Опыление по законам аэродинамики. Сосна ветроопыляемое растение или нет.

Это происходит потому, что концентрация соли в центре клетки выше, чем снаружи. Диффузия происходит за градиентом концентрации. Вода выделяется из вещества с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией.

Строение сосны. Размножение, опыление, строение шишек и семян сосны

Сосна — светолюбивое растение, и ее внешний вид зависит от условий выращивания. В густых лесах сосны прямые, стройные, с гладкими стволами и достигают высоты 35-40 метров. Прозрачная заводная головка находится сверху.

Нижние боковые ветви не выносят затенения и рано отмирают. На открытых участках сосны имеют раскидистую крону. Сосновые леса встречаются в самых разных условиях, включая песчаные почвы, болота, меловые горы и голые скалы.

Строение сосны

Корневая система сосны коническая и очень хорошо развита. Помимо длинных главных или боковых корней, у него есть короткие, мелкие и сильно разветвленные боковые корни, обычно с микоризными корнями. Придаточные корни отсутствуют. Форма корневой системы зависит от типа почвы. В песке, например, сосны развивают многочисленные мелкие корни в дополнение к глубоким. На болотах он имеет лишь неглубокие корни.

Ствол сосны имеет тонкую кору и массивную древесину, состоящую из трахеид. Паренхима в древесине очень маленькая. Он расположен вокруг смоляных протоков — вытянутых межклеточных пространств в виде каналов, заполненных эфирными маслами, смолой и бальзамом. Все эти вещества выделяются клетками монослойного эпителия, выстилающего смоляной проток.

На стволах сосен ярко выражены годовые кольца роста древесины. Как и цветковые растения, они формируются в зависимости от сезонной активности крон деревьев.

Листья сосны — сине-зеленые иголки — живут 2-3 года. На молодых веточках они располагаются попарно. Хвоя покрыта толстым эпидермальным слоем, под которым находятся мелкие эпидермальные клетки с сильно утолщенными стенками.

Стоматы расположены в полостях, заполненных гранулами воска. Такое расположение стоматитов служит для уменьшения испарения воды. По этой причине сосны зимой испаряют в десять раз меньше воды, чем голые стволы контейнеров.

Сосна обыкновенная

Ранней весной из зимних почек на ветвях сосны образуются новые побеги. Можно выделить два типа побегов:

  • Удлиненные, покрытые буроватыми чешуйками;
  • сидящие в пазухах этих чешуек укороченные, несущие по две хвоинки.

Хвоя новых побегов мягкая и светло-зеленая. Во второй половине лета на новых побегах развиваются почки, которые защищены тонкими чешуйками, покрытыми слоем смолы, и прочно прилегают друг к другу. Это зимующие почки.

Размножение сосны. Строение шишки

Сосновые деревья размножаются семенами. Производство семян начинается в возрасте 30-40 лет. В это время на деревьях образуются шишки двух типов:

Мужские и женские шишки сосны

  • Мелкие мужские до 2,5см в длину;
  • крупные женские (у некоторых видов сосны до 45см в длину).

Красноватые женские шишки развиваются в конце весны на верхушках побегов текущего года. Ось такого конуса имеет два типа шкал:

  1. Наружные — кроющие;
  2. внутренние — семенные.

У основания семенной чешуи находятся две открыто расположенные семяпочки, на концах которых расположены пыльцевые протоки. Из макроспоры в каждом семеннике после мейоза формируется гаплоидный женский побег с двумя примордиями. Каждый архегоний содержит большую яйцеклетку и 2-4 маленькие клетки шейки матки.

Мужские шишки, которые созревают на верхушках побегов предыдущего года, также имеют стержень с чешуйчатыми листьями. Каждый листочек имеет на нижней стороне два микроспорангия, в которых созревают микроспоры — пыльцевые зерна.

Опыление

Как и все гимноспермы, сосна опыляется ветром. В конце весны или начале лета семенные чешуи женских шишек несколько расширяются. Большое количество пыльцы, переносимой ветром, попадает между семенными чешуйками и улавливается расширением пыльцевой трубки семенного растения. В это время или немного раньше на поверхность пыльцевой трубки выделяется капля жидкости, которая смачивает пыльцевые зерна и в течение примерно 10 минут переносит их в сперматофор.

После опыления семенные чешуйки располагаются близко друг к другу и остаются плотно упакованными до созревания семян. У сосны между опылением и оплодотворением проходит от 12 до 14 месяцев. Опыление начинается с прорастания пыльцевой трубки, которая медленно движется к яйцеклетке. Женские и мужские ядра также сливаются очень медленно.

У гимноспермов мужские клетки достигают женских благодаря пыльцевой трубке и не нуждаются в воде, что является важной адаптацией для жизни на Земле.

Формирование, созревание и прорастание семян сосны

После образования диплоидного ядра зиготы начинается эмбриональное развитие и сперматогенез. Оплодотворенная яйцеклетка развивается в семенной зародыш, состоящий из корня, стебля, нескольких сперматозоидов (15-12) и почки, а семенные капсулы образуются из зародышевых клеток.

Семена созревают в конце второго лета после опыления или в начале осени. В период созревания женская шишка интенсивно растет и из красной становится зеленой, а затем коричневой. Зрелая коричневая шишка раскрывает свои чешуйки зимой или ранней весной, и крылатые семена разносятся ветром. Это происходит через 1,5 года после опыления.

Семена сосны прорастают в любой почве: песчаной, каменистой, болотистой, даже на голом камне. Молодые саженцы могут переносить заморозки и недостаток влаги, но в тени погибнут. Сосны быстро растут и становятся выше на 30-40 см в год. Начиная со второго года, дерево ежегодно развивает спираль ветвей. Возраст сосны можно определить по количеству спиралей.

Опыление по законам аэродинамики

Большинство ученых считают, что ветровое опыление является самым древним методом опыления. Растения выбрасывают в воздух облака пыльцевых зерен, а воздушные потоки переносят пыльцу на другие растения того же вида. Однако только одно из тысячи пыльцевых зерен может достичь развивающегося яйца, оплодотворить его и привести к образованию семени, а большинство пыльцевых зерен оседает на совершенно посторонних объектах.

Да, ветровое опыление более расточительно, чем другие формы опыления, но оно должно быть столь же эффективным, поскольку тысячи видов растений сохранили его на протяжении эволюции, а многие приобрели сравнительно недавно.

Ветровое опыление характерно для многих гимноспермов, включая хвойные и большую часть цветковых растений, которые появились на нашей планете через 200 миллионов лет после гимноспермов. Например, почти все злаки, одно из самых обширных и эволюционно развитых семейств цветковых растений, опыляются ветром.

В настоящее время имеются убедительные доказательства того, что рассеивание пыльцы часто носит не случайный характер. Многие растения «сконструированы» таким образом, чтобы улавливать большое количество пыльцевых зерен от ветра.

Отличным примером является сосна. Мужские репродуктивные органы представлены небольшими шишками, которые обычно растут группами. Когда бутон завершает свое развитие, пыльцевые мешки (микроспорангии), несущие пыльцевые зерна, лопаются и выпускают все свое содержимое в воздух. В отличие от мужских шишек, женские шишки довольно крупные и обычно растут поодиночке. Женский конус состоит из ряда чешуек с крошечными листочками, называемыми прицветниками, у основания. На вершине каждой чешуйки находятся две яйцеклетки. Как только конус оплодотворяется, комплексы чешуекрылых слегка расходятся, чтобы пыльца, переносимая ветром, могла достичь отверстия яйцеклада (микропиле).

Яйцеклетки в женском конусе расположены около оси (цветоножки, напоминающей стебель конуса), и микропиры яйцеклеток выровнены по этой оси. На первый взгляд, такая конструкция кажется неудачной, поскольку она препятствует контакту между пыльцой и микропыльцой. Однако в действительности чешуйки и руки изменяют направление воздушного потока так, что пыльцевые зерна направляются к семенам.

Это было установлено путем помещения искусственного бутона (большего по размеру, чем настоящий) в аэродинамическую трубу. Поток воздуха в трубке был насыщен маленькими гелиевыми сферами, что позволило тщательно отслеживать путь потока воздуха. Траектории мячей изучались с помощью фотостробоскопии, которая предполагает освещение исследуемой области вспышками света через регулярные промежутки времени, а затем вычисление скорости и направления ветра в различных «клетках» вокруг попадания. Удар нарушил линейный воздушный поток и перенаправил его в трех основных направлениях (рис. 1).

Рисунок 1: Поток воздуха вокруг женской сосновой шишки, готовой к опылению: a, отклонение внутри шишки и движение вокруг центрального стебля, обдувающее верхние (семявыносящие) поверхности чешуек; b, турбулентность вблизи микростебля; c, поток воздуха на подветренной стороне шишки, направленный на чешуйки.

Сначала воздух направлялся внутрь конуса и циркулировал вокруг оси, обдувая верхнюю поверхность (содержащую семена) комплекса «чешуя-рука». Во-вторых, поток воздуха продувал каждую чешую, проникая в основание и создавая хаотические вихри возле микросфер. В-третьих, сам конус с его многочисленными выступами создавал сильные вихри с подветренной стороны. В результате в эту область засасывался воздух, который затем поступал в обратном направлении и обволакивал чешую с подветренной стороны.

Оцените статью
Uhistory.ru
Добавить комментарий