається, торкається до спини комахи і залишає на ній порцію пилку. В старіших квітках пильовики вже порожні, зате товкач вигинається дугою так, що його рильце знаходиться якраз там, де повинна з'явитися забруднена пилком спина обпилювачу. Трубчасті квітки одного і того ж виду первоцвіту бувають двох типів: у одних екземплярів пильовики розташовані вище за гирло трубки, а рильце товкача - в глибині, у інших - навпаки. Пролізаючи головою вперед в трубку за нектаром, комахи в першому випадку поганять пилком тільки спину, а в другому - тільки голову і залишають потім пилок відповідно тільки на довгих або тільки на коротких товкачах, тобто вже на інших рослинах.
У деяких фіалок на одній і тій же рослині одні квітки добре помітні, здібні тільки до перехресного запилення, а інші дрібні, що не розкриваються - для них можливо тільки самозапилення; останні, до речі, більш плодовиті.
Найскладніший механізм, що забезпечує перехресне запилення, виник у більшості видів орхідей. В центрі їх квітки знаходиться т.з. колонка з єдиної тичинки, зрощеної з товкачем. Пилкові зерна з'єднані в мішковидні маси - півлінію. Кожна з них знаходиться в спеціальному поглибленні і забезпечена ніжкою, кінець якої пов'язаний з липким диском (прилипальцем). Прилипальце прикріплюється до що відвідав квітку комахи настільки точно, що вся маса пилку може виявитися тільки на рильці товкача іншої квітки того ж виду.
Квітки деяких видів рослин з'являються поодинці - на кінцях пагонів, як, наприклад, у магнолій (Magnolia). Вважається, що таке їх розташування з погляду еволюції - примітивна ознака. В більшості ж випадків квітки зібрані групами від 3-4 до декількох тисяч в кожній, тобто утворюють суцвіття. Формуються суцвіття відповідно до певної схеми, специфічної для таксона. Ймовірно, перше в світі суцвіття було верхівковою квіткою, нижче за яке на коротких бічних гілочках зростало два бічних: це властиво багатьом сучасним видам, зокрема трояндам. На бічних гілочках під квітками можуть розвиватися втечі другого порядку, також з квітками на кінцях і т.д., поки не утворюється густе суцвіття, зване цимозным, верхоцветным або закритим. Воно часте зустрічається у представників сімейства гвоздикових, у суккулентных очитків (Sedum) і бриофиллумов (Bryophyllum) і т.д.
Типи суцвіть. Звичайно в цимозном суцвітті черговість розпускання квіток відповідає порядку гілочки, на кінці якій знаходиться квітка. Інший тип суцвіть називається ботричним, бокоцвітним або відкритим: головна вісь стебла продовжує рости, послідовно випускаючи з пазух верхівкового листя короткі бічні втечі з квітками або дрібними суцвіттями на кінцях. При цьому саме верхівкове листя в ході еволюції зменшується, стає лусковидними або взагалі зникає, а центральна вісь коротшає, так що суцвіття в цілому ущільнюється. Розпускання квіток в ньому йде, природно, від підстави до вершини. Цимозна і ботрична схеми пояснюють все різноманіття відомих суцвіть. Наприклад, т.з. проста парасолька у первоцвітів формується, коли центральна вісь перестає рости, а місця відходження від неї бічних гілок зближуються (всі гілки відходять практично з однієї крапки) і оточуються видозміненими листочками. Краєві квітки відповідають нижнім і розпускаються першими, тому цвітіння розповсюджується доцентровий - від периферії до центру. Якщо бічні гілочки осягає доля центральної, виникає складна парасолька, як у моркви і петрушки. Цвітіння зонтиковидних суцвіть (верхоквітників) цибулі, пеларгонії або ваточника йде, навпаки, відцентровий, тому що за походженням вони цимозні. Укорочення ніжок окремих квіток може привести до появи головчатых соцветий, як, наприклад, у конюшини. Багато витягнутих суцвіття, іноді складно і неоднаково влаштовані, але схожі в тому, що квітки в них практично «сидять» на центральній осі, називаються колосами. Сережки верб, тополь і дубів є м'якими висячими колосами. Іноді тільки детальне дослідження дозволяє визначити природу суцвіття - цимозне воно, ботричне або неоднорідне. Так, сплощені зверху суцвіття-щитки калини (Viburnum), кизилу і глоду цимозні, а в циліндрових мітелках бузку можна знайти і цимозні, і ботричні частини.
2.2 Практичне значення квіткових
Запліднення і розвиток насіння відбуваються усередині зав'язі.
Саме цій структурі квіткові рослини, звані також Покритонасінними, в основному і зобов'язані своїм еволюційним успіхом.
Зародок усередині сім'я може знаходитися в стані спокою багато тижнів, місяців і навіть років: він захищений від зовнішніх дій насінною шкіркою і забезпечений запасом їжі; за сприятливих умов він почне рости, за рахунок внутрішніх резервів швидко збільшуючи в розмірах свої зачаткові структури, і перетвориться в проросток. Цей процес називається проростанням сім'я.
Розміри насіння у квіткових вельми різноманітні - від мікроскопічних у орхідей до величезних у кокосової пальми.
Одна рослина може утворювати колосальні їх кількості: подорожник і пастуша сумка - більше п'яти тисяч в рік, полин звичайний (Artemisia vulgaris) - більше мільйона.
Деяке насіння їстівне, деяке отруйне, деякі настільки тверді, що їх не розрізати і ножем. Форма і забарвлення їх найрізноманітніша, вони бувають гладкими і зморшкуватими, липкими і волосистими.
Те, що насіння містить запас живильних речовин, широко використовується людиною.
Пшеничну муку, касторову олію або, наприклад, цукор, що міститься в зернах солодкої кукурудзи, - все це ми одержуємо з ендосперму насіння.
В інших випадках запасні речовини знаходяться усередині самого зародка, в його м'ясистих їстівних сім'ядолях. Так, наприклад, йде справа у сої, арахісу, квасолі і гороху, насіння яких позбавлене ендосперму.
Сільське господарство майже повністю залежить від покритонасінних, або безпосередньо, або непрямо через харчування худоби. З родин квіткових рослин, Тонконогові (Poaceae) - безумовно найголовніша, забезпечуюча більшу частину всіх вимог сільського господарства (рис, кукурудза, пшениця, ячмінь, жито, овес, просо, цукровий очерет, сорго), з бобовими (Fabaceae) на другому місці.
Також високу важливість мають - Пасльонові (Solanaceae: картопля, помідори, перець), Гарбузові (Cucurbitaceae: гарбузи і дині), Капустяні (Brassicaceae: рапс і капуста) і Зонтичні (Apiaceae: петрушка). Багато плодів отримують від родин рутових (Rutaceae) і розових (Rosaceae: яблуко, груши, вишні, абрикоси, сливи тощо).
У деяких частинах світу єдиний вид достає першорядного значення через різноманітність використань. Приклад - кокосовий горіх (Cocos nucifera) на тихоокеанських атолах. Інший приклад - маслина (Olea europaea) у Середземномор'ї.
Квіткові рослини також забезпечують економічні ресурси у формі деревини, паперу, волокна (бавовна, льон і коноплі серед інших), ліки (дигіталіс, камфора), декоративних рослин і багатьох інших використань.
2.3 Використання отриманих результатів в шкільному курсі ботаніки
Класифікація квіткових рослин:
На які класи поділяють квіткові рослини? Усі квіткові рослини поділяють на два класи, які отримали назви Однодольні та Дводольні. Основною ознакою, на якій ґрунтується такий поділ, є кількість видозмінених зародкових листків - сім'ядоль. У зародків представників класу Дводольні їх дві, а в Однодольних - одна (мал. 1). Отже, вже за будовою насінини ми можемо визначити, до якого класу покритонасінних належить та чи та квіткова рослина.
Мал. 1 - Порівняльна будова дводольних і однодольних рослин
Крім кількості сім'ядоль, представникам класів Дводольні та Однодольні притаманні й інші відміни (мал. 1). Так, у дводольних зазвичай розвинена стрижнева коренева система. В їхньому стеблі та корені може бути наявний камбій. Як ви пригадуєте, функціонування камбію забезпечує потовщення цих органів. Листки дводольних рослин бувають як прості, так і складні, вони мають зазвичай сітчасте жилкування.
Натомість представникам класу Однодольні притаманна мичкувата коренева система (мал. 1). Головний корінь у них відмирає рано, і коренева система формується з додаткових коренів. Бічної твірної тканини в корені та стеблі немає, тому здатність до потовщення цих органів обмежена. Листки однодольних прості, зазвичай мають паралельне або дугове жилкування.
Мал. 2 - Подорожник (1) вороняче око (2)
Погляньте на малюнок 2, де зображені дві рослини, що належать до різних класів квіткових рослин. Одна з них - це подорожник. Йому притаманна мичкувата коренева система та листки з дуговим жилкуванням. Інша - це вороняче око, в якого жилкування листків сітчасте. За цими ознаками подорожник мав би належати до класу Однодольні, а вороняче око - до класу Дводольні. Але зародок подорожника має дві сім'ядолі, а воронячого ока - лише одну. Тому подорожник належить до дводольних, а вороняче око - до однодольних. Запам'ятаймо: найголовнішою ознакою, за допомогою якої можна точно встановити приналежність тієї чи іншої квіткової рослини до певного класу, є кількість сім'ядоль у зародка.
Переважна більшість квіткових рослин - близько 200 тис. видів - належить до класу Дводольні. Серед них є всі відомі життєві форми: трав'янисті рослини, кущі, напівкущі, ліани, дерева. Далі ми розглянемо такі родини дводольних: Капустяні (або Хрестоцвіті), Розові, Бобові (або Метеликові), Пасльонові, Айстрові (або Складноцвіті).
