Распространение плодов и семян муравьями мирмекохория

Морфология семени

Если рассмотреть зрелое семя, можно увидеть, что в нем сохраняются некоторые особенности семязачатка, из которого оно развивалось.

Строение семени фасоли

Как правило, на поверхности семени хорошо заметны пыльцевход и семенной рубчик (место отделения семяножки от зрелого семени). В обычном семени содержится запас питательных веществ для зародыша, которому придется расти некоторое время без света, который необходим для фотосинтеза. Этот запас может составлять большую часть семени, а иногда он располагается внутри самого зародыша — в его семядолях. В качестве примера можно привести бобовые: горох, фасоль и т.д. Снаружи семя покрыто семенной кожурой, которая служит его надежной защитой.

У некоторых растений в семенах есть придатки, которые богаты жирами, протеином и крахмалом. Они служат для привлечения животных, которые способствуют их распространению. Такие выросты семяножки называют присемянниками или ариллусами. Примером таких растений являются тис (в некоторых случаях название этого растения пишут с двумя «с» — тисс), бересклет, пассифлора.

Тис ягодный

Таким образом, семя является видоизмененным в процессе оплодотворения семязачатком. Семена покрытосеменных растений располагаются в плоде и прикреплены к его стенкам с помощью семяножек. У голосеменных растений семена формируются открыто на семенных чешуях женских шишек. По своей форме, массе и окрасе семена могут сильно отличаться. Например, масса семян может колебаться от 0,002 мг у некоторых видов орхидей до 20 кг у некоторых видов пальм.

Семена у голосемянных и покрытосемянных

Другими словами семя является основой существования современного растительного и животного мира. Не будь семян, на нашей планете не было бы ни хвойной тайги, ни лиственных лесов, ни цветущих лугов, степей или хлебных полей. не было бы птиц, пчел, бабочек, млекопитающих и человека. Весь окружающий растительный и животный мир смог появиться после того, как у растений в ходе эволюции возникли семена. Внутри семян жизнь может сохраняться месяцами и даже годами, никак не проявляя себя. Растительный зародыш в семени может перемещаться на далекие расстояния; не привязан к земле корнями, не требует воды или кислорода. Этот зародыш просто ждет благоприятных условий, чтобы начать свое развитие, которое называют прорастанием семени.

Прорастание семян можно считать началом роста зародыша. В результате этого оболочки семени разрывается и появляется молодое растение. При росте зародыша происходит и деления клеток, и растяжение. У различных видов растений сначала может идти один процесс (деление), у других — другой (растяжение). Запасенные в семени питательные вещества поддерживают рост зародыша пока не развернутся листья (фотосинтезирующая система) и разовьются корни, для поглощения воды и минеральных веществ. Так молодое растение обретает физиологическую самостоятельность.

Появление всходов у двудольных и однодольных

В процессе прорастания семени происходит удлинение корешка и проникновение его в почву. У некоторых видов растений семядоли остаются под землей, а эпикоптиль растет вверх и развиваются листья. Это так называемое подземное прорастание. К таким растениям относятся горох, дуб, орех, конский каштан.

У других видов растений семядоли пробиваются наверх с помощью растущего подсемядольного колена (гипокотиля). Это называют надземным прорастанием, встречается у большинства голосеменных.

Семена растенийСтатья описывает семена растений

Date Published: 12/04/2018
В статье дано определение семени растения, описаны функции и строение семян.

10 / 10 stars

Посмотреть список всех материалов по биологии.

Список литературы

1. Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / В.В. Пасечник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил.
2. Тихонова Е.Т., Романова Н.И. Биология, 6. – М.: Русское слово.
3. Исаева Т.А., Романова Н.И. Биология, 6. – М.: Русское слово.

Распространение семян и плодов животными называется зоохорией

(от греч. zoon
– животное, choreo
– отхожу, продвигаюсь).

Многие сочные плоды охотно поедают птицы. В поисках пищи птицы обычно
ориентируются на внешний вид и вкус поедаемых плодов и семян, поэтому
распространяемые ими плоды должны быть ярко окрашенными и вкусными
(с точки зрения птиц, конечно). И вот что интересно – до созревания
плоды и семена имеют зеленую окраску и содержат много кислот и горечей,
что отпугивает птиц. А вот запах для птиц не имеет никакого значения –
обоняние у них играет меньшую роль при поиске пищи, чем зрение.
Остается добавить, что перенос семян и плодов птицами называется орнитохорией

(от греч. ornis
– птица).

При прохождении по пищеварительному тракту птиц семена не
перевариваются и сохраняют жизнеспособность. Поэтому, выйдя с пометом,
они оказываются не только на значительном расстоянии от родительского
растения, но и находятся в окружении питательных органических веществ
(самого помета), которые обогащают почву вокруг семени и способствуют
его прорастанию и дальнейшему развитию. В помете ворон и галок,
например, находят совершенно целые косточки костянок.

У определенных растений семена вообще не могут прорасти без
предварительного прохождения через пищеварительный тракт птиц, где они
подвергаются воздействию пищеварительных ферментов, размягчающих
покровы семени. Так, семена некоторых растений после истребления
человеком нелетающей птицы дронта на протяжении нескольких столетий не
давали проростков. Однако когда эти семена скормили гусям, а потом
посадили в почву, они проросли! Еще один пример, галапагосская черепаха и семена дикого томата.

Семена могут разносить млекопитающие.
Чаще всего это различные обезьяны, грызуны и рукокрылые. Семена многих
злаков без повреждений проходят через пищеварительную систему копытных,
а всхожесть у них при этом даже повышается. В эндозоохории могут
принимать участие и хищники: например, спелые арбузы при возможности
включают в свой рацион лисы и шакалы, медведи охотно кормятся на
ягодниках, и т.д.

Вывод
: эндозоохорные растения имеют сочные плоды или
соплодия с яркой окраской, чтобы быть хорошо заметными, или с сильным
ароматом, чтобы привлекать животных с большого расстояния, особенно в
темное время суток. Также семена обладают прочной оболочкой,
предохраняющей их от переваривания. Благодаря оболочке семена проходят
через пищеварительную систему целыми и невредимыми.

Очень часто животные не поедают сразу семена или плоды, а уносят их и
складывают про запас, особенно в период изобилия пищи. Когда,
например, белки едят семена, они никогда не съедают их все. Потерянных
семян вполне достаточно, чтобы растения расселились. Часто животные
уносят шишки далеко от того места, где их собирают. Про некоторые свои
кладовые они и вовсе забывают, кроме того, владелец может попросту
погибнуть прежде, чем успеет ими воспользоваться. В таких случаях
семена через некоторое время прорастут, причем часто на значительном
расстоянии от родительских растений.Такой способ распространения семян получил название синзоохории

(от. греч. syn
– вместе).

Запасы делают многие птицы (например, сойка, ореховка и др.) и
грызуны (мыши, белки, бурундуки, хомяки и др.). Причем количество
запасенной пищи может быть весьма значительным.

В распространении семян и плодов большую роль играют муравьи. Это явление называется мирмекохория

(от греч. myrmex

–
муравей). Многие муравьи приносят в свое жилище семена и плоды
различных растений. На таких
семенах есть специальные выросты с питательным и вкусным маслом.Такие семена имеют первоцвет, подснежник, фиалка, молочай, хохлатка,
копытень, чистотел, иван-да-марья, гусиный лук, перелеска, звездчатка,
ясменник и др.

Саморазбрасывание семян плодами

При этом способе распространения плод устроен так, что вскрываясь при созревании, он сам обеспечивает разброс семян. В одних случаях для этого используется ветер, и тогда семена мелкие. В других — семена из плода выталкиваются с силой.

С помощью ветра разбрасываются семена, заключенные в плод коробочку. Созрев, коробочка вскрывается и на ветру колышется, из нее в разные стороны высыпаются семена (мак). Можно сказать, что это распространение с помощью ветра, а не саморазбрасывание. Однако ветер лишь перемещает семена, а не плод. Сам плод — коробочка — остается на растении, и именно он приспособлен для саморазбрасывания.

Другим примером саморазбрасывания является плод боб. При созревании створки боба высыхают, скручиваются в разные стороны, плод растрескивается по шву, и семена разбрасываются, иногда с силой (фасоль, горох).

Растения стремятся размножаться всеми мыслимыми и немыслимыми способами, однако, стоит помнить, что не только семена важны для дальнейшего распространения растений на той или иной территории

Очень важное значение для культурных растений имеет окружающая среда и климатические условия. Только при наличии тепла, влаги и кислорода растение может развиваться

Если же хотя бы одного из этих компонентов не хватает, то растение погибает. Итак, давайте рассмотрим, как распространяются семена.

Эволюционная история

Мирмекохория развивалась независимо много раз в большом количестве растений семейств. Недавнее филогенетическое исследование выявило более 100 отдельных источников мирмекохории в 55 семействах цветковых растений. Обладая множеством независимых эволюционных корней, элайосомы произошли из самых разных родительских тканей. Сильное давление отбора или относительная легкость, с которой элайосомы могут развиваться из родительских тканей, могут объяснить множественное происхождение мирмекохории. Эти данные идентифицируют мирмекохорию как яркий пример конвергентной эволюции. Кроме того, филогенетическое сравнение групп мирмекохориальных растений показывает, что более половины ветвей, в которых развивалась мирмекохори, более богаты видами, чем их немирмекохориальные сестринские группы. Мирмекохория не только конвергентная черта, но также способствует диверсификации множественных линий цветковых растений.

Распространение ветром

Анемохория – распространение семян и плодов ветром.

Семена ивы, тополя, осины покрыты белым пухом и распространяются ветром на большие расстояния. Так же распространяются семена одуванчиков и ковыля.

Ветром могут распространяться только легкие сухие плоды. Для захвата ветра плоды имеют выросты, это плоды березы, ясеня, клена. Сильный ветер может их сорвать с дерева только после полного опадания листьев, и так распространить.

Плоды липы имеют характерные парусовидные листики, что способствует их подхватыванию сильным ветром. Они, вращаясь, способны улетать от дерева на большие расстояния.

Особенности саморазбрасывания

Определение

Автохория — распространение семян и плодов силами самого растения, без влияния внешних факторов.

Классификация форм автохории:

1. Барохория — самостоятельное опадание созревших семян и плодов под действием силы тяжести. Иногда ее не относят к автохории, а выделяют как отдельный тип диссеминации. Барохория чаще всего присуща видам с односемянными нераскрывающимися плодами. Этот способ считается малоэффективным, так как упавшие плоды находятся в непосредственной близости с родительским растением. Однако в связи с этим барохоры выработали некоторые механизмы, помогающие их зачаткам выживать (к примеру, сорнополевые растения продуцируют большое количество жизнестойких семян, которые к тому же отличаются длительным периодом прорастания). Также растения для диссеминации используют не только барохорию, но и другие способы. Барахория характерна для деревьев (каштан, дуб), у которых сочетается с синзоохорией и гидрохорией, и травянистых растений, особенно сорняков и злаков, у которых она сопровождается также мирмекохорией и анемохорией.
2. Механохория (автомеханохория) — разбрасывание семян из лопнувшего плода. Их разброс обеспечивается за счет появления напряжения в тканях околоплодника при его высыхании. При этом рассеивание происходит на незначительное расстояние. Такой способ характерный для плодов стручка, боба (бобовые). Плод в виде коробочки (мак) адаптирован для саморазбрасывания — устроен таким образом, чтобы рассеивать семена при покачивании ветром. Механохория характерна и для сочных плодов (недотроги, бешеного огурца). Выталкивание семян осуществляется за счет набухания определенной клеточной прослойки и создания давления внутри плода. Часто механохория сочетается с мирмекохорией. Диаспоры некоторых растений (представителей бобовых, ворсянковых, злаковых) обеспечены щетинками, способными впитывать влагу. При определенных погодных условиях они высыхают или набухают, в результате чего диаспоры могут самостоятельно передвинуться на некоторое расстояние.
3. Геокарпия — необычный способ распространения плодов, который осуществляется через внедрение завязи в землю. Это становится возможным благодаря геотропическим движениям плодоножки. У арахиса развивается специальный орган — гинофор, который растет и внедряет завязь в почву. Созревание плодов происходит в грунте. Геокарпия характерна для некоторых видов фиалок и фикусов.

Распространение плодов животными

Существуют два основных варианта, как животное может распространить семена. Если плоды сухие и имеют различные мелкие крючки, зацепки, колючки, то они могут прикрепляться к шерсти или коже животных. Позже животное их сбрасывает в другом месте. Если плоды сочные, то животные поедают их. Однако в их пищеварительных трактах семена плодов не перевариваются и выходят наружу, причем окруженные удобрением.

Примерами растений, которые распространяются с помощью зацепок, являются череда, лопух, подмаренник. Примерами растений, которые распространяются за счет поедания их животными, являются все, которые образуют сочные плоды (ягоды, яблоки, вишни и др). Особенно много растений распространяют птицы (рябина, бузина и др.)

Однако существует еще третий вариант распространения. Орехи едят многие грызуны (например, белки, мыши). При этом они съедают и, конечно, переваривают семя. От него ничего не остается. Но грызуны часто прячут запасы орехов и желудей, а потом их не находят. Таким образом, благодаря их забывчивости, плоды растений и распространяются.

Следует отметить роль человека в распространении плодов и семян. Человек переезжает на большие расстояния, перевозит многочисленные грузы. Часто вместе с ними случайно перевозятся семена и мелкие плоды растений. В результате на одном континенте могут появляться растения, родиной которых является совсем другой континент.

Самораспространение семян плодами

Такой способ характерен для раскрывающихся сухих плодов, при созревании они сами обеспечивают разброс семян. В некоторых случаях семена выталкиваются с силой. Так ветром, от созревшей коробочки, которая вскрывается и колышется, рассыпая семена, распространяются растения, например, фиалки, мак. Именно коробочка приспособлена для самораспространения, а ветер играет лишь второстепенную роль.

Распространения растений имеющих плод боб осуществляется при помощи его созревания, высыхания, скручивания и, в конечном итоге, растрескивания по шву, что способствует разбрасывания семян. Так распространяются акация, люпин, бешенный огурец, недотрога.

Замечание 2

Самораспространения по отношению с остальными способами, считается не эффективным. Поскольку, от родительского растения семена не отлетают.

Мирмекофильные растения

Растения, распространяемые  муравьями, называют мирмекофильными. От «мирмеко» — муравей, «филио» — любить. Их благополучие зависит от муравьев. Среди любителей муравьев значатся фиалка, хохлатка, чистотел, яснотка, звездчатка, лютик, первоцвет, медуница, молочай,  незабудка, медуница, кандык, ожика, кислица, дицентра (разбитое сердце) и другие.

Хохлатка благородная

Признаки мирмекофильных растений:

1. Семена созревают рано. Цветут ранней весной.
2. Цветоносы изгибаются книзу. Семенные коробочки вскрываются по направлению к земле.
3. Слабые поникающие стебли.
4. Возможен сладкий налет на семени.
5. Плотные оболочки.
6. Имеют сочный масляный придаток — элайосому (она же эласмосома, мюллерово тельце). От латинских слов «элайо» — масло, «сома» — тельце. 

По происхождению элайосома может быть выростом семени или частью ОКОЛОПЛОДНИКА. 

Элайосома семени хохлатки благородной.

Муравьи собирают семена вокруг муравейника, и несут домой. Элайосому съедают, а твердые семена им не по зубам челюстям. Мураши выносят их на мусорные кучи, неподалеку от муравейника. Семена, погрызенные муравьями, лучше всходят. Поэтому вокруг муравейников растет своеобразная флора. Муравьи являются неосознанными растениеводами.

Некоторые мирмекофильные растения дурят мурашей своими семенами. У КАНДЫКА  и марьянника семена похожи на куколки муравьев. Их муравьи замечают в первую очередь.

Условия прорастания семян

Температура

Семена растений прорастают при положительной температуре. Температура начала прорастания широко варьирует у растений разных таксономических групп и географических регионов. В среднем семена растений полярных и умеренных широт прорастают при более низкой температуре, чем семена субтропических и тропических видов. Различаются также оптимальная температура прорастания, при которой наблюдается наибольшая всхожесть и максимальная.

Семена некоторых растений выдерживают периоды кратковременного воздействия высокой температуры во время лесных пожаров, после которых создаются благоприятные условия для прорастания выживших семян. Кроме того, огонь способствует вскрыванию плодов некоторых видов растений, обладающих устойчивостью к воздействию огня. Так, только после пожаров вскрываются «поздние» шишки сосны скрученной, шишки секвойя дендрона и др., плоды некоторых видов рода банксия.

Скарификация

Скарификация — повреждение механическим или химическим воздействием оболочки семян, необходимое для их прорастания. Она обычно требуется семенам с толстой и прочной семенной кожурой (многие бобовые) или эндокарпом (например, малина, черёмуха).

В природе скарифицирующим агентом может служить воздействие бактерий и гуминовых кислот почвы, а также прохождение через желудочно-кишечный тракт различных животных.

Предполагается, что семена некоторых растений (например, кальварии Sideroxylon grandiflorum) не могут прорасти в природе без прохождения через кишечник птиц. Так, семена кальварии удавалось проращивать только после их прохождения через кишечник домашних индеек или обработки полировочной пастой.

Некоторым семенам требуются одновременно и скарификация, и стратификация. А иногда (боярышник) большинство семян прорастают после скарификации и двойной стратификации, то есть после двух зимних периодов покоя.

Литература

• Beattie, A. J. 1985. The Evolutionary Ecology of Ant-Plant Mutualisms. Cambridge University Press, Cambridge U.K.
• Горб Е. В., Панасенко Н. В., Горб С. Н. Адаптации плодов Pulmonaria obscura Dumort. (Boraginaceae) к распространению муравьями // Вестн. экологии. 1996. № 1 — 2. С. 58–61.
• Тахтаджян А. Л. Распространение семян и плодов // Жизнь растений. В 6-ти т. / под ред. А. Л. Тахтаджяна. — М.: Просвещение, 1980. — Т. 5. Ч. 1. Цветковые растения. — С. 96–103. — 430 с. — 300 000 экз.
• Жизнь растений. В 6 т., т. 5 ч. 2 / Под ред. А. Л. Тахтаджяна. — М.: Просвещение, 1981. — с. 44.
• Сапарлыев К. Муравьи-жнецы рода Messor Южной Туркмении (фауна, биология, распространение и их хозяйственное значение). Автореф. дисс. — Ашхабад, 1973.

Распространение плодов ветром

Для распространения ветром плоды должны быть легкими, чтобы как можно дольше лететь на ветру. Это достигается не только за счет уменьшения массы семени и плода, но и за счет различных образований, которые увеличивают площадь плода. Ведь чем больше поверхность и меньше вес, тем легче лететь.

Можно выделить два основных типа приспособлений для распространения ветром. Это летучки
и крылатки
. К летучкам относятся плоды с различными пушистыми образованиями (тополь, ива, кипрей, хлопчатник) или парашютиками (одуванчик). Крылатки имеют достаточно большие пленчатые выросты (клен, ясень, береза). Обычно такой плод бывает у деревьев. Крылатки отрываются от веток уже после опадения листвы, чтобы она им не мешала лететь.

Муравьи — распространители семян

Биологи только начинают разбираться в специализированных механизмах, ставящих муравьев в число основных факторов распространения растений по земному шару. Растения, расселяющиеся при помощи муравьев, встречаются в различных экосистемах на всех материках кроме Антарктиды. Сейчас известно свыше 3000 видов цветковых растений из 60 семейств, распространяющихся таким путем, и список этот все пополняется.

Муравей, несущий семя.

Между растениями и муравьями, разносящими их семена, складывается истинный мутуализм, т. е. взаимовыгодные отношения. Мутуализм возник независимо в столь многих группах растений, что, видимо, можно говорить о сильном, многократно повторявшемся в ходе эволюции давлении отбора, способствовавшем его появлению. Процессу естественного отбора, связанного с мутуализмом между растениями и животными, эволюции межвидовых отношений такого рода и создаваемым ими экологическим преимуществам и посвящена эта статья.

Влияние муравьев на экологические условия развития проростков

В отличие от птиц и млекопитающих, разбрасывающих попавшие к ним семена почти случайным образом по всей территории, муравьи относят их в строго определенные места своей колонии; эта поведенческая особенность тоже повышает выживаемость семян. Так, в умеренно увлажненных лесах муравьи часто гнездятся в гниющих стволах и пнях, поднимающихся над уровнем грунта. Подобные места менее подвержены затоплению при весеннем паводке и тем весьма удобны и для муравьев, и для семян.

Как и в любом другом животном (и человеческом) сообществе, в колонии муравьев накапливаются отбросы. Муравьиные «мусорные свалки» содержат остатки добычи, экскременты, тела погибших особей и массу иного материала (о назначении которого догадаться подчас невозможно), который муравьи подбирают и неизменно притаскивают домой. Для прорастающих семян и проростков, особенно мирмекохорных видов, попадание на подобную свалку может оказаться очень полезным.

В органических отбросах часто велико содержание питательных веществ, необходимых для роста растений (поэтому садоводы устраивают компостные кучи, а фермеры вносят навоз в почву плантаций). В гнездах муравьев концентрация органических веществ, азота, калия и фосфора часто бывает выше, чем в окружающей почве. Таким образом, отбросы муравьиной колонии могут предоставить проросткам пусть небольшой, зато готовый к употреблению запас компоста, столь необходимый растению на ранних стадиях развития, особенно чувствительных к условиям внешней среды.

Выживанию проростков способствуют также физические свойства почвы, на которой расположено муравьиное гнездо, и соседних с ним участков. Сооружение муравейника часто делает почву более рыхлой и лучше аэрированной, повышает ее способность удерживать воду. Как полагают некоторые исследователи, главное, что дает растению муравейник, — это поступление к проростку необходимого количества воды в период, когда его корни еще слишком малы, чтобы самостоятельно обеспечить водоснабжение растения.

Эволюция элайосомы

В ходе эволюции элайосомы в качестве приманки для муравьев многократно появлялись в различных семействах растений. Они весьма обычны для растительности влажных лесов Европы и восточной части Северной Америки, сухих кустарниковых сообществ Восточной Австралии, а также растительных сообществ на юге Африки.

Чаще всего в семействе лишь некоторые виды распространяются с помощью муравьев. Например, в огромном роде осок Carex только у нескольких видов известны элайосомы, обеспечивающие, как было показано, разнос семян муравьями. Многие другие виды того же рода расселяются с помощью воды или позвоночных животных. Среди растений рода Trillium, отличающихся крупными цветками, у ряда видов семена снабжены элайосомами и распространяются муравьями, тогда как у других форм плоды мясистые и расселение совершается при посредстве позвоночных. Эти примеры, взятые из филогенетически очень далеких групп, показывают, что мирмекохория может возникать независимо в рамках отдельного рода.

Виды

В мире существует, по разным оценкам, от 3000 до 11 000 видов мирмекохорных растений, а в Европе насчитывается более 275 таких видов.

Привлекательными для муравьёв семена таких растений становятся благодаря эласмосомам (элайосомы, питательные придатки, ариллоиды). Часть муравьёв даже специализируется на сборе семян, например, муравьи-жнецы рода Messor (за один сезон до 1 кг зёрен). В питании лесных муравьёв рода Formica семена растений составляют лишь около 0,2 %. Тем не менее, одна крупная семья представителя данного рода — рыжего лесного муравья — собирает за лето более 10 тыс. семян. Муравьи — единственные насекомые, которые рассеивают семена в большом количестве, на всех континентах и практически во всех экосистемах. В некоторых лесных экосистемах с помощью мирмекохории рассеивается до 30 % семян.

Мирмекохория свойственна фиалке (Viola), раффлезии (Rafflesia) и многим другим. Из лесных растений средней полосы России к мирмекохорным относятся ожика волосистая, копытень европейский, виды родов марьянник, хохлатка, чистотел, грушанка и др.

Специализированные на таком типе распространения растения, например, фиалка душистая, распространяются исключительно муравьями. Мирмекохорные придатки таких растений крупные, их длина может достигать половины длины семени. При наблюдениях отмечено, что количество проросших семян увеличивается после того, как их кожура была обгрызена муравьями. Семена с искусственно удалёнными элайосомами почти не привлекают муравьёв.