Самоопыление растений¶

Самоопыление — это процесс переноса пыльцы с тычинок (мужских половых органов) на рыльце пестика (женского) одного и того же цветка или разных цветков одного растения, приводящий к оплодотворению и образованию семян. В отличие от перекрёстного опыления, при котором пыльца переносится между цветками разных особей, самоопыление обеспечивает размножение без участия внешних агентов — ветра, насекомых или животных. Явление имеет важное значение в сельском хозяйстве и природных экосистемах, поскольку позволяет растениям давать семена даже в неблагоприятных условиях, при нехватке опылителей.

¶Ботаническая сущность процесса

Опыление предшествует оплодотворению и заключается в доставке пыльцы к зародышевому мешку семязачатка. При самоопылении пыльца созревает и попадает на рыльце ещё до раскрытия бутона (клейстогамия) или сразу после раскрытия цветка. Оплодотворение происходит в процессе роста пыльцевой трубки через столбик к семязачатку, после чего формируется зародыш семени.

Самоопыление может быть двух типов:

• Автогамия — пыльца переносится с тычинок на пестик того же самого цветка. Наиболее строгий вариант самоопыления.
• Гейтоногамия — пыльца переносится с тычинок одного цветка на пестик другого цветка того же растения. Генетически близка к автогамии, но допускает некоторое разнообразие потомства.

¶Экологические и эволюционные особенности

Самоопыление рассматривается как «страховочный» механизм размножения. В условиях отсутствия или малой численности опылителей, при низких температурах, сильном ветре, затяжных дождях, а также на экстремальных широтах и высокогорьях перекрёстное опыление может не состояться. Растения, способные к самоопылению, сохраняют способность давать семена и в таких ситуациях.

Цена, которую природа платит за эту надёжность, — снижение генетического разнообразия. Самоопыление ведёт к повышению гомозиготности потомства, что может усиливать проявление вредных рецессивных признаков и ограничивать адаптивный потенциал вида. Поэтому в ходе эволюции у большинства цветковых растений сформировались механизмы, препятствующие самоопылению:

• раздельнополые цветки (рastения с мужскими и женскими цветками);
• разное время созревания тычинок и пестика в одном цветке (дихогамия);
• механические барьеры между тычинками и пестиком;
• самонесовместимость — биохимический запрет прорастания пыльцы на рыльце того же растения.

У ряда видов, тем не менее, самоопыление закрепилось как основной способ размножения. Такие виды нередко имеют мелкие, незаметные цветки, не выделяющие нектара, с небольшим количеством пыльцы.

¶Распространённость в природе

Самоопыление широко распространено среди покрытосеменных растений. Оно характерно для многих видов бобовых, злаков, паслёновых, крестоцветных, а также для ряда древесных пород. Среди культурных растений к obligate самоопылению (обязательному) относятся, например, арахис, соя, томат, перец, баклажан, фасоль, подсолнечник (частично), рожь (в значительной степени). Многие сорняковые виды также размножаются преимущественно самоопылением, что затрудняет борьбу с ними.

У части видов наблюдается смешанное опыление: при наличии насекомых происходит перекрёстное опыление, а при их отсутствии растение опыляет себя самостоятельно. Такой тип называют факультативным самоопылением.

¶Значение в селекции и сельском хозяйстве

Самоопыление играет ключевую роль в создании чистых линий и гибридов. При скрещивании самоопыляющихся растений селекционеры используют искусственное переопыление: цветок эмузируют (удаляют тычинки) до их созревания и вручную переносят пыльцу от нужного донора. Поскольку исходное растение в норме самоопыляется, получить чистые линии проще, чем у перекрёстноопыляющихся видов.

Гибридизация на основе самоопыления позволила получить высокопродуктивные сорта кукурузы, подсолнечника, риса и других культур. В частности, использование явления гетерозиса (гибридной мощности) при скрещивании двух линий самоопылителя даёт потомство с повышенной урожайностью.

¶Методы изучения

Для определения способа опыления растений используют несколько подходов:

• наблюдение за цветком в естественных условиях (закрытые бутоны указывают на клейстогамию);
• искусственное изоляция цветков мешочками для исключения внешнего опыления;
• анализ потомства после самоопыления (выявление признаков инбредной депрессии);
• цитологические и биохимические методы изучения совместимости пыльцы и рыльца.

¶Интересные факты

У некоторых видов орхидей и бобовых существуют клейстогамные цветки, которые не раскрываются вовсе и всегда самоопыляются; при этом те же растения могут образовывать и обычные, открытые цветки для перекрёстного опыления — явление называют комбинированным цветением.

У пшеницы самоопыление является основным способом размножения (до 95–99 % цветков), что упрощает селекционную работу с этой культурой.

У хлопчатника в тропических регионах при обильном лете самоопыление может сменяться перекрёстным опылением при участии пчёл, что учитывается при создании сортов.

Источники:

• Лавриенко Н. А. «Ботаника: учебное пособие»
• Рылов И. М. «Ботаника: учебник для вузов»
• Матвеев В. Т., Соколова Т. А. «Ботаника с основами альгологии и микологии»
• Филипченко Ю. А. «Избранные труды по генетике и селекции»
• Справочник по селекции сельскохозяйственных растений